吉斌，劉妍，朱麗葉，昌力，曹斌

JI Bin1，2，LIU Yan3，ZHU Liye1，2，CHANG Li1，2，CAO Bin1，2

（1.南瑞集團有限公司（國網(wǎng)電力科學研究院有限公司），南京211106；2.國電南瑞科技股份有限公司，南京211106；3.國網(wǎng)渭南供電公司，陜西渭南714000）

（1.State Grid Electric Power Research Institute Company Limited，NARI Group Corporation，Nanjing 211106，China；2.NARI Technology Company Limited，Nanjing 211106，China；3.State Grid Weinan Electric Power Supply Company，Weinan 714000，China）

0 引言

隨著國家環(huán)境保護戰(zhàn)略的實施，傳統(tǒng)發(fā)電產(chǎn)生的碳化物將進入更加精細、嚴格的付費管理階段，市場化運營的碳排放權（以下簡稱碳權）交易將與電力市場化緊密結合［1-2］?，F(xiàn)階段電力市場與碳權交易尚未掛鉤，但是隨著電力市場發(fā)展，“誰用電，誰買單”的市場基本規(guī)則將延伸到碳權交易市場，即因未按發(fā)用電計劃執(zhí)行而導致的碳化物超額排放量，將由導致電力不平衡量產(chǎn)生的電力市場主體承擔相應的環(huán)境責任。目前，碳權交易已受到眾多學者的關注:文獻［3］指出碳權市場可以作為政策工具，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標；文獻［4］介紹了自2011年以來，我國開展的7 個碳權交易市場試點工作并組織開展了碳權交易，該文獻指出可以通過碳價機制引導低碳轉型，但文獻缺少對碳權交易機制的闡述；文獻［5-7］指出碳權交易市場與其他市場的耦合存在諸多優(yōu)點，包括降低全球的碳排放量、提高市場流動性、提高碳權價格的穩(wěn)定性，為碳權市場的健康發(fā)展提供支撐，但文章缺少具體的市場耦合整體方案。

目前，碳權交易缺乏合適的支撐技術，這是其尚未在我國推廣的重要因素之一。區(qū)塊鏈技術作為一種分布式共享數(shù)據(jù)庫技術，能夠構建公開、透明的交易環(huán)境，為交易數(shù)據(jù)提供溯源、防篡改的功能［8-10］，可實現(xiàn)碳權交易的精細化管理。區(qū)塊鏈技術的應用場景研究是當前研究的熱點，文獻［11］基于區(qū)塊鏈技術的特征，在考慮碳排放費用的情況下出清電力交易，為引導節(jié)能減排提供了區(qū)塊鏈技術的應用參考。文獻［12］結合區(qū)塊鏈技術特征，展望其在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應用前景，可以為碳權交易提供參考。文獻［13］將電能的發(fā)、輸、配、用、儲等環(huán)節(jié)分別與區(qū)塊鏈技術相結合，進行交易場景和應用模式的研究。文獻［14］在區(qū)塊鏈技術基本原理和典型特征基礎上，從不同維度總結、歸納了區(qū)塊鏈的應用場景和模式，為碳權交易提供技術參考和探索方向。以上針對碳權交易和區(qū)塊鏈技術的研究相對獨立，結合區(qū)塊鏈技術的碳權交易機制和交易應用設計尚需進一步研究。

本文從區(qū)塊鏈技術基本特征和性質出發(fā)，研究耦合了電力交易的碳權交易“多對多”交易流程和交易機制設計。設計基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈（以下簡稱聯(lián)盟鏈）的碳權交易應用，從應用架構、鏈碼部署、交易執(zhí)行邏輯等方面進行闡述。結合區(qū)塊鏈技術特征和碳權交易機制設計，構建了碳權交易的數(shù)學模型，描述了碳權交易的約束條件、交易匹配方法和效益評價模型。最后，通過具體算例分析，對比參與碳權交易的市場主體的收益與參與躉售碳權市場交易的收益。從結果可以看出，本文提出的交易機制收益高于躉售市場，同時市場主體的交易報價根據(jù)市場需求適當調整，有利于穩(wěn)定自身收益。

