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2014年2月8日 星期六

成本低廉的綠色電價


Author:Maxwell Chen 陳世芳

Version:1.2

        台灣要達到成本低廉的綠色電價,首先要放棄不具成本優勢且無法改變電力結構的太陽能、小風機與微電網(Microgrid)。德國的電價高昂的主要原因來自於高加值型營業稅(VAT),其次才是不計成本補助太陽能(EEG/FIT/RES-E)。最後才是平均國民所得高,人力成本高,導致發電廠、電網架設成本高,間接轉嫁給消費者。丹麥的再生能源政策明顯優於德國,丹麥支持風力發電,德國支持太陽能,德國的再生能源附加費是丹麥的3.5倍,丹麥的經驗比較值得台灣參考。



        不具成本優勢的再生能源支持者,實際上就是核電的支持者。為了平抑電價,核電變成必要之惡。引述經濟日報記者所下的標題『核四不商轉… 再生能源附加費負擔更大』。多數民眾也不樂見電價上漲。反核反到最後,卻是核電最大的推手,實在是可惜了。
        最適合台灣的成本低廉綠色電價只有使用離岸風電(offshore wind power)與超級智慧電網(super smart grid),並且搭配適量的燃氣發電(調度用)、水力發電(調度用)、電力級分散式能源儲存系統(增加電網穩定性,非大量儲電)。預估到了2020年,離岸風電的成本可以降低到每度電NT$1-2元 (6~ 10 MW風機 by Siemens, Vestas, GE),台電目前的電網成本每度電約NT$0.6元,是半智慧化的電網,合理估計下,超級智慧電網的成本約可以控制在每度電NT$0.9元以下,因此離岸風電的總售電成本可以控制在1.9~2.9元之間,對比目前經濟部規劃的綠色電價每度電3.95元(綠電附加費率為每度電NT$1.06元),明顯具備平抑電價的效果。
        根據AWEA與DOE最新的研究報告,風力發電穩定美國電價,貢獻卓越。分析美國各州2008-2013年的電價,風力發電(量)比率超過7%的州,電價下降0.37%;其他各州,電價平均上漲7.79%。另一份更早的研究資料顯示,2005-2010年美國前十大風力發電州(top 10 wind power states),平均電價上漲10.94%;前20大風力發電州(top 20 wind power states),平均電價上漲15.72%;風電比率最少的後30州(bottom 30 wind power states),平均電價上漲26.74%。兩期的研究報告,結果一致。

       根據歐洲統計局(Eurostat)最近公開的研究資料顯示,比較2008年與2012年的平均電價,發現成長比例最高的是稅金與徵收費(再生能源附加費、其他規費),家用電價中此部分成長約37%,比例最高。其次是(超級智慧)電網建設成本,成長約19%。真正來自於發電成本導致的電價上漲約7%,比例很低。平均來說,歐洲在五年內家庭用戶電價上漲18%,平均年上漲3.6%,對於經濟弱勢族群的確是一大負擔。從這個資料,我們也可以明顯看到,發電成本上升並不是電價上漲的主要原因,稅金與再生能源附加費用才是主因。

        超級智慧電網的建設,不管有沒有發展再生能源,都是必要的支出。幾個原因如下:(1)電力用戶對於用電品質的需求提升; (2)電動車時代,會大幅增加電力需求達30-80%,讓電力需求曲線變得更不平穩,超級智慧電網當中的需求響應(Demand Response, DR)恰可以平穩電力需求; (3)電力公司出租過剩的光纖網路頻寬,打破電信公司獨佔長程光纖網路頻寬市場,有助於增加電力公司的營收與獲利,其產能利用率會高於電信公司,投資效益比較佳; (4) 變電所的設備約20-30年升級一次,新的智慧型變電所(smart station)具備更好的投資效益,有助於改善電力公司的財務結構。
       歐洲的電價結構,包括發電成本(Energy)、輸配電成本(Network)、稅金與徵收費(Taxes, levies, exemptions)等。發電成本又區分為批發電價(Wholesale)與零售電價(Retail)。目前可以看到歐洲風電過剩的時候,批發電價可能降到負數,也就是發電負成本,但是卻無法立即反映到零售電價上,因為,加值型營業稅與能源附加費用佔比太高。長期來說,風電抑制批發電價的效果十分明顯。
        在台灣,如果要反映到零售電價,必須停止對於沒有成本競爭力且無法改變電力結構的的再生能源的補貼(太陽能、小風機與微電網),降低再生能源附加費用佔總零售電價的比例,就可以讓人民有感。舉例而言,能源局每年補助新台幣200億元在太陽能躉價收購,離岸風電僅有20億元,台灣土地稀有,成本昂貴,多數的太陽能低於10KW,躉購電價為NT$7.16元。離岸風電剛開始,躉購電價NT$5.6元,差距約是27.86%,離岸風電贏在起跑點。小風機(陸域小於10KW)的躉購電價高達8.17元,差距約是45.89%。微電網說穿了就是太陽能與小風機的小型發電系統,一樣不具備成本優勢也無法改變能源結構。如果改變資源配置,擴大對於離岸風電的補助與製造產業支持,成本可望降低到1-2元,小型的太陽能與風力發電,成本很難降低到5元以下,長期來看無法與離岸風電競爭。
        拙作"2050台灣發展再生能源的機會與挑戰",以及"真綠能的風光互補"提到,台灣不適合安裝太陽能(做外銷可以)與小風機的主要原因有:


