本文发表于《大众科学》的前博客网络，仅反映作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
面对今夏关于如何管理国家当前债务负担的辩论——这场辩论随着一项提高政府债务上限的法案于周二获得通过而暂时休战——我发现自己回顾了奥巴马总统的演讲，他在演讲中强调了我们如何不仅能够稳定，而且能够加强美国经济。在这个过程中，我重新发现了他在2009年发表的演讲，这篇演讲引起了我的共鸣。这篇演讲的重点是能源效率的力量。
在这篇文章中，我探讨了美国人如何能够通过效仿加州实现的能源效率提升，每年在电费上节省1690亿美元。而且，每千瓦时节省的成本将大大低于建造新发电厂以满足国家日益增长的电力需求的成本。
更高效的经济是更强大的经济
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在2009年6月29日，奥巴马总统与能源部长朱棣文一同站立，谈到了能源在为美国“为持续和持久的经济增长建立新基础”的努力中所起的作用。这次演讲是在民主党占多数的美国众议院通过碳排放总量管制与交易立法（该立法后来在参议院未能通过）三天后发表的，但总统的重点不仅仅是清理该国的发电设施。相反，他专注于能源效率的力量。正如总统所说
“事实上，使我们的经济更强大、更清洁的最快、最容易和最便宜的方法之一是使我们的经济更节能”
随着我们对电力的需求随着个人消费的增长和人口的增长而增加，能源效率可以为建造新发电厂提供更便宜的替代方案。避免每千瓦350美元的成本，与新建发电能力每千瓦900美元或更高的成本相比，能源效率计划、政策和技术可能使我们能够在不大幅改变我们的活动和行为的情况下实现显著的节能（和环境效益）。1,2
但是，我们通过效率可以节省多少能源和金钱？这会影响美国债务的更大局面吗？
能源效率与节能
能源效率与节能的不同之处在于，它不需要我们停止做我们喜欢的事情来减少能源消耗，而是允许我们用更少的能源做同样的事情。例如，提高效率可以通过使用新技术（例如，更先进的空调系统）来实现，而节能是通过减少使用（例如，在炎热的夏季将空调的恒温器设置为更高的温度）来实现的。3 这里指出的是，由于我们没有通过能源效率“减少使用”能源，因此它不是我们将电力总需求降至零的可行方法。
因此，如果能源效率不能将电力需求降至零，那么效率能将我们带到多远？
一个实际的估计可能来自加州看到的收益。
加州的能源效率——罗森菲尔德效应
如下所示，与美国其他地区一样，加州对电力的需求一直呈上升趋势。3
从表面上看，这种趋势看起来很正常。这是我们期望看到的，随着家用电器的广泛使用、个人电脑的发明、手机在消费电子市场的出现等等，都在这个时间范围内。
在上图中，我们可以看到，在1970年代初期之前，电力销售的增长速度快于加州的人口增长速度。但是，在此之后，加州的人口和电力销售似乎彼此平行。当我们进一步分析时，我们可以看到加州电力销售的增长是人口增长的结果，而不是个人需求增长的结果。并且，通过叠加整个美国的值，我们可以看到加州的稳定性不是常态。3
在过去的40年中，美国年人均电力消耗量——我们每个人一年消耗的电量——增加了一倍多（增长54％）。但是，在加州，人均电力需求几乎保持不变（增长8％）。这一事实——被称为“罗森菲尔德效应”——已被美国各地的研究人员研究，以确定帮助该州变得更有效率的因素。3
在总统2009年的演讲中，他直接提到了加州独特的消费概况，指出了政策在降低人均电力需求中的作用
“在1970年代后期，加州颁布了更严格的能源效率政策。在接下来的三十年中，这些政策帮助创造了近150万个就业岗位。今天，加州人均能源消耗量比全国平均水平低40％——随着时间的推移，这避免了至少建造24座新发电厂的需求。”
仔细观察总统的用词——有趣的是，他并没有声明加州的能源效率政策导致了比全国平均水平低40％的消耗量。相反，他说这些政策“帮助”创造了就业机会，然后暗示这些政策可能导致了节能。
根据斯坦福大学的研究，能源效率政策每年仅为每位加州人节省约1.2兆瓦时电力4。总统提到的“更严格的能源效率政策”包括一系列建筑规范和其他计划，这些计划旨在促进（或要求）加州电力生产和使用方面的效率。这些政策的最终成功可以为美国其他州提供一个路线图，以效仿以稳定其电力需求。
背景/历史——亚瑟·H·罗森菲尔德博士
