面對氣候變化、空氣污染和能源安全等重大挑戰，如何在21世紀更快實現能源系統轉型，從依賴化石能源的傳統體系轉向100%的可再生能源系統，是最近十幾年來跨越自然科學、工程科學和社會科學各領域的學者研究和討論的焦點議題之一。在已經公開發表的諸多研究中，美國斯坦福大學的MarkJacobson博士的研究比較令人關注，因為他給出的全球能源轉型發展路徑最為樂觀和積極。

Jacobson博士認為，在滿足全球經濟發展的基礎上，到2050年全球能源系統可以完全告別化石能源、核能以及生物質能，而100%由以風能、水能和太陽能為代表的可再生能源系統（WWS）供應。在WWS這一能源系統中，從2030到2050年，逐步被淘汰的傳統能源技術包括：核能、煤炭、石油、天然氣、生物質能（包括用于交通領域的生物質燃料）。同期，所有新裝能源系統都將來自以下可再生能源技術：風能、地熱、潮汐、波浪、太陽能光伏、水電、太陽能集中熱發電、氫燃料電池、電池儲能技術。

根據Jacobson的模型，全球能源系統（一次能源）到2030年時的供給比例如下：風電（50%），太陽能集中熱發電（20%），太陽能光伏發電（14%），屋頂太陽能光伏發電（6%），地熱發電（4%），水電（4%)，波浪發電（1%），海洋潮汐發電（1%）。如果全球實現WWS能源系統轉型，到2030年，所有領域（電力、交通、供熱/冷、工業生產）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系統中，終端設備主要使用電能，這比在傳統能源系統中大量用能設備使用內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：分布式能源系統的使用可以避免能源遠距離傳輸過程中的損失、儲能系統大規模應用、需求側管理、高效低能耗設備的使用等。

這一研究同時討論了美國國家能源轉型的可行性，結論與全球情景接近。為了推進能源轉型的實踐，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WWS轉型。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上，研究者結合州內經濟、稅收、投資等不同情況，分析一個州轉向WWS系統的政策路徑。這樣的州別研究更切合地區發展實際，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型的實際行動。

紐約州的研究發現：到2030年滿足紐約州能源（包括電力、交通、供熱、供冷和工業用能）需求的能源技術基本構成如下：海上風電（40%），陸上風電（10%），商業/政府建筑屋頂光伏發電（12%），太陽能集中熱發電（10%），太陽能光伏發電（10%），居民屋頂光伏發電（6%），水電（5.5%），地熱發電（5%），潮汐發電（1%），波浪能發電（0.5%）。

作為一個大膽、積極、快速的解決方案，WWS能源轉型的實現，不僅可以在不長的時間內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，而且可以為應對氣候變化，這一影響世界長期可持續發展的最大挑戰，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系統中技術選擇的邏輯和實現100%可再生能源系統的成本和收益。本文意在開啟這樣的持續討論，之后將圍繞100%可再生能源轉型的成本和收益陸續展開。