  • 太陽能與小風機的發電成本昂貴,造成高昂的再生能源附加費,間接創造高零售電價。
  • 單多晶矽與碲化鎘太陽能電池為假綠能,對環境污染很大。
  • 小風機產業在美國已經垮台(since 2006),缺少經濟規模優勢,美國的主流是大型的陸上風機(1MW以上)。
  • 陸上風電還是有噪音問題,20-200Hz的傳遞距離達1公里,台灣地小人綢,風機距離住家太近。迄今,苑裡居民仍然繼續抗爭,希望政府能夠擴大風機距離民宅的距離,250公尺對苑裡居民來說,距離太短。
  • 再生能源具備因地制宜的特性,照抄歐洲與美國的制度,絕對是錯誤的,應該要考慮台灣的地理條件,客製化一套最適合台灣的再生能源政策。
  • 太陽能與小風機的發電量很小,杯水車薪,無法改變台灣的能源結構。
  • 實務上已經出現台灣的太陽能發電廠財務危機的案例,提醒有意投資太陽能的朋友,小心自己的財富被重新分配。
  • 台灣有日照不足的問題。
        台灣有日照不足的問題,平均DNI(Direct Normal Irradiance)小於4.5 (KWh/m2 per day)。一般普遍認為適合安裝太陽能發電裝置的地區,DNI>6 (KWh/m2 per day)。在下圖可以明確看到,台灣比較適合安裝太陽能的地區是台南、高雄、屏東等日照充足的地區。DNI (直接正常日照)是單位面積裡,太陽直射的時候所吸收的太陽輻射總和,DNI數字越大,表示該地區日照越強,越適合安裝太陽能。
        美國西部非常適合安裝太陽能,我們可以看到DNI>6 (KWh/m2 per day)的州包括加州(California, CA)、內華達州(Neveda, NV)、亞利桑那州(Arizona, AZ)、新墨西哥州(New Mexico, NM)。周圍的俄勒岡州(Oregon, OR)、愛達荷州(Idaho, ID)、懷俄明州(Wyoming, WY)、猶他州(Utah, UT)、科羅拉多州(Colorado, CO)、德州(Texas, TX)等,DNI也都大於5 (KWh/m2 per day)。台灣與加州的天然環境畢竟差距很大,硬是在台灣安裝太陽能發電的下場,就如某興櫃公司一樣,發生財務危機,台灣發展太陽能種電並不可行。
        德國也不適合安裝太陽能,其DNI小於3.5 (KWh/m2 per day)。也因此德國的再生能源補助,多數用在效率低落成本昂貴的太陽能,造成電價大漲。
        
     我們分析2010年德國的能源附加費(Erneuerbare-Energien-Gesetz(EEG)/Feed In Tariff (FIT))使用情況,可以看到太陽能占用38.62%的EEG費用,發電產出量僅占14.48%,發電量10,621GWh,每度電補助成本高達NT$17.3元。相較之下,德國的風力發電(陸上風電為主),僅使用EEG費用的25.15%,發電量產出達46.42%,發電量達34,048GWh,每度電補助金NT$3.51元。風力發電的產出/投入約1.85倍,而太陽能僅有0.37倍。太陽能的效益不彰,拉高電價,趨勢明顯。德國在2013年9月大選之後,新政府已經著手檢討補助太陽能的政策,希望再生能源也能夠具備成本競爭力。高電價,對於多數經濟弱勢的族群,相對不利,後面的社會問題,需要關注。
引述媒體報載:
1. "While Merkel(德國總理) says reducing the cost of the subsidy for renewables is the first priority of her new government"
2. ""We need corridors so that the development of renewable energies is in line with network expansion. That would add predictability and calculability to the energy switchover so that the costs of promoting renewable energies under the EEG law don't keep rising," said Merkel."


