低碳能源：世界能源革命新战略，本文主要内容关键词为：能源论文,新战略论文,低碳论文,世界论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
近年来，在关于气候变化的可能性及其灾难性后果的警告不断增加的同时，大部分重要的化石燃料产生的温室气体和二氧化碳每年依然排放惊人，比1990年的排放水平要高出35%。稳定气候需要许多经济部门作出改变，包括农业和林业部门。但是，化石燃料是问题的症结所在，减少化石燃料在全球能源体系中的支配地位是稳定气候的关键。
今天拥有的技术和预计今后几十年会拥有的技术，将使世界能源体系发生急剧的变化。太阳能、风能、地热能和生物资源都有可能提供大量电力、液态和气态燃料能源，以及被用来向建筑物和工业直接供应热能。但是，新技术需要世界能源基础设施的重大变化来加以显现。
一、生态灾难的威胁
2007年，大气中二氧化碳的浓度已超过384ppm，如果包括其他温室气体的影响的话，大气中二氧化碳的浓度已经达到430ppm。人类正在创造一种不同以往的气候，其危险正在以一种非自然的、加速的步伐逐步展现出来。除非温室气体排放在今后10年内开始下降，否则，我们将引发世界性气候混乱失控，而这种混乱可能会持续几个世纪，我们的后代将无力阻止。直到近来科学家们才明白，二氧化碳、甲烷和其他不太常见的温室气体可能造成惊人的生态灾难。
（一）二氧化碳排放持续增长
科学家预计，今后几十年里，地球吸收碳排放的能力将下降，世界生态系统的巨大变化可能进一步加快地球变暖的进程。近来的研究表明，北极地区的冻土含有大量的碳，比以前估计的高出60%，相当于现在大气碳含量的1/6。冻土融化会释放数百万吨二氧化碳以及甲烷。甲烷是一种温室气体，强度超过二氧化碳25倍，能使大气温度增加更快。北冰洋地区的冰帽近年来大大缩小，并且可能在今后10年内完全消失。这将会造成地球能源失衡，会有更多的光照，释放更多的热能，进一步提高北半球的气温。这可能意味着具有百万年历史的格林兰冰盖的终结，而格林兰冰盖融化的水足以将世界海平面提高7米多。
2007年，化石燃料的燃烧向大气排放了300亿吨二氧化碳，相当于每小时排入100多万吨，其中煤和石油各占40%，其余的是由天然气燃烧造成的。水泥生产约排放了3.5亿吨二氧化碳，森林砍伐和农业生产活动大约排放了16亿吨。1950年以来，年度化石燃料碳排放增加了五成，实际上，2002年以来排放增加的速度更快。如今，化石燃料已占全球经济动力能源的4/5。
美国能源部预计，2030年世界能源使用和二氧化碳排放将增加50%，平均每年1.7%。照此速度，2030年排放将超过400亿吨，假定按这个速度继续增加的话，2050年二氧化碳排放则将达到620亿吨。
随着中国、印度等发展中国家进入能源密集型发展阶段，建筑行业和基础设施建设正以惊人的速度发展，这些国家的能源需求大大增加，使得我们面临的挑战更加严峻。2006年，人口不到世界人口20%的工业化国家大约占全球排放的40%。自19世纪初爆发工业革命以来，化石燃料燃烧所产生的二氧化碳，60%以上是由工业化国家产生的。但是现在，这种结构正在迅速改变，特别是在中国。2002年以来，中国二氧化碳排放加速，达到年增长10%。
2004年，人们预计中国的二氧化碳排放要到2030年才能超过美国。然而资料表明，如果把与水泥有关的排放计算进来的话，这个门槛在2007年就跨过了。2007年，中国的化石燃料产生的排放几乎并不少于美国，中美两国占全球排放的40%。（见表1）在其他发展中国家，二氧化碳的排放也增长迅速，特别是在亚洲和中东地区。在这些地区，人口增加很快，越来越多的石油财富，以及低廉的、有补贴的能源价格导致能源需求迅速增加。
（二）世界气候的核心问题
对世界气候来说最大的问题是煤，它的碳含量比石油还高。以近来的石油价格来看，诸如焦油沙和石油页岩一类的“非传统”化石燃料在经济上已经可行。除非严格控制发展这些脏兮兮的化石燃料，支持可再生能源，否则，排放下降的目标将不可能实现。
烧煤发电厂目前供应世界电力的40%以上，它们过高的二氧化碳排放使得政策制定者和企业家们高度关注碳的吸收和储藏。因此，这些发电厂可能适合发展低碳经济。这类工厂可以安装设备，在化石燃料燃烧之前或之后吸收碳，然后通过管道将二氧化碳输入地下的地质水库或者海洋深处。原则上说，这些碳可以在那儿呆上千百万年。
