中国科学院技术委员会主任徐建中院士在总结归纳了国内外专家对如何解决中国能源问题有关建议后，根据科学发展观，提出以“科学用能”来应对中国面临的能源挑战。这一建议得到两院院士和能源专家们的普遍支持，认为这是对能源的利用方式的技术进步、资源配置的优化和管理体系的创新提出了一个与时俱进的新目标。已故的著名工程热物理学家、中国科学院主席团执行主席吴仲华院士，早在1980年8月14日中央书记处举办的科学技术知识讲座报告中就预见性地提出了“依靠科学技术解决中国能源问题”的理论，徐建中院士将这一观点根据24年以来的科学和技术进步的成果和趋势进行了系统的发展。
今天的中国已经达到GDP人均1000美元的小康目标，按照我们预定的经济发展目标，2020年将全面实现小康，2050年达到中等发达国家的水平，人均GDP达到10,000美元，若按PPP核算方法将达到25,000美元。如果以其他发达国家的发展历程比较，GDP达到1万美元时能源消耗是人均4吨标准油/年，折合5.6吨标准煤。这样，到2050年中国人口达到15亿，将需要60亿吨标准油，折合86亿吨标准煤。这是世界目前能源生产能力的60％，是一个无论如何也不可能达到的目标，不要说全球的资源无力支撑，全球的环境也根本无法忍受。怎么办？唯一的出路就是依靠科学技术来解决中国发展面临的能源和环境难题。
“科学用能”，主要包涵三个层面——科学使用能源，科学配置能源和科学管理能源。这一观点强调“科学技术是第一生产力”，鼓励采用先进的技术提高包括能源在内的各种资源的综合利用效率，通过“分配得当、各得所需、温度对口、梯级利用”的方式优化配置资源，建立“能源需求侧管理（DSM）”、“合同能源管理(EMC)”、“能源服务公司(ESCO)”、“综合资源规划（IRP）”，以及环境排放和资源利用的各种“交易机制”等多种符合市场经济规则的管理运营机制，来有效解决中国发展中的能源与环境瓶颈，实现社会和经济的可持续发展目标。
资源短缺的现实需要我们建立新的世界观
中国正在面临着改革开发以来最严峻的能源挑战，煤炭、油气、电力，以及水资源、土地资源和环境、运力都已经无法支撑目前这种粗放型的GDP高速增长，资源的快速耗散不仅直接威胁到子孙后代的生存空间，也引起了国际间的恐慌。频繁的拉闸限电，煤炭供应不足，油价的飙升，水环境和大气环境的日益恶化，耕地减少引起的粮食供应问题都直接影响到国家的社会进步、经济发展和政治稳定，中国将如何应对这一挑战，不仅是全国人民关注的问题，也成为全世界担忧中国将如何崛起的焦点。
中国已经确立了“和平崛起”的目标，但是世界更加关注我们将如何实现这一目标的过程，我们将采取什么办法来应对我们所面临的挑战。
能源科学进步一直影响着人类世界观的形成，人类的文明就是建立在对于能源的认识上。人类与动物的分水岭并非是使用工具和劳动，而是对火的认识，目前已知的能够使用工具和能够从事有组织劳动的动物种类是大量的，但是能够使用火的动物只有人类，人类的进步步伐始终依靠能源技术进步作为动力。
我们传统的世界观是构筑在19世纪中叶时对科学的认识上，主要的科学依据是牛顿的三个机械定律和热力学第一定律，以及达尔文的“进化论”。基本的观念是“物质不灭”和“能量守恒”，认为“运动着物质的永远循环是宇宙的最终结论”，世界总的方向是从无序向有序发展。我们的目标是建立一个“物质极大丰富”的人类大同社会，地球上的资源和能量将随着技术的发展“取之不尽，用之不竭”。
