利用區塊鏈技術助力電力“碳中和”的交易設計與應用探索
吉斌, 昌力, 陳振寰, 等/基于區塊鏈技術的電力碳排放權交易應用與市場機制設計.
中國是全球氣候治理的積極參與者，從率先簽署《巴黎協定》到今年9月宣布爭取2060年前實現碳中和，在當前全球氣候治理面臨重重挑戰之際，中國宣布的一系列承諾，采取的一系列行動有力推動著全球應對氣候變化進程。電力行業被首批列入碳排放交易市場，但隨著電力市場的深入發展，針對電力碳排放權（后稱碳權）交易與電力市場的關系、如何構建安全互信的交易環境以及按照“標桿管理”原則制定的發電配額機制是否還適用“碳中和”建設目標？2.1 電力碳排放權交易機制設計思想
當前碳權配額按照“標桿管理”原則，以實際發電量為基礎進行碳權免費配額，未對偏離電力交易合約的市場主體收取實時不平衡電量的碳排放費用，導致節能減排的“動力不足”。碳權交易市場機制應從碳排放配額的控制出發，以碳排放總量設定與科學配額相結合，通過市場供需變化決定碳市場的交易價格為切入點，采用“誰排放，誰買單”的市場機制為排放行為施加外部性成本，激勵電力市場主體執行減排行為。2.2 碳排放權交易區塊鏈應用架構
為提高碳權交易業務數據的隔離、查詢和可信交互要求，可以利用區塊鏈技術搭建底層平臺，采用國網區塊鏈“一主兩側多從”的架構方式設計碳權交易應用，從鏈之間通過跨鏈服務腳本實現各碳權業務鏈之間的數據交互。區塊鏈碳權交易與結算過程如圖1所示。2.3 電力碳權交易過程與市場機制設計
本文碳權交易采用“泛雙邊”，即利用區塊鏈技術構建透明的交易環境，市場主體各自“報量報價”，在有限輪次內通過區塊鏈碳權交易應用平臺分別出清各自交易匹配結果，獨立出清各市場主體的成交價格和交易量。結合碳權交易應用數據分布式存儲方式，進行“去中心”的碳權交易申報、匹配、出清以及結算。為適應中國初期電力碳權交易市場的需求，引入彈性價格（Px,T）作為引導市場交易價格的調節“杠桿”，確保碳權交易價格在合理范圍內波動。式中：εx為彈性系數；P0,j為彈性基準價格；CIL,j為第j個賣方用戶參與交易的碳權量；Creal,z為第z個買方用戶參與交易的碳權量。
2.4 碳權交易邏輯
碳權交易區塊鏈平臺按照交易智能合約算法對碳權交易進行匹配和出清，算法規定：買方報價需要高于賣方報價，一個市場主體可以與多個市場主體進行交易匹配并出清不同的交易價格，在遵循市場規則和市場主體交易意愿的基礎上開展“多邊”碳權交易。模擬買賣市場主體按正態分布函數申報碳權交易報價，申報時間隨機產生，按申報時間順序排列，如表1所示。從圖2可以看出，供過于求時，實際結算的出清價格是由均衡價格與彈性價格的差額，可以調整彈性系數進行市場調控，為市場靈活運行提供“彈性”調節的余地，既能夠反映碳權交易的市場供需環境對交易價格的影響，也能夠規制部分市場主體的主觀價格認知偏差，為安全健康的初期碳權市場提供保障。從單個交易來看，序號1~9為第1輪交易，出清價格和均衡價格呈現波動上升的趨勢，主要是因為匹配機制規定買賣雙方報價差額最少規則設置，使“多對多”的交易價格會出現波動上升的現象。序號9之后為第2輪匹配出清價格，相對第1輪出清價格呈現平穩下降的趨勢，主要因為賣方重新降低報價，買方報價相對上升，但供過于求的市場環境，導致第2輪的出清價格呈現平穩下降的趨勢。綜上，本文設計的市場機制能夠及時反饋市場信息，引導市場主體及時調整價格策略，最大化促進市場交易量，保障市場價格穩定，推進市場化進程。
