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?

能源系統尺度的能源轉型經濟學,旨在從能源系統成本的角度切入討論能源轉型帶來的影響。在這種評估裡有兩種方法學,本文章介紹的方法學係直接將所有能源系統中產生的成本相加之後,再對數個不同的轉型情境對應的能源系統成本做比較。另外一種方法學將「不進行能源轉型」對應的情境和能源系統成本當作參照,計算能源轉型後會減少的能源系統成本,視此差額為能源轉型過程中產生的價值;這套方法學的應用可在 再生能源的四種價值 中看到。



能源轉型的系統成本

https://www.youtube.com/watch?v=mLnPImgpfbs

發電成本與特性成本

發電成本和特性成本係指不考慮即時性彈性需求和電網物理限制(即銅板近似法)後,經過經濟調度的分析(可以參考經濟調度與單元投入的規劃方式 ),求出的電力系統成本中的兩種組成。

發電成本(Generation Cost)係指為了供應電力,系統上各個發電機組的成本。對傳統電廠來說,這代表第一期必須投資的固定建置成本、每年必須投資的固定維運成本、以及燃料使用、碳計價等等跟發電量有直接相關的變動成本。對風能和太陽能等變動型再生能源來說,則僅有建置成本和維運成本需要考量。目前新建再生能源的發電成本已經低於新建傳統電廠,部分地區甚至低於運轉中的傳統電廠(即不考慮第一期投入的固定設備成本)。

另一方面,變動型再生能源的發電量,可以減少傳統電廠燃料使用相關的系統成本,然而變動型再生能源對殘餘負載尖峰的削減貢獻有一定限制,合理的系統配置中,除了變動型再生能源的設置成本,仍需考慮其他支援尖峰殘餘負載的彈性選項的設置成本;比如說,在一個100%由再生能源供應的能源系統中,除了再生能源的設置成本之外,也需要考慮電池、綠氫、電動車網等設施的固定與運轉成本。因為殘餘負載尖峰的高低,和負載與變動型再生能源電力輸出特性有高度關聯,故我們把這額外的成本稱為特性成本(Profile cost)。

更細緻來看,特性成本可能還必須考慮其他次要的因數,包括:當傳統電廠必須降載時,電廠運轉效率下降可能造成的額外燃料耗用、當傳統電廠啟動時所需要的額外燃料費用、當殘餘負載為負值而系統上儲能設備不足時,所必須額外削減的再生能源發電量、以及當使用儲能設施時,因能源轉換效率而在充放循環損失的能量等等。但這些項目要放在發電成本還是特性成本,端看兩種成本邊界範疇的界定(底下會提到)。

總之,特性成本雖然被部分不看好能源轉型的人士講成變動型再生能源的致命傷,然而從殘餘負載歷線法的成本分析中可以看出,再生能源併網後,電力系統的發電加上特性成本,會比再生能源併網前來得小,而隨著再生能源生命週期均化成本逐步下降,綠能的最佳併網容量將會持續提升。


利用殘餘負載歷線法判別最小化發電與特性成本的電廠結構


在區分發電成本和特性成本時,會出現邊界範疇界定的問題。如果系統上已經有接近100%的綠能,這樣的區分是相對容易的:任何綠能發電裝置的設置成本都視為發電成本,而電力系統上的其他裝置(燃氣、儲能、需量管理設備)則視為為了提供電力系統供需平衡的彈性能力需求,納入特性成本;因為這些其他裝置幾乎沒有發電貢獻,這樣的成本組成分配十分合理。

不過,在轉型過程中,再生能源的發電量和傳統電廠的發電量量級相若,此時如果將運轉傳統電廠的固定和變動成本皆視為特性成本,則隱含傳統電廠的發電量有弭平殘餘負載變動的貢獻(實際上只有發電量的「變化」有此貢獻)。這樣的區分方式在轉型過程中比較不同發電技術別就會遇到方法學上的困難,而最後論者採取的標準往往根據自己的技術偏好而定。