德國再生能源的奇蹟?不,勉強是「轉機」才對

德國再生能源的奇蹟?不,勉強是「轉機」才對
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如果民眾想要選擇再生能源,政府想要發展,在可行的技術條件底下,願意承擔風險與外部成本,那繼續增加整個系統的「彈性」就是義務。

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文:陳柏宇(國立成功大學能源系,臉書專頁「說說能源Talk That Energy」小編)

關於德國越來越頻繁的再生能源奇蹟
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2018年一月一日系統整體供給與需求變化(來源

大概從三年前開始吧,再生能源「模範生」德國,陸續創下了一些紀錄,2014年5月18日(星期日)到達75%,2015年7月25日(星期日)到達了78% (47.9GW),2016年5月8日(星期日)到達了95% (57.8GW),2017年4月30日(星期日)到達85%(55.2GW),我也不知道這邊創紀錄是什麼……而2018年1月1日(星期一臨晨),一個清晨時分,德國的風力風電一個兇猛,與其他再生能源搭配,恰好可貢獻需求端100%的電力來源(41GW)。

當然,這些部分都是瞬時的、短暫的,畢竟再生能源的變異性(間歇性)無時無刻不存在,此外,這種破紀錄大多發生在離峰用電時刻,清晨或是周末,相較於真正的尖峰用電,大約73GW的電力需求,上面的數字,大概都還差了一段距離。不過總體來說,德國在再生能源發電量的表現上確實不錯,整體發電占比已經來到了38.5%,比起2016年成長幅度大約是16%。

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德國歷年再生能源占總發電量比例(來源
為什麼會產生負電價? 

在看完「神蹟」後,我們還是回歸無聊現實,看一下被台灣某些環團或是部分媒體稱道的負電價究竟是怎麼來的。先再次強調,這樣的現象並沒有讓任何人取得免費電力。和台灣的電力買賣方式不太相同,大部分電業自由化的國家,都存在電力市場,發電業者將電力發出後到市場去競價,盤商到電力市場進行批發,再交由零售商販售給一般用戶。而根據國中基本學過的經濟學概念,市場的價格將由供需決定,對於發電業者而言,價格越好,發的電越多,對於盤商而言,則是價格越低需求越高,他們可以彼此妥協的價格,就會是成交價格。

負電價之所以發生,便是需求在不變的情況下,供給持續上升,致使價格跌成負數才讓電力得以進行成交。為什麼為這樣?因為需求端沒有拼命用電的義務,但是發電端如果不讓電力耗盡,將會使電網發生不平衡的情況。不只德國,丹麥、英國等陸續大量發展再生能源的國家都會遇到類似問題,但沒有一個國家會像我們一樣覺得這是好現象,也都在努力避免類似問題。

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德國電力市場與負電價概念簡圖
對於一般消費者而言得到什麼?

這大概那些對負電價津津樂道的人沒想到的一點,以為負電價就是發電商付錢給一般消費者使用,直覺上是如此,但你根本就沒想到他們的電價結構其實很複雜是吧。電力批發價格,大概只占了家戶平均電價的五分之一,其他大概就是一堆稅、再生能源附加費以及電網使用費。整體而言,就是沒有聖誕老公公在街上發錢叫你用電這件事情,此外,整體的電價大概也呈現持平狀態,甚至微幅上漲。

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德國歷年平均民生電費組成(來源)  

部分原因就出在再生能源附加費(淺藍色部分)。為了鼓勵再生能源發展,大多數國家都會採用保證收購制度,明定每一種再生能源的發電價格,固定且保證收購一段時間。基本上,這些電力一樣流到市場的時候,保證收購的部分比例,都將由市場交易金額支付。然而中間的差異(保證收購價格-交易價格)必須再由其他資金缺口補足,這個資金也就是再生能源附加費(EEG surcharge)。所以大家,國中數學我們簡單算一下,當我們減掉一個負數的時候,請問再生能源負加費率要提高還是下降呢?反正都將由消費者承擔。而這部分的費率是固定的,每一年初都會公告,要走高或是走低,可得要精準的估算。最新2018年的費率些微調降。