 
        相較於德國政府高額補助太陽能,風力發電的補助少得可憐。太陽能每度電補助43.6歐分(EUR cents),風電僅有8.85歐分。長期來看,風電的補助將維持在9歐分左右,也有可能會取消補助。

        美國今年(2014)宣布取消對風力發電的租稅減免(Production Tax Credit, PTC),專家認為美國的風電會因為取消獎勵而減少,但風電市場不會垮台。從技術上來分析,陸上風機透過適當的設計與安裝在合適的地點,事實上容量因素可以達40-50%,其中,風場管理軟體就可以貢獻5%。台灣很可惜不具備美國的地理條件,離岸風電才是台灣的選項。
        美國內陸(Interior)各州的風電一直維持在低成本低售價(Power Purchase Agreement Price, PPA Price)的狀態。內陸州的PPA Price約US$30/MWh (每度電NT$0.9元)。台灣的太陽能的支持者看到美國太陽能每度電成本未來可以降低到NT$1.8元的時候,建議也關注美國的風電,已經做到每度電0.9元。美國太陽能的發電成本還是風電的2倍以上。技術上的限制,讓太陽能永遠無法做到比風電更低價。使用6-10MW離岸風機,配合適當的經濟規模採購量、風場管理軟體、安裝在合適的地區,在2020年附近,每度電成本也可以降低到NT$1元,與陸上風電相當。

        
        電力佔能源使用的比重將越來越高,以歐洲為例,在2010年約21.5%,預估到了2050年將提高到28%。
        歐洲期待在各國的通力合作之下,能夠達到平抑電價的效果(Elec. price reference scenario),使用的再生能源以風力發電為主,各國根據地理條件的建置,配置不同比例的離岸風電與陸上風電。
       再生能源附加費如果介於1-3%,也許多數台灣民眾還可以接受。已經實施再生能源附加費的歐洲國家區間落在5-16% 。成就太陽能,犧牲經濟弱勢族群的財富,真的是台灣的選項嗎?
        如果分析不含稅電價(prices without taxes),零售電價最貴的丹麥,其不含稅電價(13 cent EUR/KWh)還低於德國(15 cent EUR/KWh),也只比法國高3 cent EUR/KWh。丹麥比法國高的3 cents,主要來自於對超級智慧電網的投資,提高整體國家的用電效率,這一點非常值得台灣學習。更仔細去看,丹麥、德國、義大利、葡萄牙、瑞典的不可回復稅(non-recoverable taxes and levies)比較高,事實上其中有很大一部份是加值型營業稅(Value Added Tax, VAT)。VAT的政策與電價的關係很大,但是與再生能源發電成本無關。有些分析指出丹麥、德國的高電價,與發展再生能源有關,並非全然是事實,VAT的因素也十分重要。
    台灣的VAT僅有5%,但是對歐洲國家來說VAT對於電力價格的影響高達15-27%。下圖顯示多數歐洲國家的VAT高於15%,丹麥還高達25%,這才是丹麥電價高的主要原因,與發展風力發電的關係並不大。丹麥的平均家用電價為每度電新台幣12元,其中VAT就佔了NT$3元。德國的VAT約19%,平均家用電價約NT$10.5元,其中VAT就佔了NT$2元。歐洲的VAT這麼高,電價當然貴,其VAT已經很接近台灣的平均家用電售電價格,也高於台灣的平均工業用電價格。VAT不是再生能源附加費(Renewable Energy Sources for Electricity),和哪一種發電方式並沒有關係。
       歐洲國家再生能源附加費(RES-E, Renewable Energy Source for Electricity)對於家用電價格的影響約4-16%。其中德國(NT$1.68/KWh)、西班牙的比例最高,約在15-16%。即使是電價高昂的丹麥,也僅有4%(NT$0.48/KWh),因為丹麥是風電大國(Vestas),其風力發電已經具備成本優勢,所以不需要高昂的RES-E。千金難買早知道,萬般無奈想不到,如果台灣要等到歐洲2020年離岸風電的成本優勢顯現,才開始發展的話,想追也追不上了。It's too late.
        如果合併計算丹麥與德國的VAT+RES-E,丹麥一共是NT$3.48元,德國是3.68元。德國支持太陽能,所以代價是高額的再生能源附加費。丹麥支持風能,成本優勢遠勝於德國。兩者比較,德國的再生能源附加費用是丹麥的3.5倍。台灣與丹麥有許多類似的地方,海洋面積大,人口密集,土地小等等。台灣的再生能源政策抄襲丹麥,將來成功機率比較高,抄襲德國,下場注定很悽慘。
     超級智慧電網的建設當然與電價有關,分析這個問題,建議從每度電的電網成本佔總電價的比例來作客觀分析。以丹麥為例,其電網成本約NT$2.52元(EUR 6.3 cents),約佔平均家用電價的21%。台電的平均售電價格用NT$3元估計,目前輸配電成本約每度電NT$0.6元,比例約20%。這個數字與丹麥接近。乍看之下,丹麥電網的智慧化程度高於台電,怎麼可能比例和台電相當。先別急著罵台電,原因出在丹麥的VAT與RES-E拉高分母(總電價),所以比例才降低。事實上,發展智慧電網的確需要付出代價,丹麥用低成本的風力發電去換高成本的智慧電網,一加一減,創造了國家的競爭力。如果扣除每度電3.48元的VAT+RES-E,丹麥的電價應該是每度電NT$8.52元,再用電網成本約NT$2.52元除以NT$8.52元,比例約在29.6%。也就是說,即使是發展智慧電網,其成本也不應該超過家用電價的30%,並不會無限制增加成本。
        從上圖也可以看到,德國(DE)與英國(UK)在電網的投資比例偏低(相較於丹麥DK),某種程度可以解釋德國在2012年約出現10-15%的棄風現象(風電發電量的10-15%,無法被使用)。
        棄風限電主要的原因是長程電網規劃建設需要10-20年的時間,風電場的建設一般約3-7年,中間的時間差造成棄風限電的現象。中國大陸因為土地徵收比較沒有抗爭,長程電網的建設時間可以縮短到5年以內。2005年,全球年度風電裝置容量超過10GW,約花了25年的時間才達到這個數字。2007年突破20GW,2011年突破40GW,這幾年風電的高速成長是全球電力公司所沒有預料到的。
        大家都沒有預料到,風電可以做到如此低成本,而且GE與Siemens還可以打敗中國風電製造商,在全球排名快速上升。一般而言,產業發展很少出現歐美公司打敗亞洲公司,可是GE與Siemens卻做到了,實在是非常厲害。