煤还可以气化（正如在一些先进的发电厂已进行的那样），然后将二氧化碳同其他气体分开，或者直接在粉碎厂燃烧，这也可以吸收90%多的二氧化碳。阿尔及利亚、加拿大、德国和挪威正在实施CCS（即碳的吸收和储藏）工程。阿尔及利亚和挪威的设施是简单地吸收同天然气一道提取的二氧化碳，在加拿大维本德的小型工程则是提取二氧化碳并将其注入地下。尽管这些技术正在提高，地质地址的模拟和监测技术也在提高，建立全方位的CCS系统仍然有很长的路要走。并且，必须建设大型基础设施来吸收、搬运和储藏目前化石燃料燃烧所产生的二氧化碳，即使只是一小部分。
在过去几年当中，美国、欧盟、日本和中国都开始了政府资助的CCS计划，但是举步维艰。鉴于气候问题的紧迫性，大部分发电厂正指望着CCS让它们继续燃烧大量的煤。一项由美国麻省理工大学进行的研究认为，美国能源部提出的大规模CCS可行性主要计划，并没有处在使关键技术迅速得以商业化的正确轨道上。在可以储藏二氧化碳的地方，对大型水库进行定位、测试和颁发许可证是一项特别紧迫的任务。并且，CCS将是水源和能源密集型的，这一点在许多地区限制了它的吸引力。
二、推动世界能源革命
1907年，只有8%的美国家庭有电，这一年亨利·福特在他创建4年之久的工厂里已经生产了3000辆汽车，那个时候大批量生产的T型车还没有问世。当托马斯·爱迪生生产出改进的电灯泡，持怀疑态度的斯蒂文斯研究所所长拒绝接受它：“每一个了解这个东西的人都会把它视为明显的失败。”很少有人料到，到20世纪中叶的时候，每一个美国家庭以及世界各地数十亿的家庭都有了电和照明，汽车也普及了。以前，人们很难想象汽车会塑造出崭新的生活方式和经济模式。事实证明，开发新能源，转变世界能源体系，进行能源革命是必须的，也是可行的。
（一）提高能源效率
2001年，美国副总统狄克·切尼汇总布什政府的能源建议时，把节约能源说成是“道德病毒”，不值得考虑，应当选择更为有力的能源战略，比如近海石油钻探和发展核能。切尼迅速否决了从需求方满足能源需要的方法，这反映出1980年能源价格大幅下降以来，政策制定者和投资者普遍忽视能源效率的现象。
但随着能源价格近来创下历史新高，专家们的观点一致发生了明确的转变。减少能源浪费，用既定量的能源获得更多的经济产出，如今被认为是减少对化石燃料依赖的最经济的方法。与提高能源效率相关的资金节约常常足以证明投资的合理性，即使世界没有面临气候危机。
能源效率衡量从能源利用获得有用服务的能力。从工业革命初期开始，能源效率稳步提高，这种趋势在1970年能源价格大涨以来大大加速了。美国自1973年以来经济增长165%，同期，能源使用只增加了34%，国家的能源效率翻了一番。起步较晚的德国和日本，能源效率也得到了相应提高。但今天全世界能源利用所产生的热能一半以上都被浪费了，没有被用来满足能源需求。
这表明，今后几十年提高能源效率还有很大的潜力。节约能源最大的潜力在于能源经济的最基本元素：建筑。建筑约消耗了全球能源的40%，并释放出同等比例的二氧化碳。大约一半这种能源是用于空间与水的供热，其余部分跟生产照明用电、制冷和为电器和办公设备提供电力有关。如今已经拥有的技术，诸如更好的隔热，更加有效的照明和电气设备，改进后的门窗，排气风扇，使得用于建筑的化石能源需要可以减少70%或者更多。
研究表明，就新建筑而言，设计时把多种能源效率措施结合起来可以将其能源使用减少到传统建筑的一半，甚至更多，正如纽约、伦敦和柏林所显示的那样。在印度、中国和世界其他国家，潜在的能源节约可能更大。例如，印度的商用建筑虽然没有实施强制性的能源效率规定，大部分建筑开发商也没有受训安装隔热设备，但绿色建筑在印度也出现了。印度首都新德里的郊区正在建设世界上最大的绿色商业开发项目之一，预计会超过国际能源标准。
近年来，对环境影响最小的“绿色建筑”吸引了世界各地越来越多的注意力。在美国，新的商用建筑开发商热衷于绿色证书，掀起一波建筑设计师、建筑工程师和开发商追逐的浪潮。美国绿色建筑委员会制订了一整套流行的自愿遵循标准，如今拥有15000个会员组织。会员们正努力按照这些标准满足能源效率要求。与此同时，加拿大、印度和其他国家正在制定他们自己的标准。
在中国，住房和城乡建设部确立了一个目标，使新的城市建筑能效比现有的建筑高出65%。并且，国务院建立了一种税收和免费的制度，鼓励使用能够提高能源效率的能源设备。
