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世紀更快實現(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、工程科學和社會科學各領(lǐng)域的學者研究和討論的焦點議題之一。在已經(jīng)公開發(fā)表的諸多研究中，美國斯坦福大學的Mark Jacobson博士的研究比較令人關(guān)注，因為他給出的全球能源轉(zhuǎn)型發(fā)展路徑最為樂觀和積極。
Jacobson博士認為，在滿足全球經(jīng)濟發(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%由以風能、水能和太陽能為代表的可再生能源系統(tǒng)（WWS）[1]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)：風能、地熱、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%），地熱發(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)燃機供能的方式效率高。當然，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。為了推進能源轉(zhuǎn)型的實踐，Jacobson及其團隊近年開始以州為研究對象一個州一個州討論如何實現(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、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)展實際，并提出了政策實施的具體步驟，有助于推動一個州的能源轉(zhuǎn)型的實際行動。
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：海上風電（40%），陸上風電（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%），地熱發(fā)電（5%），潮汐發(fā)電（1%），波浪能發(fā)電（0.5%）[2]。
作為一個大膽、積極、快速的解決方案，WWS 能源轉(zhuǎn)型的實現(xiàn)，不僅可以在不長的時間內(nèi)有效解決當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)，贏得更多時間和機會。當我們抱著如此愿景的同時，仍需要細致了解和討論WWS系統(tǒng)中技術(shù)選擇的邏輯和實現(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。
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