1850年德国科学家克劳修斯总结并表述了热力学第二定律——即“熵定律”（加入的热量/绝对温度＝熵），他认为：热可以自发地从高温传向低温，而不会自发地从低温转向高温。简单的说，一杯热水可以自己变冷，确不会自动变热，除非借助外部更多的能量。能量虽然守恒，但质量却发生了变化，一桶温水可能比一小锅开水所含的热量要多，但它永远煮不熟一个鸡蛋。熵会自发的越来越增加，而不会自动减少。热向何处去了？向更低的温度散去，直到绝对温度－273℃，一旦散去将难以重新聚积，如若宇宙能量散尽，温差将消失，宇宙将会热寂，能量的大趋势是从有序向无序发展。
进入20世纪，科学突飞猛进，人们对宇宙的认识也在不断加深，科学家发现热力学第二定律是一个具有普遍意义的真理，而并非曾被批判的“形而上学”。特别是俄罗斯出生的比利时科学家普利高津，对热力学第二定律进行了广泛的延伸，并创立了著名的“耗散结构理论”。不仅能源科学进一步证实了这一定律的正确无误，资源专家也相信尽管物质不灭，但资源的品位将逐渐失去，最终将无法再次利用。例如：我们将高品位的铁矿资源冶炼为钢材，尽管我们在不断回收再利用，但不可避免地有大量铁分子被氧化而散落在土壤中，永远无法再回收利用，铁的原子总量没有减少，铁的有效资源只会越来越少；宇宙天文学家肯定地认为：对于太阳和地球，熵定律是一切自然定律中的最高定律，因为对于宇宙和太阳的研究，宇宙大爆炸学说的确立，越来越证实这一定律的正确无误；物理学家也发现时间是不可逆的，如同熵增加的过程也不可逆一样，时间和能量同起源于一点，时间最终指向熵的增加；生物学家发现生命的过程也在熵定律的涵盖之下，生命就是一个能量的过程，生命的能量过程就是整个宇宙的能量过程中的一部分，生命逝去的过程恰恰就是一个熵增的过程。而环境学家也认为熵增正是地球环境面临的规律性问题，甚至社会学家和经济学家也在沿用这一定律来分析、认识和解释问题。
熵定律正在成为一种新的世界观，它告诉我们物质不灭，但质量在递减；能量守恒，但品位在下降；运动着的物质是具有方向性的，它不可能永远在周而复始；而物质的循环将存在疆界，任何事物都会有终结的一日。这一世界观为人类规范了一道行为界线，我们无法逆转熵的方向，就像无法逆转时间一样，但是可以减缓熵增加的速度和过程，通过我们对自身的生活方式和行为模式的调整和约束，通过科学技术与社会观念的进步，来减缓有效资源和有效能量的耗散速度。20世纪70年代，先后两次石油危机之后使人们更加坚信不移，世界的资源不可能无限制地支持人类的高速发展和肆无忌惮的消费，“物质极大丰富”仅仅是一个美好梦想，社会、经济发展的有序性是由更多的无序来作为代价的。因此，“可持续发展”和“循环经济”等观念开始成为人类文明的主题，影响人类的发展进程。其实，这就是我们所说的“科学发展观”。新华社资深研究院杨元华同志认为：科学发展的核心是什么？是科学；科学发展观的目的是什么？就是可持续发展。
科学用能是节能的升华
过去的几十年里，我们一直在强调节约能源，努力推动这一工作的落实，也取得了巨大的成效，在一定程度上减缓了经济发展对于能源以及综合资源的压力，实现了经济翻两番，能耗翻一番的目标。尽管如此，我们还是无法承受能源需求的快速增长和环境污染的不断加剧，社会为这种难以维计的发展模式而陷入焦虑和困惑。与发达国家相比，中国确实存在着巨大的差距，丹麦在过去的20年中，GDP实现翻一番，人民的生活品质进一步得到改善，但是整个社会的能耗却没有增加，污染排放反而大幅度减少。丹麦靠的是什么？就是先进的科学技术、先进的科学理念和先进的科学管理方法。
苏格兰出生的英国工程热物理学家麦克斯韦发现，信息的流入可能使一个开放系统出现熵的减少，因为分子在接受信息之后存在着某种自组织能力，能够实现局部的、阶段性的负熵，这就是著名的“麦克斯韦妖”。所谓“妖”就是某种具有智能化的因素。这一理论不仅在物理学中具有价值，在化学、生物学、社会学、经济学，甚至政治学中，对实现有序组织问题上，具有深远的意义。如果我们能够在能源生产消费环节加入信息，能够转变人们的世界观，使节能环保成为一种自发自愿的行为，通过自组织过程，就可能有效地控制熵的增加速率。
