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摘要：新能源（如风能、太阳能）取代化石燃料（如煤、石油、天然气）的趋势似乎势不可挡且近在咫尺，连绵数十公里的风电场和一望无际的光伏发电站用他们宽广的身躯向人们展示一场预谋已久、热火朝天的能源革命。
关键词：能源革命；环保；再生能源
身处中国北方的居民在冬日的雾霾中迫切地期待这一转变的发生。燃烧化石燃料产生的温室气体导致的全球变暖和所引起的环境问题吸引了更多目光，人们都在思考面对这一挑战，人类将如何应对。早在2008年，环保主义者戈尔就宣传：在十年内，完成以新能源来驱动整个美国的目标是可实现的，经济上亦可承受的；2009年斯坦福大学的马克·杰克布森教授刊文《2030年前，通往可持续能源的道路》，提出在20年内将所有能源转换为可再生能源的方案。
戈尔的十年之期已到。根据美国能源信息管理局2018年前1至8月数据显示，可再生能源（包括水电、风能、太阳能、生物能等）占整个一次能源中的比例为11.55%，化石燃料占79.99%，核能占8.46%。相较于2008年可再生能源7.27%的占比，美国的能源结构已发生可观的变化，但很明显距戈尔的宏伟目标依然任重而道远。
距马克·杰克布森教授的二十年之期尚远，但我们不妨引用自1997年到2017年的这二十年间能源结构的变化作为参考。2017年化石燃料在世界一次能源结构中的比例为85.19%，较1997年90%的比例下降了不到5%。显然要在一代人的时间内实现能源结构实质性的改变绝非易事。
以上的数据着实让人沮丧，看来能源结构的转变并非一蹴而就，也并非在一代人的时间内即可完成的。我们以人类已经完成的两次能源结构转变为例：由木材到煤炭，再由煤炭到石油。通常我们将5%的占比作为成为主要能源的门槛值。1840年，煤炭在能源结构中的占比达到5%，在之后的70年中煤炭逐步取代木材成為最重要的能源，并于一九一零年代到达峰值55%。石油在取代煤炭的过程中也经历了类似的变化，1915年，石油在能源结构中的占比达到5%，随后逐步替代煤炭，直到1965年石油方才超过煤炭在能源结构中的比例，于1975年左右到达40%。
能源结构的转变如此之慢是因为不同的一次能源需要不同的科技及技术对该能源进行开采、生产，不同的机械设备和设施将它们转化为二次能源，不同的配送渠道将能源输送到最终的用户手中。因此任何新能源要想在能源结构中取代传统能源的主导地位，都需要在世界范围内作大量的投资和基础设施的建设，这些通常需要50年到75年才能完成。
同时向可再生能源的转换将更具挑战，主要由于以下原因：
一、目前的能源消耗的规模是以前任何时代都无法比拟，且正在不断增长。
2017年全球消耗的能源为5.657×1020焦耳，这一数字是十九世纪九十年代当煤取代木材时能源规模的25倍，假设用目前的可再生能源设施供给十九世纪九十年代的能源消耗，将绰绰有余。新能源的开采、配送以及转化，每一个环节都需要史无前例的投资。仅仅设想将全世界所有的汽车都换成电池驱动，都将是一场浩大的工程。同时我们应该认识到，如果能够降低我们总的能源需求，也将会对能源结构的转换提供极大的便利。
二、风能及太阳能不连续及不可靠的特性
现代社会需要的是不间断的可靠电网。夜间的供电量在不断的增加以满足地铁、电动汽车充电、空调、大城市照明等用电设备需求。因此用风能和太阳能提供基本负荷的成本及难度大大增加。例如德国，风能和太阳能已取得实质性的发展。在一些多风且晴朗的时间段内，风能和太阳能几乎能实现50%的电力供应；但也存在一定的时间段内，风能和太阳能只能提供很少一部分的电力供应，这将会对德国甚至周边国家的电网的潮流方向产生很大的影响，同时造成煤炭和天然气发电厂频繁的负荷增减，而这些都对电网的可靠运行构成威胁，同时对电网结构和设备的要求也大大提高。
而且风能和太阳能的可用时间段也很难与高峰负荷时间段相吻合。于是如何大量、廉价地存储风电场和太阳能发电站在波谷时发出的多余的能源就显得十分重要。不幸的是，在经历的数十年的探究后，已知最有效的存储方式是将多余的电能驱动水泵将水由水库的下游抽回水库以便在高峰时用于发电。
三、多方利益的纠葛
目前的能源结构仍然以化石燃料为主，要想用可再生能源替代化石燃料必将触动利益集团的利益。近期澳大利亚的电网公司就以光伏发电无法提供持续、可靠、廉价的电能，产生大量谐波对已存在电网设备的运行安全构成威胁为由拒绝许多新建家庭光伏发电系统并入电网。
虽然困难重重，但我们应当保持信心应对所有的挑战。因为在面临以上困难的同时我们也有很多的优势。
一、高效而便利的二次能源通道——电网。电网为能源的输送提供了十分迅速而便捷
的通道。依赖现存的电网设施，我们只需将一次能源转换为电能即可输送到几乎每一个用户手中。
二、与以往的能源结构转换的迫切性不同，化石燃料造成的环境污染、全球变暖等问题
已经威胁到人类的生存。在面对生死存亡的问题时，人类必然会团结一致共同应对挑战。
三、科技的日新月异。当代科技的飞速发展为我们提供了更多应对危机的方法和途径。
在能源的开发、存储、传输和利用的统筹安排和效率方面，我们仍有巨大的进步空间，这些都可以通过科技进步得以改善。