1 區(qū)塊鏈技術概述

1.1 區(qū)塊鏈技術簡介

2008 年，區(qū)塊鏈技術作為比特幣底層技術被關注，因其具有去中心化、數(shù)據(jù)可追溯、防篡改、共識機制等技術特征，開始被各行業(yè)關注、研究及應用。目前，區(qū)塊鏈技術的落地應用集中于金融、產(chǎn)品溯源、數(shù)據(jù)查證等領域，具有跨國轉賬費用低、效率高、數(shù)據(jù)安全及準確度高等優(yōu)勢［15］。根據(jù)區(qū)塊鏈技術特征，可以將其分為公有鏈、私有鏈和聯(lián)盟鏈3種類型。（1）公有鏈沒有準入門檻，用戶創(chuàng)建節(jié)點加入公有鏈網(wǎng)絡即可匿名參與公有鏈的應用數(shù)據(jù)，各主體節(jié)點可以自由出入網(wǎng)絡。（2）聯(lián)盟鏈網(wǎng)絡僅限于注冊成員參與，鏈上數(shù)據(jù)增、刪、改、查的權限由聯(lián)盟管理節(jié)點制定，不同的主體擁有不同數(shù)據(jù)權限。（3）私有鏈僅在私有組織使用，區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)操作和查看權限按管理員設置的鏈碼執(zhí)行。其中，聯(lián)盟鏈在權限管理、執(zhí)行效率、業(yè)務設計等方面具有優(yōu)勢［16］，適用于多主體之間“多對多”的分布式交易場景。

1.2 聯(lián)盟鏈特性分析

聯(lián)盟鏈除了具備區(qū)塊鏈的基本特征，還具有身份服務、策略服務、鏈碼服務等特有功能。身份服務是為了實現(xiàn)聯(lián)盟鏈權限管理、對接入系統(tǒng)的節(jié)點進行身份識別和權限分配、明確交易參與者和對象的身份信息；策略服務是通過策略驅動方式，提供系統(tǒng)配置策略和功能管理，主要是面向業(yè)務的訪問控制和授權管理，使聯(lián)盟鏈應用成為準入型區(qū)塊鏈，包括系統(tǒng)節(jié)點加入與退出、身份注冊與驗證、隱私和保密等共識策略，保證聯(lián)盟鏈的數(shù)據(jù)安全、可控、可管的分布式共享；鏈碼服務又稱為智能合約服務，是運行在驗證節(jié)點上的分布式交易程序，自動執(zhí)行特定業(yè)務數(shù)據(jù)的算法規(guī)則，鏈碼規(guī)定執(zhí)行的業(yè)務數(shù)據(jù)會自動更新賬本的數(shù)據(jù)狀態(tài)。一般來說，鏈碼服務采用容器技術或虛擬機技術構造安全的運行環(huán)境，實現(xiàn)對應業(yè)務數(shù)據(jù)的隔離。

1.3 碳權交易分析

聯(lián)盟鏈可以針對不同的業(yè)務主體設置不同的系統(tǒng)管理權限，通過策略服務開創(chuàng)不同應用的業(yè)務通道，同時具備更加完善的鏈碼安裝和部署技術，適合將不同業(yè)務權限的主體納入?yún)^(qū)塊鏈應用系統(tǒng)，進行業(yè)務和主體的多維度、分級、按需管理，適應當前業(yè)務數(shù)據(jù)的分布式存儲、查看、操作需求。

碳權交易業(yè)務涉及發(fā)用電市場主體、監(jiān)管機構以及金融機構等。不同業(yè)務主體需要不同的交易數(shù)據(jù)處理權限，不同交易業(yè)務通道能夠隔離未參與交易的市場主體，聯(lián)盟鏈在實現(xiàn)權限管理和數(shù)據(jù)隔離上具有天然優(yōu)勢。本文以聯(lián)盟鏈技術框架和超級賬本開源系統(tǒng)設計為基礎，進行碳權交易機制和應用設計研究。

2 碳權交易工程應用設計

電能的生產(chǎn)和消耗伴隨著碳氧化物的排放，肆意用電的行為將導致臨時機組啟停，產(chǎn)生不必要的碳排放。為維護電力交易合約的高效執(zhí)行，現(xiàn)引入碳權證交易市場以穩(wěn)定電力市場的交易執(zhí)行。

區(qū)塊鏈技術可以作為一種分布式溯源數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)交易數(shù)據(jù)的準確溯源，其智能合約的設置改變了傳統(tǒng)、低效的“雙邊”交易［17］。本文以聯(lián)盟鏈為工程應用的基礎，設計碳權主體間“雙邊”交易的交易流程、系統(tǒng)架構以及網(wǎng)絡配置，為碳權交易的工程應用提供理論基礎。

