經濟學人氣候變遷特別報導:風起之時

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再生能源是不錯,但用更多再生能源不總是會更好

德國東北部微風吹拂又晴朗的一天,讓世界看起來就好像是用再生能源驅動的一樣。靠近舊特雷普托(Altentreptow),有50多架巨大風機聳立在馬鈴薯田上轉動,製造出輕微的颯颯聲。每架風機底座的嗡嗡聲,是發電過程製造的聲響,其中很多電力會輸往柏林。從這個風場望出去,目光掃過一塊塊平坦田地,又會看到另一座風場。

悲傷的是,這不是這個世界電力產生的方式。事實上,從舊特雷普托望出去的景象,甚至不能適當地反應德國電力生產的方式。這場世界能源系統的戰役,要將二氧化碳逐出佔人類溫室氣體排放量大約三分之二,已經得到一些令人振奮而且有形的進展。但是潔淨能源依然持續遭受骯髒能源的狠狠痛擊。

正值風機和太陽能板在歐洲大地擴散開來之際,一種古老的黑色燃料卻要捲土重來(見圖)。依據能源數據(Enerdata)這家位於巴黎的研究公司的資料,2000年時,全世界燃煤電廠總共能生產出1,132吉瓦的電力。到了2014年之前,因為有太多座新的電廠已經蓋好,燃煤電廠總共可以發出1,980吉瓦的電力。煤的污染力大概是天然氣的兩倍,現在供應全世界41%的電力以及滿足30%的整體能源需求。

化石燃料榮景的最大單一因素就是中國,而這個國家我們下一篇文章會再行檢驗。但是西方富裕國家遠比它們以為的更加有罪,它們已經用風場轉換了鄉間地貌,並且推升了消費者面臨的電價,從能源系統中驅逐的碳卻少得出奇。如果西方國家沒有同時將它們的很多重工業,以及因此伴隨而來的汙染出口到中國和其他新興國家,這個紀錄看起來會更糟。

靠近舊特雷普托的巨大風場,只是德國數百個風場中的一個而已。由於一些大型風暴的幫助,這些風機在今年上半年產出41,000吉瓦小時的電力,佔德國總發電量15%。加上水力發電廠、太陽能電廠和生質能,這個國家有35%的電力取自再生能源。德國已經成為綠能的世界領袖,但它同時也是潛在問題的警示。

風與陽光作為電力來源有兩大缺點。首先,他們是不規律的。冬天即便有出太陽,陽光也很微弱,而風會突然減弱。今年1月20號,德國所有風場和太陽能電廠的發電量,最高只有略為超過2.5吉瓦,這只佔德國該日總發電量77吉瓦的一小部分。幾個月之後,在六月初一段陽光晴朗、多風吹拂的時間,太陽能和風力的總發電量躍升到42吉瓦。

(譯註:原文談到「發電量」的單位「吉瓦」(gigawatts),應該改為「吉瓦小時」(gigawatt-hours)。)

風力與太陽能的第二個問題:它們是免費的,這很奇怪。當然,風機和太陽能板不是免費的。雖然過去幾年,太陽能光電板的價格大跌,主要原因是德國買得很多。可是以「平準化成本」計算,風場和太陽能電廠依然傾向發出比燃煤和天然氣電廠還貴的電。平準化成本包含了建造電廠的成本,但是一座風場或太陽能電廠一旦蓋好,它發電的邊際成本就接近於零。

這個問題在於再生能源對能源市場的影響。因為它們的電力以邊際計算是免費的,綠能業者在批發市場上幾乎是免費提供電力(它們接著會從名為上網電價補助(feed-in tariffs)的補助金中賺錢)。核能電廠的競標價也很低。下一個最低標價格通常來自燃燒褐煤這種便宜又特別骯髒燃料的電廠。跟在後頭的是燃燒硬煤的電廠,接著則是燃氣電廠。能源公司會先接受最低標價格的電力。當它們滿足了該日的需要量後,它們會支付所有成功競標者結清市場所需的最高價格。

太陽能與風力的激增,正壓低出清電價(clearing price),並把德國能源市場掰的彎不成形,所以它們只能閒置。在此同時,便宜又產生大量碳的褐煤發電廠繼續運轉燃燒(見圖)。燃煤發電廠的容量過去幾年實際上增加。煤對於德國未來的能源供給,甚至可能會更加重要,因為政府致力在2022年以前逐步廢除核能。

有一座德國最大的燃煤電廠,叫延施瓦爾德(Jänschwalde),坐落在德國與波蘭邊境附近。它建成於1980年代,一天燃燒80,000噸的褐煤,並且可以釋出3吉瓦的電力。延施瓦爾德也變得越來越有彈性,可以隨著天氣變化迅速的升降載。褐煤正證明自己是不規律的風力與太陽能的絕佳夥伴,擁有延施瓦爾德的瓦騰福公司(Vattenfall)的歐拉夫•安德爾曼(Olaf Adermann)如此認為。以環保而言這很悲哀,但他是對的。

