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利用区块链技术助力电力“碳中和”的交易设计与应用探索

2021-3-11 23:04

来源:


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吉斌, 昌力, 陈振寰, 等/基于区块链技术的电力碳排放权交易应用与市场机制设计.


01

研究背景


中国是全球气候治理的积极参与者,从率先签署《巴黎协定》到今年9月宣布争取2060年前实现碳中和,在当前全球气候治理面临重重挑战之际,中国宣布的一系列承诺,采取的一系列行动有力推动着全球应对气候变化进程。电力行业被首批列入碳排放交易市场,但随着电力市场的深入发展,针对电力碳排放权(后称碳权)交易与电力市场的关系、如何构建安全互信的交易环境以及按照“标杆管理”原则制定的发电配额机制是否还适用“碳中和”建设目标?

02

研究内容


2.1 电力碳排放权交易机制设计思想

当前碳权配额按照“标杆管理”原则,以实际发电量为基础进行碳权免费配额,未对偏离电力交易合约的市场主体收取实时不平衡电量的碳排放费用,导致节能减排的“动力不足”。碳权交易市场机制应从碳排放配额的控制出发,以碳排放总量设定与科学配额相结合,通过市场供需变化决定碳市场的交易价格为切入点,采用“谁排放,谁买单”的市场机制为排放行为施加外部性成本,激励电力市场主体执行减排行为。

2.2 碳排放权交易区块链应用架构

为提高碳权交易业务数据的隔离、查询和可信交互要求,可以利用区块链技术搭建底层平台,采用国网区块链“一主两侧多从”的架构方式设计碳权交易应用,从链之间通过跨链服务脚本实现各碳权业务链之间的数据交互。区块链碳权交易与结算过程如图1所示。

图1 区块链碳权交易与结算过程示意图


2.3 电力碳权交易过程与市场机制设计

本文碳权交易采用“泛双边”,即利用区块链技术构建透明的交易环境,市场主体各自“报量报价”,在有限轮次内通过区块链碳权交易应用平台分别出清各自交易匹配结果,独立出清各市场主体的成交价格和交易量。结合碳权交易应用数据分布式存储方式,进行“去中心”的碳权交易申报、匹配、出清以及结算。为适应中国初期电力碳权交易市场的需求,引入弹性价格(Px,T)作为引导市场交易价格的调节“杠杆”,确保碳权交易价格在合理范围内波动。
式中:εx为弹性系数;P0,j为弹性基准价格;CIL,j为第j个卖方用户参与交易的碳权量;Creal,z为第z个买方用户参与交易的碳权量。


2.4 碳权交易逻辑

碳权交易区块链平台按照交易智能合约算法对碳权交易进行匹配和出清,算法规定:买方报价需要高于卖方报价,一个市场主体可以与多个市场主体进行交易匹配并出清不同的交易价格,在遵循市场规则和市场主体交易意愿的基础上开展“多边”碳权交易。

03

算例分析


模拟买卖市场主体按正态分布函数申报碳权交易报价,申报时间随机产生,按申报时间顺序排列,如表1所示。

表1 碳权交易市场主体交易申报信息

从图2可以看出,供过于求时,实际结算的出清价格是由均衡价格与弹性价格的差额,可以调整弹性系数进行市场调控,为市场灵活运行提供“弹性”调节的余地,既能够反映碳权交易的市场供需环境对交易价格的影响,也能够规制部分市场主体的主观价格认知偏差,为安全健康的初期碳权市场提供保障。
从单个交易来看,序号1~9为第1轮交易,出清价格和均衡价格呈现波动上升的趋势,主要是因为匹配机制规定买卖双方报价差额最少规则设置,使“多对多”的交易价格会出现波动上升的现象。序号9之后为第2轮匹配出清价格,相对第1轮出清价格呈现平稳下降的趋势,主要因为卖方重新降低报价,买方报价相对上升,但供过于求的市场环境,导致第2轮的出清价格呈现平稳下降的趋势。综上,本文设计的市场机制能够及时反馈市场信息,引导市场主体及时调整价格策略,最大化促进市场交易量,保障市场价格稳定,推进市场化进程。


