再生能源太多會成為零利潤的「垃圾電」?論綠能與彈性資源的共生關係

Tony Yen
能源轉型文摘
Published in
Feb 23, 2022
無總儲能量限制而僅儲存綠能的儲能機組,在任意殘餘負載歷線下全年最佳運作方式示意圖。E_dc為全年累積放能量、E_ch為全年累積儲能量、RL_0為開始放能的殘餘負載閾值、P_dc為最大放能功率、P_ch為最大儲能功率、\eta_ch和\eta_dc為充放能時能量轉換效率係數、\mu(L)為全年中殘餘負載為L的歷時。

隨著台灣綠能占比的逐漸提高,殘餘負載曲線已經很明顯地產生變化,再生能源不再是數年前電力系統調度上可直接忽視的存在。受太陽能發電特性影響,在幾年之內,殘餘負載除了尖峰遞移到傍晚以外,低谷更會從清晨遞移到中午。於是也就有一些的擔憂(不論善意或惡意),認為殘餘負載和再生能源發電量的負相關性越來越顯著,會使得綠能的利潤漸漸降低,直到變成零利潤的「垃圾電」。這樣的論調除了在現階段是誇大再生能源電能價值降低程度的危言聳聽之外,也因為忽略能源系統的有機演化,在能源轉型中長期的討論中,純為杞人憂天。底下我們做深入說明。

以現階段而言,只要殘餘負載仍為正值,則再生能源不論發多少電,都不會成為「垃圾電」。這是因為殘餘負載大於零時,任何一度綠電都是在取代本來要自傳統電廠發出的電能,而太陽能、風能的邊際電能成本和環境成本都等於零,因此不論從經濟還是環境層面來看,盡可能讓再生能源發最多的電是最正確的電力系統調度方式。

假如殘餘負載開始出現負值了呢?那麼負值發生時段的額外綠能也難謂「垃圾電」。試想,假設2030年冬季假日中午,太陽能和風能都很豐沛造成負殘餘負載的時候,此時一部儲能機組多充一單位電能(或者用戶多移動一單位彈性用電需求)的價值為何?如果是電池這樣完整充放循環時間在一天以內的機組,中午儲能的邊際價值就是殘餘負載尖峰發生時,邊際傳統電廠多發一度電的成本乘上能量轉換損失係數。

或許你會問,那如果負殘餘負載的時段下,系統中所有儲能系統都發揮最大的充電量、可彈性調度的用電需求也都全部移動後,殘餘負載仍小於零的時候怎麼辦?確實,就短期來看,因為系統上設備跟用電特性的限制,最終多餘的綠能必須被削減而無法產生電能價值(即使它們仍可提供做為備轉容量提供彈性價值),但思考能源轉型時不能只著眼於短期系統運作的討論,更應該宏觀地分析這些短期系統運作對長期有機演化的影響。

假設一年當中出現很多負殘餘負載時段,而現有的彈性資源無法完全應對,這會促成社會整體對於用電需求彈性化和儲能設備的投資。這當然不是說「所以就讓市場自然決定一切」(畢竟台灣連批售電力市場都尚不存在),因為要在明確且合理反映環境成本的碳定價以及清楚且連貫的綠能目標底下,社會整體才可能開始大規模投資彈性資源;在那之後,每個額外的彈性資源都會增加每個額外再生能源裝置容量的經濟價值,同理每個額外再生能源裝置容量也會增加每個額外彈性資源的經濟價值,這樣魚幫水、水幫魚的共生關係下,整個系統於是產生一個對綠能併網友善的正回饋循環,加速能源轉型的推進。

反過來說,如果有心想阻礙能源轉型的推進,只要在討論再生能源設置政策時提出「沒有儲能綠能如何當基載」、討論儲能設置政策時則說「綠能發電不夠多時設置儲能只會造成能源轉換損失」(但其實,現階段新儲能的量提供輔助服務都不夠,充放循環的能源轉換損失幾可忽略),就能讓政策討論在「雞生蛋,還是蛋生雞」的無限循環中原地踏步。

在一個複雜系統中,各種因子和機制往往環環相扣、互為因果,但政策倡議和制訂仍必需找出最關鍵、最核心的一環,以跨出第一步。以能源轉型和氣候政策而言,我認為這個關鍵仍然會是綠能裝置速率和總量。當整個能源系統有大量的綠能占比時,市場上自然會出現對應的生態棲位,以供應能源系統新增的彈性需求;社會上則有機會因為分散式綠能成為如水塔或農田一般再自然不過的地景,產生新的輿論氛圍和感知結構。至於這些新增的棲位或機會要如何具體轉變成為持續加速能源轉型的動力,就超出純粹的技術經濟面討論了。

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Tony Yen
能源轉型文摘

A Taiwanese student who studied Renewable Energy in Freiburg. Now studying smart distribution grids / energy systems in Trondheim. He / him.