淺論電力市場交易和能源轉型關聯
在討論歐洲能源轉型的情況時，「人家歐洲有個大電網」常常成為能源轉型懷疑論者拿來說明歐洲再生能源佔比如此之高的關鍵理由。所以即使討論到伊比利半島或者是愛爾蘭島近幾年能源轉型的成效，這也成為台灣許多論者第一時間的直覺反應。
有沒有跟大型電網連結當然不是能源轉型的必要條件；除了前述性質上接近孤島的伊比利半島和愛爾蘭以外，最明顯的反例就是夏威夷。當然此時某些能源轉型懷疑論者又會說，夏威夷沒有台積電，所以才能順利發展再生能源。於是我們陷入了能源轉型版的進退維谷敘事結構：一方面覺得系統的負載太小時再生能源發電的變動會太劇烈使系統無法負荷，一方面又覺得系統的負載太大時再生能源的發展根本杯水車薪；為什麼我們需要擔心兩件相互矛盾的現象同時發生一直是本龜很好奇的地方（IEA的這篇報告倒是說明不少：兩種批評代表的是能源轉型不同階段下電力系統會呈現的特性，只是在台灣常常被混為一談）。不過這和今天的討論主題沒有關聯，本龜在此打住。
回到大電網的問題。歐洲是個電力高度自由化的地區。所以各國的電網互通有無最主要的目的是增加批售電力的貿易機會，透過比較利益法則來決定進出口的量值和時機。
所以本龜底下會用一個簡單的兩國模型來說明有即時電力市場出現以後，比較利益法則如何影響兩國電力調度思維的改變。這個模型假設：
1.國內和國際間市場交易的時間間隔極小
2.前一天的天候預測能準確預估當日發電來源的可行供電能力，前一天的交易則可以完全決定當日的供需。
3.沒有交易成本
4.沒有輸電規模的限制
這些假設自然是非常簡化的情況。但歐洲電力市場的已經有15分鐘一間隔的交易，天候預測上也日益穩健，這些都是台灣論者討論時常常難以想像的情況。當然，供需總是有所波動，即時性的平衡市場又是另一塊更複雜的研究領域了。
假設A國是再生能源發展成熟的國家，但仍有許多彈性不佳的發電機組，B國則尚未開始能源轉型、大部分的發電機組彈性極差，只有少量的高成本燃氣機組平衡負載變動。
在沒有交易市場以前，兩國必須各自平衡自己國內的電力供需。從各個時刻國內的供需曲線，我們便可以決定各個時刻的負載和電價。比如說，午間一點尖峰負載時，A、B兩國的電力市場供需情況可能長這樣：
圖中的藍圈圈和紅圈圈代表該時刻兩國的邊際負載需求和邊際電力供給。可以看出，A國的邊際電力供給由硬煤機組提供，B國的邊際電力供給則由燃氣機組提供；兩國的即時批售電價將會落在這些機組的邊際發電成本和邊際批售電力需求者的最高願付價格之間。
在國際電力市場存在時，兩國的批售電力需求者能夠選擇從即時批售電價較低的國家購買電力。在上述例子的話就是B國批售電力需求者會購買來自A國的電力。這造成A國電力市場需求線以及B國電力供給線發生變化。A國需求線多增加了一些邊際願付價格為B國批售電價的需求，B國供給線則增加了一些邊際願售價格為A國批售電價的供給。
如下兩張圖，交易會使A國即時批售電價上升，B國批售電價下跌，兩國交易量則取決於兩國邊際成本線和B國邊際需求線變化的情況；當A國邊際發電成本高於B國的邊際發電成本或者邊際批售電力需求者的最高願付價格時，交易便會停止，此時兩國的即時批售電價理論上會趨平。
講了這麼多，其實重點只是要強調，電力交易和一國的裝置容量是否充足，並無必然關係。沒有國際電力市場前，兩國都供電無虞；有了國際電力市場之後，在這個模型中B國不管有多少燃氣機組都不會影響最後交易量的結果，因為它的燃氣機組邊際發電成本就是比A國的硬煤機組高。當然，一國電力進出口的狀況和該國電力系統穩定性更沒有直接關聯了。