2.1 碳權交易流程

碳權交易應緊密結合電量交易，分為交易起止、電力交易和碳權交易3 個部分，如圖1 所示。相比于電量交易，包含碳權交易的電力交易需要相關部門根據(jù)負荷預測數(shù)據(jù)核準電廠的發(fā)電容量；發(fā)電廠在核準發(fā)電容量的限制范圍內申報交易電量，交易中心在規(guī)定時間發(fā)布交易出清結果，中標電廠根據(jù)自身中標電量獲得對應比例的碳排放權和本輪電力交易的碳排放證書；電力交易中心和電力調度中心提供電力交易實際執(zhí)行數(shù)據(jù)，分別出清各發(fā)電廠和用戶的用電偏差電量，同時根據(jù)偏差電量既定比例和規(guī)則出清各碳權偏差量。對于碳排權不足的市場主體，需要參加碳權交易市場進行缺額碳權交易。碳權交易按照既定規(guī)則匹配交易主體，出清交易匹配結果，執(zhí)行交易結算，完成碳排放交易。

圖1 電-碳聯(lián)合交易流程Fig.1 Process of electricity-carbon joint transaction

2.2 碳權交易系統(tǒng)設計

結合我國國情和區(qū)塊鏈技術的發(fā)展趨勢，本文基于聯(lián)盟鏈進行碳權證交易機制設計出的系統(tǒng)架構可分為3 個組成部分:碳市場主體、節(jié)點管理組件、聯(lián)盟鏈交易系統(tǒng)應用（如圖2所示）。

2.2.1 系統(tǒng)架構

碳市場主體由發(fā)電主體、用電主體、監(jiān)管主體和金融服務主體4個類型組成:發(fā)電主體、用電主體直接參與碳權證交易；環(huán)保部門和能源監(jiān)管部門以監(jiān)管主體的身份注冊登記，作為碳證交易監(jiān)管節(jié)點；金融主體作為碳證交易結算的價值轉賬服務節(jié)點，可以通過代幣或法定貨幣進行轉賬，需要說明的是聯(lián)盟鏈本身不具備發(fā)布代幣的屬性，支付介質按金融規(guī)定執(zhí)行，本文以法定貨幣作為支付介質。架構第2 層的CA 是各碳權證交易市場主體管理用戶數(shù)據(jù)證書的身份管理系統(tǒng)，各類型市場主體至少需要1個管理員（Admin），負責各類型市場主體進入聯(lián)盟鏈的身份審核和賬戶創(chuàng)建。執(zhí)行碳權證交易時，用戶（Client）將申報交易信息數(shù)據(jù)上傳至聯(lián)盟鏈碳交易系統(tǒng)，按照共識機制調用智能合約對交易數(shù)據(jù)進行處理，通過共識認證后的交易數(shù)據(jù)會寫入各節(jié)點的狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。

圖2 聯(lián)盟鏈碳權交易應用示意Fig.2 Schematic application of carbon rights trading in consortium blockchain

2.2.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡配置

基于聯(lián)盟鏈的碳權交易系統(tǒng)包含各類型的市場主體，其作為聯(lián)盟鏈組織機構在系統(tǒng)創(chuàng)建的同時，為各組織配置對應功能節(jié)點［18］。利用聯(lián)盟鏈開源項目，各組織配置排序節(jié)點（orderer 節(jié)點）、客戶端節(jié)點、對等節(jié)點（peer 節(jié)點）和CA 節(jié)點。其中，orderer 節(jié)點不屬于某一個實體組織，而是各組織共同維護的節(jié)點；peer節(jié)點負責背書和驗證交易，并保持各組織之間的通信；客戶端節(jié)點主要執(zhí)行網(wǎng)絡傳輸事務的申請，并將交易數(shù)據(jù)發(fā)送給orderer 節(jié)點進行交易排序；CA節(jié)點是各組織中節(jié)點創(chuàng)建證書發(fā)放或權限修改的功能節(jié)點。