传统的节能观念是无法推动中国实现可持续发展的，为什么？首先，节能工作在传统体系下，仅仅是一种“社会分工”，而没有贯串于社会的每一个部门的每一环节的每一个时刻，它不是一种来自世界观的自发自愿的动力，而是一种为解决现实问题的权宜之计。传统节能工作依靠宣传教育，靠提高人的自觉性或者牺牲生活品质来实现，解决的目标往往是一些现实的短期问题，缺乏可持续的动能和机制，而且只能停留在问题表面和浅层。今天“拉闸限电”了，我们就多宣传节能，搞搞“需求侧管理”；明天电力过剩了，我们又去宣传“电是商品”来“鼓励用电”。需要节能了就“优先”，压力减轻了就向后排，治表不治本，临时抱佛脚。
最近，为解决当前能源供应紧张问题，提出了“节能优先”的口号，徐建中院士等一大批科学家认为这种提法并不妥当，节能问题不是一个“排第一，排第二”，“谁优先，谁其次”的问题，而是一个根本性的问题。我们现在消耗的能源是地球几十亿年中积存下来的太阳能，它具有很大的能源流密度和很高的能量品位，这些能量的积蓄，不仅为人类的文明提供了动力储备，而且能量积蓄过程中也固化了大量可能变为温室气体的炭物质，使地球的环境可以适合人类和其他生物的出现、进化和繁衍。一旦将这些宝贵的资源耗尽，不仅人类的文明将失去动力，地球环境也将会发生重大变迁，人类和大多数生物可能再也无法延续繁衍。所以，科学家们提出“节能为本”的新观点，并将这一观点列入了中国科学发展的中长期规划。最近，有关机构已经接受了这一意见，进一步将提法改为“节能优先，效率为本”，更加精确地表述它的内涵。
科学用能是依靠科学技术的发展来解决问题，与其说一千次“随手关灯”，不如安装一个声控开关，如果再更换一个节能灯泡，节能效果将出现一次质的飞跃。如果中国普及混合动力汽车，油耗水平可以降低到目前的1/3，汽车保有量就可以实现增加3倍而燃油总量不增加的目标，排放强度还会得到改善。当今的世界，由于信息化使各种技术得到了快速的发展，特别是互联网技术的蓬勃发展，推动了节能技术的发展和应用，以及社会观念的全面更新。使更多的人，更加积极地，自发自愿地参与到节能技术和产品的开发，节能资源的发掘和经营，节能机制的建立和执行。并以科学技术这一第一生产力的发展，来推进一个相适应的生产关系的建立。
科学用能——实现“节能优先，效率为本”的基础
人类的文明进步最终是科学技术的进步的结果，所以说科学技术是“第一生产力”。尽管熵增的方向无法逆转，但是我们可以通过科学技术的应用和普及，以及人的素质的提高来有效减缓这一过程，控制它的速度，而这就需要我们建立一个新的世界观，采取一系列有效的步骤，通过科学的使用能源，科学的配置能源和科学的管理能源来实现这一目标。
1、科学的使用能源：
我们需要积极的采用各种先进的技术和理念，来有效使用我们现有的能源，发掘一切可能利用的能源，尽可能提高能源的终端使用效率。
在能源利用技术的进步中，由于信息技术的推动，分布式的趋势将是一个不可阻挡的潮流。自20世纪80年代以来，信息技术的进步，特别是互联网技术的发展对于能源工业产生了巨大的启迪，那些分布在千家万户的微型计算机在与网络连接之后创造了一个崭新的时代——信息时代，它不仅代替了超级电脑，而且通过计算机和互联网将全世界的人脑连接起来，掀起了一场知识进步的“人民战争”。随着信息技术的发展，一场“分布式”的革命正在悄然而致，直接挑战后工业时代——重化工业时代的“规模效益”的经济理念。