了解自由電力市場進出口電力的原因之後，本龜還想釐清以下幾個概念：
1.是否有可能出現「裝置容量不足國內所需，所以須從外國進口」的情況？理論上這種情況有可能發生（基於比較利益法則，在國內裝設機組比進口電力成本較高）。不過實際上這件事情在歐洲的能源轉型先進國家並沒有發生。這樣的現象除了能源安全考量之外，也和進出口電力規模限制有關。這也是為什麼各國通常都希望健全的電網設施以擴大物理流的容量。
2.這個模型也可以解釋「負電價」產生的由來
那麼，能源轉型先進國家在某些良好天候條件下產生負批售電價的狀況，是否代表他們的再生能源已經過多了？
這個問題還是要回到電力交易市場的狀況來分析。負電價的存在自然是因為供給過多，供給曲線往右下方移動造成的。但為何發電業者願意付錢賣電？這是因為在一個即時批售電價市場裡，即使批售電價為負，不發電的機會成本仍然有可能比發電還高。
對於傳統電廠來說，為了負電價出現的極短時段而降載甚至停機的話，之後價格再上升時升載或重新啟動成本反而更高。而且這些電廠還有出口到國外這個選項，彈性反應的誘因就更缺乏。
至於再生能源業者，負電價雖然可能影響他們藉保證價格機制取得的利潤，但他們必要時可以停止發電，損失相對比傳統電力業者小。
負電價本身並非壞事，它是電力市場上對於彈性反應需求的訊號。站在政策制定者的角度，短期之內應該提供傳統電廠提升彈性反應的誘因（畢竟我們本來就希望燃煤電廠減量吧？！），並漸次鼓勵再生能源計畫搭配自己的儲能設施。特斯拉大電池等電網等級的儲能設施會是能源轉型到一定程度，一系列優先選項用盡後才需考慮的選項。
3.但大電網對能源轉型還是有好處吧？！
大電網當然有些好處，比如說自己的核電廠必須大規模檢修時就比較沒有人會擔心缺電之冬。
對能源轉型的進程來說，大範圍的再生能源裝置能緩和個別發電裝置輸電的變異性。這些的確是歐洲電網的優勢，但歐洲能源轉型過程先進國家的種種努力依舊不能忽視，比如德國的電網在能源轉型過程中更加穩健。另一方面，台灣在能源轉型過程也有些先天優勢是歐洲國家缺乏的（比如年用電尖峰剛好也是太陽能潛力最高的時段）。本文旨在說明大電網並非能源轉型的必要條件而已。
4.所以應該大力推崇電力市場自由化嗎？！
不是這個意思。市場規則必須反應社群內的公共價值，這是我們想用資本主義處理事情時的最低要求。這套歐洲電力市場制度最大的弊病，就在於配套的碳價制度沒有良好運作（這麼說可能太保守了，歐洲碳交易市場過去的狀況真是糟透了）；結果就發生一些不被預期的事情。
本文述及的國際交易發生後，結果就是A國的硬煤機組因為邊際發電成本較低，取代了B國的燃氣機組作為兩國的邊際供電機組。就環境面來說，這當然是不好的結果，理論上應該避免，但實際上卻還是發生了。舉例來說，德國能源轉型常常被詬病的地方就在於沒有同英國或美國一樣以天然氣取代燃煤發電。漸進的以氣換煤並沒有太大的困難，而技術上殘載彈性的空間目前絕對足夠做適當的燃煤降載。遺憾的是，德國的褐煤發電成本非常低廉，德國的批售電價又常態性低於鄰近各國（包括法國），經營燃煤發電的傳統電力業者自然不會降載，而是選擇把電賣到鄰國。（當然如果從傳統電力業者的角度來看，就純粹是再生能源發太多電害他們利潤減少）
這件事情當然不只是碳價要處理而已。有計畫地燃煤電廠除役以及修正電力市場規則以加強對彈性反應的重視，都會是德國未來減煤政策重要的觀察面向。
