彭琛， 王冰， 王福綿， 張勁峰

(1.河海大學(xué) 能源與電氣學(xué)院，江蘇 南京 211100；2.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司 儀征市供電分公司,江蘇 儀征 211404)

0 引 言

為了推動實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，我國將謀劃構(gòu)建碳達(dá)峰、碳中和的“1+N”政策體系，進(jìn)而實現(xiàn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)和服務(wù)業(yè)等各行業(yè)的綠色低碳發(fā)展[1]。其中，落實這一愿景的核心工具是建設(shè)合理規(guī)范的碳排放權(quán)交易市場。2021年7月16日，我國的碳交易市場正式上線交易，其中的碳產(chǎn)品主要有碳排放配額(carbon emission allowance,CEA)和中國核證自愿減排量(China certified emission reduction,CCER)兩類。首批參與碳交易的企業(yè)碳排放量超過45億噸二氧化碳，是全球覆蓋溫室氣體排放量最大的碳交易市場[2]。

為了保障交易過程的數(shù)據(jù)安全，一些學(xué)者在碳交易和電力交易等相關(guān)研究中引入了區(qū)塊鏈技術(shù)，該技術(shù)具有可追溯和數(shù)據(jù)安全不可篡改等特性[3]。文獻(xiàn)[4]利用聯(lián)盟區(qū)塊鏈技術(shù)，提出了多方參與的碳交易應(yīng)用方案。文獻(xiàn)[5]將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用在輸變電工程中，保障了輸變電過程中的數(shù)據(jù)安全。

但以上研究僅考慮了發(fā)電企業(yè)和用電用戶之間的碳權(quán)交易，且多為企業(yè)之間進(jìn)行大批量交易，沒有將生產(chǎn)CCER的可再生能源企業(yè)和一些小批量交易考慮在內(nèi)。為了進(jìn)一步推動我國減排項目的建設(shè)和發(fā)展，激勵可再生能源發(fā)電和林業(yè)建設(shè)等綠色技術(shù)的迅速增長，進(jìn)而提高我國的減排效果，需要控排企業(yè)在選擇碳產(chǎn)品時首選CCER。本文基于上述研究，考慮利用區(qū)塊鏈技術(shù)首先進(jìn)行CCER的出清，然后將剩余未出清CCER和CEA進(jìn)行打包合并，最終達(dá)到市場內(nèi)CCER全部出清的效果，并保障交易過程的公開透明性。

1 基于區(qū)塊鏈的聯(lián)合碳交易市場

為了使交易更加公開透明，本文設(shè)定企業(yè)通過密封式報價的方式進(jìn)入交易平臺，與有意向的買家進(jìn)行連續(xù)雙向拍賣 (continuous double auction,CDA)[6]，以達(dá)成交易。

聯(lián)合交易市場由CCER交易市場和CEA交易市場構(gòu)成，具體運行機(jī)制如圖1所示?？稍偕茉磸S商根據(jù)市場情況自行選擇出售的CCER與報價，控排企業(yè)則按需購入CCER，并根據(jù)自身實際碳排放量在CEA交易市場中進(jìn)行出清和購買。

由于CCER交易市場體系不完善，目前存在交易量和成交價格信息不透明等現(xiàn)象，導(dǎo)致控排企業(yè)參與CCER交易的門檻較高，部分控排企業(yè)會選擇放棄CCER交易而僅參與CEA交易，進(jìn)而導(dǎo)致CCER在交易周期內(nèi)有結(jié)余的CCER未出清。為了出清這部分的CCER，可考慮將其維持原價投入至CEA交易市場中進(jìn)行出清。

圖1 聯(lián)合交易市場運行機(jī)制

2 聯(lián)合交易市場的數(shù)學(xué)模型及合約設(shè)計

2.1 聯(lián)合交易市場中的CCER數(shù)學(xué)模型

可再生能源廠商獲得的CCER項目減排量由基準(zhǔn)線法計算。本文以風(fēng)力發(fā)電為例進(jìn)行建模，它的特點是減排量Etradition中只考慮基準(zhǔn)線減排量Btradition。而Btradition具體由所在地區(qū)的傳統(tǒng)化石能源發(fā)電廠產(chǎn)生的碳排放決定，其計算公式為[7]：

Etradition=Btradition

(1)

Btradition=Ethermal·Egrid,t

(2)

式中:Etheramal為該地區(qū)傳統(tǒng)化石能源發(fā)電廠的凈上網(wǎng)電量;Egird,t為該發(fā)電項目每產(chǎn)生1 MWh電力時產(chǎn)生的碳減排量。

