為什麼有些人會說100%再生能源不可行？

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＊封面圖片源自網路

為什麼有些人會說100%再生能源不可行？
主因：對核能過度樂觀，對綠能儲能過度悲觀的不切實際假設


文／Tony Yen (媽盟特約撰述)​

在我過去的文章中，已經介紹過很多研究2050年前後的未來如何達成再生能源供應100%能源需求的文獻。但是，現在還是有很多人會說這是不可能的。「也許風能光能未來能佔電力系統很大的比例，但100%代價太高了」大概就是這種說法。當然，這已經比二十年前三十年前喊風光佔比不能超過電力系統5%的講法更客氣了，但似乎相關的討論還是有一種思惟上的枷鎖，認為技術上或經濟上能源轉型的最後一哩路是無法達成的。

的確，在交通、供熱、和工業等不同部門的能源轉型，會遇到和現今完全不同的問題，需要的量能也必須持續累積，這我在前面也寫過許多文章說明了。不過，我認為一個很重要的觀念應該是：就算接下來會有諸多挑戰，但朝向100%再生能源的能源轉型路徑，絕對會是所有選項當中最具經濟性、也最有可行性的。

許多人不一定認同這種講法。最麻煩的是，有少數研究因為利用過時的數據或失真的情境分析，往往也會得到100%再生能源難以達成的結論。而通常，不論有意無意的，這些研究會因此認為核能、火力加碳捕捉等「可靠低碳技術」在最終仍是深度低碳路徑的必要。雖然在所有轉型路徑的研究中，這種論述只佔極少數（注），但因為它們恰和核火傳統電力業者的利益相同，有時在媒體呈現上就會不成比例地被放大。
（注：在2018年以前181篇100%再生能源研究中，只有4篇認為這件事情技術上無法達成）

Clean Technica最近便刊登了一篇邀稿，指出這種研究方法學上常犯的錯誤，以反駁「核火在電力系統中最終仍有必要性」的迷思。


低估核能成本、高估綠能與系統成本

這些想論證100%綠能不可行的研究，最常做的事情便是使用過時的綠能成本數據，加上對核能非常樂觀的未來估計，以得出沒有核能會讓未來能源系統的成本過高的假象。然而悲觀地預估未來儲能、綠能成本不會大幅下降，卻又樂觀地假設核能能反轉成本攀高的長期趨勢，是沒有正當理由而不顧現實的情境模擬，得出的結論也必然需要存疑。

Lazard的各能源生命週期均化成本評估裡，核能發電已經來到每度0.15美元（約4.5元新台幣），是少數近年成本持續上升的能源別之一。另一方面，根據彭博新能源財經的估算，到2030年，風光的發電成本就可以低於每度0.03美元（約0.9元新台幣）。除非有很好的理由（顯然目前沒有），否則我們看不出核綠截然相反的成本趨勢為何會停止；亦即，任何討論2050等中長期能源轉型路徑的情境裡，發電成本參數中沒有假設核能比綠能貴5倍以上的模擬結果，都需要存疑。

「但是，風光需要儲能設施和電網擴建啊！」這樣的反駁往往可以聽見。然而，這樣的論點忽略了：
1. 儲能設施目前的成本趨勢和風光相同，是具有學習曲線的趨勢，高速不斷下降的。
2. 能源轉型過程的電網等系統整合成本，仍會小於發電成本一個量級左右。
3. 一個核能為主或者核能搭配綠能的電力系統，仍會需要適當的彈性能力。此時要嘛核能學會彈性調度，造成成本大增與核安的疑慮，要嘛我們還是得發展儲能設施。由於儲能設施有學習曲線的效應，核能卻可能越蓋越貴，排除核能而專門發展儲能，成本其實應該會更低。

不過，這樣的論點最大的問題其實是，對於電力系統調度的想像過於貧乏，以得出「想要處理風光可預測變動性的特性，就只能蓋更多儲能設施；想要蓋儲能設施，就只有鋰電池這種選項」之類的推論，所以對於能源轉型下的長時間尺度儲能需，求就自動得出「代價高昂」的結論。


忽略儲能、削減出力、擴大裝置容量等各選項的最佳搭配

鋰電池等電化學儲能以及抽蓄水力往往較適合小時尺度的充放能，因此便有「季節性儲能」不可行的說法。然而，這些結論的得出，往往建基於提出者對電力系統的單一扁平思維。具體來說，就是風光發的電在過多時，必須全部用抽蓄或鋰電池充滿，否則便無其他處理方式。

這種說法一來忽視了綠能氫氣等未來季節性儲能最可行的選項，因此沒有真正研究到不同充放能時間的儲能技術，彼此應該如何搭配，來讓系統有最小成本（基於某種奇特的理由，支持核能的論者非常不信任各種季節性儲能技術的發展，似乎沒有意識到便宜的季節性儲能其實是「基載電力」跟綠能搭配最後的希望－如果還有希望的話）。

另一方面，儲能需求本身，在這種簡化的系統裡，也被高估了。在一篇討論儲能與風光削減出力的研究裡，德國經研院的研究人員指出，尋求儲能和削減出力的最佳配比，才是正確討論未來系統最佳路徑的方法；這觀念是很重要的。Clean Technica的邀稿指出，就算美國需要尖峰用電時1.5倍的風光裝置容量，才能在沒有任何儲能設施下滿足93%（！）的用電需求（注），這一來風光發電成本乘上1.5倍還是比使用核能便宜（忽略大約小一個數量級的削減率上升效應，並先假設核能不用彈性調度），且二來只要有一些不同時間尺度的儲能設施，不僅剩下的7%用電需求能被滿足，實際上需要的風光裝置容量也能被大幅減少。
（注：這是一篇試圖論證核能或碳捕捉火力等「可靠型低碳電力」必要性的研究“geophysical constraints on the reliability of wind and solar power”使用的數字。不過嚴格來說，該研究的結論並沒有排除地熱和風光做搭配，所以也無法據其做成100%再生能源不可行的推論。）


現實：100%再生能源和替代選項的比較

所以，一個100%再生能源的系統長甚麼樣子？從這些否定100%的研究的反面出發，我們其實就會有眉目：這會是一個有各種儲能設施的系統，彼此協調不同時間尺度彈性能力的需求；同時，會有適度超額的綠能裝置容量，目的除了是供應季節性儲能和電轉氣等等的需求以外，也可以適時削減出力、提供系統必要的輔助服務；最後，和這個系統對應的能源需求，也必須具有高度彈性能力（比如智慧充能、電動車儲能、智慧工業等做法）。

而同前所述，即使是一個核能占多數或者保有核能的能源系統，很明顯地仍會有彈性調度或者儲能的需求，因此系統成本也不可能只有核能在滿載發電時的單位發電成本。而在綠能佔比擴大的情形下，核能能否慣常性彈性搭配，令人非常懷疑，比如近日日本伊方核電廠被日本法院裁定必須停機的時候，其業者便抱怨反覆不依預定時程停止運轉及再度運轉，可能對核安造成影響。如果只是這點程度的啟停機核能業者都會擔心，核能真的能在一個風光為主的系統下存活嗎？

其實，只要同意在中長期完成深度低碳是當前必要的轉型工程，就會發現加入其他技術，只是花費更多資源在不確定性更高的技術上。很多號稱為了氣候而應該發展核能的論者，便忽略最基本的成本效益分析：正是因為氣候變遷的議題太重要了，我們才只能把資源放在希望最高、潛力最大、無論如何都會需要的無悔措施（風能、光能、儲能等技術的發展）上，而核能、核融合等等已經發展數十年，大規模可行性仍難以證明的技術，則必須盡可能避免。