能源結構清潔化是實現碳中和的根本途徑，中國將構建清潔低碳安全高效的能源系統，以可再生能源為主體的電力系統。專家預測，為實現碳中和目標中國非化石能源占一次能源的比例需在2035年至少達到30%以上，2050年達到70％以上。中國新能源發展目標在過去許多年被不斷突破，2020風光新增裝機之和約為1.2億千瓦（風電0.72億千瓦，光電0.48億千瓦）。要滿足既定2030年風光裝機總量超過12億千瓦的要求，未來十年年均增量至少需要超過0.7億千瓦；而為實現“碳中和”目標，年均風光電裝機新增量需要在上述水平基礎上增加一倍。終端能源需求品中，除可再生能源外，氫能占比將在2030年后快速增加，成為難以電氣化的工業部門的工藝過程和重型交通工具低碳化的主要途徑；交通部門綠色氫能消費占總能源消費比例在 2050 年達到 20%-30%左右，工業部門氫能消費占比達到15%左右。

能源系統的數字化、綜合化是低碳轉型的技術基礎。比如，利用數字化風光電廠，可實現對發電量的精準預測，提高資源利用率和電網靈活性及消納能力；或者利用物聯網技術暨智慧家居、建筑用能設備負荷管理等，實現更好的需求側管理。能源系統跨部門集成融合，形成多能互補的綜合系統是低碳轉型的創新領域。中國《新能源汽車產業發展規劃》中提出，鼓勵“光儲充放”（分布式光伏發電-儲能系統-充放電）多功能綜合一體站建設，將電動車作為儲能和電網靈活性資源。可再生能源制氫，以及利用新型材料將電能或余熱余冷進行轉換儲存，也可滿足多種形式的儲能需求。