更多的能源节约来自“零能源”或“零碳”建筑，这种建筑在当地依靠可再生能源产生所有的能源，不释放二氧化碳（大部分建筑需要外部的能源供应以满足一天当中或一年当中高峰时的需要，但是，如果它们在一年当中生产的能源跟它们消费的能源一样多，就被认为是零能源）。英国规定，2016年以后建造的所有住房和2019年以后建造的所有商用建筑都要是零碳建筑。
在发展中国家，随着人们搬进新居，获得诸如供热、制冷和冷冻储藏等享受，建筑里的能源使用也增长得特别快。在中国，建筑已经占到能源使用的23%，并且在今后10年里将有3亿人口，相当于整个美国的人口，搬到城市里，随之将会出现今后历史上最大的建筑高潮。如何建设这些建筑将会深刻影响中国未来几十年的二氧化碳排放。
在广泛使用综合热能和动力(CHP)方面可以发现另一个提高能源效率的巨大机会：共生生产。今天，大部分发电厂发电燃料的2/3转变成废热，或者消失在传输过程中。在美国，发电厂产生的废热相当于日本消费的全部能源。通过把电力生产同工厂和建筑一体化，高温的废热可以用来生产电力，在另一种安装模式里，来自发电厂的废热还可以用于工厂和建筑的供热，将总的能源效率从33%提高到80%-90%。
据估计，1990-2005年间，欧洲的CHP减少二氧化碳排放5700万吨，占欧洲排放减少量的15%。如果大部分工业化国家都积极采用CHP，就可以消除建立新的用煤发电厂的需要，并使许多老的用煤发电厂逐渐关闭。根据当今的能源价格，仅仅节约能源这一条就可证明这方面的大部分投资是对的。
能源效率的进一步提高将不仅减少化石燃料的消费，还将使迅速增加的无碳能源使用更容易。通过改变城市设计，比如，在减少对汽车的依赖的同时，增加公共交通、步行和自行车的作用，可以获得更多的益处。
（二）发展无碳能源
不管如何有效地使用化石能源，大规模减少二氧化碳排放，同时都需要迅速地使用无碳能源。这些年来，备受青睐的一项选择是核动力。核动力在一些国家发挥了重要作用，但今后几十年里扩大核动力面临巨大的障碍。（见图1）更为坚实的无碳能源选择是可再生能源，包括太阳能、风能、生物能和地热能。从更长远的时间来看，海洋能、潮汐能、波浪能、洋流和热对流能，是另一类巨大的可能。
自20世纪70年代末以来，由于一些国家政府和企业的支持，现代可再生能源技术稳步提高。但在过去5年里，可再生能源进入强劲增长的阶段。飙升的能源价格以及新的政府政策和对气候变化的担心，激发越来越多的中小型公司和范围广泛的投资者，将千百亿美元投入可再生能源技术研发。
资源来源：《世界能源统计观察》（2008，伦敦），国际原子能机构数据库、世界观察研究数据库以及其他机构的数据库。
图1 2002-2007年年均能源增长率
烧煤的发电厂生产世界电力的40%，占全球二氧化碳排放的1/3。用可再生能源发电厂取代现有的和计划建造的电厂，将对世界气候问题产生深刻影响。可再生能源几乎已经供应着世界电力的1/5。尽管这主要来自大型的水力发电，但水力发电增长缓慢，风能发电正以每年24%的速度增长，太阳能的增长速度则超过40%，可以同计算机和移动电话的增长速度相媲美。
自2000年以来，风力发电从一个微不足道的电力供应者成长为全球电力行业的重要力量。依靠通用电器、西门子、丹麦的维斯塔斯风力技术集团和西班牙的加美萨风电集团制造的百万千瓦发电机，风力发电现在欣欣向荣，总的发电能力在2008年初估计超过了100兆瓦，比2004年翻了一番。这一行业在20世纪80年代由加利福尼亚和丹麦主导，90年代则由德国和西班牙支配。如今，这一行业在世界最大的电力市场，包括中国、印度、美国和欧盟在内，繁荣兴旺。
2007年，风能发电占欧洲新的发电能力的40%，在美国则占35%。进一步的增长将来自近海风力农场，近海风力农场预计在今后10年会迅速发展。当越来越多的政府遵循和贯彻风能友好型法律，这种快速增长还将继续下去。随着风能行业的增长，会有更多的投资用于效率更高的技术开发，促使风能成本降低。在美国，风能发电的成本是平均每千瓦小时不到6分钱，低于天然气的成本，大致与煤电的成本持平。
太阳能产业的起点低，但发展速度甚至比风能还快。年度太阳能电池（将太阳光转变成电力的半导体）的生产在2006年增长了41%，在2007年则增长了51%。在过去5年里，由于德国、日本和西班牙积极的激励计划，太阳能电池安装累计增长了5成以上。这种快速增长激发了一波强大的技术创新浪潮。从加利福尼亚的硅谷到德国的慕尼黑和中国的深圳，许多公司正在努力用一系列不同寻常的方法来改进太阳能电池的设计，降低太阳能电池的生产成本。
