100%可再生能源系統(tǒng)距離我們有多遠(yuǎn)？

面對氣候變化、空氣污染和能源安全等重大挑戰(zhàn)，如何在21世紀(jì)更快實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，從依賴化石能源的傳統(tǒng)體系轉(zhuǎn)向100%的可再生能源系統(tǒng)，是最近十幾年來跨越自然科學(xué)、工程科學(xué)和社會科學(xué)各領(lǐng)域的學(xué)者研究和討論的焦點(diǎn)議題之一。在已經(jīng)公開發(fā)表的諸多研究中，美國斯坦福大學(xué)的MarkJacobson博士的研究比較令人關(guān)注，因?yàn)樗o出的全球能源轉(zhuǎn)型發(fā)展路徑最為樂觀和積極。

Jacobson博士認(rèn)為，在滿足全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)上，到2050年全球能源系統(tǒng)可以完全告別化石能源、核能以及生物質(zhì)能，而100%由以風(fēng)能、水能和太陽能為代表的可再生能源系統(tǒng)（WWS）供應(yīng)。在WWS這一能源系統(tǒng)中，從2030到2050年，逐步被淘汰的傳統(tǒng)能源技術(shù)包括：核能、煤炭、石油、天然氣、生物質(zhì)能（包括用于交通領(lǐng)域的生物質(zhì)燃料）。同期，所有新裝能源系統(tǒng)都將來自以下可再生能源技術(shù)：風(fēng)能、地?zé)?、潮汐、波浪、太陽能光伏、水電、太陽能集中熱發(fā)電、氫燃料電池、電池儲能技術(shù)。

根據(jù)Jacobson的模型，全球能源系統(tǒng)（一次能源）到2030年時的供給比例如下：風(fēng)電（50%），太陽能集中熱發(fā)電（20%），太陽能光伏發(fā)電（14%），屋頂太陽能光伏發(fā)電（6%），地?zé)岚l(fā)電（4%），水電（4%)，波浪發(fā)電（1%），海洋潮汐發(fā)電（1%）。如果全球?qū)崿F(xiàn)WWS能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，到2030年，所有領(lǐng)域（電力、交通、供熱/冷、工業(yè)生產(chǎn)）的終端能源需求將比2010年的水平減少約30%。這基本是由于在WWS系統(tǒng)中，終端設(shè)備主要使用電能，這比在傳統(tǒng)能源系統(tǒng)中大量用能設(shè)備使用內(nèi)燃機(jī)供能的方式效率高。當(dāng)然，能源總需求的降低還與以下因素有關(guān)：分布式能源系統(tǒng)的使用可以避免能源遠(yuǎn)距離傳輸過程中的損失、儲能系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用、需求側(cè)管理、高效低能耗設(shè)備的使用等。

這一研究同時討論了美國國家能源轉(zhuǎn)型的可行性，結(jié)論與全球情景接近。為了推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型的實(shí)踐，Jacobson及其團(tuán)隊(duì)近年開始以州為研究對象一個州一個州討論如何實(shí)現(xiàn)WWS轉(zhuǎn)型。最先被研究的包括加利福尼亞州和紐約州。在運(yùn)用之前討論全球和美國的同一套方法的基礎(chǔ)上，研究者結(jié)合州內(nèi)經(jīng)濟(jì)、稅收、投資等不同情況，分析一個州轉(zhuǎn)向WWS系統(tǒng)的政策路徑。這樣的州別研究更切合地區(qū)發(fā)展實(shí)際，并提出了政策實(shí)施的具體步驟，有助于推動一個州的能源轉(zhuǎn)型的實(shí)際行動。

紐約州的研究發(fā)現(xiàn)：到2030年滿足紐約州能源（包括電力、交通、供熱、供冷和工業(yè)用能）需求的能源技術(shù)基本構(gòu)成如下：海上風(fēng)電（40%），陸上風(fēng)電（10%），商業(yè)/政府建筑屋頂光伏發(fā)電（12%），太陽能集中熱發(fā)電（10%），太陽能光伏發(fā)電（10%），居民屋頂光伏發(fā)電（6%），水電（5.5%），地?zé)岚l(fā)電（5%），潮汐發(fā)電（1%），波浪能發(fā)電（0.5%）。

作為一個大膽、積極、快速的解決方案，WWS能源轉(zhuǎn)型的實(shí)現(xiàn)，不僅可以在不長的時間內(nèi)有效解決當(dāng)前世界很多國家都面臨的棘手的空氣污染和能源安全問題，而且可以為應(yīng)對氣候變化，這一影響世界長期可持續(xù)發(fā)展的最大挑戰(zhàn)，贏得更多時間和機(jī)會。當(dāng)我們抱著如此愿景的同時，仍需要細(xì)致了解和討論WWS系統(tǒng)中技術(shù)選擇的邏輯和實(shí)現(xiàn)100%可再生能源系統(tǒng)的成本和收益。本文意在開啟這樣的持續(xù)討論，之后將圍繞100%可再生能源轉(zhuǎn)型的成本和收益陸續(xù)展開。