何清素，韓慶芝，劉志遠，張兆師

（1.甘肅同興智能科技發(fā)展有限責(zé)任公司，蘭州 730050；2.北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院，北京 100876；3.國網(wǎng)甘肅省電力公司，蘭州 730099）

0 引言

2021 年7 月16 日上午，中國碳排放權(quán)交易市場在上海環(huán)境能源交易所開市，首筆碳交易順利成交，成交量16 萬t，交易額790 萬元。其中首批參與全國碳排放交易的企業(yè)有2 000 余家，總的碳排放量約40 億t，這意味著隨著我國碳排放權(quán)交易市場的啟動，我國成為了全球溫室氣體排放量規(guī)模最大的碳市場。碳排放企業(yè)不得不用“成本思維”對節(jié)能減排重新審視。

但是，目前我國碳市場發(fā)展還不夠成熟［1］，在現(xiàn)有的7個試點碳市場中，存在交易標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、交易主體信息不對稱、行政指令干預(yù)程度較高等問題［2］，各交易試點有獨立的碳排放核算和認證標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致各交易試點獨立運行。雖然各交易試點也進行了碳資產(chǎn)金融創(chuàng)新，產(chǎn)生了如碳期權(quán)、碳債券、碳基金等碳金融衍生產(chǎn)品，但是由于我國碳市場發(fā)展還處于初期，各方面還不夠完善，使碳金融發(fā)展受到了限制［3］。此外，當(dāng)前碳市場中碳排放交易以碳排放配額和中心化運作機制為基礎(chǔ)，碳配額的發(fā)放與交易的公平性以及交易數(shù)據(jù)的安全性難以得到保證。我國碳市場中存在的上述問題會嚴重影響碳市場的快速發(fā)展，因此，建立完善的碳排放交易機制，針對性地解決上述提到的各種問題勢在必行，以實現(xiàn)碳市場交易中碳配額分配、碳排放權(quán)交易、碳排放交易數(shù)據(jù)核查與溯源以及履約清算的全流程控制。

在考慮碳市場發(fā)展的自身因素之外，還應(yīng)充分借助于其他新型技術(shù)的支持。區(qū)塊鏈技術(shù)作為新型技術(shù)的代表，其固有的去中心化、透明公開、數(shù)據(jù)溯源和防篡改的特點［4-8］，能為碳排放交易提供精細化管理。學(xué)術(shù)界已經(jīng)對區(qū)塊鏈技術(shù)在許多領(lǐng)域的應(yīng)用進行了研究，如金融［9］、能源［10-11］、醫(yī)療［12］電力［13］等領(lǐng)域進行了積極探索。文獻［14］利用區(qū)塊鏈技術(shù)從隱私保護和系統(tǒng)安全性出發(fā)，構(gòu)建了一個分散式碳排放交易基礎(chǔ)設(shè)施的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模型，以解決交易雙方之間的匿名交易碳排放問題。文獻［15］為解決充電樁用戶充電繳費、充值繁瑣等問題，提高充電樁利用率，提出了一種基于聯(lián)盟鏈的充電樁共識與激勵方案。文獻［16］以澳大利亞碳市場交易為應(yīng)用場景，利用區(qū)塊鏈技術(shù)對碳市場政策的指定提供幫助，并改善碳市場的運作方式。文獻［17］在分析了區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于含微電網(wǎng)電力市場的可行性之后，為實現(xiàn)電力市場的去中心化管理，保證交易的安全性、高效性，提出了一種考慮低碳效益的新型交易出清模型。文獻［18］基于區(qū)塊鏈技術(shù)的特點并結(jié)合在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用場景，提出了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的碳交易解決方案。

區(qū)塊鏈技術(shù)適用于涉及所有權(quán)的資產(chǎn)交易以及產(chǎn)業(yè)鏈整合，實現(xiàn)現(xiàn)實資產(chǎn)向虛擬資產(chǎn)的真實映射，利用其安全透明、防篡改、可溯源、易監(jiān)督的特點解決碳交易中應(yīng)用層面的問題。因此，本文基于區(qū)塊鏈技術(shù)在碳交易中的應(yīng)用展開了研究，首先介紹了碳市場發(fā)展現(xiàn)狀及相關(guān)政策；然后對碳交易機制進行了概述；最后提出了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的碳交易體系。