從圖3可以看出，參與“泛雙邊”碳權交易的成交買賣主體的相對收益增加率呈現“互斥”的現象。第1輪交易（交易1~8）買方的交易收益率在不斷降低，賣方不斷增加，主要是由于第1輪買方報價相對賣方報價整體較低且市場供過于求，導致買方的收益率高于賣方。第2輪交易（交易9~16）中，賣方和買方均對交易價格進行調整，由于本文設置了買方價格必須高于賣方且價差最小的成交，導致賣方在第2輪的高價優先匹配，從而使賣方獲得較好的收益。從單個市場主體來看，賣方用戶S7的交易收益較低，是由于自身碳權總量較多，申報的交易價格最低，導致收益增加量較低；相反，與賣方用戶S7交易的買方均獲得較好收益。相對應S7匹配的買方主體，獲得了較好的收益率，同時最先完成交易的匹配和出清工作。交易15和16的賣方用戶報價不符合市場需求，沒有成功匹配買方主體，參與躉售市場，故相對收益率為0。本文中第2輪交易的賣方收益高于買方，主要由于買方適當提高報價，導致交易序號9~14的買方收益低于賣方。
綜合來看，基于區塊鏈技術的碳權交易應用提供市場主體有限輪次（2輪）的碳權交易申報平臺，按照碳權交易匹配規則，構造面向市場的市場主體間的碳權交易博弈環境，引導市場主體按自身碳權需求，真實申報碳權交易價格；同時從交易價格和收益來看，設計的市場機制和引入的彈性價格機制能夠真實反映碳權交易的供需情況，為碳權交易提供市場機制支撐。區塊鏈技術作為一種信息化技術手段可以為電力碳權市場化交易提供更加透明、安全、互信的市場環境，確保市場主體之間的互信程度。針對電力碳權交易而言，需要緊密融合電力市場的市場需求，以節能減排和穩定電力供給為目標，開展碳排放權交易市場建設。本文從電力市場機制出發，利用區塊鏈技術提出了一種面向電力碳權交易的“泛雙邊”交易方式，開展“集中申報撮合，分布式匹配出清”的碳權交易。按照區塊鏈分布式數據處理的思想，構建便捷、無差、透明的交易匹配出清。通過算例分析和測試，驗證了本文所提的“泛雙邊”交易方式適合區塊鏈的分布式交易思想，也能夠體現市場化的需求，可以參與碳權交易的市場主體帶來收益。但結合區塊鏈技術的電力碳權交易應用，仍需要相關部門和市場主體進一步明確，包括：①碳權市場與電力市場的關系、市場定位等仍需相關部門明確，為上鏈數據交互提供接口和傳輸網絡；②電力碳權市場需要職能部門進一步明確市場范疇，是作為電力市場的衍生，還是作為獨立市場開展運營。本文對電力碳權交易的進行了初步研究，希望可以為區塊鏈技術與碳權交易的結合提供啟發。吉斌,昌力,陳振寰,等.基于區塊鏈技術的電力碳排放權交易應用與市場機制設計[J/OL].電力系統自動化[2021-03-01].http://doi. org/10.7500/AEPS20200707004.
JI Bin, CHANG Li, CHEN Zhenhuan, et al. Blockchain technology based design and application of market mechanism for power carbon emission allowance trading[J/OL]. Automation of Electric Power Systems[2021-03-01]. http://doi.org/10.7500/AEPS20200707004.
男，通信作者，碩士，工程師，主要研究方向：電力市場交易機制研究與設計、區塊鏈技術應用研究。
男，碩士，高級工程師，主要研究方向：電力系統調度自動化及電力市場。
國電南瑞電網調控技術分公司電力市場技術團隊長期從事電力市場、調度計劃、負荷預測、自動發電控制等領域技術研究、產品研發及工程實施工作。近年來，團隊先后承擔了國家重點研發計劃、國家電網公司、南方電網公司等多個重點科技項目研發與技術標準編寫，獲得十余項省部級科技獎勵，研發了新一輪電改下國內首套電力現貨市場技術支持系統并在廣東、甘肅、浙江、內蒙等多個現貨市場試點地區投入運行，研發的輔助服務市場技術支持系統已在15個網省級電力調度中心投入運行。團隊深度開展區塊鏈技術與電力市場交易的融合應用技術研究與產品研發，在國網范圍內率先實現了區塊鏈技術在區域輔助服務市場的落地應用。
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