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上個月，摩根大通資產管理公司釋出了其年度能源主題論文。今年的論文重點關注透過向可再生能源過渡，實現電網深度脫碳的相關成本。該論文特別分析了德國所謂的“能源轉型”（Energiewende）以及加利福尼亞州向太陽能和其他可再生能源的過渡，作者恰當地將其稱為“加州轉型”（Caliwende）。
該報告發現，使用可再生能源生產年度電力供應量的 80% 將顯著減少二氧化碳排放量（約 55-70%），但消費者為電力支付的價格將增加約 20-90%，具體取決於不同零碳資源的成本和組合。
此圖說明了德國和加利福尼亞州在四種不同情景下的電力成本與碳強度：當前系統、Energiewende/Caliwende 重可再生能源系統、具有電池儲能的重可再生能源系統以及包括核能的“平衡”系統。對於每種情景，顯示了當前成本 (C) 和未來成本情景 (F, G)。（來源：摩根大通資產管理公司）
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該報告真正的優點在於，它在技術嚴謹性、通俗易懂的語言和合理的假設之間實現了仔細的平衡。用該論文的主要作者和摩根大通資產管理公司首席投資官邁克爾·塞姆巴萊斯特的話來說：
本文深入探討了每小時發電量和間歇性問題。我發現如果不這樣做，就很難對可再生能源系統有充分的瞭解。我的目標：在遵循發電的物理和工程現實的前提下，為您提供對高可再生能源系統的外行視角，摒棄經常伴隨該主題的誇張說法。
在我看來，塞姆巴萊斯特先生和他的同事們已經實現了他們令人欽佩的目標。以下是該論文主要發現的摘要。
可再生能源產生廉價能源，但在重可再生能源電網中，補償其間歇性的成本非常高
近年來，風能和太陽能等可再生能源技術的初始資本成本大幅下降，這主要是由於全球累計裝機容量的持續增長推動的。
隨著部署量的增加，風能和太陽能發電容量的成本（以美元/瓦特為單位）下降。風能學習曲線呈現一個與 2004 年原材料成本上漲相對應的峰值。（來源：摩根大通資產管理公司）
風力渦輪機和太陽能電池板的資本成本穩步下降，導致它們的“平準化能源成本”（一種比較發電技術的公平方法）降至低於天然氣和煤炭等傳統發電形式的成本，如下圖所示。
（來源：拉扎德）
摩根大通的分析證實了學術界許多人的發現，即隨著可再生能源技術在電力組合中發揮越來越大的作用，平準化能源成本變得越來越沒有意義。雖然太陽能電池板或風力渦輪機產生的能源成本可能與天然氣或煤電廠產生的能源成本具有競爭力，但以可再生能源為主的電網的能源成本幾乎肯定高於傳統能源電網的能源成本——根據摩根大通的資料，高出約 20-90%。
重可再生能源電網需要相同數量的熱電廠——但它們的使用頻率會低得多
重可再生能源電網與傳統電網相比成本較高的主要原因是，當可再生能源不可用時，需要備用電廠來滿足需求。
摩根大通發現，可再生能源發電量減少了電廠中燃燒的天然氣或煤炭量約 50%，但大約需要相同數量的電廠才能確保每天 24 小時和一年 365 天的充足電力供應。
為了說明在重可再生能源情景下需要多少傳統的熱發電能力，摩根大通繪製了德國和加利福尼亞州每年每小時未被可再生能源滿足的電力負荷部分。需要與今天相同的發電廠數量才能滿足全年需求。（來源：摩根大通資產管理公司）
儲能可以減少整體排放和所需的備用電廠數量，但會增加整體成本
一種可以減少重可再生能源電網所需備用熱發電量的技術是儲能。摩根大通分析了三種最常見的儲能技術：抽水蓄能、電池儲能和氫儲能。
（來源：摩根大通資產管理公司）
儲能在重可再生能源電網中的主要優勢在於，它能夠儲存在可再生能源供應超過電力需求時原本會被浪費的可再生能源。透過在這些時期儲存剩餘的可再生能源，儲能可以抵消傳統煤炭或天然氣發電廠的備用發電需求，並減少排放。然而，由於儲能的資本和運營成本高於避免煤炭或天然氣消耗帶來的好處，因此，在摩根大通考慮的所有情景中，增加儲能都會增加整體成本。
（來源：摩根大通資產管理公司）
為了說明儲能的排放效益與其增加的成本之間的權衡，摩根大通建立了一條主觀的成本-排放偏好曲線。根據您對成本和二氧化碳排放之間權衡的看法，您可能更喜歡具有更多儲能的電網。但是，沒有儲能的重可再生能源電網的直接成本低於具有儲能的重可再生能源電網。這一結果與學術界最近的發現一致。
核能可以降低脫碳成本，但其成本比可再生能源的成本更不確定
由於對安全、核廢料和其他因素的外生擔憂，德國和加利福尼亞州都將核能排除在深度脫碳計劃之外。然而，經驗表明，核能可以成為一種可靠的（相對）低成本、低碳的電力能源。因此，摩根大通分析了“平衡”系統的成本-排放權衡，其中核能用於滿足年度電力需求的 35%。他們發現，平衡系統將以明顯低於Energiewende 或 Caliwende 重可再生能源系統的成本減少排放。
（來源：摩根大通資產管理公司）
然而，“平衡”系統的結果有一個很大的警告：核能的成本可能高於美國能源資訊署 (EIA) 的預測。在美國，自 20 世紀 70 年代以來，核電站發電的實際成本每年增長 19%。
（來源：摩根大通資產管理公司）
摩根大通使用了卡內基梅隆大學的一項研究結果，以確定核能預期未來成本的範圍。他們的“FutCost1”情景代表未來核能的資本、運營和維護成本比 EIA 估計的成本高 25%。相反，他們的“FutCost2”情景代表未來核能成本降低 20%，與韓國目前的核電成本一致。在考慮的兩種未來情景中，假設風能、太陽能和儲能成本下降，天然氣成本按照公認的趨勢上漲。
（來源：摩根大通資產管理公司）
在這兩種未來情景中，平衡（核能加可再生能源）系統仍然比重可再生能源系統提供更好的成本-排放權衡。然而，在德國，成本差異縮小了，而在加利福尼亞州，隨著核能成本的上升，成本差異幾乎消失了。換句話說，如果核能的實際成本繼續上漲，社會對可再生能源的偏好可能會超過核能的成本優勢。
如果我們願意，我們可以減少碳排放
我對摩根大通分析的主要看法是，只要我們願意為電力能源支付高出 20-90% 的費用，我們可以過渡到可再生能源或核能和可再生能源的組合，從而顯著減少二氧化碳排放。從這些方面來看，減緩氣候變化所需的犧牲更加確定和切實。就我個人而言，我願意支付將電力系統置於可持續發展軌道所需的溢價。你呢？
注意：該報告的完整報告《一個勇敢的新世界：電網的深度脫碳》可以從這個連結免費獲取。