2.3 碳權交易應用設計

碳權交易應用包括交易主體和服務監(jiān)管主體。其中，交易主體分為發(fā)電和用電主體。碳權交易市場向發(fā)用電市場主體開放，開展碳排放權交易。

在基于聯(lián)盟鏈的碳權交易應用架構中（如圖3所示），碳權交易依托聯(lián)盟鏈技術平臺，構建了分布式數(shù)據(jù)庫和本地交易應用客戶端，市場主體（發(fā)電廠和用戶）本地自由申報碳權交易信息，平臺通過即時通信交互各主體的交易數(shù)據(jù)，按照交易匹配鏈碼計算和迭代交易申報數(shù)據(jù)，出清交易匹配結果。能源監(jiān)管機構通過查看鏈上交易數(shù)據(jù)，對主體的市場行為進行分析并對違規(guī)交易信息進行披露。金融機構為市場主體提供交易價值的結算和轉移服務。

圖3 碳權交易應用架構示意Fig.3 Schematic structure of carbon rights trading application

3 碳權交易機制與模型設計

碳權交易是電力交易的補充部分，但兩者具有較大差異。碳權交易僅作為事后的虛擬商品進行金融交易，無需電力交易中的物理交割和輸配電等物理模型。

3.1 碳權交易機制

3.1.1 碳排放交易原則

現(xiàn)階段，我國碳權交易處于免費配額的初級階段，對生產(chǎn)碳排放量進行核定并免費配置對應的碳權，對超排部分進行核查和考核，即當實際交易發(fā)用電量與交易出清電量出現(xiàn)偏差量時，回收對應碳權配額并執(zhí)行碳權偏差考核，同時開放碳權交易市場以供相應市場主體參與碳權交易，否則由監(jiān)管機構強制收取偏差電量的碳排放費用［19］。

國外普遍采用包括監(jiān)測、報告、核查過程的MRV 機制，而國內的MRV 機制缺乏透明度和可信度［20］。在能源電力行業(yè)，碳排放限制主要是通過淘汰不合格機組和收取碳排放治理費用的方式進行碳排放量的控制。隨著電力市場的不斷推進，單純按發(fā)電量收取碳排放費用已經(jīng)不符合電力市場的精細化管理要求，需要根據(jù)“誰導致碳排放，誰買單”的市場要求，將電力用戶納入碳權管理的范疇，并推行精細化管理。

3.1.2 碳權交易的交易模式

本文中碳權交易是電力市場交易的配套市場，其主要目的為減少電力市場實際交易的偏差電量、減少臨時機組的開停次數(shù)、降低火電熱備用容量、實現(xiàn)節(jié)能減排的效果。參照基于區(qū)塊鏈技術的分布式電力交易機制［21］，碳權交易市場可對所有市場主體開放，按需申報碳權交易量和價格，并對自身申報的碳權交易價格和交易量負責，報價過低的買方需通過向監(jiān)管機構繳納碳權考核費用的方式承擔交易不成功的碳權排放懲罰。同理，碳權交易的賣方需要承擔因報價過高而匹配不到對應買方而造成的損失。

相比于電力交易，碳權交易無需物理交割，事后根據(jù)電力偏差量進行市場碳權交易，以市場引導電力交易主體積極參與電力合同履約和用電規(guī)劃。碳權交易可以采用單邊直接交易、雙邊直接交易以及多邊交易的方式進行，如圖4 所示。聯(lián)盟鏈可以支持“多對多”的直接交易模式，構建多節(jié)點競價的市場環(huán)境［22］。

圖4 碳權交易方式分類Fig.4 Classification of carbon rights trading methods

本文碳權交易采用“多邊交易申報，多邊交易匹配，多邊交易出清”的交易申報和匹配機制。一個市場主體可以申報多個碳權交易價格，交易系統(tǒng)按照申報價格生成不同的交易匹配順序，并按照交易匹配機制依次匹配申報的碳權交易量?！岸鄬Χ唷钡奶紮嘟灰啄Ｊ?，允許一個碳權買（賣）方主體與多個賣（買）方市場主體按照不同的交易價格進行交易出清并結算。

3.2 碳權交易設計

3.2.1 聯(lián)盟鏈交易規(guī)則設計

基于聯(lián)盟鏈的碳權交易沒有主持交易的中心機構，由市場主體共同參與碳權交易、數(shù)據(jù)維護和交易執(zhí)行，要求市場主體嚴格按照既定市場規(guī)則執(zhí)行碳權交易，要配套合適的共識機制和市場規(guī)則，保持碳權市場高效安全運行。

