能源在人类发展和经济社会进步过程中发挥了至关重要的作用。能源的使用、更替和发展都促进了经济的增长、社会的进步和人民生活水平的提高,是全世界赖以生存和发展的物质保障。然而,能源在被大规模开发和利用的同时,也在逐步的改变着人类的生活环境,造成的资源枯竭、环境污染和气候变化等问题日益突出；同时,人类利用能源的生产和使用方式也在威胁着能源的利用。随着国家及地区的经济发展水平受能源供应保障体系的制约作用越来越大,能源的开发利用、能源消耗持续增长和人类社会环境影响问题之间的矛盾越来越突出,资源和环境严重制约着能源和经济的发展。根据我国未来对经济和社会的发展需求,对能源的需求将会呈增长势头,也势必会导致更加复杂的环境问题和国际能源局势。为了缓解我国能源利用所面临的约束和矛盾,节约、高效、清洁、无污染、可持续的能源利用方式和战略应被运用到能源资源的开发和利用上来。因此,合理准确的预测我国能源需求量,并优化能源消费结构,从消费侧提高能源利用效率,对于改善优化能源消费结构,推动我国能源互联网战略建设,保障能源可持续发展具有重要意义。本文首先通过分析我国能源供需整体情况和煤炭、石油、天然气以及其他类型能源的供需情况,分析得到我国总体能源供需平衡现状,以及我国各类型能源供需发展的平衡情况。其次,基于灰色预测模型和马尔科夫转移方程,对预测模型进行优化,构建无偏灰色马尔科夫预测模型,对能源需求量进行测算。第三,构建能源需求结构优化模型,通过设置包含能耗、碳排放、经济增长和能源消费量的目标函数和限定条件,对能源需求结构进行优化研究。最后,针对预测和优化结果,分析技术、政策和市场不同情景下优化能源结构的相应策略,以期为我国能源消费优化发展提供建议。