太阳能发电厂需要大量的补贴，但是普罗米修斯研究所2007年预计：随着太阳能发电产业的规模化，到2010年，为大型工程安装太阳能发电系统的价格将下降50%，也就是在最好的地方每瓦4美元（没有补贴一类的激励）。太阳能电池主要是放在屋顶上，为居民、企业和政府部门提供电力，并把剩余的电力输入当地的电网。在美国加利福尼亚州和意大利光照充足，太阳能电力预计会下降到每千瓦小时25美分不到，在今后3年内太阳能电力的零售价格极具竞争力。
即使太阳能电池成为主流的时候，人们的注意力仍然集中在通过大型集聚太阳能(CSP)发电厂使用太阳热能。这些发电厂主要建在沙漠里，它们提供批发电力，跟今天的城市一样，并通过高压电网将电力传输到城市和企业。这些发电厂采用的方法，很像传统的用煤发电厂或核电厂采用的方法，但要求的温度和压力较低，从而可以降低成本。
随着可再生能源技术的进步，人们的注意力转向可再生能源如何满足全球经济不断增长的需要。许多人怀疑，可再生能源能否满足如此巨大的能源需要。太阳光投射到地球表面仅仅两个小时就相当于人类一年总的能源使用。尽管大部分太阳光成为热能，但是，太阳能也体现在风能、水能、波能和生物能当中，它们都可能被人类加以利用。人类只需要那巨大的每天流动的能源当中的一小部分。随着技术的进步，能源使用效率的提高，生产成本的降低，可再生能源终有一天会取代以碳为基础的燃料，尽管它们对于今天的经济而言至关重要。有几项研究评估了主要的可再生资源的规模，以及将来它们对能源经济可能有多大的贡献。就风能来说，太平洋西北实验室发现，美国堪萨斯州、北达科达州和得克萨斯州的陆地风力资源就可以满足该国全部电力的需要。然而，美国的风力资源并不局限于那几个州。除了陆地风力资源以外，在北欧国家，比如荷兰和英国，近海风力提供的巨大潜能基本上可以提供它们全部的电力。中国的风力资源就足以提供比中国目前消费的电力还要多的能源。太阳能代表一种更大的能源。美国全国可再生能源实验室进行的研究表明，美国西南部7个州159000平方公里的范围适合建造CSP发电厂，发电能力将近7000兆瓦，几乎7倍于美国现有总的发电能力。美国电力的1/5可以在1500平方公里的陆地上生产出来。尽管一些地区，比如北欧地区，没有充足的太阳能来满足他们更多的能源需要，但其他国家可以成为太阳能出口国。例如，北非。其拥有巨大的太阳能资源，并已计划建造太阳能发电厂，把电力输往欧洲。撒哈拉沙漠不到4%的地区生产的太阳能电力，即相当于全球的电力需要。
同化石燃料相比，几乎每一个国家都有大量的可再生能源，包括许多没有石油资源的发展中国家。非洲、澳大利亚、中国、印度、中东和美国都有巨大的太阳能资源，冰岛、印度尼西亚和菲律宾拥有丰富的地热资源。一些国家还拥有丰富的生物废料资源，它们来自农场和林业。
（三）设计新的能源体系
可再生资源极其丰富，原来围绕化石燃料设计的能源体系面临着挑战。化石燃料具有集中、易于储藏的优势，并且，能源行业花费几十年的时间建立起了一种传递系统，包括巨大的管道、高压传输系统以及与那些能源相匹配的分配系统。而可再生能源则比较分散，许多能源只是在特定时期可以获得。这些特点对于向欧洲某些地区提供1/5能量的风能来说，并没有太大的障碍，但为了建立无碳经济，便需要更多的创新。
电力是今天能源系统当中最为重要的因素，它对照明、制冷、电器和许多工业过程来说都是必不可少的。随着电器的普及，随着新技术让电力用于为电动车辆提供动力，为住房更有效地供热和制冷，电的作用只会增强。幸运的是，太阳能、地热能和生物能都能生产电力。
从电力生产者的角度来看，可再生能源的主要劣势在于它们的变动性。例如，一般来说，风能和太阳能只能发挥它们估计产能的25%-40%，这取决于生产技术和所处的位置。然而，这种变动性对可再生资源电力来说并不像电力工程师曾经预计的那样，是什么大问题。电力公司已经适应了需求波动，甚至适应了传统发电厂意外关闭时电力供应的变动。所以，变动性并不是一个什么新的概念，虽然应对变动性需要计划，需要加强脆弱电网，并且，随着服务范围的扩大还需对电网运行作出判断。
今后几十年随着对煤依赖的减少，很可能许多地区需要将20%的风能、太阳能和其他可再生能源的门槛大大提高。要做到这一点，必须追求四项战略组合：(1)使用热能和电力(CHP)系统，增加当地电力的生产能力。CHP系统包括先进的技术，比如微型发电机和可以根据需要开通和关闭的燃料池。(2)把可再生能源同数字智能网结合起来，这些智能网将在平衡供求的能力方面更加灵活。(3)增强低成本储藏能源的能力，从而在需要的时候，可以立即获得供应，如抽取的水、压缩的空气和先进的化学电磁以及燃料池。(4)有选择地增加一些高效、低成本的气体发电机的生产，以提供备用电力。