1 碳市場現(xiàn)狀

目前，我國將碳交易市場分為2類：強制性配額碳交易市場和中國核證自愿減排量（CCER）市場。強制性配額碳交易市場是指被納入碳市場的主體需承擔(dān)強制性的碳減排責(zé)任和履約義務(wù)，企業(yè)交易的是碳配額；CCER 交易是指如果企業(yè)通過開展環(huán)保項目（比如林業(yè)碳匯、水電、光伏、沼氣項目），對減少碳排放做出了一定的貢獻，可向有關(guān)部門申請CCER，來抵消自己實際生產(chǎn)中的碳排放。目前我國的碳市場交易以強制性配額碳交易市場為主，由于CCER 市場使用時限制較多，受政策的影響大，且其價格大幅低于配額價格，因此，CCER 交易在碳市場交易中占比很小，只能作為配額交易的一種補充。

1.1 碳市場政策

2011 年10 月，國家發(fā)展改革委下發(fā)《關(guān)于開展碳排放權(quán)交易試點工作的通知》，宣布在北京、上海、湖北、重慶、廣東、天津、深圳等7 省市成立碳交易試點［19］。2012年6月，國家發(fā)展改革委出臺了《溫室氣體自愿減排交易管理暫行辦法》，明確了自愿減排交易的交易產(chǎn)品、交易場所、新方法學(xué)申請程序以及審定和核證機構(gòu)資質(zhì)的認定程序。2014 年，國家發(fā)展改革委頒布了《碳排放權(quán)交易管理暫行辦法》，在國家層面明確了全國統(tǒng)一碳排放交易市場的政策框架。2017 年12 月，國家發(fā)展改革委印發(fā)《全國碳排放權(quán)交易市場建設(shè)方案（發(fā)電行業(yè)）》，標(biāo)志著全國碳排放權(quán)交易市場正式啟動。2020 年12月25 日，為落實黨中央、國務(wù)院關(guān)于建設(shè)全國碳排放權(quán)交易市場的決策部署，在應(yīng)對氣候變化和促進綠色低碳發(fā)展中充分發(fā)揮市場機制作用，推動溫室氣體減排，規(guī)范全國碳排放權(quán)交易及相關(guān)活動，頒布了《碳排放權(quán)交易管理辦法（試行）》。2021年5月17 日，為進一步細化、明確碳排放權(quán)交易市場交易規(guī)則，完善政策制度體系，激發(fā)和增強市場活力，生態(tài)環(huán)境部制定出臺了《碳排放權(quán)登記管理規(guī)則（試行）》《碳排放權(quán)交易管理規(guī)則（試行）》和《碳排放權(quán)結(jié)算管理規(guī)則（試行）》。

隨著上述一系列政策的實施，有力地促進了國內(nèi)碳減排市場的發(fā)展，為我國碳市場的穩(wěn)妥有序高效發(fā)展打下了重要的基礎(chǔ)，對助力實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標(biāo)、建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟體系發(fā)揮重要作用。

1.2 碳市場運行

全國碳市場已涉及20 余個行業(yè)，2 600 余家重點排放單位，年排放配額總量約為12 億t 二氧化碳當(dāng)量。其中，碳配額大部分為免費發(fā)放，小部分拍賣，拍賣比例逐步提高。碳市場中交易產(chǎn)品以配額和CCER 現(xiàn)貨為主，部分市場探索了多種創(chuàng)新產(chǎn)品。交易方式包括掛牌交易或定價點選以及協(xié)議轉(zhuǎn)讓，部分市場嘗試了拍賣。市場參與主體包括納入配額管理的控排企業(yè)、項目開發(fā)業(yè)主、投資機構(gòu)與個人。初期交易主體為發(fā)電行業(yè)重點排放單位，排放總量逾30 億t，占全國總排放量的近40%，條件成熟后擴大至其他高耗能、高污染和資源性行業(yè)。初期交易產(chǎn)品為配額現(xiàn)貨，條件成熟后增加符合交易規(guī)則的國家核證自愿減排量及其他交易產(chǎn)品，并適時增加符合交易規(guī)則的其他機構(gòu)和個人參與交易。