图2 市场主体间碳权交易价格


从图3可以看出,参与“泛双边”碳权交易的成交买卖主体的相对收益增加率呈现“互斥”的现象。第1轮交易(交易1~8)买方的交易收益率在不断降低,卖方不断增加,主要是由于第1轮买方报价相对卖方报价整体较低且市场供过于求,导致买方的收益率高于卖方。第2轮交易(交易9~16)中,卖方和买方均对交易价格进行调整,由于本文设置了买方价格必须高于卖方且价差最小的成交,导致卖方在第2轮的高价优先匹配,从而使卖方获得较好的收益。从单个市场主体来看,卖方用户S7的交易收益较低,是由于自身碳权总量较多,申报的交易价格最低,导致收益增加量较低;相反,与卖方用户S7交易的买方均获得较好收益。相对应S7匹配的买方主体,获得了较好的收益率,同时最先完成交易的匹配和出清工作。交易15和16的卖方用户报价不符合市场需求,没有成功匹配买方主体,参与趸售市场,故相对收益率为0。本文中第2轮交易的卖方收益高于买方,主要由于买方适当提高报价,导致交易序号9~14的买方收益低于卖方。


图3 市场主体间碳权交易效益率


综合来看,基于区块链技术的碳权交易应用提供市场主体有限轮次(2轮)的碳权交易申报平台,按照碳权交易匹配规则,构造面向市场的市场主体间的碳权交易博弈环境,引导市场主体按自身碳权需求,真实申报碳权交易价格;同时从交易价格和收益来看,设计的市场机制和引入的弹性价格机制能够真实反映碳权交易的供需情况,为碳权交易提供市场机制支撑。

04

结语


区块链技术作为一种信息化技术手段可以为电力碳权市场化交易提供更加透明、安全、互信的市场环境,确保市场主体之间的互信程度。针对电力碳权交易而言,需要紧密融合电力市场的市场需求,以节能减排和稳定电力供给为目标,开展碳排放权交易市场建设。
本文从电力市场机制出发,利用区块链技术提出了一种面向电力碳权交易的“泛双边”交易方式,开展“集中申报撮合,分布式匹配出清”的碳权交易。按照区块链分布式数据处理的思想,构建便捷、无差、透明的交易匹配出清。通过算例分析和测试,验证了本文所提的“泛双边”交易方式适合区块链的分布式交易思想,也能够体现市场化的需求,可以参与碳权交易的市场主体带来收益。
但结合区块链技术的电力碳权交易应用,仍需要相关部门和市场主体进一步明确,包括:①碳权市场与电力市场的关系、市场定位等仍需相关部门明确,为上链数据交互提供接口和传输网络;②电力碳权市场需要职能部门进一步明确市场范畴,是作为电力市场的衍生,还是作为独立市场开展运营。本文对电力碳权交易的进行了初步研究,希望可以为区块链技术与碳权交易的结合提供启发。


引文信息


吉斌,昌力,陈振寰,等.基于区块链技术的电力碳排放权交易应用与市场机制设计[J/OL].电力系统自动化[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.


主要作者简介

吉斌

男,通信作者,硕士,工程师,主要研究方向:电力市场交易机制研究与设计、区块链技术应用研究。

昌力

男,硕士,高级工程师,主要研究方向:电力系统调度自动化及电力市场。



团队介绍

国电南瑞电网调控技术分公司电力市场技术团队长期从事电力市场、调度计划、负荷预测、自动发电控制等领域技术研究、产品研发及工程实施工作。近年来,团队先后承担了国家重点研发计划、国家电网公司、南方电网公司等多个重点科技项目研发与技术标准编写,获得十余项省部级科技奖励,研发了新一轮电改下国内首套电力现货市场技术支持系统并在广东、甘肃、浙江、内蒙等多个现货市场试点地区投入运行,研发的辅助服务市场技术支持系统已在15个网省级电力调度中心投入运行。团队深度开展区块链技术与电力市场交易的融合应用技术研究与产品研发,在国网范围内率先实现了区块链技术在区域辅助服务市场的落地应用。


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