罗森菲尔德效应以能源效率的教父，亚瑟·H·罗森菲尔德博士的名字命名，他曾任美国能源部高级顾问（1994-1999年）和加州能源委员会委员（2000-2010年）。同一位罗森菲尔德博士也以他自己的单位命名——一个罗森菲尔德被定义为每年节省30亿千瓦时（kWh）的电力，或取代一座500兆瓦燃煤发电厂所需的效率节省量。5
2006年，罗森菲尔德博士就加州因以下原因实现的电力节省做了演讲6
公用事业效率计划
能源效率标准
电器标准
在这份演示文稿中，他得出结论，这三类政策和标准每年为加州节省了超过40,000吉瓦时，约合每年50亿美元。*
国家罗森菲尔德效应
如果罗森菲尔德博士确定的电力节省量在整个美国实现，我们可能会将电力需求减少超过500,000吉瓦时（GWh）——足以取代该国14％的燃煤发电厂。** 仅凭这一点就将是一项令人印象深刻的成就，但是如果我们能够创造国家罗森菲尔德效应呢？
1970年，全国人均电力销售额徘徊在每年7兆瓦时（MWh/年）左右。如今，这个数字已上升到每年超过12兆瓦时。3 在同一时期，美国的人口已从略超过2亿增加到超过3亿。鉴于这些数字，如果该国能够稳定其人均电力使用量，我们将减少约41％的电力使用量。***
在经济方面——这相当于每年节省近1690亿美元——这是一个不可否认的重大影响。
结合最近的债务谈判来看——美国当前的国债徘徊在12.5万亿美元左右（略高于人均46,000美元）。因此，在全国范围内重现罗森菲尔德效应的年度节省潜力略高于当前国债的1％。虽然这个数字可能看起来很小——但请记住，1690亿美元是年度节省额（而不是一次性交易）。此外，这还没有考虑到提高能源效率可以帮助国家避免建造新发电厂的事实，从而带来更高的未来节省。
现在，一些研究罗森菲尔德效应的研究人员认为，包括气候和城市化水平在内的区域特征是造成加州电力节省量高于美国的原因的重要因素。3 因此，认为我们可以通过完全相同的方法重现加州看到的效率提升可能是不现实的。
但是，鉴于我们在过去40年中在技术、绿色设计和优化方面取得的进步，也许期望国家能够比加州做得更好也并非不现实。通过这样做，美国人可以节省金钱和能源，同时减少我们电力消耗对环境的影响。
计算
*假设平均费率为每千瓦时$0.1381。计算如下：（40,000吉瓦时/年）x（1,000,000千瓦时/吉瓦时）x（$0.1381/千瓦时）= 每年$5.524x109 = 每年$5,524,000,000 ≈ 每年$50亿
**（500,000吉瓦时）x（0.84）x（1年/365天）x（1天/24小时）= 48吉瓦。鉴于美国燃煤发电厂容量为338,723兆瓦，这占当前煤炭容量的14％。
***这大约相当于节省（12-7兆瓦时/年-人）= 5兆瓦时/年-人。将此差值乘以今天大约3亿的人口à（5兆瓦时/年-人）x（3亿人）= 潜在节省量为每年1,500百万兆瓦时。鉴于美国电力总销售额约为每年3,700百万兆瓦时à（1,500/3,700）= 41％。
****（1,500百万兆瓦时/年）x（1000千瓦时/兆瓦时）x（$0.1126/千瓦时）= 每年$168,900,000,000 ≈ 每年$1690亿
参考文献
1. Gillingham, K., R.G. Newell 和 K. Palmer. (2005). 能源效率计划的有效性和成本。Resources. 155. 22-25.[web]
2. 国家科学院。美国能源效率的真实前景。 s.l. : 国家科学院, 2010
3. Lott, Melissa Christenberry. 量化德克萨斯州电力组合的经济和环境权衡，包括使用罗森菲尔德效应作为评估基础的能源效率潜力。硕士论文。德克萨斯大学奥斯汀分校, 2010. [web]
4. Sudarshan, Anant 和 Sweeney, James.解构“罗森菲尔德曲线”。 s.l. : 斯坦福大学, 2008. [web]
5. Rahin, Saqib 和 Climatewire. 介绍最新的科学计量单位：“罗森菲尔德”能源节省单位。 [在线] 大众科学, 2010年3月10日. [web]
6. Rosenfeld, Arthur H. 总结。能源研讨会：罗森菲尔德效应。 s.l. : 加州能源委员会, 2006 [web]
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