100%可再生能源系统距离我们有多远？

    面对气候变化、空气污染和能源安全等重大挑战，如何在21世纪更快实现能源系统转型，从依赖化石能源的传统体系转向100%的可再生能源系统，是最近十几年来跨越自然科学、工程科学和社会科学各领域的学者研究和讨论的焦点议题之一。在已经公开发表的诸多研究中，美国斯坦福大学的Mark Jacobson博士的研究比较令人关注，因为他给出的全球能源转型发展路径最为乐观和积极。
    Jacobson博士认为，在满足全球经济发展的基础上，到2050年全球能源系统可以完全告别化石能源、核能以及生物质能，而100%由以风能、水能和太阳能为代表的可再生能源系统（WWS）[1]供应。在WWS这一能源系统中，从2030到2050年，逐步被淘汰的传统能源技术包括：核能、煤炭、石油、天然气、生物质能（包括用于交通领域的生物质燃料）。同期，所有新装能源系统都将来自以下可再生能源技术：风能、地热、潮汐、波浪、太阳能光伏、水电、太阳能集中热发电、氢燃料电池、电池储能技术。
    根据Jacobson的模型，全球能源系统（一次能源）到2030年时的供给比例如下：风电（50%），太阳能集中热发电（20%），太阳能光伏发电（14%），屋顶太阳能光伏发电（6%），地热发电（4%），水电（4%)，波浪发电（1%），海洋潮汐发电（1%）。如果全球实现WWS能源系统转型，到2030年，所有领域（电力、交通、供热/冷、工业生产）的终端能源需求将比2010年的水平减少约30%。这基本是由于在WWS系统中，终端设备主要使用电能，这比在传统能源系统中大量用能设备使用内燃机供能的方式效率高。当然，能源总需求的降低还与以下因素有关：分布式能源系统的使用可以避免能源远距离传输过程中的损失、储能系统大规模应用、需求侧管理、高效低能耗设备的使用等。
    这一研究同时讨论了美国国家能源转型的可行性，结论与全球情景接近。为了推进能源转型的实践，Jacobson及其团队近年开始以州为研究对象一个州一个州讨论如何实现WWS转型。最先被研究的包括加利福尼亚州和纽约州。在运用之前讨论全球和美国的同一套方法的基础上，研究者结合州内经济、税收、投资等不同情况，分析一个州转向WWS系统的政策路径。这样的州别研究更切合地区发展实际，并提出了政策实施的具体步骤，有助于推动一个州的能源转型的实际行动。
    纽约州的研究发现：到2030年满足纽约州能源（包括电力、交通、供热、供冷和工业用能）需求的能源技术基本构成如下：海上风电（40%），陆上风电（10%），商业/政府建筑屋顶光伏发电（12%），太阳能集中热发电（10%），太阳能光伏发电（10%），居民屋顶光伏发电（6%），水电（5.5%），地热发电（5%），潮汐发电（1%），波浪能发电（0.5%）[2]。
    作为一个大胆、积极、快速的解决方案，WWS 能源转型的实现，不仅可以在不长的时间内有效解决当前世界很多国家都面临的棘手的空气污染和能源安全问题，而且可以为应对气候变化，这一影响世界长期可持续发展的最大挑战，赢得更多时间和机会。当我们抱着如此愿景的同时，仍需要细致了解和讨论WWS系统中技术选择的逻辑和实现100%可再生能源系统的成本和收益。本文意在开启这样的持续讨论，之后将围绕100%可再生能源转型的成本和收益陆续展开。