世界指望下個月在巴黎達成的國際氣候協議能夠阻止正在使地球變暖的化石燃料和生物燃料排放量的上升。制定國際協議是一個值得稱讚的目標，但有趣的是，各國並沒有競相自行實現零排放。更令人驚訝的是，沒有一個國家對轉向100%清潔可再生能源的益處和成本進行研究。
幸運的是，科學家們已經進行了分析。他們表明，轉向完全可再生能源系統將節省資金和生命，同時使國際氣候協議變得不必要。
我們最近開發了路線圖，展示了美國50個州中的每一個州如何能夠放棄核燃料和化石燃料，並將其通用能源基礎設施（包括電力、交通、供暖/製冷和工業）轉變為到2050年完全由風能、水能和太陽能供電的基礎設施。該計劃的細節因州而異。然而，總體而言，到2050年，美國有可能透過大約30.9%的陸上風能、19.1%的離岸風能、30.7%的公用事業規模光伏發電、7.2%的屋頂光伏發電、7.3%的帶儲存的聚光太陽能發電、1.25%的地熱能、3%的水力發電和不到1%的波浪能和潮汐能的組合來滿足100%的電力和燃料需求。安裝這種容量所需的土地比人們預期的要少：根據我們的計算，大約0.42%的美國土地將用於這些發電機的佔地面積，1.6%將用作風力渦輪機之間的開放空間。
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100%可再生能源系統仍然需要持續滿足消費者的電力需求——即使在陽光不照射或沒有風的時候。這是一個可以解決的問題。我們的分析發現，透過低成本解決方案穩定可再生能源系統是可能的，這些解決方案包括將陽光和風力強勁時產生的多餘能量儲存在冰、水、帶儲存的聚光太陽能、抽水蓄能水電和氫氣中；以及透過使用更智慧的電網來減少需求過剩的時期。在我們的模擬中，生物質能、核能、天然氣和電池（電動汽車中的電池除外）是不必要的。
轉向這種完全可再生能源組合的好處將是巨大的。2050年的平均能源成本（包括儲存、輸電、配電、維護和陣列損耗）電力為每千瓦時10.6美分，所有能源為每千瓦時11.4美分（2013年美元）——與今天的能源成本相當。然而，到2050年，每個州的終端使用者電力需求平均將下降39.3%。在全國範圍內，這種轉換將淨增加200萬個40年工作崗位，到2050年每年減少48,000例因空氣汙染導致的過早死亡，並在2050年節省每年3.3萬億美元的全球氣候成本。每個美國人每年將在能源成本上節省260美元，在醫療保健成本上節省1,500美元。
最近，我們開發了類似詳細的路線圖，展示了139個國家如何轉向100%可再生能源。這些研究表明，總體而言，完全轉向可再生能源將淨創造超過2200萬個工作崗位，同時每年防止多達700萬例因空氣汙染導致的過早死亡。這種轉換將佔用少量土地。它將穩定能源價格並減少國際能源衝突——畢竟，每個國家將在很大程度上實現能源獨立。它還將透過用分散在全國各地的小型電廠取代大型集中式電廠（這些電廠是誘人的目標）來降低恐怖主義風險。最後，它將完全實現世界領導人在下週在巴黎會晤時旨在實現的目標：幾乎消除任何額外的全球變暖。
馬克·Z·雅各布森是斯坦福大學土木與環境工程教授兼大氣/能源專案主任。