一些地区的发电厂在经营电网方面已经有了经验。在这些电网的电力中，风能生产的电力占了相当大的比重。丹麦用风力生产了大约整个电力的20%。有时，丹麦西海岸地区的风力发电能够满足100%以上用电高峰的需要。2007年，德国有4个州用风力生产了当地30%的电力。在美国加利福尼亚州，可再生能源占到一些大型用户电力组合的30%以上。这些地区的电力通过当地的电网与广大的地区连接起来，使用水库作为临时储藏地，增加气体发电机的使用，以满足用电高峰时期的需要，从而做到电力供求平衡。这些工具不仅可以帮助电力公司管理电力供应，在需求方面它们可以做的更多。新技术已经能够预测，甚至控制电力需求的水平，并能在更好地保持供应和需求的同时，为消费者节约开支。但要提高效率，释放可再生能源的全部潜能则需要更新20世纪初建立起来的电网，这种电网不提供消费者和消费者之间的反馈，需要派人去读电表。新的数字电网包括电子控制装置，可以顺利地把用电户同大大小小各种类型的可再生能源发电厂联系起来，同电力储藏设施联系起来。
数字网络使电力系统的运营就像计算机网络运营那样，能对用户的决定立即作出反应。这种系统的一项优势是电表可以转换成消费者网络连接器，及时传送价格信号，在价格高的时候或者不能获得可再生能源的时候，把不需要的装置关掉。消费者可以用电表监测其电力使用情况，选择在价格高的时候把他们的装置整天关掉。
加利福尼亚天然气和电力公司正在为它的客户安装900万个智能电表，欧洲预计到2013年的时候安装8000万个智能电表。智能电网从零开始，它们比传统的系统便宜，并且它们已经在撒哈拉沙漠南部的非洲地区建立起来，当地头一次实现了电力化。
在用电高峰期，一些风力农场的经营者开始尝试使用地下钢管或者地质构造中的压缩空气储藏生产的电力。一家公司计划在装有发电设备的建筑下面安装一台压缩机，让压缩的空气顺塔而下，然后储藏在地下。当需要电力的时候，空气压缩机的任务则颠倒过来，用来生产电力。TXU是美国得克萨斯一个大型电力公司，近来关闭了8家烧煤的发电厂，而计划建造一个30亿千瓦的风力农场。这座计划建造中的风力农场比任何一个现在运行的风力农场都要大，其或许包括了压缩空气储藏功能。
充分发掘可再生能源的潜力也需要扩大世界许多地方的高压传输系统，这一点在光照充足的北非特别明显。北非离欧洲的距离并不远，但目前两者之间缺乏足够的电力联系。美国电力公司几十年来对电力输送系统投资不足，现有的电网也不太适应陆地上的可再生能源基地。这些基地主要分布在大平原地区和西南部的沙漠地带，远离国家的人口和工业中心。美国已经计划建造一条新的国家电力高速公路。这条电力高速公路的建设将使用高压、直流线路，造价大约在1000亿或1000亿美元以上。人人都在推动这个计划，从美国前副总统艾尔·戈尔到能源泰斗T.布恩·皮金森，但还需要国家立法来突破联邦和州行政管辖的障碍。
美国能源部在2008年进行了一项详细的研究，研究表明到2030年仅风能一项就可以供应美国电力的20%。美国能源部的结论依据的是届时将建成的350兆瓦的风力农场，比2008年末时的大约25兆瓦有了大幅上升。这些风力农场将分布在全国各地，其中包括54兆瓦的离岸发电机。为了使这成为可能，需要架设大量新的传输线路，风力发电行业的生产能力也需要拓展。美国能源部的分析人员认为，两者通过私营和政府的支持都是可以做到的。
为了说明低碳电力系统，我们描绘了2030年美国的情景。我们假定，能源效率的提高可以把电力需求的增长削减到每年0.5%，美国能源信息署(EIA)的预测是年增长1%，20世纪90年代的实际增长是每年2.4%。然而，我们也假定，到2030年的时候，汽车和轻型卡车一半的能源需求由这个电网满足，电力需求增加10%。基于已有的技术或很快就有的技术，我们的设想包括各种太阳能、生物能、地热能、风能和共生能（将小型、高效的发电机安装在企业和建筑物当中）的组合，让水力和核电仍能发挥一点作用。另外，据EIA预测，到2030年煤仍然提供美国一半以上的电力，使得电力部门的二氧化碳排放继续上升。
根据世界观察研究所的设想，2030年美国电力部门的二氧化碳排放比今天要低90%。显然，没有哪一种可再生能源需要提供美国20%以上的电力。一个更加强大的电网、广泛的共生电力和适度的储藏，加上支配今天电力行业电厂的一小部分，就能让这个体系可靠地运营。如果这种设想对拥有世界最大的电力系统的美国是可行的，那么，在大部分国家类似的事情就是可能的，只是一些国家建立低碳系统早一点，其他国家晚一些。
