〔Tony Yen〕系統性思考下的能源轉型政策－尋找運輸和電網轉型的轉捩點

能源轉型的過程中，市場機制對再生能源和其互補性技術的發展，扮演一定角色；有些市場上自然發生的動力學機制，也確實有利於能源轉型的推動。比方說，傳統上批售電力市場的電價由供給端的邊際發電成本決定，但當再生能源佔比日益增加、價格曲線變動日益劇烈時，儲能、需量反應、綠色氫能、電動車智慧充能等各種彈性資源得以透過削峰填谷、買低賣高的方式，減少購電成本、賺取不同時間電價的價差。這會獎勵市場參與者增進自身的彈性能力，在批售電力市場漸漸演變至需求端決定價格的型態的同時，再生能源還是保有獲利空間、電力系統整體的彈性能力也得以提升。

圖1：綠能與彈性資源主導的批售電力市場，在綠能發電量較高（左）與較低（右）時的市場結清示意圖。這種情況下，批售電力市場的成交價格將由彈性需求或儲能所決定。

不過，由於未來充滿不確定性，若僅透過短期市場的經濟誘因達成能源轉型的諸多目標，會有高度風險。因此在世界各國，能源轉型大多從非市場性支持政策開展，然後逐步過渡至市場機制。從固定式躉購費率到競標制、或者根據電力市場價格計算躉購溢價，是近年國內外針對再生能源制定的支持政策，常見的演變趨勢。

在正統經濟學的理論中，初始財產重分配以外的經濟政策，都會影響一個社會的短期經濟效率；然而能源轉型的政策研究者多從複雜系統科學 (complex systems science) 的角度出發，強調長期而言，各種非市場性支持政策在建構有利於能源轉型的大型社會科技系統上的必要性。其中，兩個複雜系統科學的核心觀念在這樣的分析角度中扮演重要角色：其一為選定特定轉型路徑後，社會科技系統的慣性所產生的路徑依賴 (path dependence)；其二為社會科技系統在特定外在條件、政策推進與社會氛圍的加成下，恰好突破轉捩點 (tipping point)，此後得以擺脫原有慣性、躍遷至另外一條路徑，並在持續在一段時間以後產生新的路徑依賴。

底下筆者以 Simon Sharpe 和 Timothy M. Lenton 在 2021 年的期刊論文為例，說明如何以轉捩點和路徑依賴分析能源轉型的支持政策。Sharpe 和 Lenton 認為，在挪威等電動車市佔率領先世界的國家中，交通轉型的第一個轉捩點已經達成－透過支持性政策，電動車成為比傳統燃油車更具吸引力的私人載具。同時，由於這些國家有明確嚴格的禁售燃油車時程，不論生產者或消費者都得到足夠的訊號，理解到燃油車的淘汰這件事實不太可能出現反轉，因此下一個轉捩點（不需支持政策電動車即可比傳統燃油車更具吸引力）也遲早會來臨。一旦在挪威等國家達到第二個轉捩點以後，交通部門所達成的新的路徑依賴，有可能進一步影響其他國家或者其他社會科技系統：此時其他國家便不需要提供同樣強度的支持政策，就有機會突破同樣的兩個轉捩點；而電動車發展過程促進電池成本下降和產能提升，也會連帶地讓電力部門的轉型變得更容易。

圖2：電動車取代燃油車過程的兩個轉捩點和之後的潛在外溢效應 (Simon Sharpe 和 Timothy M. Lenton，2021年)

再生能源在電網中的佔比限制是另外一個能以路徑依賴和轉捩點分析的能源轉型政策。電力系統長期由大型傳統電廠組成產生的路徑依賴，目前對於風能和太陽能等變動型再生能源的瞬間電力輸出佔比產生限制。完全或者大部分解除此一限制，就會是電網運作的一個轉捩點－因為這將標誌著純粹由再生能源構成的能源系統技術上確實可行。由此出發，便有機會上修社會對再生能源在淨零路徑下最終佔比的想像、減少未來能源系統對於碳捕捉技術的依賴。

在此脈絡下，筆者認為應該將「電力系統能在 100% 再生能源狀態下運轉」納入 2050 年淨零路徑的目標之一，並且以此基礎對逆變器為主的彈性資源提供支持政策，逐步滿足原本僅由傳統電廠提供的各種電網服務。每當一種電網服務能完全由新式彈性資源提供時，持續運作傳統電廠的經濟性和正當性便會被削弱，持之以恆便能逐步破除再生能源會危害電網穩定的諸多迷思，確立能源轉型持續走在正向的路徑依賴上。

2050年冬季供需模擬

再生能源發電全日均高於負載，而為了維持系統穩定，部分力機組仍須以最低發電狀態維持運轉。 多餘電力以儲能系統移轉，製氫為較具彈性的儲能應用方式。

圖3：目前經濟部的淨零碳排路徑模擬中 ，仍假設電力系統需透過傳統電廠提供轉動慣量、電壓控制等電網穩定性服務。

註1：本圖為冬季離峰用電日的推估情況，其結果將依能源配比與負載變化而異

註2：模擬情境呈現每小時發電排程，目的為了解整體能源供需，未考量短時間