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綠能比較不穩定嗎？談談綠能跟傳統能源的「穩定性」

談到綠能（或說再生能源，renewable energy），很多人的第一個反應是「綠能不穩定」。但最近的一個狀況，卻值得讓我們好好反省到底這個大家愛談的「穩定」是什麼意思。沒錯，就是近日中國跟印度相繼傳出缺電、缺煤的狀況，讓我們看到，傳統發電方式其實也沒有大家想像得那麼「穩定」。

中國從九月底開始，陸續有省份宣布限電，甚至達到驚人的「開一停六」。各方媒體已經提供許多相關的分析。主要的原因包括以下五點：

而印度雖然沒有後兩者的問題，但印度自有的煤礦也因為大雨等天然災害而難以增產。同樣面臨煤礦庫存不足的問題。

值得注意的是，中國跟印度都是煤礦的生產大國。但在物流國際化的情況下，並不是「自己有煤礦就可以自己發電」。因為國際煤價拉高，也會提高國內煤礦的使用相對成本。如果國內電廠不願付更高的價格來買煤，那國內的煤礦業者可能寧願把煤賣到海外市場賺取更高的利潤。

當然，大多數的國家會透過長期合約來避免這個狀況。比如說台電公司的煤礦主要由印尼跟澳洲進口，混拌以保持固定的熱值。同時在合約內保留上下20%的選擇權，進一步減低價格變動的風險。煤價上漲的時候，就多叫一點貨，先多少買一點起來，減少未來可能進一步上漲帶來的損失；反過來，如果煤價下跌，就少叫一點，拿錢去國際市場上買便宜的現貨。

而台灣政府同時也有設置電價穩定基金，當台電賺錢的時候，提撥一部分到基金裡面去；當台電賠錢的時候，再從基金裡面提撥一部分回來，減少台電的虧損。

這些金融操作都可以減少燃料價格短期波動的風險。但如果燃料價格持續上漲，最後還是無法避免長期的成本調漲。而當燃料短缺－－而不只是漲價－－的時候，這些調節措施也無法發揮效果。

講到這邊，大家應該都已經看出來，傳統的發電方式並不若我們想像的「穩定」。由於傳統發電方式需要燃料，因此燃料的開採、供應、價格、運輸、接收（如目前桃園正在興建的第三天然氣接收站）、儲存...各個環節都會影響電力穩定。

那綠能呢？

綠能當然也會受到國際原物料價格的影響。最近的例子就是年中台灣國內因為鋁價、鋼價上漲，主要由中國進口的工業用矽也持續漲價，引發國內系統商跟設備商的衝突。設備商想要調漲價格，但系統商付不出來，打算違約。後來經濟部下場協調，決定提高下半年收購價格，才讓雙方衝突告一段落。只是中國生產的工業矽目前看起來沒有緩漲的趨勢，如果情況繼續下去，台廠可能必須考慮從其他地方進口，或是乾脆自產，同時經濟部也必須調漲太陽能收購價格。

不過，儘管有建廠成本的問題，綠能的優勢就是「不需要燃料成本」。一但建廠完成，後續只要維護就可以了。不會因為國際燃料波動而影響後續的發電成本，反而成為相對於傳統發電方式的優勢。而中國如今也正快速建置大量的綠能，包括光電跟風力發電。總共規劃了400GW，而光第一期的計畫就達到100GW（台灣在2025年預計要達到20GW的光電、5.5GW的離岸風電跟0.7GW的陸域風電）。

當然，細心一點的讀者應該可以看出，此處的「穩定」跟我們平常想像的「穩定」不太一樣。一般我們提到傳統發電方式比較穩定，通常指的是他的「可持續出力」，也就是常常提到的基載(base-load)。而綠能被說「不穩定」，指的也是他在微觀尺度（幾小時到幾分鐘內）的變化。

對於基載的迷思，以及要如何因應綠能在微觀尺度的變動，我們另文說明。不過對綠能來說，長期的穩定性是可以期待的。

以陸域的風力發電當作例子，我們可以清楚看到，在建置初期容量因數變化很大：因為量體很小，僅有的幾個風場多發一點、少發一點，很容易影響整體的容量因數。但隨著量體增加，全部的風場「同時有風」或「同時沒風」的機率大大降低，我們於是可以看到在這幾年容量因數穩定的落在27%上下。

當把尺度縮小到月，這幾年的數據顯示，對每個月的風力發電產出，我們仍然可以有穩定的期待：

而太陽能的部分也一樣[1]，當量體比較小的時候，容易因為局部的天氣變化而影響發電效率。但當量體提高，就不容易因為一時一地的天氣變差，甚至設備損毀而無法發電。這跟傳統能源會因為單一的大型機組跳機（如今年五月的跳電）而大幅影響供電穩定剛好相反。

這次的煤炭短缺情況，讓我們再次看到傳統發電方式的侷限。傳統發電方式並不如大家想像的那麼「穩定」。雖然在燃料充足下可以持續出力，但相對的也受到國際燃料市場的影響。而一旦發生故障，更容易影響整體電網。

相反的，綠能會因為天氣變化而影響發電表現，因此需要透過氣象預報來預測發電表現，讓其他電廠根儲能設施來互相配合。不過不需要燃料，建置完成之後只需要定其維護就可以不斷發電。在量體夠大的情況下，長期的發電表現能夠預期。而就算發生故障，也不至於影響整體電網。

我們可以說，綠能與傳統能源追求的是不同尺度底下的「穩定」。而在極端氣候更加頻繁的未來，我們會越來越容易看到傳統能源脆弱的一面。

註釋1：「容量因數修正」是什麼意思。根據台電公司公布的資料，2020年太陽光電的平均容量因數是14%。但如果我們競徑自把該年的光電總發電量去除以年底的裝置容量，得到的結果卻只有12%。這個差別在於這幾年太陽能快速成長，但並不是所有的光電模組都從2020年的1月1日開始發電。如果他從七月開始設置，那該年貢獻的發電量就只有1/2，但還是會被算進裝置量裡面。台電公司因為可以掌握每片光電板上線的日期，可以很準確的算出每片光電板發電的天數。

外部的研究者，如果沒辦法取得那麼細的數據，一個簡便的作法就是把該年新增的裝置容量乘上50%（期望值），就能得到一個近似的數據。但即使不這麼作，對我們觀察長期的趨勢仍然非常有幫助。