在人类信息整合能力不足时，只有通过规模经济来降低成本，增加效率。实施 “大工厂、大生产、大消费、大耗散”的大工业战略或称重化工业战略。当信息技术发展之后，我们可以越发清楚地了解生产销售和最终使用的全部过程，监控整个生产——消费链，从原料的开发，到产品的制造，从消费者的使用，到使用后的资源再利用。人们发现在大多数情况下，规模未必能够带来真正的效益，反而增加更多的资源耗散和环境、资金代价，加速了熵的增加。电力工业就是最好的一个例子，传统上我们认为“大电厂、大电网、超高压”是效率最高的方式，但是这是在转换端来判断问题，而且在“电”这一单一行业条件下分析的结果，如果在需求一侧进行综合资源对比分析，可能结论未必如此。大电厂与小电厂比较当然发电效率是高的，但是由于燃料运输、排放限制、土地资源的制约，大电厂只能远离城市，首先发电之后的余热无法加以利用，其次输变电和配电又要增加电网和线路的损失，到了终端用户的实际资源利用效率必然大打折扣。此外，建设输电走廊和变电站需要消耗大量土地资源，发电之后的灰渣因为远离城市无法制成建筑材料再加以利用。此外，城市不仅需要电力，同时还会需要热力，为解决需求不得不再建设热力厂，将宝贵的资源转换成为低品位的能量进行利用，增加了各种资源的耗散和浪费。因此，在需求侧建立能源梯级利用设施被认为是解决问题的更有效的方法。1978年，美国为此修改的《公共事业法》允许这一类能够达到更高能效的用户热电联产设施并网发电。随之，欧洲、日本都相继不断修改法律，使他们的法律体系和政府的管理机制能够顺应这一时代的发展趋势。
此后，由于天然气的开发利用，使人们更加认识到应对天然气的能源设施并非越大越有效，首先因为天然气比煤更加昂贵，中间环节的浪费变的不可忍受，同时它被利用之后的环境代价更小，完全可以在需求现场进行利用。此外，天然气的利用技术非常灵活，人们可以根据用户对于热电冷多种能源的综合需求，按照综合效益最大化来选择技术方式，配置设备，确定规模，实现了以效益定规模的理想化的飞跃。
信息技术还带来了另一次深远的转变，由工业时代划分的产业分工将被打破，第二产业和第三产业，甚至第一产业也在相互进行整合，服务化的趋势淹没了传统的社会分工，企业需要到客户的面前，尊重客户的主权，根据客户的意愿，来满足客户的需求。能源工业也不例外，需要适应时代的变迁，需要参加整合优化，需要从行业壁垒中脱颖而出。因为，只有向服务化转行，企业的效率才能真正提高，成本才能真正降低，用户才能真正认可。信息时代的关键是每一个人可以通过互联网和PC机直接参与其中，而分布式能源也是可以调动每一人的积极性，直接参与到资源高效利用和污染减排行动之中，分布式能源是一场人类可持续发展的“人民战争”，是通过加入信息有效控制熵增加速度的方式。
为了利用一切可以利用的能源来有效降低资源的耗散速度，人们开始积极利用各种可再生能源和废弃资源，并对各种资源实现综合利用，由于资源量，能流密度和需求量的限制，社会需要一种更加便捷合理的系统来构筑我们的能源体系。例如，垃圾塡埋场和污水处理厂的沼气，采油、炼油中的伴生气，矿井瓦斯和煤层气，化工厂和钢厂废气，以及工厂废热、多余的压差等等；还有太阳能，地热能，小型水能，风能，生物质能等可再生能源等。社会要求政府必须建立一种既能鼓励大家积极使用这些资源，又能保障使用者的利益的能源运行管理机制。这样一个机制首先在欧洲得到完善，北欧国家通过政府的强制干预和建立环境能源税收机制等，有效遏制了来自既得利益集团的阻力，使这种先进的能源利用方式——分布式能源成为一种时尚和荣耀。此后，日本和美国也在积极地进行社会观念上的转变。
分布式能源是在需求现场利用能源的设施，它涵盖的内容不仅仅是发电，同时也包涵其他的能源配套和能源优化设施。