2021 年7 月16—28 日，中國碳排放權(quán)交易市場在上海環(huán)境能源交易所開市，9 個交易日全國碳市場碳排放配額（CEA）累計成交量582.79 萬t，累計成交額2.93 億元。7 月28 日，CEA 收盤價為52.5元/t，較前一日下跌3.90%。該價格較7 月16 日上線時開盤價（48.0 元/t）上漲了4.5 元/t，漲幅為9.38%。從成交看，7 月28 日CEA 總成交量為87.27 萬t，成交額為3 660.31 萬元。目前我國碳排放配額發(fā)放工作尚未完成，部分企業(yè)還在適應(yīng)交易規(guī)則，且碳交易市場中僅納入了電力行業(yè)。因此，全國碳市場自啟動以來，成交量呈現(xiàn)前高后低、逐步企穩(wěn)的特征。

全新上線的全國碳市場，為發(fā)電企業(yè)節(jié)能減排提供了“全國一盤棋”的視角，可以在全國范圍內(nèi)對各地電廠的碳配額進行統(tǒng)一運營和調(diào)劑，有利于企業(yè)更好地推進節(jié)能減排工作；另一方面，可再生能源企業(yè)將受益于自愿核證機制的推廣，通過碳交易實現(xiàn)企業(yè)價值重估。龍頭企業(yè)一般具有技術(shù)和規(guī)模優(yōu)勢，通過開發(fā)碳減排項目和碳資產(chǎn)管理工作，能夠顯著降低碳減排成本。

1.3 碳交易市場存在的問題

雖然我國碳排放權(quán)交易市場已經(jīng)開市，但各碳排放相關(guān)企業(yè)進行的交易卻并不活躍?？梢钥闯瞿壳拔覈奶冀灰资袌鲶w系建設(shè)還不完善，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）中心化系統(tǒng)架構(gòu)及管理控制系統(tǒng)。中心化的管理系統(tǒng)容易導(dǎo)致欺詐行為的產(chǎn)生，在碳交易環(huán)境中，碳信用體系有可能被少數(shù)擁有大部分碳信用的強大實體所控制。

（2）控排企業(yè)缺乏碳減排積極性。在總量管制與交易系統(tǒng)中，碳配額是根據(jù)歷史排放量和行業(yè)排放上限免費分配，這會降低控排企業(yè)碳減排的積極性。因為他們或許以未來獲得更少的碳配額為代價降低碳減排量或不進行碳減排，同時由于碳配額發(fā)放的復(fù)雜性和不確定性，使得控排企業(yè)很少嘗試創(chuàng)新完成碳減排指標(biāo)。

（3）缺乏公開透明的交易信息以及行政干預(yù)多。缺乏公開透明的交易信息我國碳市場中普遍存在，主要表現(xiàn)為某一企業(yè)對于其他企業(yè)的碳配額的計算、發(fā)放及分配等方面不明確，從而在碳市場交易過程中很難建立彼此的信任，致使交易意愿不強。同時，由于我國碳排放權(quán)市場的制度建設(shè)不健全，目前絕大部分碳交易都是使用行政方法撮合需求雙方線下交易，導(dǎo)致交易信息不能公開透明，交易價格不能市場化，無法體現(xiàn)真實的市場價格。

（4）容易出現(xiàn)碳權(quán)的囤積和碳配額的不足問題。碳權(quán)囤積是指控排企業(yè)將購買的碳權(quán)儲存，以便在碳市場需求旺盛、價格較高時出售。同時，由于交易信息公開透明度低、信息不對稱，易出現(xiàn)需要購買碳權(quán)的企業(yè)買不到碳權(quán)的情況。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)在碳市場中的應(yīng)用

2.1 碳交易機制概述

碳交易機制包括碳排放參與者和碳排放流程［20-21］。碳市場是由政府主導(dǎo)的政策性市場，碳市場中各環(huán)節(jié)的參與者包括碳核查單位、交易機構(gòu)、中介機構(gòu)、征信評級機構(gòu)、政府監(jiān)管機構(gòu)、控排企業(yè)、減排企業(yè)、第三方管理機構(gòu)等。