區(qū)塊鏈技術的共識機制已有較多專家和學者進行了研究，針對碳權交易市場需要考慮參與主體的節(jié)點數(shù)量、碳權交易數(shù)據(jù)量、節(jié)點間通信效率、智能合約數(shù)據(jù)處理復雜度等制約系統(tǒng)節(jié)點作為共識的因素，選擇適當?shù)墓沧R機制進行系統(tǒng)交易共識。當前常用共識機制包括工作證明（PoW），股權證明（PoS），委任權益證明（DPoW），Riple，小蟻等［23］。由于聯(lián)盟鏈無需挖礦和算力競爭，可以采用Riple共識機制進行交易共識。

基于聯(lián)盟鏈的碳權交易應用市場規(guī)則，以鏈碼的形式嵌入?yún)^(qū)塊鏈碳權交易應用系統(tǒng)，并部署在對應業(yè)務通道上，通過區(qū)塊鏈通道隔離不同碳權交易業(yè)務數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理規(guī)則，來適應不同市場主體對碳權交易市場規(guī)則的需求。

3.2.2 碳權市場規(guī)則設計

創(chuàng)建碳權交易市場是為了降低發(fā)用電的碳排放量，對于維持或降低碳排放的發(fā)用電行為需要保證發(fā)電配額的碳排放權，相反則需要收回碳權并考核相應市場主體。我國碳權交易初期，需要溯源碳排放主體責任來引導碳權市場的推進。（1）發(fā)電不足導致的偏差電量，若是被用戶響應而消除時，應收回發(fā)電廠交易匹配的碳排放偏差額度并補償響應用戶；當偏差電量由其他發(fā)電廠發(fā)電消除，收回發(fā)電不足電廠的偏差電量配額碳排放并強制征收偏差電量的碳排放配額費用，補償偏差電量消除機組以避免其支付發(fā)電排放費用。（2）因用戶多用電導致的電量需求增加，導致偏差電量，應強制收取用戶多用的偏差電量碳排放配額，補償消除偏差電量的發(fā)電廠或響應偏差電量的用戶。（3）新能源發(fā)電廠發(fā)電不產(chǎn)生碳排放，低于交易合同電量時需收回發(fā)電配額碳排放權，多發(fā)電而導致的偏差電量不給予碳權配額。因電力交易市場中已有響應偏差考核機制規(guī)制，故碳權交易規(guī)則不做新能源發(fā)電申報免責上限限制。

為降低市場主體因偏差電量而承擔的過高碳權費用、防止多余碳權的貶值，開展碳權市場引導市場主體進行碳權交易勢在必行。電能配套的碳排放權分別配額給發(fā)電和用電2 個主體，對于偏差電量的碳排放是超額排放量，應由造成偏差電量的市場主體承擔全部超額排放量。市場主體根據(jù)碳權交易機制，需要從碳權市場交易不平衡電量對應碳權，降低被監(jiān)督機構考核的經(jīng)濟費用。

3.3 碳權交易流程

基于聯(lián)盟鏈的碳權交易執(zhí)行，按照業(yè)務通道部署的鏈碼邏輯算法處理交易申報數(shù)信息，本文設計的碳權交易機制、鏈碼執(zhí)行邏輯和步驟如圖5所示:（1）在規(guī)定時間內獲取參與碳權交易的申報信息；（2）將獲取的市場主體分為買方和賣方，分別按報價由低到高排序；（3）依次選擇買方主體，篩選出賣方報價低于自身的市場主體，再按照報價差由小到大依次匹配賣方，直至自身購買數(shù)量滿足或匹配不到賣方時停止；（4）買方依次執(zhí)行步驟3，直至買方全部匹配完成或無賣方用戶可以匹配時停止碳權交易匹配。

圖5 基于聯(lián)盟鏈的碳權交易應用鏈碼執(zhí)行流程Fig.5 Implementation process of carbon rights trading application chain code based on alliance blockchain

4 基于聯(lián)盟鏈的碳交易模型

根據(jù)本文第2章節(jié)碳權交易應用的“電-碳交易流程”，考慮到系統(tǒng)設計包括系統(tǒng)設計和網(wǎng)絡配置，并以第3 章節(jié)的交易機制、市場規(guī)則以及交易流程為基礎，開展基于聯(lián)盟鏈的碳權交易模型量化研究，便于進行交易模型的驗證。本文構建碳權均衡交易模型，規(guī)定購碳權買方報價需高于賣方報價，分別對賣、買方報價進行排序，買方按報價由高到低依次匹配賣方報價差值最低的報價主體，直至報價截止時間或達到有限輪的報價修改輪次，結束碳權交易匹配，出清交易匹配信息。買賣雙方交易報價自由，但需要承擔相應的交易不成功后果，即買方將按躉售價格向監(jiān)管機構繳納罰款，賣方按最低價被監(jiān)管機構回收碳排放權。

