Green_Earth
【轉載】能源轉型國際發展趨勢與機會
日期:2021/01/06
作者:中華經濟研究院第二(國際經濟)研究所 王京明 研究員
文件編號:WTOepaper721
前言

  自年初以來,新冠病毒COVID-19肆虐,隨著各國實施封鎖、隔離和限制措施以遏制病毒的擴散,整個世界的政治、經濟、社會、技術、能源與環境的發展都面臨著巨大的衝擊,開始產生了結構上量變與質變的現象。能源供給、需求、價格以及伴隨之汙染和溫室氣體排放均在顯著地下降。自二戰以來,此次溫室氣體CO2排放量的下降可能是自工業革命以來最大的也是最成功的一次,但雖如此,卻仍不會對氣候變遷全球暖化的動能趨勢產生任何實質上的影響。科學家估計,到2020年底全世界碳排放量將可望下降5%。但是,如果不進行任何能源結構性轉型改變,由新冠疫情引起的碳排放下降可能是短暫而有限的,並且對大氣中二氧化碳的濃度水準影響很小。

  臺灣當前正面臨能源轉型嚴峻之挑戰,現有電力系統與經營模式的適應能力亟需全面升級。隨著國際間能源清潔低碳轉型的持續推進和人工智慧、區塊鏈、智慧電網、電動車、大數據、數位科技與物聯網等新技術的廣泛應用,電力系統的結構和技術特徵正在發生深刻改變。如何通過系統化體制和機制創新,提升電力系統與電力市場的靈活性和包容性、促進清潔能源的大量消費和高效利用、確保電力系統的安全和可持續供應,已成為世界各國電力產業轉型發展所關注的焦點。臺灣亦需未雨綢繆前瞻佈局未來電業之轉型,以作為擬定短、中、長期能源發展之方向指引和參考依據。

能源轉型與發展趨勢

  綜觀國內外電力市場發展、標竿電業之電力技術應用、以及未來前瞻電力技術發展等趨勢,國際間電力事業的能源轉型持續發展已呈現出明顯的趨勢和發展特徵諸如:低碳化、市場化、分散化、數位化與智慧化等(Wu, Kou, and Fu, 2020[1] ;Zhang, 2020[2])。我國電業發展短期著重在綠能優先與非核之能源轉型,長期則將朝向發、售電競爭之「自由市場經濟」模式,而關鍵則是都需要搭配智慧電網的「共享電網使用之經濟平台」模式。這樣的產業結構發展轉變,在所有權、經營權、使用權和選擇權都充分自由開放下,廣義的電業轉型實則涵蓋了技術面與制度面之整體協調搭配,包括政策、法規、市場、系統和營運等各面向之調適性轉型變革。並經由解構傳統電力資源系統組合,再重塑新的電力資源系統組合,據以建構一個互補且多樣化的能源互聯網絡體系,進而在產消一體(prosumer)與購電選擇權雙重自由化下,創造高效、流動、彈性、強韌與即插即用之實時調適性之電力資源系統組合。

  談到能源轉型,馬上就會讓人想到低碳再生能源的推展。其實擴大再生能源也只是轉型的一個單一面向,如何搭配組織、制度與技術調適性的連結,建立整合性能資源網絡,形成高效又具智慧化的靈活運行體系,藉由支持可競爭的市場來與系統整合,透過能源技術研發與創新活動以應對能源市場與氣候變遷政策的規範,才是國際間能源轉型的豐富內涵。

  近年來多數能源轉型的重要技術成本皆已大幅降低,未來的新電力系統將以風力和太陽光電兩種技術為新增投資主力且會取代化石能源。為因應如此大量的間歇性再生能源進入系統,彈性與靈活性將是新系統的必要特徵條件,傳統大型火力基載機組的優勢與必要性勢必將逐漸消失而退位,取而代之的將是清潔低碳的風力與太陽光電和儲能之搭配。電力系統的彈性與靈活性之技術相當多元化多樣化,可來自於化石能源尖峰機組之靈活彈性、短期電力現貨與平衡市場設計之市場即時反應彈性、負載管理與需量反應之即時需求彈性、抽蓄/電池/燃料電池等之充放儲能彈性、智慧電網之人工智慧網路靈活彈性以及整合熱、運輸、氣、水、交通等部門之組合彈性等,這些都是新電力系統成功運行所不可或缺的必要元素。