另外,由於德國也需要仰賴鄰國電網支援來消耗過多的電量,2017年時大概就4,000萬歐元而已,不多不多,這時候就真的有點像是在送禮物給其他國家了,但是,其他國家也是有自己境內系統問題,不勝其擾不在少數。

負電價原因的探究

真正的原因說起來,為什麼會造成負電價?主要有兩派的說法,而這兩個說法基本上一體兩面,再生能源的變異性(間歇姓、不穩定)性太高,風太強,進入電網時,在再生能源都被規定要優先併網使用,由於傳統電廠無法進一步降載或完全停機(仍然需要為尖峰做準備),就只好認賠殺出,因此造成電力市場電力過剩。而要如何改善這種現象?問題出在哪裡,就要從哪裡解決,是吧?

基本上,要解決這問題,其實很簡單,只要避免電力生產過多就好。只靠傳統的機組,包含燃煤、燃氣、核能以及抽蓄水力發電其實就可以應付以往電力供需以及避免這種負電價的不正常現象出現。而之所以現在困難,就是因為有了必須使用再生能源的前提,如果發電業不想虧錢,就必須讓自己的機組更有「彈性」,也就是隨著再生能源多寡去做調整,從1月1日以及前一天12月31日的分布來看,多數的傳統電力,大概都預估到這種現象了,所以在該時都已經在範圍內做盡可能的降載,甚至不發電。近來,德國多數的火力機組公司以及核能機組公司,也持續在電力系統的彈性上做努力,包含忍受將近10 GW的瞬間起伏。

而當然,這不會只是傳統電廠的問題,再生能源發電量看天氣吃飯是事實,在目前風力發電比例仍僅占18%的時候就已經可以達到85%的即時供電需求,這其實是很可怕的一對數字,大概風力比例再高個3%左右,在相似需求條件底下超過100%不是不可能,對於其他電廠以及整體電網的比例負擔也會繼續加劇。再生能源包含風能、太陽能都有其電力產能尖峰時刻,扣除需要用電,多餘的電力應該要儲存在電池裡,然而現行的儲能系統的容量尚不足夠、成本也很高;負電價就是顯示了電網建置的速度和儲能系統趕不上再生能源發展的速度。目前仍在精進技術以解決電網問題,讓歐洲國家間的電力分配更順暢。

另外還有一個特殊重點,精準的氣象預測在這裡絕對可以幫上許多忙,現在的技術,可以大概可以將風力誤差控制在3%左右,太陽光電也有7%,德國的氣象研究機構DWD以及電網公司Fraunhofer IWES在這方面都下了不少功夫。

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未來呢?

總之負電價不是一個好現象,市場供過於求的行為有腦袋的人都知道不合理。如果可以,我還希望有個負房價、負車貸。這邊就先大膽預言一下台灣未來新聞標題好了「再生能源再創紀錄,德國100%供應風力發電:民眾還可以免費用電」。最後,這個議題非常複雜,科技、經濟、政策,以及氣候風險都是需要考量的因素。要把這個現象怪罪給單一傳統電廠無法緊急升降載或是再生能源間歇性都不完全正確。傳統機組需要維持基本電力需求、穩定電網頻率已經夠辛苦了,還要配合再生能源升降載配合政策;而再生能源部分,說實在話,對於電力系統而言它的存在沒什麼必要,但如果民眾想要選擇再生能源,政府想要發展,在可行的技術條件底下,願意承擔風險與外部成本,那繼續增加整個系統的「彈性」就是義務。

之所以會說是轉機,這個趨勢下帶動傳統機組的升級、電網靈活度提升以及相關預報的研究與產出,才是整個負電價現象帶來的價值。

反觀台灣呢?這又是另外一個故事了。

參考資料

責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航

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