        全球的風電累積裝置容量,在2005年突破50GW,這是累積25年的經驗才有的成果。到了2008年超過100GW,2011年超過200GW,2013年達到318GW。GWEC預估到了2017年累積裝置容量達536GW,年度裝置容量超過60GW。歐洲、北美、亞洲是全球風力發電成長速度最快的地區。
 
        全球的風電大國主要是中國大陸、美國、德國、西班牙、印度。這些國家都有代表性的風機製造商,如美國的GE、德國的Siemens、Enercon、西班牙的Gamesa、印度的Suzlon。台灣有足夠的地理條件,可以成為離岸風電的發電場,但是這需要國家的力量長期扶持產業發展,短期補助離岸風電場,創造內需市場,培養本土化製造商。近年來,韓國與日本也動用國家的力量,積極扶持當地的離岸風機產業。
        離岸風電始於1991年,丹麥架設第一支離岸風機,預估將在2016年開始快速成長,迄今僅只有兩年左右的時間。陸上風電始於1980年,快速成長在2005年之後,約花了25年的時間。在2013年,Siemens宣布2014年量產6MW離岸風機。2014年,Vestas宣布在2015年量產8MW離岸風機。如果沒有意外,GE約在2015-2016年宣布隔年量產10MW離岸風機。產業界的實際發展與技術預測的結果互相吻合。

        在台灣,成本低廉的綠色電價來自於對離岸風電的長期支持,並且放棄補助高成本的太陽能、小風機與微電網。這裡還是再次提醒,微電網不等於分散式發電,微電網的發電量僅佔分散式發電的1-10%,微電網題目雖然很新鮮,但不會是主流,分散式發電(風力發電、生質能、水力發電)才是主流。台灣的太陽能的支持者看到美國太陽能每度電成本未來可以降低到NT$1.8元的時候,建議也關注美國的風電,已經做到每度電0.9元。探討再生能源的議題,對於定義要有清楚的瞭解,張冠李戴的見解,容易誤導大眾,也耽誤台灣的發展。太陽能與市電同價或比市電低價是一種誤解,因為只要提高加值型營業稅與再生能源附加費用,拉高電價,相對之下太陽能就不那麼貴。