碳排放流程包括碳排放數(shù)據(jù)報告、第三方核查、政府碳配額分配、企業(yè)碳配額交易以及履約清算等5個環(huán)節(jié)。

我國碳排放數(shù)據(jù)的報告對象是包含二氧化碳、甲烷、一氧化二氮在內(nèi)的溫室氣體。第三方核查機構(gòu)需要核查控排企業(yè)出具的碳排放數(shù)據(jù)報告的準(zhǔn)確性，只有確?？嘏牌髽I(yè)碳排數(shù)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性才能保證碳市場交易的公平合理。碳排放配額作為碳市場中碳排放權(quán)的憑證和載體，是國家在指定時間內(nèi)分配給控排企業(yè)的碳排放額度，國家核證自愿減排量是經(jīng)過第三方核證以后所產(chǎn)生的減排量，目前碳配額采取的是以強度控制為基本思路的行業(yè)基準(zhǔn)法，實行免費分配。

2.2 區(qū)塊鏈技術(shù)在碳市場中的作用

現(xiàn)階段區(qū)塊鏈技術(shù)在與碳權(quán)交易結(jié)合的過程中，能夠重點解決以下問題。

（1）完善碳交易市場體系建設(shè)，加快推進低碳經(jīng)濟轉(zhuǎn)型。利用區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建完善的計量、追蹤、核查、監(jiān)督、統(tǒng)籌體系，并統(tǒng)一碳交易相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，打通上下游數(shù)據(jù)流，加快我國碳交易市場主體的多元化發(fā)展。通過市場化方式促進節(jié)能減排，引導(dǎo)資源優(yōu)化配置，實現(xiàn)低成本減排，并提高清潔能源競爭力，支持我國能源結(jié)構(gòu)向綠色低碳發(fā)展。

（2）使交易過程透明化，增強碳市場活躍度?；趨^(qū)塊鏈技術(shù)的碳交易市場，使數(shù)據(jù)與交易過程的透明化、信交易信息對稱以及歷史交易數(shù)據(jù)可溯源，因此，弱化了監(jiān)管機構(gòu)的作用，從而簡化了交易流程，降低了監(jiān)管成本居高不下，“智能合約”的應(yīng)用將提高交易效率，最終增強碳交易市場活力。

（3）推進碳金融體系的建立，助力實現(xiàn)碳中和碳達峰目標(biāo)。基于區(qū)塊鏈技術(shù)的碳交易市場，使交易中的數(shù)據(jù)不可篡改、可追溯，幫助企業(yè)建立征信系統(tǒng)，為銀行提供貸款依據(jù)，促進碳金融體系的建立；完善的碳金融體系能夠使碳金融產(chǎn)品不斷豐富，進而增強碳市場活躍度，使碳市場影響范圍不斷擴大，最終會吸引更多社會資本進行低碳投資，為“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)提供資金支持。

2.3 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的碳交易框架

針對目前我國碳交易市場存在的問題，本文提出了一種兩層級的混合區(qū)塊鏈碳排放交易框架。該框架根據(jù)參與實體的不同類型和角色包含公共區(qū)塊鏈和聯(lián)盟區(qū)塊鏈以及基于Polkadot 協(xié)議的信息傳輸層。其中，公共區(qū)塊鏈中包含政府核查機構(gòu)、監(jiān)督機構(gòu)以及各利益相關(guān)者等，聯(lián)盟區(qū)塊鏈中包含控排企業(yè)。這樣設(shè)計的目的是由于有些參與的控排企業(yè)不愿意分享自己的所有數(shù)據(jù)，僅僅分享與二氧化碳相關(guān)的排放數(shù)據(jù)，同時確保交易過程的保密性。交易過程中每一層的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)自己的共識算法，而不需聯(lián)合另一個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)共同達成共識，另外，區(qū)塊的產(chǎn)生僅發(fā)生在與之對應(yīng)的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，以節(jié)約交易時間和系統(tǒng)開銷。系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 混合區(qū)塊鏈碳排放交易框架Fig.1 Carbon emissions trading framework based on a hybrid blockchain network

