再生能源不可靠？ 德國穩定供電打破迷思
風力和太陽能源源不絕，卻有間歇性發電的特性。隨著日升日落、颳風下雨，將再生能源作為發電主力的德國，如何維持電力供應的穩定？
文／林育立 （中央社駐柏林記者）
德國在全球能源界有能源轉型實驗室之稱。去年，再生能源占發電的比例首度超過一半，離淘汰核電和燃煤火力發電的目標更進一步，而供電可靠度與各國相比依然名列前茅，讓強大的高科技產業無後顧之憂。德國怎麼辦到的？
優渥的電力收購價 再生能源一日千里
德國的能源轉型是在2000年綠黨執政時奠下基礎。當時政府首度立法給予再生能源優渥的電力收購價，從此風力、太陽能、沼氣發電的規模和技術在德國突飛猛進。2011年的日本福島核災在德國民間掀起強烈的反核聲浪，政府被迫提出廢核時間表，預計明年底核電廠將全數關閉。德國是產煤大國，但迫於國際社會的減碳壓力，最後一座燃煤火力發電廠最遲也將在2038年關閉。
目前風力和太陽能已是德國發電的主力。其中風力占全國總發電量的27%，超越褐煤、核電、天然氣和太陽能，成為最重要的電力來源。去年風力和太陽能的發電量總計1,830億度，也首次超越煤炭、石油、天然氣等化石燃料的總發電量1,780億度。
風力和太陽能源源不絕，可說是地球上最便宜的再生能源，卻有間歇性發電的特性。狂風來時發電量暴增，夏日平靜無風時風機葉片完全停擺；每天一到夜晚，太陽能板一度電也發不出來。隨著日升日落、颳風下雨、季節變化，風力和太陽能時時波動，到底該如何維持電力供應的穩定？
國際合作互通有無 積極發展儲能技術
首先，風力和太陽能來自大自然，進入再生能源時代，氣象預測成了維繫電力供需平衡的關鍵。
在風能和太陽能尚未普及前，核電廠和火力發電廠又稱基載機組，具有長時間連續運轉和低成本的特性。可以馬上發電和停機的天然氣渦輪發電機組、水力發電則被稱為尖載機組，在用電高峰（例如亞洲夏天的午後）併聯發電以滿足尖峰需求。基載和尖載彼此互相支援，這是傳統的調度觀念。
當風力和太陽能逐漸成為電網的主體，電力的調度觀念也跟著調整。調度人員透過氣象報告，事先推測風力和太陽能的發電量，以及早安排備用的發電機組。過去24小時火力全開的基載機組，由於應變的速度最慢，只好從原本除了歲修從不休息的主角，變成在後台待命、偶爾才上台兼差的配角。
為維持電力供應的穩定，發電量必須隨時等於用電量。鑒於再生能源的變動性，隨時待命能立即上場救援，也就是過去的尖載機組，反而扮演關鍵角色，例如能迅速開停和升降載的燃氣發電與再生能源就是天作之合。
德國北部地勢平坦，擁有數以萬座的風力發電機，但風速太強時，為避免發太多電造成電網難以承受，風機經常被迫停擺，這就是讓許多風力發電國家頭痛的棄風問題。
德國因此與北歐的水力發電大國挪威合作，打造一條全長623公里的海底電纜，預計今年底完工，讓挪威成為德國的電池。當德國沒風時，挪威多餘的水力發電可供應德國；當德國風太大時，風電就送到挪威轉換成位能儲存起來，等到需要時再用。
鋰電池的靈活性高，一樣也被視為適合再生能源的儲能技術，德國目前有多家業者經營鋰電池儲能系統，為電力調度業者解決短期供需不平衡、系統頻率變動的問題。不過，鋰電池的成本太高，應用在大量儲能還需要很多年的時間。
現階段比較被看好的是再生能源與氫能的結合，也就是將過剩的電轉換成方便儲存和運輸的氫氣。
零碳排的綠色氫能是能源界當前的熱門話題，全球最大的離岸風力發電業者丹麥沃旭（Ørsted）、荷蘭石油天然氣巨擘皇家殼牌集團（Shell）都積極打造與風力發電設備結合的電解水製氫廠。氫應用的範圍很廣，除了發電也可應用在化工業、鋼鐵製造、交通等領域。法國鐵路設備大廠阿爾斯通（Alstom）的氫動力列車，近年已在德國和奧地利先後上路，戴姆勒（Daimler）、曼集團（MAN）等德國卡車大廠也積極投入氫燃料卡車的研發。
德國的汽車、機械、航太等高科技製造業發達，對電力穩定度的要求特別高，而德國供電的穩定程度向來在全世界名列前茅。從各國衡量電力可靠度的標準SAIDI（系統平均停電時間指標）來看，過去10年德國始終維持在16以下，近年並有下滑趨勢，數字愈低表示電力穩定度愈高。從德國經驗來看，間歇性發電比重的增加並不影響供電的穩定度。
低碳化推升用電量 想碳中和得再加把勁
不過，未來幾年，德國的電力供應仍面臨相當大的挑戰，首先是電力需求的問題。即便零碳排的綠電目前在發電占比已超過一半，但隨著經濟體走向低碳化，原本使用化石能源的汽車和建築用暖氣都可能改用電，用電量勢必成長，再生能源設備有必要再進一步擴充，才有可能在2045年前實現碳中和的既定目標。
其次，再生能源有因地制宜的特性，德國北部平原和北部外海的北海、波羅的海風力資源最豐沛，但製造業等用電大戶集中在南部，因此有必要建設高壓直流輸電網，將北部的風電南運。如何克服建設過程中遇到來自地主和環保人士的重重阻力，成了電力業者的一大難題。
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