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能源革命的实现与否与化石能源产业高级化紧密相关，尽管加快使用清洁、低碳的可再生能源替代传统化石能源势在必行，但加快提升化石能源产业生产的清洁化、智能化水平同样是能源革命的关键。我国对化石能源的消费依赖仍将在较长时间内存在。
化石能源产业高级化的实现需从以下三个方面着力：
我国的能源资源主要集中在西部地区，西部能源资源富集区是我国传统能源产业发展的核心所在。西部能源资源富集区根据能源产业发展结构可以分为以下两种类型：第一类是能源资源储量丰富的山西、内蒙古、陕西，丰富的能源资源储量决定了在这些地区上游开采业必然拥有较大规模，这是与地区资源禀赋条件相适应的，因而所形成的能源产业结构是较为合理的。然而，虽然其目前形成的能源产业结构较合理，但长远来看，不能只依靠能源资源开采获得长久的经济增长动力。已有研究表明，存在资源越丰裕、经济发展水平反而越缓慢的“资源诅咒”现象（Auty，1993；Sachs & Warner，1994），也就是说，资源富集区如果单一依靠资源开发获得经济增长，最终恐将反受其害（苏小雪，2016）。此外，这些地区能源资源开采业的劳动力和资本投入较多的现实也是存在的，这就需要加快上游部门技术创新和技术引进速度，使用更加先进的开采设备，提升上游部门能源资源综合利用效率，在节约资源的同时，将效率提高后上游部门释放出的劳动力和资本再转移至附加值更高的下游加工部门，淘汰落后产能，适当发展能源下游行业，提高能源深加工水平，实现能源产业整体效益提升。第二类是能源产业下游行业占比超过上游行业但上下游发展整体较均衡的地区，如甘肃、青海、宁夏、新疆。这类地区的特点是，能源产业上下游间的要素错配整体较严重，主要表现为上游劳动力和资本均投入过多。这类地区整体所拥有的资源储量不如第一类地区那么丰裕，同时，其能源下游加工业目前的发展水平仍不足，与东部下游行业发展较好的地区相比，产业链的延伸度不够，行业附加值仍较低，经济效益十分有限。对于甘肃、青海、宁夏、新疆四省，既然由于能源资源有限而无法过多依赖资源开采业，那就必须尽快发展壮大下游加工业。依托国家能源基地化政策，加快将能源上游部门的劳动力和资本向下游部门转移的速度，加快下游产业链由初级加工业向深加工业、精细化工业延伸的速度。
对于煤炭行业，要推进煤炭清洁高效生产利用，淘汰煤炭产业落后产能。推动煤炭安全经济绿色高效开发，一是要在生态环境承载力范围内开采煤炭资源，按合理的科学产能开发；二是实现生态和环境保护型生产；三是实现煤炭开发的资源综合利用；四是实现煤炭安全生产。对于石油、天然气行业，油气勘探开发战略必须做出重大调整，由以常规资源为主转向常规与非常规资源并重，由以陆上资源为主转向陆上与海上资源并举，由以中浅层资源为主转向中浅层与深层超深层资源并行，确保国内原油产量稳定、天然气产量翻番。此外，加强能源应急储备体系建设，提升能源供应安全保障能力至关重要。要加快完善能源基础设施建设，提高能源资源配置能力。能源基础设施是我国能源转型的中心环节，也是能源供给方式发生重大变革的关键领域。随着能源系统与网络信息系统深度融合，以互联网思维和能源互联网技术改造传统能源系统，逐渐呈现集中分布并举、“源——网——荷——储”协调互动、各类能源综合利用的可靠能源供应模式，打造成为新一代绿色低碳、安全高效的智慧能源系统。
我国能源产业核心技术缺乏，关键装备及材料依赖进口问题比较突出。能源科技整体水平与能源产业绿色转型升级要求尚有差距，能源产业链、价值链与技术体系融合和协同度不高，严重制约能源新技术的研发。因此，要加快推动核心技术和关键装备国产化、自主化以及能源开发、储运及利用技术和装备创新。强化重大科技专项支撑，以重大科技专项等方式支撑能源领域核心技术突破。推动传统能源生产与现代信息领域深度融合，推进智慧能源生产系统建设。推动传统能源技术和装备创新，带动传统能源产业升级。当前，以能源互联网为代表的新业态迅速发展，推动整个能源科技创新进入活跃期。能源互联网着眼能源产业全局和长远发展需求，以智能化为基础促进能源和信息的深度融合，推动能源互联网新技术、新模式和新业态发展，成为能源产业焕发活力的新动能，将有力支撑和推进能源生产消费革命战略的稳步实施。
此外，应充分利用全国高校和科研院所的教育资源，统筹规划，建立结构合理、质量优异、竞争开放的能源专业教育体系，加强高级专业技术人才、经营管理人才和高级专门技能人才三支人才队伍建设。最大限度地发挥高层次人才的领军作用，加强科技创新团队建设，提高科研人员待遇，加大对各类人才的激励力度，充分调动人才的积极性，不断提升创新创造能力。