4.1 報價約束條件

開展市場交易雙方的費用如下，

式中:fb，fs為碳權交易買賣雙方交易費用；Pp，t為碳權交易量；Tq為碳權交易價格。

碳權交易雙方報價約束條件見式（2）—（5）。

交易總量平衡約束

式中:Ps，i為第i個碳權出售主體交易量；Pb，j為第j個碳權購買主體交易量。

碳權交易量約束

式中:Ps，i，max為自身碳權總量。

交易價格約束

式中:Tq，b，Tq，s為購、售碳權的價格。

交易匹配約束

式中:Tq，bi，Tq，sj為交易列隊中買賣第i 和j 個用戶的申報價格；Tq，bn為買方其他用戶報價，n = 1，2，…。

為更好地指導用戶進行碳權交易價格申報，根據(jù)實際交易電量與交易申報出清電量的比值（ε），給出交易指導價格，

式中:Tq，p為碳 權 配 額 價 格；Tz為實時碳權指導價格；α，β為實時和存量對實時指導價格的調節(jié)因素。

4.2 交易價格設計與評價方法

根據(jù)碳權交易規(guī)則，碳權交易初期需要按照市場需求，即以市場指導價格為基準，按一定比例設定上下限，

式中:θ為碳權交易價格浮動率，按照金融市場的熔斷機制，θ=20%；Tp，t為碳權交易實際市場交易價格。

交易價格設計與評價方法主要分為以下2種。

（1）結算均衡電價

式中:Tr為出清碳權價格；Ts，i，Tb，j分別為出售和購買碳權價格。

（2）效益評估方法

為研究本文碳權交易機制和模型的效益，從買方和賣方對參與碳權交易的市場主體效益進行分析。

買方相對收益率

賣方相對收益率

式中:fr為碳權交易市場主體的交易費用；fb，max為碳權買方從躉售碳權市場購買碳權的費用；fs，min為碳權賣方向躉售碳權市場銷售碳權的費用。

5 碳權交易算例

本文采用程序模擬買賣市場主體以正態(tài)分布式的形式進行碳權交易報價，根據(jù)各節(jié)點申報數(shù)據(jù)用時得到交易申報信息見表1。

市場存量碳權和需求碳權分別為954.0 t 和1 078.0 t，碳權價格為250.000 元/t［24］，調節(jié)因素α，β分別取0.7，0.3。由式（8）和（9）可得本輪碳權交易指導價格為245.530 元/t，交易申報價格范圍196.424～294.636 元，即躉售市場的碳權回收價為196.424 元/t，碳權購買價格為294.636 元/t。

表1 碳權交易市場主體交易申報信息Tab.1 Declaration information of carbon trading market players

結合第3，4 章節(jié)的交易機制和模型，表1 中的交易申報信息經(jīng)處理得到碳權交易買賣雙方排序和交易匹配信息（見表2—3），開展市場主體間“多對多”的碳權交易，碳權交易的收益增加率見表4。

表2 碳權交易雙方排序Tab.2 Sequence of both parties in carbon rights trading

表3 根據(jù)碳權交易模型和約束條件的碳權交易匹配信息Tab.3 Carbon trading matching information based on the carbon trading model and constraint conditions

表4 碳權交易市場主體收益增加率Tab.4 Increase rate of carbon trading market main bodies'income

根據(jù)交易排序規(guī)則，報價較低的買方與報價較低的賣方進行了交易匹配，再通過均價電價的方式出清實際交易執(zhí)行碳權價格，相對于當前常用的邊際價格出清的方式，本文提出的價格匹配和均衡價格機制可以在滿足買賣雙方對碳權交易價格需求的基礎上，使實際成交價格低于買方報價、同時高于賣方報價。在一定程度上，區(qū)塊鏈技術的分布式數(shù)據(jù)交互和交易數(shù)據(jù)計算與迭代，可滿足碳權市場個性化的碳權成本需求、避免邊際統(tǒng)一出清價格的籠統(tǒng)價格測算、提高交易的精細化管理。