  新電力系統的特色除了彈性與靈活性外,另一項新的特色是分散化,能讓更多元的市場參與資源加入。電力部門將由傳統集中大型的發電搭配發、輸、配、售單一方向電力流動的電網,轉變為去中心化的分散式能源系統搭配雙向流動的電力平衡,並以消費者為中心。由傳統的觀點來看,分散式的小規模發電並不是最有規模經濟效率的選項,但未來能源轉型後可能有不同結論。尤其不可忽略分散式發電對電力系統遭受衝擊的恢復力、社會接受度與基礎建設的影響,分散化已是能源產業一個新的潮流特色,在此架構下,電力網的傳輸瓶頸也可以得到紓解,偏好區域性電力商品的產消一體者也將成為能源供給的主要積極引導角色。

  為確保電力轉型下電力可靠、成本有效、環境友善的電力持續供給,未來電力市場設計和電力交易商品的類別以及市場參與者的發展與准入必須有一致性、可競爭性與公平性,才能使日益增多的再生能源以最佳無補貼(subsidy free)的方式整合進入能源系統中,並能提供正確的財務與價格誘因給電力系統所亟需的靈活彈性之服務提供者,建立市場中公平、公正、公開的電能交易與電能平衡規則。同時也必須確保足夠之緊急備轉容量與長期備用容量,才能使電力持續供應安全而穩定。因此電力自由化市場設計與能源轉型,其間的連結是非常緊密且彼此相互依賴,不可或缺的。

新冠疫情對能源轉型的衝擊


  新冠病毒疫情肆虐使得世界各國經濟呈現巨幅滑落趨勢,然而如今,受到經濟衰退、病毒感染與死亡人數持續攀高與社會群聚功能解體的衝擊之悲觀心理影響,各國無限制的貨幣寬鬆與無償發放救濟金還能帶來股市暫時的榮景與至少維繫著人民生活上的基本小確幸,卻恐難以恢復到疫情前的水平。能源市場在疫情衝擊下也呈現崩跌走勢,能源價格與供需都大幅下跌,然而,疫情並未對能源轉型的趨勢產生變化,低碳化、市場化、分散化、數位化與智慧化仍是能源產業發展的能源轉型主流趨勢(Wu, Kou, and Fu, 2020)。

  在環境面向就讓人樂觀振奮許多,新冠疫情影響最大的多數國家和城市正在逐漸展現出清朗透徹的天空,臺北的中秋夜晚月色也特別明亮。由於採取了嚴格的應對隔離措施,疫情最嚴重的紐約,其汙染排放減少了近50%。在中國,由於工廠關閉,人們被迫留在室內居家隔離,排放量在今年年初下降了近25%;由於其六個最大的燃煤電廠以最低負載水準運行,煤炭的使用量下降了近40%。東亞、東南亞與南亞各國亦復如是,其中以印度的燃煤發電削減最為顯著,燃煤電廠的使用率從原本的77.5%下降到如今的56.1%,而其發電量占比也從76%下降到69%。在歐洲,太空衛星圖像也顯示了類似的情況,義大利,西班牙、德國、法國和英國的溫室氣體排放量和汙染也都在顯著減少之中。

  以史為鑑,這不是流行病首次導致大氣中二氧化碳濃度水準降低。甚至在工業革命時代之前,瘟疫病情的傳播就與排放量降低有顯著相關。因此排放量的突然下降大多都被認為是短期的影響,長期來看,有可能隨著疫情消失和經濟的復甦而產生報復性的強力反彈。為了實現碳中和之低碳電力轉型,世界各國更需要藉著此次疫情的衝擊,在投資組合中採用更多的可再生能源發電、提高能效標準,並擺脫以燃煤和油氣等化石能源為基礎的發電資源組合。同樣,當前的超低油價、煤價和天然氣價格加上疫情導致的經濟衰退,可能會在一定的時間範圍內對實現碳中和目標產生反作用。然而全球仍需要在氣候變遷抗暖化方面有更大的野心,將大量的精力和投資重新分配到能源效率和可再生能源上,以及制訂嚴格的減量計畫,能在2030-2040年時逐步淘汰全球燃煤電廠與燃油車輛,如此對抗全球氣候變遷才能有些許的戰勝機率。

新冠疫情後的能源轉型發展機會


  新冠疫情的衝擊是一場危機也是轉機,許多產業面臨倒閉,而也有不少產業因此而獲利,能源相關產業也不例外。如何思考讓本身能渡過危機而能展現二次成長(the second growth curve)是決策者現階段嚴肅且關鍵的問題,因此必需首先面對危機認清風險所在,進行各項風險評估後,擬出企業的轉型策略規劃並滾動檢討執行,才能處理好新冠疫情帶來的衝擊與風險。

