三大挑战：呼唤“血管系统”互联
谈到为何要构建全球能源互联网，刘振亚把能源比作经济社会的“血液”。
他指出，能源发展史是一部伴随人类社会进步的变革史。18世纪中期，煤炭取代薪柴，推动了近代工业建立和发展；19世纪中后期，石油开发和电的发明，催生了现代工业，化石能源成为主导能源。但化石能源大量开发利用，带来三大挑战：一是资源紧张。2014年，全球消费煤炭82亿吨、石油336亿桶、天然气3.5万亿立方米。按目前开采强度，全球煤炭、石油和天然气资源技术可开发量仅能再开采110年、53年和54年。二是环境污染。全球化石能源消费总量从1965年的51亿吨标准煤增加到2014年的159亿吨标准煤，在生产、运输、存储、使用各环节，对大气、水质、土壤、地貌等造成严重污染和破坏。三是气候变化。化石能源产生的二氧化碳占全球温室气体排放的57%，是气候变化的主要原因。“如果不有效控制能源碳排放，到本世纪末温升将超过4℃，导致冰川融化、海面上升、粮食减产、物种灭绝等灾害，严重威胁人类生存发展”。
自1995年第一届柏林气候大会和1997年《京都议定书》生效以来，为应对气候变化和环境污染，世界主要经济体持续谈判，采用碳定价、碳交易等方式试图解决问题。但实践证明，这条路举步维艰，全球二氧化碳排放总量仍以年均2%的速度增长。要实现2015年巴黎气候大会确定的“全球温升控制在2℃以内，并力争控制在1.5℃以内”的目标，根本出路是加快清洁能源发展，实施“两个替代”：即能源开发实施清洁替代，以清洁能源替代化石能源；能源消费实施电能替代，以电代煤、以电代油、电从远方来，来的是清洁发电，尽快摆脱化石能源依赖。
刘振亚分析，实施“两个替代”，关键是要大规模开发利用清洁能源。全球清洁能源资源分布不均衡，清洁能源资源富集地区大多远离负荷中心，相距数百到数千公里。适应清洁能源分布以及风电、太阳能发电随机性和间歇性特点，实现清洁能源的大规模开发利用，“必须构建以电为中心、具有全球配置能力的能源网络”。
这一分析也得到了中国工程院院士、中国电力科学研究院院长郭剑波的印证：从目前的资料分析看，清洁能源的利用范围越大，其波动性越小，平滑性越明显，利用效率也更高。他进一步解释，由于能源资源的天然特性，地理分布不均匀，新能源地域差异大，人类的生活作息又具有一定的时差效应，通过较大范围的能源资源优化配置可以实现全局性的互补和协调。“全球能源互联网由此应运而生”。
由此得出结论：电是最清洁高效的能源。清洁主导、电为中心是能源发展的必然趋势，有限且不可再生的化石能源将主要用于工业原料。供应侧，清洁能源必将替代化石能源；消费侧，电能可以替代各种终端能源。各类能源开发、转换、配置、使用的基本平台是电网，因此，“能源网的本质是电网，能源互联网必然是互联电网”。能源网、交通网、通信（信息）网是全球最重要的三大基础网络设施。经过多年建设，全球交通网、通信（信息）网已实现跨国跨洲互联，能源网必然向全球互联方向发展，即全球能源互联网。“全球能源互联网就像人的‘血管系统’，信息互联网就像‘神经系统’，‘神经系统’已经互联，‘血管系统’也一定能够互联”。