发电系统：主要是可以利用各种燃料的小型发电设备，例如：天然气、沼气、煤层气、地下气化气等燃料的小型燃气轮机、燃气内燃机、微型燃气轮机、压差发电机、斯特林发电机、燃料电池，以及小型水利发电机、小型蒸汽发电机和太阳能光伏电池、太阳热发电机、风力发电机等，即包涵一些传统技术，也包括一些新兴技术，这些机组规模不大，用途各异；换热制冷：将发电机废热交换成为热能或冷能的专业设备也很多，烟气吸收制冷机组、蒸汽和热水制冷机组、余热锅炉和烟气板式换热器、吸附式制冷、各种高效的汽－水和水－水换热器等。此外，地源和水源热泵，空气热泵的技术也包括在其中。
蓄能系统：在美国能源部对于分布式能源的分类中，蓄能是被划入其中的，包括：小型水压蓄电、气压蓄能、飞轮蓄电、电池蓄电、相变蓄热、水蓄热、冰蓄冷、水蓄冷、以及其他蓄能技术。目前德国已经开始使用利用地下岩层蓄热的技术，柏林议会大厦就使用了这一技术，将春秋季和夏季的多余热量蓄在地下，冬季使用。日本也使用了冬季蓄雪蓄冰用于夏季制冷的技术。
2、科学的配置能源：
1980年，世界著名的能源科学家已故的吴仲华院士，在为中共中央书记处讲课时曾经精辟地为合理配置能源总结了16个字：“分配得当、各得所需、温度对口、梯级利用”，过去我们对这位伟大的科学家所提出的问题认识不够全面，尽管在《中华人民共和国节约能源法》以及国家四委部局联合发布的《关于发展热电联产的规定》中都引据了吴先生的方针，但是主要是“温度对口、梯级利用”后八个字，而没有能够理解“分配得当、各得所需”前八个字的深远含义。
其实，吴先生是从两个层面，精炼解释了应该如何优化配置能源。第一，在资源分配上应该实现“分配得当、各得所需”，根据不同用户，在不同时段，对于不同能源的不同需求，进行合理妥当的资源配置，可以实现能源利用效率和能源设备利用效能的最优化；第二，在能源利用上，根据能源的品位，依照热力学第二定律的原则实现“温度对口、梯级利用”，尽力扩大对于温度的利用范围，将高品位的能源满足高端的需求，将低品位的能源满足低端的需求。只有如此，才能确实有效利用资源，控制熵增的速率。
在能源配置上，还有一个重要的原则就是：“能够使用一次能源解决的，尽量不要使用二次能源；能够利用废弃能源的，就不要使用优质能源”。这一原则也是根据热力学第二定律确定的，不要使用高品位的能源，干低品位的事情。
上述原则，是我们有效利用资源，提高能源利用效率，减少环境代价的根本途径和原则。此外，根据国际上最新的观念，对于能源需求，应该进行“综合资源规划（IRP）”，树立大能源观念，将需求与全部生产流程和资源环境综合代价统一进行评估，根据技术的发展，结合考虑经济因素，优化制定最合理、最经济的能源环境综合解决方案。将能源的配置向整个生产链延长，向环境、资源、社会和经济外延，在更高的层面来看待问题，从更周全的位置来解决问题。在信息技术落后的昨天，这一想法似乎是一个天方夜谭，然而，随着信息社会的到来，我们已经有足够的能力来掌握各种相关的数据，并综合分析这些数据，最终建立一个模型来取到一个最优化的结果，并根据这个结果来建立一个效率和效益最为理想的系统。这就是“科学配置能源”，它可以使能源的利用模式更加合理，环境和资源代价更加低廉。
其实，目前正在积极推广的能源“需求侧管理”，也是一种资源优化配置的方式，通过合理配置达到节约和优化能源的利用，从中实现盈利。但是“科学配置”需要我们改变目前在单一行业中配置资源的方式，打破行业壁垒，以博大的胸怀实现跨越行业分工的整合优化，这就对我们的管理体系提出了一个直接的挑战。
3、科学的管理能源：