根據(jù)表4，得出各匹配交易的收益增量（如圖6所示）。

圖6 匹配交易執(zhí)行收益增加率Fig.6 Increase rate of return on matched transactions

由圖6 可以看出，買方收益增加率呈現(xiàn)“波浪形”下降的趨勢，由于買方報價升高時相應的實際出清結算交易價格隨之升高，買方的收益率呈現(xiàn)波動下降的趨勢。若買方由于自身申報的購碳權價格無法與賣方匹配，則需要通過躉售方式從其他機構購買碳權，交易增加收益率為0，如交易8—10。

同時，賣方市場主體收益增加率呈現(xiàn)“M”型:前半段由于賣方報價較低的市場主體，與報價較低的買方匹配成交，相對獲得的碳權交易收益增加率較低，隨著賣方報價升高而收益增量率也隨之增加；但由于賣方的申報價格進一步升高，缺少相應報價的買方與之匹配，從而承擔將碳權以躉售形式與其他機構交易，降低了自身的收益，如交易14—16。

結合表3分別計算各市場主體參與碳權交易總共獲得的收益，如圖7—9所示。

根據(jù)圖7—8可以看出，參與市場主體間碳權交易的市場用戶獲得的市場收益均高于沒有參與的市場主體，買方B3 和B9 按申報價格排序與賣方進行交易匹配時，低于自身報價的賣方已全部匹配完成，導致沒有合適的賣方與之交易，所以被迫從其他機構（躉售市場）購買相應碳權，相對收益較低。賣方S4由于自身報價較高，高于自身的買方與其他賣方匹配完成，導致自身擁有碳權按躉售市場價格出售給其他機構，從而自身相對交易收益率為0。

圖7 買方“多對多”與躉售方式的交易成本對比Fig.7 Transaction cost comparison between buyer's many-to-many and wholesale mode

圖8 賣方“多對多”與躉售方式交易成本對比Fig.8 Transaction cost comparison between seller's many-to-many and wholesale mode

圖9 各市場主體相對獲益的總增加率Fig.9 Total increase rate of relative benefits of market parties

綜合圖7—9可以看出，參與“多對多”碳權交易的市場主體均獲得一定的收益增加，但是由于自身報價策略原因，導致部分賣方和買方報價不符合對方需求或不具有匹配競爭力而無法匹配到交易對象，而無法獲得滿意收益。

本文報價由程序隨機生成，缺少賣方或買方報價相同的情況，規(guī)定當申報價格相同時，以交易申報時聯(lián)盟鏈的排序節(jié)點的排序為交易先后依據(jù)。

聯(lián)盟區(qū)塊應用系統(tǒng)提供碳權市場主體交易簡單計算和迭代的功能，主要是進行交易數(shù)據(jù)的存證，本文聯(lián)盟鏈應用的數(shù)據(jù)存證系統(tǒng)如圖10 所示（圖中WAI 指參與躉售碳權交易市場的交易）。根據(jù)區(qū)塊鏈體（Block）數(shù)據(jù)存儲特征，按照“倒樹狀”連接各筆交易，最終連接到Merkle 樹上，供碳權交易數(shù)據(jù)的查證和展示。

圖10 基于聯(lián)盟鏈的碳權交易應用區(qū)塊結構示意Fig.10 Schematic diagram of carbon trading application block structure based on alliance chain

6 結論

本文基于聯(lián)盟鏈技術提出了碳權交易應用和系統(tǒng)架構，并根據(jù)區(qū)塊鏈技術的分布式技術特征設計了“多對多”的碳權交易匹配機制和模型，并通過算例驗證了碳權交易模型的有效性，可以為參與分布式碳權交易的市場主體帶來更高的市場收益。

但是碳權交易機制受政策影響較大，目前國內碳權交易的指導政策和市場建設均不明朗，未來碳權交易的不確定性因素依舊較多，與此同時，基于區(qū)塊鏈技術的碳權交易應用效率仍需進一步研究，當前僅能為碳權交易數(shù)據(jù)提供鏈上數(shù)據(jù)的可追溯和防篡改的功能。

本文基于國內外學者的研究開展了碳權市場機制設計，為我國區(qū)塊鏈技術的應用場景和碳權市場建設提供研究依據(jù)和建設參考。