能源轉型需要多少電網建設?

一個德國仍在摸索的議題

ZDF最近在網站上放了一部討論德國電網建置狀況的紀錄片。Streit um neue Stromtrassen直翻的話就是The Fight over New Electricity Routes,內容也很立體地呈現這個當前德國能源轉型面臨的重大議題。

德挪輸電線計畫Nordlink

影片一開始介紹德國正和挪威合作的一項高壓直流輸電線(HVDC)的計畫Nordlink。挪威因為有豐沛的水力資源,能夠提供能源轉型後新電力系統所需的彈性能力,是風能和太陽能最佳的搭配選項之一。

這條輸電線全長500公里,輸電能力大約1.4GW,其實已經和一座大型傳統電廠的裝置容量相若,但比起核煤,水力發電快速反應調度需求、即時升降載的能力,只有地熱電廠能與之匹敵。該計畫在去年已經開始施工,預計2020年能正式使用。

未來Nordlink建設完成後,提供交流轉直流的轉換站

能源轉型「三支箭」:德國境內HVDC線規劃

不過即使有了Nordlink,德國電網在能源轉型過程中還會碰到「北電南送」的問題,因為德國大部分風能機組都在北邊強風處,重工業和高科技工業區卻主要落在南邊,供需上的地域差異會在未來產生更多調度上的限制。

有鑑於此,聯邦政府在德國境內規劃了三條直通南北的HVDC線,也就是Südlink、Korridor A以及Südostlink計畫,縱向貫穿德國中部、西部和東部。

HVDC線之於能源轉型的重要性,綠黨主席Robert Habeck在節目中給了傳神的描述:

“…der Netzausbau, das ist, sozusagen, das Skelett der Energiewende. Die Windkraftanlagen und die Solarpaneele, das sind quasi nur Muskeln, Fleisch und Haut. Die haben wir jetzt zuerst gemacht, das Skelett aber noch nicht errichtet.”
(「電網的設置可以說是能源轉型的骨架。風能機組和太陽能板只是肌肉和皮膚而已。我們已經建設好了肌肉和皮膚,但骨架卻沒有立起來。」)

公共溝通和環境危害

由於這些計畫將通過私有地和諸多鄉村,自然引起受影響居民的疑慮。節目訪問了在Großmoor組織草根團體的Angela Hoffmann,由於Südlink即將通過小鎮,當地居民非常關切計畫的進度與潛在危害。

向Angela Hoffmann解說計畫和替代方案的輸電業者代表;居民希望Tennet能更改計畫,讓更大比例的輸電網和既有的火車鐵道網疊合

那麼,實際上HVDC線路對環境的危害到底有多少?由於以地下方式貫穿農業區的線路對土壤的直接衝擊最大,節目也訪問了正在研究相關影響的學術單位。

Darmstadt理工大學的Ingo Sass教授表示,HVDC線路會加熱鄰近土壤,進而影響孔隙率和透水率等土壤特性的重要參數;因為不同土壤受影響幅度不同,有必要針對不同土質逐一研究,目前學界也才正開始了解而已。

高壓線路對土壤影響的現地測試

超級電網的必要性?

並不是所有的人都被說服這樣的超級電網是能源轉型的必要之惡。至少對能源專家Claudia Kemfert教授來說,Korridor A以及Südostlink就是多餘的建設。

“Zwei von drei Leitungen sind sicher eine Mogelpackung, um den Anteil von Kohlestrom möglichst lang aufrechtzuerhalten. Wir wissen einfach auch aus allen Studien, … je mehr Hochspannungsleitungen wir haben, desto mehr Kohlestrom wird auch eingespeist. Und das wollen wir eigentlich verhindern.”
(「三條電線中,有兩條是為了保住燃煤發電比例的欺瞞方案。所有研究都顯示…當我們有越多的高壓電線,我們就會有越多的煤電入網。而這是我們應該極力避免的事情。」)
“Dafür braucht man nicht große Monstertrassen, sondern dafür braucht man in erster Linie eine regionale Versorgung, mit regionalen Verteilnetzen.”
(「為此,我們需要的不是怪獸級電線,而是區域型供應和配電系統。」)

於是節目接著轉而來到布蘭登堡邦東部的Feldheim,這個能源自給率達99.6%的小鎮上。他們成功的以風能和生質能為主力,推動能源民主的故事,吸引了各國能源工程師前往觀摩。

Feldheim的鎮長在說明居民選擇社區自給的模式時,非常直白地說:

“Die Feldheimer sind nicht ökologischer, grüner als der Rest der Republik, sondern sie denken wirtschaftlich.”
(「Feldheim鎮並不比我國其他地區的人民更環保,我們只是看到經濟上的好處。」)

在小鎮裡,居民享受到比一般家庭更低的零售電價四成;每度電他們只需繳16.6分歐元(德國家戶的平均單位零售電價趨近30分/度)。

然而,在人口密集或工業發達的區域,這套模式難以施行;超級電網的爭議最後似乎不在於需不需要這些電網,而是到底需要多少,而這也是德國學界持續爭論的議題。

結語與個人短評

影片末了,旁白作出如下結語:

Deutschland ringt um den richtigen Weg, hin zum grünen Strom. Die Megatrassen scheinen dabei unverzichtbar. Der genaue Streckenverlauf wird wohl vor Gericht geklärt. Der Streit um Deutschlands neue Stromtrassen: Er fängt gerade erst richtig an.
德國正朝向發展綠能的正確道路上,而超級電網似乎不可避免。實際上這些電網的走向大概必須上法院後才能確定。關於德國電網的爭論,才正要開始。

我自己算是同意超級電網設置的必要性,但立場比較傾向Kemfert教授。我問過的幾個所上老師都認為德國的傳統電廠彈性潛能並沒有被完全發揮。如果只單純改善和鄰國或自己國家境內的電網,卻沒有對燃煤發電做調度上更合宜的限制或市場改良,其實反而會減損這些電廠彈性運作的動機

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下一次我希望從系統、個體經濟學和總體經濟學的角度,討論能源轉型的成本效益。不過在那之前,也可以先看一下我之前的相關文章: