前車之鑑：10年前的末日預言
2010年是德國能源轉型道路上關鍵的一年。這一年，梅克爾領導的基民／基社盟和自民黨聯合政府準備把已經規劃了10年的非核時程延後。
然而隨著全民的錯愕和震怒不斷，以及之後的福島核災，半年後梅克爾被迫重回原訂的能源轉型政策。
此時，德國內部除了「再生能源永遠發展不起來，所以沒核能就無法減碳」這種耳熟能詳的論調，當然有一種聲音是「再生能源發展太多，會害電費大漲」。
的確，從2000年到2010年，在根本沒有多少再生能源的情況下，德國的零售電價已經因為傳統電廠燃料價格的增加，從每度15分增加到每度25分左右，每年的漲幅大約5.2%（德國同期的GDP年成長率是5.7%）。
此時非水力的再生能源佔發電比例僅10%而已。如果這個比例在接下來數年內加倍，不就代表零售電價漲幅會再進一步提升嗎？
不過，自從2013以後，德國的零售電價開始持平，維持在每度29分上下。
在大西洋的另一邊，美國保守派智庫傳統基金會則在2010年提出更危言聳聽的警告：再生能源不僅更貴、還會掏空美國GDP、增加失業率！
當然，傳統基金會的預測跟後來再生能源發展的趨勢完全南轅北轍。再生能源的成本持續下降，在美國電力系統的比重也越來越高。
針對未來的預測本身具有很大的不確定性。但我們從這些例子可以看出，能源議題的預測又會因為支持的技術流派的不同，而往往和事物實際發展情況有更高程度的落差。
如果要進一步深究這些預測失準的原因、並且在各個意識形態對立的論點中做批判性識讀，我們有必要對於能源轉型過程的經濟影響做動態性系統分析。而在做如此嚴謹的成本效益分析之前，我們必須先了解到能源轉型過程三種尺度的經濟效應，它們分別是：能源系統尺度、微觀經濟學尺度、以及總體經濟學尺度。只有充分了解這三個尺度下再生能源帶來的影響，我們才有機會全面地討論能源轉型的利弊得失。
能源系統尺度的經濟效應
發電成本
我們在討論發電、供熱等能源選項時，常常用的系統性指標是單位供能均化成本（levelized cost of energy，LCoE）。這個LCoE可以告訴開發者各種能源選項的淨現價值，是個別開發案最重要的指標之一。
整合成本
每個供能選項的LCoE加權平均以後，就是能源系統的發電成本。不過，能源系統還有「整合成本」。以電力系統來說，這包括了平衡成本、特性成本、電網成本以及交易成本等等發電以外的成本。
平衡成本和特性成本屬於間接成本，應該是大部分的人比較難理解的部分。平衡成本指的是因應再生能源輸出電力預報上的誤差以及區域性輸出電力的變動，造成的輔助服務和日間電力市場需求改變的成本。特性成本則是指再生能源對於殘載曲線的影響造成的效應，比如：傳統電廠發電時數下降、彈性調度需求增加的成本。
因為各地再生能源佔比不同、以及電力需求曲線和風光發電曲線不同，某些地區再生能源進入系統的整合成本反而是負的。比如說，系統用電尖峰時，如果因為太陽能的投入而減少較高燃料成本的既有傳統電廠的使用，初始併入系統的整合就很有可能出現趨避效益大於其他成本的情況。
一個必須留意的事情是，所謂的整合成本必須從全系統討論才有意義。一加一並不等於二；1MW的風能加上1MW太陽能的整合成本，並不等於單獨建置1MW的風能和單獨建置1MW太陽能時個別整合成本的相加。也就是說，試圖把所有能源轉型過程中增加的能源系統整合成本都歸咎於單一一種能源選項的討論方式幾乎沒有太大的意義。
舉例來說，Fraunhofer也做過風光削減出力的研究，發現在變異型再生能源佔發電量15%到25%時，風能和太陽能的裝置容量比例大約維持1比1會讓全系統有最少的削減出力情況。而傳統電廠的彈性能力還有電力市場的運作規則當然也會影響到系統最後的整合成本。
不過，即使將所有系統的整合成本都歸因於新建的再生能源上，這些再生能源選項依舊會比傳統電廠來得便宜。這純粹是因為隨著再生能源裝置量提升，它們的發電成本不斷下滑的程度遠超過系統整合所需的額外成本。
一個有名的例子就是英國的風能。目前英國離岸風能的FIP競價已經下探到每千度52.5英鎊。即使我們把整合成本放入，每千度大概可能也只會再增加10到15英鎊。與之相較，爭議極大的辛克里角第三核電廠，預計在2025年完成後會拿到35年、每千度92.5英鎊的FIP。
當然，最後整合成本多少，如前所述跟系統整體的彈性能力有關。一個非常不彈性的系統（例如：核能太多、業者不願大規模彈性調度的情境）可能代表在50%的風光佔比時，整合成本會高達每千度45英鎊。與之相對的，在沒有核能、或者電池成本下降夠快的情境，再生能源併網的系統整合成本就會大幅降低、甚至小於零而對系統產生助益。
微觀經濟學的效應
討論完能源轉型對能源系統尺度的經濟效應後，我們接著更進一步來討論能源轉型在微觀經濟學上的效應。
微觀經濟學討論的是成本和效益的移轉。究竟能源轉型的過程中誰受益最多而誰負擔較多成本？
也就是說，這部分的分析是很因人而異的，不同的角色看待同一個現象時，會因為自己要付出的成本或得到的效益，而給出不同立場的評價。
能源轉型過程中的微觀經濟學效應主要可以分成三個面向來討論：政策成本、競價順位效應（merit order effect）、以及研發補貼。
政策成本
我們先從政策成本討論。目前各國對於再生能源施行的FIT或FIP等制度，大部分都反映在消費者的單位零售電價上。
有人認為這種市場定價上的移轉性規範，並不算嚴格意義上的補貼，會比直接租稅減免或從公庫補貼業者（對化石燃料產業鍊的補貼大多如此）來得更合理公平；畢竟用越多電的人應該越有義務協助能源轉型，因此需支付的再生能源躉購費用也應該越高。
不過，在德國由於工業大戶享有很大程度的再生能源躉購費用減免，在批售電價大幅下划後工業電價變得更便宜，於是反而出現全民補貼工業大戶用電的弔詭現象。
幸而FIT和批售電價價差產生的逆分配問題，會隨著批售電價上升、FIT總額日漸減少而逐步減輕。相比之下，電網費用的收費制度可能更需要進一步檢討，因為目前的收費方式偏厚於城市居民、用電大戶等優勢族群，對於鄉村居民、用電較少的家戶來說反而得付出較高比例的電網費用。
值得注意的是，目前政府對於化石燃料產業鍊的補貼也存在嚴重的逆分配問題。IMF的報告便指出全世界最富有的前25%人口，享受了化石燃料產業鍊補貼政策帶來的效益中的43%，而最貧窮的25%人口則只有享受7%。因此能源轉型不能單單只討論再生能源等新技術的進展，對於既有不正義的分配體系的改革也應納入考量。
競價順位效應
接著我們討論競價順位效應。這一部份在我之前幾篇文章裡已經有所提及，主要就是因為風能、太陽能、地熱能等再生能源零邊際發電成本這個特性，會讓批售電力的日前交易市場價格大幅降低，甚至在某些情況下出現負電價。
關於歐洲批售電力市場的實際運作情況，我們下次應該會有更完整的專文討論。如果單就微觀經濟學來看，競價順位效應主要會讓傳統電廠的發電時數下降、並且讓批售電力市場的成交價格下跌。
這個效應對於燃氣等發電成本較高的傳統電廠衝擊最高，很多時候它們都會被排除在日前批售電力市場以外，以至於他們開始得尋求其他利潤來源（例如：獎勵高度彈性能力的裝置容量市場）。
對於核能或褐煤等低燃料成本的非彈性傳統機組，雖然競價順位效應不至於讓它們總是賣不出電，持續低迷的批售電價仍然傷害了業者的利潤。
值得一提的是，雖然都是變異型再生能源，風能和太陽能在德國造成的競價順位效應不大一樣。風能沒有日週期特性，但電力輸出曲線較平滑，在輸出電力大增的時候能夠將殘載長時間壓在極低的情況，造成褐煤、甚至核能輸出電力的減少。
相較之下，太陽能日週期特性明顯，但電力輸出曲線較陡，因此主要對燃氣和硬煤機組造成輸出電力的減少。不過，當未來太陽能裝置容量越來越多，對於非彈性機組可能就得以造成日週期性的影響。
研發補貼
最後，我們來看研發補貼。一件很有趣的事情是，核能其實在歐盟的歷史上取得最高比例的研發補貼。這是很容易理解的，如果不是核武器供應鏈等政治需要，很多核能相關技術根本沒有足夠的市場誘因讓私人廠商研發。
其實這就是政府做研發補貼的目的；有些可能在長期有重大公益性的技術，短期內無法透過市場機制進行研發，便有必要運用公部門資金協助初期的投入（雖然我個人是一直不太相信核能滿足這個要件啦）。
如果從這樣的脈絡來看，能源轉型中研發經費逐步轉向再生能源的過程，是兩個因素交互作用的結果。第一個就是客觀上核能作為救世主科技的嘗試的失敗，第二個就是歐盟公民政治上對於再生能源的偏好和支持度的增加。政策制定者部分依據成本有效性的考量、部分依據政治正當性的多寡，開始將資源逐步轉投向更有希望、也更受歡迎的技術研發。
總體經濟學的效應
能源轉型的經濟效應還有第三個討論尺度，也就是總體經濟學的效應。總體經濟學討論的其實就是一個很終極的問題：到底能源轉型是不是Z>B？這真的是我們社會必須去做的一件事嗎？
我們可以分成部門角度和經濟體角度來看這個問題。
如上圖，對再生能源產業和傳統能源產業而言，他們都會因為能源轉型而有各自的毛效應（Gross Effect）。但對於整個經濟體來說，我們還要考慮各產業所得增減和電價改變等等因素對於社會的連帶效應，以及減碳減污等等外部效益，加總稱之為淨效應（Net Effect）。
最後，按照這個方法學詳細分析以後可以發現，能源轉型對於歐盟整體的GDP和就業率其實是有些微的正面助益的。以歐盟目前正在討論的2030年再生能源佔發電達35%的目標來說，對於GDP和就業率的長期正面效益大約是0.8%。
結論
當前台灣能源轉型成本效益的討論，或者集中在能源系統尺度的入門議題當中，卻忽略前述1+1不等於2的重要觀念；或者是站在傳統電廠、工業大戶的立場來做微觀經濟學分析，而沒有深究現存能源政策高度補貼化石燃料產業鏈和高污染產業的合理性。不過最可惜的是，台灣的能源轉型是否有總體經濟學的效益，仍沒有好好做過討論，未來其實很需要深入研究。
從歐洲各國的例子已經可以證實，能源轉型整體上是有機會Z>B的，但這當中許多利益移轉和分配正義的問題，尚需多加琢磨。
尤其是過往不當補貼化石燃料和高汙染工業造成的過低電價油價，今後如何合理地調漲，相關社福、節能制度如何互相搭配，將是未來公正轉型（Just Transition）的議題之一。
注：本文內容主要是我上學期末氣候與能源政策一堂課的課程內容摘錄，講師是Fraunhofer ISI的Dr. Mario Ragwitz。圖片若無特別標註，皆出自教授的課堂簡報。