低碳电力对低碳能源经济而言至关重要，但就其本身而言，那是不够的。减少机动车辆对石油的严重依赖是另一个关键步骤，并且，近期最有希望的战略是转向生产新型的电力和混合动力车。因为据估计在2030年电力供应只需增加10%，半数机动车的能源需要就可以满足。电力计划人员认为，电力车也能增加电网的稳定性：在非高峰期，电网可以给电力车充电；在电力需求高、其他资源缺乏的时候生产电力，取代一些现在不得不依赖的昂贵的烧天然气的“峰值电厂”。当然，这需要一个智能电网最有效地工作。过去几年里，随着通用、日产和丰田都宣布计划迅速将电力车投放市场，实现这种转变的时间大大提前了。
在转向低碳能源的过程中，天然气也将发挥重要的作用。天然气每单位能源所产生的二氧化碳是煤的一半，但因为天然气可以更有效地使用，因此同煤相比，天然气可以减少75%的二氧化碳排放。具有讽刺意味的是，在今后几十年通向低碳能源的道路上实际要使用更多的天然气，因为在可承受的可再生能源一时难以获得的时候，必须提供一种碳密集型程度较低的过渡燃料。天然气资源不像石油那样被严重开采，分析人员认为，今后几十年可能大幅增加天然气的生产。
天然气应当被视为经济价值可以同石油相媲美，甚或超过石油的优质燃料，从环境意义上说，它比其他化石燃料具有更加明显的优点。但今天大部分天然气没有得到充分利用，只是被用来生产低温热能，为建筑供热，为水加温，或者在缺乏效率的单循环的发电厂被消费掉。为了减少二氧化碳排放，上述应用可能大幅减少，当建筑建设得更有效率，太阳能、地面热泵和生物能为空间和水供热提供大部分能源，效率最低的燃烧天然气的发电厂关闭的时候，都将节约大量的天然气资源，为高效率的CHP电厂提供燃料，特别是为微型电力系统提供燃料。微型电力系统可能在商业和居住建筑中变得非常普遍。
将新的低碳能源纳入现有能源体系的能力将加快转型，降低成本。实际上，风能已经并入许多电网，在许多国家的交通运输部门乙醇已经加到汽油里面。巴西采取重大步骤，广泛推行可以使用各种乙醇和汽油组合的汽车；基于两种燃料的价格，司机可以当即做出购买的决定。可以从垃圾填埋场、牲畜饲养场和污水处理厂收集甲烷生物气体，以补充天然气，要不然，这些气体就会排入大气中。在德国，甲烷生物气体已经加入到改进过的天然气管道中。
从长远来看，目前流淌在世界天然气管道中的天然气或许会为氢所取代。氢产生于广泛的可再生能源，其中一些来自非高峰期生产的风能和太阳能电力。在过渡时期，氢可以在世界的天然气管道中同天然气混合使用。
（四）增加对新能源的投入
大部分经济转变开始的时候就像水中涟漪一样难以觉察，然后才形成汹涌的波浪。处在支配地位的技术和企业因受到政府保护和政治上的支持，抵制变化。因此，新技术的开发者和企业必须寻找一个适宜的市场，以较高的成本满足特殊的需要。但随着时间的推移，新的竞争者的产品变得比较便宜，市场份额扩大，对居主导地位的企业构成威胁。随着经济优势的逆转，从一代技术转变到另一代技术的过程也就加快了。
美国公司投入清洁能源技术研发的资金在2007年达到98亿元美元，相当于美国政府2008年投入可再生能源研发资金的15倍。2007年丹麦维斯塔斯风力技术集团用于研发的资金是1.69亿美元。在清洁能源领域，风险资本和私人财产投资在2007年总共达到132亿美元，比2006年的水平高出42%，相当于2001年水平的13倍。2007年初，这些投资帮助创建了253家清洁能源公司，其中包括Nanosolar公司、Celunol公司、SunPower公司、E3生物燃料公司以及Moasole公司，它们大多数从事开发新型能源并使其商业化。
除了技术进步以外，可再生能源经济将随着生产规模的扩大进一步发展。电视、个人电脑和移动电话这些产品曾经只服务于属于高收入人群的技术开拓者，但如今这些产品已经成为大众市场的消费品。波士顿咨询集团在对几个制造行业的生产成本进行分析后发现，每当生产的产品翻一番，生产成本便下降20%-30%。这显然是一个好消息：风能发电机的生产在过去3年里翻了一番，而太阳能晶片的生产在过去两年里翻了一番。
不断下降的技术成本和不断上升的化石燃料价格结合在一起，使可再生能源到达具有商业竞争力的临界点。在美国，风能电力成本已经低于天然气生产电力成本，几乎同烧煤的电力成本持平，如不考虑二氧化碳排放所产生的成本。在今后5年里，太阳能电力无论在批发市场，还是在当地的零售市场都将处于具有经济意义的阶段。
