在十年前发布首份以风能、水能和太阳能为世界供电的规划之后，研究人员提出了一份更新的愿景，阐述全球143个国家可以采取哪些步骤，在2050年前实现100%清洁可再生能源。
到2050年的清洁能源转型
这些新路线图将于12月20日发表在期刊《地球》（One Earth）上，它们是对先前研究工作的延续。先前的研究为美国绿色新政能源部分以及其他州、城市和企业在全球范围内实现100%清洁可再生能源的承诺奠定了基础。此次研究利用每个国家最新可用的能源数据，为如何实现这些承诺提供更精准的指导。
在此次更新中，斯坦福大学的马克·Z·雅各布森（Mark Z. Jacobson）及其团队发现，在涵盖143个国家的24个世界区域中，存在低成本且稳定的电网解决方案。他们预测，可再生能源和清洁能源转型可使全球能源需求减少57%，比一切照旧的分析情景多创造2860万个就业岗位，并使能源、健康和气候成本相较于一切照旧的分析降低91%。这篇新论文利用了关于各国能源使用变化的最新数据，考虑到可再生能源和储能技术成本降低、可用性提高的情况，纳入了新的国家，并计入了部分国家近期已建成的清洁可再生能源基础设施。
清洁能源转型的承诺
“许多国家已经承诺采取行动，以应对全球变暖带来的日益严重的影响，但它们仍然不清楚具体该怎么做，”雅各布森说。他是斯坦福大学土木与环境工程教授，也是“解决方案项目”（Solutions Project）的联合创始人。该项目是一家美国非营利组织，致力于向公众和政策制定者宣传100%可再生能源和清洁能源转型。“它将如何运作？如何保证电力供应不中断？老实说，许多支持和推动绿色新政的政策制定者和倡导者，并不清楚实际系统的具体构成，也不清楚清洁能源转型的实际影响。这更像是一个抽象的概念。因此，我们正试图对其进行量化，并明确一种可能的系统可能是什么样子。这项工作可以帮助填补这一空白，并为各国提供指导。”
清洁能源转型路线图要求所有能源领域实现电气化，提高能源效率以减少能源使用，并发展风能、水能和太阳能基础设施，以在2030年前提供80%的电力，并在2050年前提供100%的电力。所有能源领域包括电力、交通、建筑供暖与制冷、工业、农业、林业和渔业，以及军事。研究人员的模型表明，电动汽车和氢燃料电池汽车相较于化石燃料汽车、电气化工业相较于化石工业、电热泵相较于化石燃料供暖与制冷的效率更高；再加上无需开采、运输和精炼化石燃料所需的能源，整体能源使用量可能会大幅下降。向风能、水能和太阳能转型，全球初期需投资73万亿美元，但这笔投资将通过能源销售随时间推移而收回。此外，随着时间推移，清洁可再生能源的发电成本低于化石燃料，因此这项投资可显著降低每年的能源成本。另外，它还能减少空气污染及其对健康的影响，并且仅需占143个国家土地总面积0.17%的土地用于新建基础设施，以及占其土地总面积0.48%的土地用于间距空间（例如风力涡轮机之间的距离）。
“我们发现，通过以清洁可再生能源实现一切领域的电气化，电力需求可减少约57%，”雅各布森说，“因此，即便每单位能源的成本相近，人们为能源支付的总体成本也将降低61%。而这还没有计入社会成本，其中包括我们通过减轻健康和气候损害而节省下来的成本。这就是绿色新政如此划算的原因。通过这次清洁能源转型，你可以将能源成本降低60%，社会成本降低91%。”
在美国，这一路线图对应绿色新政的能源部分，该部分将在美国彻底取消所有用于能源的化石燃料。该路线图需要前期投资7.8万亿美元。它要求新建28.8万台大型（5兆瓦）风力涡轮机和1.6万座大型（100兆瓦）太阳能电站，仅占美国土地的1.08%，其中超过85%的土地用于风力涡轮机之间的间距。例如，这些间距用地可以同时用作农田。该计划将比一切照旧的情景多创造310万个美国就业岗位，并每年挽救6.3万人的生命，使其免受空气污染之害。与当前的化石燃料能源基础设施相比，它每年分别可降低能源、健康和气候成本1.3万亿、0.7万亿和3.1万亿美元。
而清洁能源转型已经在进行中。“我们有11个州，加上哥伦比亚特区、波多黎各以及一些美国主要城市，它们都承诺实现100%或实际上100%的可再生电力，”雅各布森说，“这意味着，每当因燃煤或燃气电厂退役而需要新增电力时，它们只会在可再生能源中进行选择，以替代这些电厂。”
他认为，个人、企业和立法者在实现这一清洁能源转型方面都扮演着重要角色。“如果我只是撰写并发表了这篇论文，却没有一个愿意使用这些信息的人群作为支持网络，”他说，“它就会被淹没在尘封的文献之中。如果你希望一项法律获得通过，就确实需要公众的支持。”
与任何模型一样，此模型也存在不确定性。关于能源供需的数据集之间存在不一致之处，而研究结果取决于对未来能源消费进行建模的能力。该模型还假定能源可以从资源丰富之处完美地输送到需求所在之处，不存在输电瓶颈，也不存在输电线路上的能量损耗。虽然这种情况在现实中从未出现，但许多评估是针对电网规模足够小的国家进行的，因此差异可以忽略不计。雅各布森认为，像美国这样的大国可以被划分为较小的电网，从而减少对完美输电的担忧。研究人员通过对能源成本、空气污染损害和气候损害的高、中、低情景进行建模，进一步处理了其他不确定性。
此项研究刻意只关注风能、水能和太阳能发电，并排除了核能、“清洁煤”和生物燃料。核能被排除在外，是因为其从规划到运行需要10至19年，且成本高昂，并存在已知的堆芯熔毁、武器扩散、采矿和核废料风险。“清洁煤”和生物燃料未被纳入，是因为两者都会造成严重的空气污染，而且每单位能源的碳排放量仍比风能、水能或太阳能高出50多倍。
清洁能源转型：相关担忧
人们在讨论风能和太阳能发电时常提出的一个担忧是，由于它们依赖天气条件和一年中的时段，可能无法可靠地使能源供应与电网需求相匹配。本研究在24个世界区域中正面回应了这一问题。研究发现，全球范围内，间歇性供应与储能可以满足需求。雅各布森及其团队发现，所有能源领域的电气化实际上会带来更具灵活性的能源需求。灵活性需求是指无需立即满足的需求。例如，电动汽车电池可以在一天中的任何时间（无论白天或夜晚）充电，电热泵热水器也可以在任何时间加热水。由于所有能源领域的电气化会带来更多灵活需求，在清洁可再生能源的世界中，使需求与供应及储能相匹配将变得更加容易。
雅各布森还指出，本研究提出的清洁能源转型路线图并非唯一可行的路线。他提到，另有11个研究团队也找到了实现100%清洁可再生能源的可行路径。“我们只是试图为143个国家勾勒出一种情景，让这些国家及其他国家的人们确信：是的，这是可能实现的。但可行的解决方案和情景有很多。你大概无法精确预测将会发生什么，但这并不意味着你需要大海捞针。这片‘干草堆’里有许多根‘针’。”