  彭博社之Wu, Kou, and Fu(2020)針對新冠疫情對未來3-5年能源轉型的衝擊進行了三種新冠疫情情境預測:分別是一波衝擊到2020年底結束、多重波衝擊至2021年中結束以及多重波反覆持續衝擊至2021年底才結束。研究結果顯示:不管是在那種情境下,都得出能源低碳轉型趨勢將不會改變,縱使能源需求可能大幅跌落,低碳清潔能源如風電與光電的投資仍將持續增長,而化石能源尤其是燃煤與石油的需求將會大幅地減少。此外,針對疫情後能源轉型相關的產業發展機會,也提出了圖1架構的分析結果。如圖所示,橫軸代表了轉型發展機會的速度時間之快慢,縱軸代表發展機會的規模尺度大小,四個象限則分別代表著各種組合下的相關發展機會。以第一象限代表短期又重大的發展機會來看,疫情下能源轉型相關的投資機會有:綠能的競拍與推廣、分散式能源、循環經濟、綠色金融、天然氣發電基礎建設、電動車充電樁基礎建設、電動車購置補貼、電動車傳輸服務和能源效率提升。同理第二與第三象限也有不錯的參考投資發展機會可供能源相關產業參考。



  Zhang, M.(2020)在台電前瞻電力技術菁英論壇中也提出了未來至2030年的能源轉型發展最重要的十大前瞻關鍵技術如圖2。如圖所示,以技術的屬性可區分為三類:核心脫碳技術、數位化技術和新興技術。核心脫碳技術以風、光發電、儲能和電動車為首要,而數位化技術則在推進和實施與能源轉型有關方面至關重要,包括有自動化、積層製造(又稱3D列印)、人工智能和機器學習、物聯網和區塊鏈,而新興技術則有電池存儲化學、綠氫和超高效熱泵也扮演著加速能源轉型之角色。以風電和光電為例,未來風電的發展將朝向更深更遠的海洋浮動式風能系統,不僅成本可大幅地降低,先進的監控功能也可確保安全發電。預計到2030年,全球風電的占比將由現今的5%左右增長到13%,而其中又以離岸風電占絕大部分。在光電方面,太陽能PV發電現今提供了全球約2%的電力,預計到2030年將增長到15%。太陽能PV搭配儲能系統將確保光電成為可調度的能源而徹底緩解了其先天具有的間歇性缺陷,並可保證在需要的時間和地點交付所需的電量;安裝量的增加和模組件性能的提高將使成本更進一步持續下降,而其中堆疊型或鈣鈦礦電池等新技術有可能會帶來價格和效率的重大驚奇突破。



結語

  新冠病毒疫情肆虐使得世界各國經濟呈現巨幅滑落趨勢,原先認為疫情會在2020年底前獲得緩解,經濟可望呈現V型反轉,如今已被較為悲觀的疲弱緩慢且遲滯性L型的成長看法取代,經濟也難望再回到疫情前的水平。能源市場在疫情的衝擊下,也呈現了崩跌走勢,然而仔細研究分析後,發現此次疫情的衝擊並未對能源轉型的動態趨勢與潛勢產生變化,以低碳化、市場化、分散化、數位化與智慧化等轉型趨勢的核心內容仍是能源產業發展的主流趨勢不受影響,全球反而因持續不斷地增加清潔能源進入能源系統以及能源需求的顯著降低,使得疫情反而帶來環境面汙染排放減少的巨大效益。然而,新冠疫情的衝擊是一場危機也是轉機,在能源市場崩跌下,能源相關產業面臨能源轉型必需思考利用此次機會如何讓本身能加快轉型步調渡過危機並能展現企業的可持續成長,唯有認清企業本身此次所面臨的風險與機會,擬出企業未來的轉型策略規劃,並果斷執行,才能安然渡過此次新冠疫情帶來的衝擊與風險,步入二次性成長的道路。

[1] Wu, J., Kou, N. and Fu, M. (2020). Opportunities in the Energy Transition. Slides presented in Taipower Technology Foresight Forum 2030, 6 August, Taipei, 2020. BloombergNEF.

[2] Zhang, M. (2020). DNV GL’s Energy Transition Outlook 2019 and Technology Outlook 2030. Slides presented in Taipower Technology Foresight Forum 2030, 6 August, Taipei, 2020. DNV GL.