        歐洲的高電價,主因是加值型營業稅(VAT)偏高(歐洲15-26%, 台灣僅有5%),次因才是再生能源附加費(4-16%)與智慧電網的投資。丹麥的平均家用電價為每度電新台幣12元,其中VAT稅率25%(NT$3元/KWh),德國的平均家用電價約NT$10.5元,集中VAT稅率19%(NT$2元/KWh)。歐洲國家再生能源附加費(RES-E, Renewable Energy Source for Electricity)對於家用電價格的影響約4-16%。其中德國是16%(NT$1.68/KWh),丹麥僅有4%(NT$0.48/KWh)。因為丹麥是風電大國(全球第二大風電製造商Vestas的母國),其風力發電已經具備成本優勢,所以不需要高昂的再生能源附加費。丹麥的經驗比較適合台灣參考,彼此有相似的地理條件。德國正在修正過去錯誤的能源政策,減少對於太陽能的補助,讓再生能源附加費用(德國稱EEG)更合理化。台灣有德國的前車之鑒,發展離岸風電與超級智慧電網產業就可以達到成本低廉的綠色電價。針對台灣的條件客製化一套再生能源發展計畫,是我們應該要堅持的方向。

延伸閱讀:
1. UDN (2014), 核四不商轉… 再生能源附加費負擔更大, http://m.udn.com/xhtml/HistoryArt?articleid=3670605
2. UDN (2014), 再生能源附加費 明年開徵, http://m.udn.com/xhtml/HistoryArt?articleid=3670604
3. UDN (2014), 綠色電價貴45% 明年上路, http://udn.com/NEWS/FINANCE/FIN1/8466603.shtml
4. 陳世芳(2013), 2050台灣發展再生能源的機會與挑戰, http://maxwellventureservice.blogspot.tw/2013/12/2050.html
5. 陳世芳(2013), 真綠能的風光互補, http://maxwellventureservice.blogspot.tw/2013/12/blog-post.html
6. EUROPEAN COMMISSION (2014), Energy prices and costs report (COMMISSION STAFF WORKING DOCUMENT), http://ec.europa.eu/clima/policies/2030/documentation_en.htm
7. 人民網(2014), 北歐風暴肆虐 市場電價跌至負值, http://env.people.com.cn/BIG5/n/2014/0114/c1010-24112654.html
8.苦勞網(2013), 風車太近 苑裡居民絕食滿一週  英華威惡搞綠能 恐斷送進步契機, http://www.coolloud.org.tw/node/73678
9. GWEC (2014), Global Wind Statistics 2013, http://www.gwec.net/wp-content/uploads/2014/02/GWEC-PRstats-2013_EN.pdf
10.Into The Wind (2014), NEWS ROUNDUP: GOOD NEWS FOR SOUTHEAST WIND, BREAKING RECORDS IN DENMARK, AND VESTAS PROFITS SWING UPWARD, http://aweablog.org/blog/post/news-roundup-good-news-for-southeast-wind-breaking-records-in-denmark-and-vestas-profits-swing-upward
11.Windpower Engineering & Development (2014), World’s most powerful wind turbine now operational, http://www.windpowerengineering.com/construction/installation/worlds-powerful-wind-turbine-now-operational/
12.Windpower Engineering & Development (2014), Pathways to high penetration of EVs, from Element Energy, http://www.windpowerengineering.com/policy/environmental/pathways-high-penetration-evs-element-energy/
13.The Energy Collective (2013), Can the American Wind Energy Industry Survive Without the PTC?, http://theenergycollective.com/jessejenkins/319086/can-american-wind-energy-industry-survive-without-ptc
14. Union of Concerned Scientists (2014), Production Tax Credit for Renewable Energy, http://www.ucsusa.org/clean_energy/smart-energy-solutions/increase-renewables/production-tax-credit-for.html
15.TechNews (2014), 美國住宅太陽能成本,太陽能電池模組只佔零頭, http://technews.tw/2014/02/03/reducing-solar-pv-soft-cost-focus-on-installation-labor/
16. AWEA (2014), Wind Power's Consumer Benefits, http://awea.files.cms-plus.com/AWEA%20White%20Paper-Consumer%20Benefits%20final.pdf
17. 自由時報(2014), 綠色電價 敲定每度貴1.06元, http://www.libertytimes.com.tw/2014/new/mar/7/today-e4.htm
18. 如何看懂家中的電費帳單, http://tatung3csvc.pixnet.net/blog/post/101028531-10%E6%9C%88%E4%BB%BD%E9%9B%BB%E5%83%B9%E8%AA%BF%E6%BC%B2%EF%BC%81%E5%A6%82%E4%BD%95%E7%9C%8B%E6%87%82%E5%AE%B6%E4%B8%AD%E7%9A%84%E9%9B%BB%E8%B2%BB%E5%B8%B3%E5%96%AE%EF%BC%9F
19. BBC (2013), UK nuclear power plant gets go-ahead, http://www.bbc.com/news/business-24604218