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再生能源燒錢如流水?

根據經濟學人的報導,風和太陽能發電等等這些再生能源,其實成本比我們普遍認為的還要來得高。

Wind_power_plants_in_Xinjiang,_China

中國新疆的風力發電廠。圖片來源: Wikipedia

再生能源的補助一直是公共政策當中很有爭議的領域之一。有許多的資金被用在研發太陽能以及風力發電產業的相關研究上,無非是希望有一天他們能削弱化石燃料,以便能大幅減低排放至大氣中的二氧化碳。這個想法sounds good聽起來蠻也可行der。

自2008年以來太陽能光伏板的價格已經減少了一半,這也同時大幅降低太陽能發電場的成本。在一些烈日炎炎陽光充足的地方,太陽能還能提供給電網跟燃煤或是燃煤氣電廠一樣便宜的電力。

但問題來了,雖然太陽能板的成本容易計算,卻很難計算電力的價格。因為這不能當當只取決於使用的發電方式,也與資本成本,電廠的運作時間,以及是否能再用電高峰期產生足夠需求的電力有關。

若要把這些通通都考慮進去,經濟學家用了「平準化成本」(levelised costs)來估算發電成本。平準化成本是以在生命週期中系統所產生的成本(資金和營運)除以生命週期裡預期生產的能量單位(單位為megawatt-hours)。「麻煩的是平準化成本並沒有辦法將間歇性的成本列入計算裡。」麻省理工學院的保羅·喬斯科(Paul Joskow)說。

位在美國內華達內利斯空軍基地發電廠。圖片來源:wikimedia

位在美國內華達內利斯空軍基地發電廠。圖片來源:wikimedia

不管是風力發電還是太陽能,都不像便利商店一樣24小時天天開張全年無休。風力發電在平靜的日子裡,太陽能在夜深人靜時,都沒有辦法發電,很靠天吃飯;但我們用電可沒有再管天氣跟四季,這些再生能源的供電也不一定能配合的到我們一天中的用電需求變化。這時候傳統的發電廠仍需要在旁邊待機,但這筆帳沒有辦法記在再生能源的單上,因為它沒辦法列在平準化成本當中。

所以既使再生能源的平準化成本跟傳統發電相同,但他們的實際產值有可能是比較低的。總之,這樣的成本計算方法或許不太適合拿來比較不同形式的發電方式。

布魯金斯學會的查爾斯·法蘭克(Charles Frank)為了解決這個問題,使用了成本效益分析(cost-benefit analysis)來替不同的能源來源排名。

其中成本包括電廠的建造和營運,還有與這些發電技術相關的其他成本,例如當風力發電和太陽能發電不給力的時候為了要平衡電力系統所付出的成本,或是處理和燃料棒所需要的成本等等。

使用再生能源的好處是相比傳統燃煤的發電方式可以避免二氧化碳的排放。這張表總結了用成本效益分析後各種能源的成本和收益,它讓太陽能和風力發電的成本比用平準化成本分析來得昂貴許多。

各種能源的花費和效益比較。 圖片來源:economist

各種能源的花費和效益比較。圖片來源:economist

法蘭克用了四種零碳能源,分別是太陽能、風力發電、水力發電和核能;還有一種特別有效率的燃氣電廠當作低碳能源,與其他的發電方式做比較。

當然,當零碳和低碳能源日子不好無法運作的時候是無法避免排碳的,這也會增加一些額外的成本。經過這樣的比較,可以發現核能是相對效率較高的能源,但核電廠也非常非常的貴,而且也有核廢料處理的問題。

不過為了要決定總成本和效益,在太陽能和風力發電無法運作閒置在等待冷卻時間時,提供支援的石化燃料電廠也必須計入成本當中。法蘭克稱這樣的成本為「可避免的產能成本」(avoided capacity costs),可避免成本(avoided costs)是指成本會隨著不同的決策而產生相應的變動,所以可避免的產能成本的意思則是指如果這些零碳的綠色電廠沒有被蓋起來的話也不會產生這些相對應的成本。換算下來大概需要7座太陽能電廠或是4座風力發電廠才能提供跟一座大小相似的燃煤電廠差不多的電力。

如果是根據法蘭克的計算方式,那太陽能就會是這幾種減碳發電的來源中最貴的,風力發電則緊追在後。水力發電則有小小的收益,但最具成本效益的還是核能。以上的假設是在碳價為每噸50美元的情況下,如果是用實際的碳價的可能這些再生能源會被打得更難看,哭哭。碳價大概要漲到每噸185美元太陽能才會有淨收益。

當然選擇發展哪種能源有各種的理由,像是除了溫室氣體以外的污染物的排放,以及對核災的恐懼等等。法蘭克並沒有檢視這些因素,但他的研究仍對能源政策有著一定的影響。

現在有許多已開發國家以及中國都以補助太陽能和風力發電的方式來減緩氣候變遷。但這在法蘭克的研究當中是減少溫室氣體排放最貴的方式。而德國和日本逐漸封存的核電廠,卻是減碳目標下最便宜的產能方式。

當然這是單純以減碳為目標的前提下去檢視。每個國家,甚至是每個鄉鎮都有獨特的地理、人文等等的特性,也都有屬於他們適合的能源開發政策。不管是反核擁核,支持或反對再生能源,眾多的相關研究無不希望能提供更多的資訊,讓我們在面對選擇時能少一點未知多一點了解。能源政策是跟我們每個人都切身相關的事,不管立場是什麼我想都沒有人能置身事外。

參考資料:

  1. Sun, wind and drain. The Economist [26, Jul 2014]

 

關於作者

雷雅淇

PanSci 主編|代號是(y.),是會在每年4、7、10、1月密切追新番的那種宅。中興生技學程畢業,台師大科教所還沒畢業,對科學花心的這個也喜歡那個也愛,彷徨地不知道該追誰,索性決定要不見笑的通吃,因此正在科學傳播裡打怪練功衝裝備。