不断提高的技术和不断上升的能源价格，为新型能源体系创造了一个非常有利的市场。但要达到一个具有真正意义的转折点，需要出台新的公共政策和强有力的政治领导。在今后的岁月里，能源经济和世界的气候会发生什么，在很大程度上将受数以千计的国际性、全国性和地方性政策决定的影响。
许多能源经济学家争辩说，化石燃料在当今处于支配地位的原因，是因为同其他形式的能源相比它们的成本较低。但是，平均石油价格从2003年的30美元上升到2008年的100美元，对汽油消费具有的轻微影响也表明了它的局限性。
今后10年左右的时间里，任何政治上可行的碳定价制度对能源投资的影响都比较小。为了提高效率，气候政策需要涉及的不仅仅是排放价格，还必须涉及能源市场失灵的情况。能源市场失灵将限制价格发出清晰信号的能力。
新古典经济模式假定，在一个不存在经济摩擦的世界里，买卖双方拥有他们所需要的全部信息和资本，并且在采用新技术方面没有严重障碍。开始于20世纪20年代的经济研究表明，交易成本能够极大地限制市场效率，而另一些研究人员表明，经济行为常常不能遵循新古典经济学的法则。诺贝尔奖获得者、经济学家道格拉斯·诺斯表示，法律、习俗和社会极大地影响着经济运行。倘若没有这些东西，大部分市场便难以有效地发挥作用，如果不是完全不起作用的话。
因为与其他大部分市场相比，能源市场明显地是由政府政策、部门约束以及大型工业企业的力量塑造的，所以，简单的经济理论对于如何激发变化所能提供的认识是很少的。电力动力行业与新古典经济模式相去甚远，对这一行业的管理表现为广泛的政府规定。其目的在于促进大型的、可靠的电力系统，在这个系统中有一家支配大部分地方电网的公司，在某些情况下这家公司也拥有输送线路和发电厂。虽然这种经济模式在向数十亿人们输送可负担的电力方面获得了广泛的成功，但这一模式对于提高能源效率所提供的刺激和机会甚微。政府的规定以较小的资本密集型发电机为代价，支持大型的燃料密集型发电机。其结果就是，一个经济上远非理想的电力系统，一个如果要使经济效率最大化，就需要进行重大改革的电力系统，更不用说考虑全球气候变化所代表的环境外部性。
在一个按照传统方法管理的系统中，公用事业的生产者以固定利润率生产并分配电力，利率部分则取决于所出售的电力。这种情形自然地孕育了公用事业增长论：消费者买的电力越多，公用事业单位获得的利润就越多。因为没有竞争者，建造一家发电厂就没有风险，并且由消费者承担生产成本。如果发电厂燃烧的燃料价格漂浮不定，公用事业单位将承担很小的风险：燃料调整条款将价格上涨传导给消费者。虽然理论上说，每当投资是经济的，消费者对提高能源效率的投资就有兴趣，但他们面临许多障碍，包括缺乏投资于保护的资本，缺乏关于投资意义的相关信息。认识到缺乏需求，潜在的生产商和节能设备安装企业便不会有什么动力扩大生产规模，或者建立促进效率提高的企业。
（五）加强对新能源的政策支持
正在使用的规定强行要求建设能效更高的建筑，要求将可再生能源纳入电网，以及液态燃料市场。几个国家和美国26个州规定了“可再生能源组合标准”，要求把特定量的可再生能源电力纳入电网。2006年在西班牙，一份更新版建筑代码要求，所有的新建筑都要安装太阳能。2004年4月，德国巴登—符腾堡州政府要求，新建筑20%的加热设备必须用可再生能源满足。巴西、美国和欧盟要求一个最低量的生物燃料和汽油混合在一起，从而刺激了可再生能源的使用。这类规定对修补市场经济的一些漏洞来说是重要的，但它们至多是一些锈钝的工具，本身不能利用市场的全部力量来影响变化。尽管它们保证满足最低标准，但它们并没有提供动力去争取最有可能的能效和最低的排放。提供那种动力的一种方式是采用一种管理准则，把电力公司的利润同它们出售的电量分开，而不是因为电力公司以最少的成本提供最佳的服务而奖励它们。加利福尼亚已经产生了这种变化。由于这种变化以及其他原因，加利福尼亚州人所消费的电力，不到其他地区美国人人均消费量的一半。
近来燃料成本上升和随之而来的电力价格上涨，激励电力公司采用一种全新的眼光，把提高能源使用效率视为战略性投资。电力公司和政府管理部门共同努力，探索将电力公司追求利润的动机同减少用户电力费用开支和减少排放的需要结合起来的道路。杜克能源公司估计，提高电力使用效率计划将比任何一种新型电力供应便宜10%，为此要求北卡罗来纳州公用事业署允许它从通过效率投资避免的90%的成本中获取一定的利益。加利福尼亚公共事业署近来做了类似的调整，太平洋天然气和电力公司计划投入10亿美元，以提高能源效率。