中国科学院蔡睿贤院士曾经精辟地说，科学技术这一“第一生产力”，需要相应建立“第一生产关系”来保障。生产力决定生产关系，生产关系会反作用于生产力的进一步发展。科学管理第一个要解决的就是建立一个能够支持科学用能的法律政策环境；其次是建立一个符合于市场经济运作机制的科学营销体制；再有就是以信息技术手段，建立一个信息化的能源环境综合管理模式。当前最重要的是对现有法律、法规、政策，以及行业规章和行业规范，与时俱进地进行修正，让我们的法律环境能够有效地推动先进生产力，有利于先进技术的发展和推广。今天中国在节能方面只有一部《节能法》具有一定的权威，但是由于该法缺乏执行机构，显得有些苍白无力。在其他法律中，例如《电力法》、《煤炭法》等，虽然也提级节能，但没有强制性要求，缺乏硬性指标。建议在今后立法中，可持续发展应该成为一个基础性的原则，节约资源和保护环境的基本观念应该溶入每一个法律与法规之中，对于那些浪费资源和污染环境的行为不能仅仅是道义上的谴责，不能只期待他们良心发现，必须有强制性措施。
我们的行业规章和行业规范也存在着与时俱进的问题，目前电力规范、建筑规范、消防规范和燃气规范等等，与国际水平严重脱节，对于新型技术的应用非常不利，阻碍了生产力的发展，急待进行更新。最近，属于奥运会配套的北京大钟寺商城项目，就是因为消防规范的制约，不得不放弃采用先进的分布式热电冷三联供技术，而因为电力“行规”限制受阻的项目就更多了。建立符合于市场经济运作机制的科学营销体制也是实现科学用能的主要组成，世界银行GEF中国节能促进项目执行机构EMCA主任沈龙海先生指出，实际上，“能源需求侧管理（DSM）”、“合同能源管理（EMC）”、“综合资源规划（IRP）”、“资源环境交易机制”、“能源服务公司（ESCo）体系”等等新的节能管理经营理念和运作机制都应该被“科学用能”所涵盖。这些新事务互相关联，互相支持，互相融合，互相促进。他们是放松管制的结果，是能源市场化的直接产物。在可持续发展战略的实施中，需要创建一种机制，能够自发的，自觉自愿地实现自组织，在政府搭建的政策平台下，将节能环保作为市场，以盈利为目的，以新技术为手段，以服务为方式，以能源服务公司为组织形式，通过能源需求侧管理和合同能源管理等各种“交易”方法实现有效控制能源浪费，提高资源利用效率的社会进步。
随着信息技术的发展，信息化已经不仅仅是一种工具了，他已经融入到我们生产、消费和管理的每一个环节。科学管理能源不仅仅是一个概念，而是一种实实在在需要建立的信息系统。分布式能源系统需要在电力、燃气、热力、制冷、排放的多个惟度，在需求和生产双侧进行系统优化，而这种优化已经是非人力所能为，需要建立信息化管理系统，这一系统将具备数据采集与分析、实时监视、现场的智能化控制、远程遥控、决策支持、资源整合等多种能力，通过网络对区域内的分布式能源设备进行管理。而运行、检修和服务系统，也需要依靠这一系统的支持。它将通过技术的不断进步，构成未来能源科学管理的核心。
结论
“科学用能”是一次根据信息时代发展进程，是节能工作的一次升华，在“科学技术是第一生产力”的观点的指引下，以“科学发展观”，与时俱进地为中国解决可持续发展的能源瓶颈制约问题，寻找了一个新的出路，建立了一个新的理念。
2004年11月26日，著名经济学家厉以宁教授在中国能源网和中国企业投资协会联合主办的《中国能源投资论坛》上表示中国不能走重化工业道路，因为中国没有资源支撑。一天以前，中国的另一个著名经济学家吴敬琏教授也表示，中国不能走重化工业道路，两位意见常常不太一致的经济学家在此问题产生了一致的看法，这不是一个偶然。
中国的发展必须是跨越式的，必须跳过其他发达国家曾经走过的老路，寻求一条切线，寻找一条捷径。随着技术的进步这不是不可能实现的。今天的世界已经是一个整体，每一个国家都不是一个封闭的环境中发展系统，可以借助外部社会发展的经验和科技成果。中国必须以发达国家今天的技术和发展模式作为未来前进的蓝本，而不能将他们昨天的代价作为我们必经的路标，因为中国无法承受这一代价，世界也无法承受这一代价，那是一个将指向前功尽弃的路标。