能源轉型經濟學的三種尺度:能源系統尺度 、微觀經濟學尺度、以及巨觀經濟學尺度 之分類,係根據我之前的文章所作之整理再做擴充而成。

能源轉型真的Z>B嗎?

微觀經濟學尺度的能源轉型經濟學,旨在討論能源轉型過程中,社會上不同能動者各自取得的淨效益/損失(分配效應)。由於這部分的結果會因討論的能動者而有所差異,不同能動者的分配效應無法直接相加;然而,如果要比較真實地預測能源轉型過程中,不同能動者可能選取的立場與採取的行動,這個尺度的討論是最重要的。



市場性分配效應

競價順位效應

由於變動型再生能源的邊際發電成本趨近於零,在大規模進入批售電力市場後,會將供給曲線項右移,或者將需求曲線向左移。這會造成批售電力市場上能得標的傳統電廠變少,連帶地影響邊際傳統電廠的落點和市場成交價格。這就是所謂的競價順位效應(Merit Order Effect)。

批售電力市場上,競價順位效應示意圖。取自https://www.cleanenergywire.org/factsheets/setting-power-price-merit-order-effect。

批售電力市場上,競價順位效應示意圖。取自https://www.cleanenergywire.org/factsheets/setting-power-price-merit-order-effect

Setting the power price: the merit order effect

法國也出現負電價了!核綠互斥效應漸顯

在短期內,競價順位效應很明顯地會讓在批售電力市場上的傳統電廠獲利減少。不過,不同傳統電廠感受到的壓力不盡相同。一般來說,較不彈性的傳統機組(比如核、煤),會比較彈性的傳統機組(比如燃氣)受到較大的損失;這可以透過市場價格歷線法呈現。

如下圖,在變動型再生能源尚未大規模影響批售電力市場前,假設有一條市場價格歷線;在完美市場平衡的假設下,可以知道每個運轉時數對應到的傳統電廠的邊際發電成本就是該時數對應到的市場價格,同時根據零套利法則(zero profit rule),可以知道市場價格歷線左半和該傳統電廠邊際發電成本所夾的面積,就是該傳統電廠每年要負擔的固定成本。

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當大量變動型再生能源影響批售電力市價後,市場價格歷線也會跟著往下挪動。如下圖,此時淺藍色面積便是短期內某運轉時數原本對應到的傳統電廠一年的虧損。由於隨著運轉時數變大,淺藍色面積會增加,因此可以知道較不彈性、運轉時數較長的核煤機組,因能源轉型受到的衝擊會大於較彈性、運轉時數較短的燃氣機組。

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長期來說,系統上的傳統電廠業者會因為這樣的虧損情況,將傳統電廠汰換成更彈性的機型,因此整個系統的傳統電廠機群會朝向更彈性、固定成本比例較小的結構演進,以讓市場價格歷線回歸到各個傳統電廠能滿足零套利法則的均衡條件。當然,當儲能等新式彈性選項大規模進入電力市場時,又會有另一波傳統電廠結構的重組。

以上僅討論批售電力市場上的分配效應。應該要留意的是,其他類型的市場也存在(比如備轉容量市場),未來綠能大增之後,也有可能有其他交易形式。比如,未來長期綠電PPA可能成為計畫興建時主要的利潤來源,但即時性的彈性市場仍存在,以因應經濟調度時間尺度的彈性能力需求。這些新種類的市場形式雖然和批售電力市場可能有差異,但是大致上的分配效應會是類似的。