欧洲政府使用另一种经济工具来激励开发可再生能源的投资。1979年，丹麦政府命令公用事业公司提供能够进入电网的小型风力发电机，并为它们购买的可再生能源电力支付较高的价格。这项法律和一系列相应的规定确定了可再生能源电力的购买价格，阻止公用事业公司阻挠潜在的竞争者。在20几年的时间里，它们减少了丹麦对化石燃料的依赖，使丹麦成为世界风能和生物电力的重要生产国。
其他拥有巨大可再生资源的国家在可再生能源技术更为成熟的时候进入了市场。如有正确的政策，它们能够进展得更快。在过去几年里，中国的可再生能源市场比20世纪90年代欧洲可再生能源高速发展时期还要快。在美国，风力发电机市场在过去3年里增长了两倍，太阳能市场紧随其后。
迅速发展的新型能源技术市场所展示的经济机会，极大地增加了对这些替代能源的政策支持，结果又推动能源市场进一步的发展。这在美国可以清楚地看见。在美国的一些州，比如爱荷华、密歇根、俄亥俄和宾夕法尼亚州的州长们正在努力通过吸引太阳能、风能、生物能和电动汽车行业投资来振兴经济。到2006年的时候，美国可再生能源行业创造了386 000个工作岗位，煤炭行业创造了82000个工作岗位。从世界范围来看，可再生能源行业创造了2300000个工作岗位。（见表2）
世界还没有到达实现某种转型所需要的转折点，但越来越多的迹象表明，为期已经不远。2008年夏天，一位名叫T.布恩·皮金斯的德州石油大亨，建议在美国大平原地区建立一个大规模的风力农场，提供全美国至少1/5的电力。几周之后，美国前副总统艾尔·戈尔建议在10年里关闭所有不能控制的烧煤发电厂，并主要用可再生能源替代它们。随后，在10月初，谷歌网站建议到2030年终结美国烧煤电力的生产，投入40000亿美元开发高效的可再生能源来替代它，目标就是使可再生能源比煤炭资源便宜。一周以后，几十年来一直拒绝承认可再生能源是合适的能源的国际能源署呼吁，到2050年的时候这些能源应供应全球电力的一半。国际能源署总干事田中伸男说：“政府应当做更多的工作，只确定碳的价格是不够的。要促使可再生能源向市场一体化顺利、高效地转变，应当围绕一整套基本原则设计可再生能源政策，并将之纳入可预见的、透明的和稳定的政策框架，使能源革命得以发生。”
三、结论
世界气候带来的最大问题是，工业化国家的能源革命是否在发展中国家也会发生。中国在年度二氧化碳排放方面已经超过了美国，并且，就总体而言，在今后10年里发展中国家处在产生全球大部分二氧化碳排放的进程中。传统的观念认为，发展中国家太穷了，缺乏精细的技术，无法接受新能源体系状态。尽管从表面上看，这种观点是有道理的，但它忽略了一个事实：虽然新能源体系有很多特殊之处，并且需要政府和私人部门都能采纳，但最终新能源体系会更好地同大部分发展中国家拥有的当地资源和能力相吻合。可再生能源技术和效率会促使发展中国家更加依赖当地资源，而减少对昂贵且不稳定的进口燃料的依赖。在世界范围内，新能源体系可能成为巨大的经济发展契机，能为发展中国家提供巨大的经济机会。从长期来看，总的成本可能比遵循当前充满碳的发展路径要少。
中国正开始表明前进的道路。即使当它继续以人类历史上最快的速度建设烧煤的发电厂，大约一周两座，它也可能成为清洁能源的领先者。2004年以来颁布的新的法律，推动了中国节能和可再生能源产业的发展，在某种意义上创造了新的产业。中国目前在太阳能热水器、小型水力发电机和高效的CFL灯泡项目上全球领先。2007年，中国也是世界太阳能电池的主要生产国之一，第三大风力发电机安装国，并且可能在2010年时在这两个项目上居世界领先地位。与此同时，中国正努力成为绿色建筑和绿色汽车的领袖：2008年说服美国亿万富翁沃伦，巴菲特向中国比亚迪——一家计划向大众市场推出混合电力汽车的中国制造商，投资2.3亿元。
其他发展中国家目前尚缺乏中国所表现出的独特的能力。但是如果中国改变其以煤炭为基础的能源路径，转向一种支持能效和可再生能源的路径，这将会对全球经济产生巨大的影响，并将不可避免地使其他国家进入它的轨道。很少注意欧洲或美国发展情况的发展中国家可能受北京政策选择影响更多。中国可能激发的可再生能源技术成本大幅减少，使得发展中国家更加容易采用那些技术。
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