今年稍早,感到羞恥的德國政府展開行動,要用管制法規讓褐煤電廠消失無蹤。但在數以千計的礦工到柏林抗議後,政府放棄了該項政策。這個國家似乎擺脫不了煤。顧問公司麥肯錫(McKinsey)估計,德國有可能達不到它自己設下的溫室氣體減排目標。而且因為優厚的上網電價補助保證發放20年,德國消費者付高價換取不是特別乾淨的電力。今年上半年,德國家庭使用1度電要付出0.30歐元,但是法國家庭只要付0.16歐元。

德國犯的錯誤大得超乎尋常。付出大筆長期補助金給太陽能電廠是不智的;這麼快廢核是瘋狂的。德國也是不幸的。硬煤的全球交易價格過去幾年下跌,部分原因是擁有豐沛頁岩氣的美國出口太多硬煤。但是德國犯下的最大錯誤是想要擺脫化石燃料,這是使用再生能源的國家常犯的毛病。它們忽略風力與太陽能會對整個能源體系施加成本,而且成本增加幅度不成比例地超過兩種能源成長的數量。

很多富裕國家有太多發電廠,這是金融危機前興建潮的後果。過度供給,加上風力與太陽能的榮景,和批發電價下滑,已經重擊現代高效率發電廠的投資。這也讓所有能源生產商成了乞丐。燃煤與燃氣電廠的所有人指出:如果他們經常面臨風力與太陽能的削價競爭,那他們每瓦電的成本會增加。他們表示:政府應該要為此補償,不然他們或許就只能關門。

因為對迫近的停電感到恐懼,西方政府越來越常付錢給化石燃料電廠,求它們不要關門。有一些國家提供「容量費用」(capacity payments),這就是讓電廠待命的錢。德州試圖透過承諾在需求強勁時允許更高的電價,讓電廠繼續開張。這些支出是使用更多風力與太陽能的隱藏成本。

此外,在很多國家,包括美國在內,再生能源業者仰賴燃煤和天然氣電廠,設定健康的電力市場價格,麻省理工學院的能源研究者法蘭克•歐•蘇利文(Frank O’Sullivan)指出。幾乎無償供應電力的太陽能業者,到最後會把市場壓迫到他們自己要是沒有豐厚補助金,根本就經營不下去的地步。

有方法能走出這團亂局。如果政府對碳課以高額的稅,他們能將最具汙染力的電廠趕出能源體系。德國沒有這麼做。它仰賴歐盟排放交易體系(European Emissions Trading System),這個體系會替碳價設定一個最低價格。但瑞典有碳稅,而英國有替碳價設個底線,這等同是碳稅。牛津大學的赫爾姆先生說:更好的是,沉重的碳稅可以搭配市場改革,迫使再生能源業者承擔間歇性成本。

電網如果能更大、更有效率,對情況會有幫助。更大的電網,以及傳輸線路每公里損失的電更少,間歇性問題就越不重要。整個歐陸幾乎沒有都是多雲且無風的情況。丹麥之所以能極度仰賴風機,是因為它跟挪威有連線,挪威能隨時供應水力發電的電力。但德國努力打造長途傳輸線路,卻受到鄰避抗議的阻礙。

更好的儲能技術也會有幫助。數十年來,水力發電廠都被用來儲存能源,但上坡水壩不是隨處可尋。而其他的儲能方式,像鋰電池,所費不貲。比較有前途的,或許是自動縮減需求。智慧電表可以暫時調低家庭冰箱和空調的強度,如果電力不足的話,之後又可以再調回來,由此變化需求。顧問公司席亞夥伴(Sia Partners)估計,歐洲國家藉此可以降低尖峰需求9%。

但它們也只能做到這麼多。能源儲存與需量反應科技有助媒合單一天的供需。在像加州這樣的地方,電力需求在晴朗的夏日午後最高,大家把冷氣開得更強。太陽能電廠在同一時間生產最多電力,所以透過一點巧妙的調整,供需尖峰能對得上。但是在北歐,電力最高的時候是在冬日清晨,太陽能電廠發不出電。

靠近舊特雷普托,風場發出的電力正被用來把水分解成氫氣和氧氣。氫氣會被儲存在桶子中,當風減弱時就燃燒氫氣發電。做這個的公司風力計畫(WIND-Projekt)只是想使燈火不滅。這個反應過程沒有效率,轉換過程中有84%的原始電力流失。但是氫氣或許能直接賣給消費者,或者熱能被捕捉起來。風力計畫的馬庫斯•海恩尼柯(Marcus Heinicke)暗示:無論如何,只有在有風的時候才能賣電的日子,不會永遠持續下去。

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When the wind blows | The Economist
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譯者:雷景名
核能流言終結者成員
對語言與歷史有興趣的翻譯工作者

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