总之，由化石燃料到可再生能源的转换过程绝非一路坦途、一蹴而就，这需要数代人、每一个人共同努力与协同合作。
关键词：能源革命；环保；再生能源
身处中国北方的居民在冬日的雾霾中迫切地期待这一转变的发生。燃烧化石燃料产生的温室气体导致的全球变暖和所引起的环境问题吸引了更多目光，人们都在思考面对这一挑战，人类将如何应对。早在2008年，环保主义者戈尔就宣传：在十年内，完成以新能源来驱动整个美国的目标是可实现的，经济上亦可承受的；2009年斯坦福大学的马克·杰克布森教授刊文《2030年前，通往可持续能源的道路》，提出在20年内将所有能源转换为可再生能源的方案。
戈尔的十年之期已到。根据美国能源信息管理局2018年前1至8月数据显示，可再生能源（包括水电、风能、太阳能、生物能等）占整个一次能源中的比例为11.55%，化石燃料占79.99%，核能占8.46%。相较于2008年可再生能源7.27%的占比，美国的能源结构已发生可观的变化，但很明显距戈尔的宏伟目标依然任重而道远。
距马克·杰克布森教授的二十年之期尚远，但我们不妨引用自1997年到2017年的这二十年间能源结构的变化作为参考。2017年化石燃料在世界一次能源结构中的比例为85.19%，较1997年90%的比例下降了不到5%。显然要在一代人的时间内实现能源结构实质性的改变绝非易事。
以上的数据着实让人沮丧，看来能源结构的转变并非一蹴而就，也并非在一代人的时间内即可完成的。我们以人类已经完成的两次能源结构转变为例：由木材到煤炭，再由煤炭到石油。通常我们将5%的占比作为成为主要能源的门槛值。1840年，煤炭在能源结构中的占比达到5%，在之后的70年中煤炭逐步取代木材成為最重要的能源，并于一九一零年代到达峰值55%。石油在取代煤炭的过程中也经历了类似的变化，1915年，石油在能源结构中的占比达到5%，随后逐步替代煤炭，直到1965年石油方才超过煤炭在能源结构中的比例，于1975年左右到达40%。
能源结构的转变如此之慢是因为不同的一次能源需要不同的科技及技术对该能源进行开采、生产，不同的机械设备和设施将它们转化为二次能源，不同的配送渠道将能源输送到最终的用户手中。因此任何新能源要想在能源结构中取代传统能源的主导地位，都需要在世界范围内作大量的投资和基础设施的建设，这些通常需要50年到75年才能完成。
同时向可再生能源的转换将更具挑战，主要由于以下原因：
一、目前的能源消耗的规模是以前任何时代都无法比拟，且正在不断增长。
2017年全球消耗的能源为5.657×1020焦耳，这一数字是十九世纪九十年代当煤取代木材时能源规模的25倍，假设用目前的可再生能源设施供给十九世纪九十年代的能源消耗，将绰绰有余。新能源的开采、配送以及转化，每一个环节都需要史无前例的投资。仅仅设想将全世界所有的汽车都换成电池驱动，都将是一场浩大的工程。同时我们应该认识到，如果能够降低我们总的能源需求，也将会对能源结构的转换提供极大的便利。
二、风能及太阳能不连续及不可靠的特性
现代社会需要的是不间断的可靠电网。夜间的供电量在不断的增加以满足地铁、电动汽车充电、空调、大城市照明等用电设备需求。因此用风能和太阳能提供基本负荷的成本及难度大大增加。例如德国，风能和太阳能已取得实质性的发展。在一些多风且晴朗的时间段内，风能和太阳能几乎能实现50%的电力供应；但也存在一定的时间段内，风能和太阳能只能提供很少一部分的电力供应，这将会对德国甚至周边国家的电网的潮流方向产生很大的影响，同时造成煤炭和天然气发电厂频繁的负荷增减，而这些都对电网的可靠运行构成威胁，同时对电网结构和设备的要求也大大提高。
而且风能和太阳能的可用时间段也很难与高峰负荷时间段相吻合。于是如何大量、廉价地存储风电场和太阳能发电站在波谷时发出的多余的能源就显得十分重要。不幸的是，在经历的数十年的探究后，已知最有效的存储方式是将多余的电能驱动水泵将水由水库的下游抽回水库以便在高峰时用于发电。
三、多方利益的纠葛
目前的能源结构仍然以化石燃料为主，要想用可再生能源替代化石燃料必将触动利益集团的利益。近期澳大利亚的电网公司就以光伏发电无法提供持续、可靠、廉价的电能，产生大量谐波对已存在电网设备的运行安全构成威胁为由拒绝许多新建家庭光伏发电系统并入电网。
虽然困难重重，但我们应当保持信心应对所有的挑战。因为在面临以上困难的同时我们也有很多的优势。
一、高效而便利的二次能源通道——电网。电网为能源的输送提供了十分迅速而便捷
的通道。依赖现存的电网设施，我们只需将一次能源转换为电能即可输送到几乎每一个用户手中。
二、与以往的能源结构转换的迫切性不同，化石燃料造成的环境污染、全球变暖等问题
已经威胁到人类的生存。在面对生死存亡的问题时，人类必然会团结一致共同应对挑战。
三、科技的日新月异。当代科技的飞速发展为我们提供了更多应对危机的方法和途径。
在能源的开发、存储、传输和利用的统筹安排和效率方面，我们仍有巨大的进步空间，这些都可以通过科技进步得以改善。
总之，由化石燃料到可再生能源的转换过程绝非一路坦途、一蹴而就，这需要数代人、每一个人共同努力与协同合作。