公共區(qū)塊鏈主要用于政府碳配額的分配，且透明、可追蹤。碳配額分配流程如下。

（1）政府相關(guān)機構(gòu)按照配額上限，設(shè)計碳配額以免費發(fā)放方式和拍賣方式的比列，并根據(jù)預(yù)先設(shè)計的百分比向控排企業(yè)分配碳配額。由于此分配方式是在公共區(qū)塊鏈中進行，所以對控排企業(yè)以及各相關(guān)參與單位公開透明，使參與各方彼此信任，從而增強交易意愿。

（2）通過智能合約實現(xiàn)碳交易、碳抵消、碳資產(chǎn)管理等，由于智能合約是由各參與方預(yù)先共同商定而成，所以交易時自動分配給履行合約的交易節(jié)點（控排企業(yè)），從而節(jié)約交易時間和交易費用。

聯(lián)盟區(qū)塊鏈：在該區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，各控排企業(yè)將碳排放數(shù)據(jù)在本網(wǎng)絡(luò)中廣播，并將數(shù)據(jù)寫入?yún)^(qū)塊并附上各自的簽名，然后將碳排放數(shù)據(jù)傳輸給公共區(qū)塊鏈，在公共區(qū)塊鏈中利用智能合約實現(xiàn)碳權(quán)交易，各參與主體將交易數(shù)據(jù)寫入?yún)^(qū)塊并進行全網(wǎng)廣播并附上各自簽名。

基于Polkadot 協(xié)議的信息傳輸：公共區(qū)塊鏈和聯(lián)盟區(qū)塊鏈之間通過Polkadot 協(xié)議進行信息共享。Polkadot 協(xié)議可以實現(xiàn)不同區(qū)塊鏈之間的通信，并且能夠利用Polkadot 的共識機制保持跨鏈通信的安全性。本文提出的兩層級混合區(qū)塊鏈框架中碳配額的分配與拍賣、碳權(quán)的核查與檢測、碳權(quán)交易是一個連續(xù)的過程。

在本文提出的框架中，各控排企業(yè)向政府相關(guān)部門申報其企業(yè)的碳排放數(shù)據(jù)，此項數(shù)據(jù)不在區(qū)塊鏈中廣播；政府相關(guān)機構(gòu)根據(jù)國家碳配額分配方案以及各控排企業(yè)申報的碳排放相關(guān)數(shù)據(jù)，通過智能合約為各控排企業(yè)分配相應(yīng)的初始碳配額，并在公共區(qū)塊鏈中向全網(wǎng)廣播，達成共識后寫入公共區(qū)塊鏈；碳配額不足的控排企業(yè)與碳配額有剩余的控排企業(yè)在聯(lián)盟區(qū)塊鏈中分別廣播購買需求和銷售需求，達成共識后寫入聯(lián)盟區(qū)塊鏈，然后通過Polkadot協(xié)議向公共區(qū)塊鏈中傳輸相關(guān)信息；在公共區(qū)塊鏈中核查單位核查通過聯(lián)盟區(qū)塊鏈傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是否真實，若真實，則附上簽名和時間戳并在公共區(qū)塊鏈中廣播；在公共區(qū)塊鏈中，買賣雙方通過智能合約完成碳交易，公共區(qū)塊鏈中的各參與主體將企業(yè)的標(biāo)識、名稱、交易內(nèi)容、交易數(shù)量、金額等交易信息通過私鑰進行簽名，并廣播寫入?yún)^(qū)塊。

3 結(jié)束語

區(qū)塊鏈技術(shù)以其區(qū)塊中記錄的數(shù)據(jù)為價值載體，將企業(yè)環(huán)境價值、信用價值、碳指標(biāo)價值等資產(chǎn)數(shù)字化，并且基于碳交易體系以碳配額的有序流動，實現(xiàn)價值傳遞與“碳行為”追蹤，進而激活碳交易。另外，企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營、資產(chǎn)等至關(guān)重要的信用信息作為“碳行為”的直接反應(yīng)，并借助區(qū)塊鏈技術(shù)使碳金融加快發(fā)展，不斷為企業(yè)增值，同時，碳金融的發(fā)展將有助于加快我國向低碳經(jīng)濟轉(zhuǎn)型，這對我國實現(xiàn)碳達峰、碳中和具有重要意義。