2.2 聯(lián)合交易市場中的CEA數(shù)學(xué)模型

傳統(tǒng)化石能源發(fā)電廠的CEA主要采用歷史強(qiáng)度下降法進(jìn)行分配，即根據(jù)企業(yè)的歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)和排放量，計算其生產(chǎn)過程中的單位碳排放量，設(shè)定企業(yè)的CEA下降系數(shù)。CEA下降系數(shù)β將由本周期內(nèi)CCER的購買比和企業(yè)上周期的CEA交易完成比q決定。具體計算公式如下：

(3)

式中：Qtotal為控排企業(yè)本周期內(nèi)獲得的CEA;Ei為第i臺機(jī)組的實際發(fā)電量;Qgird,i為第i臺機(jī)組每產(chǎn)生1 MWh電力時產(chǎn)生的碳排放量;β為該企業(yè)本周期的CEA下降系數(shù)。β的計算公式如式(4)所示。

β=(1-c)ω+(1-q)θ

(4)

式中:c為本周期內(nèi)該企業(yè)購買CCER占CCER市場總體的比例;ω為CCER市場下降參數(shù)，由監(jiān)管部門根據(jù)CCER市場行情設(shè)定；q為該企業(yè)上周期CEA交易的完成比;θ為CEA市場下降參數(shù)，由監(jiān)管部門根據(jù)CEA市場行情設(shè)定。c和q的計算公式具體如下：

(5)

(6)

2.3 聯(lián)合交易市場的智能合約設(shè)計

聯(lián)合交易市場主要靠區(qū)塊鏈進(jìn)行信息交互，監(jiān)管部門負(fù)責(zé)部署智能合約的地址，各企業(yè)經(jīng)監(jiān)管部門審批后獲得相應(yīng)的CCER和CEA，可作為節(jié)點賬戶參與交易。基于智能合約的聯(lián)合交易流程如圖2所示。

符合條件的買方在同一交易周期內(nèi)會按報價Bq降序排列，賣方則按報價Sq升序排列。當(dāng)買方報價高于賣家時，買賣雙方按二者均價達(dá)成交易，交易量以買賣雙方中的較小者為準(zhǔn)。

各交易節(jié)點在合約執(zhí)行完畢后，將集中打包為區(qū)塊，并廣播至聯(lián)合交易市場網(wǎng)絡(luò)中供交易節(jié)點和監(jiān)管部門查看。

3 算例分析

3.1 參數(shù)設(shè)定

假設(shè)在同一交易周期內(nèi)CCER交易市場中有4位CCER出清者,有5位CCER購買者。在CEA交易市場中有5位CEA出清者和5位CEA購買者。

各廠商的交易信息如表1所示。其中CEA出清者F和CCER購買者b是同一家廠商。

CEA購買者g因企業(yè)的自身規(guī)模小，碳排放交易量一直都較少，而參加CCER交易還需額外繳納交易賬戶費用，因此企業(yè)g選擇只在CEA交易市場內(nèi)進(jìn)行交易。

3.2 仿真計算

參與聯(lián)合市場的19位廠商通過以太坊賬戶進(jìn)行私鑰加密，即可在智能合約的指導(dǎo)下進(jìn)行密封報價和匹配出清等操作。各節(jié)點可隨時使用getTransactionReceipt 函數(shù)獲取區(qū)塊鏈上的交易信息，如表2所示,從而保障交易信息的公開透明。

圖2 聯(lián)合交易流程圖

表1 參與聯(lián)合交易市場的用戶

表2 CCER區(qū)塊鏈上的首筆交易

3.3 仿真結(jié)果分析

在本次聯(lián)合市場交易中，共發(fā)生了7筆CCER交易和11筆CEA交易。CCER交易具體如圖3所示。c-D(80,35)表示出清者c和購買者D的最終成交量為80 t，成交價為35 元/t。在本次交易周期內(nèi)，參與交易的5位購買者全部得到滿足，出清者B在CCER交易周期中出清了55 t，還有55 t未出清，出清者A在CCER交易周期中沒能出清。

CEA交易具體如圖4所示，在本交易周期內(nèi)，CCER出清者A和B將兌換等量的CEA并維持原價繼續(xù)出清，因此實際有7位CEA出清者。其中CEA出清者E在本交易周期內(nèi)僅交易了110 t，剩余55 t CEA將參與下一周期的交易。CEA購買者F因在CCER市場中以35 元/t的價格購買了100 t CCER，并在CEA

圖3 CCER交易市場出清結(jié)果

圖4 CEA交易市場出清結(jié)果

交易市場中以52 元/t的價格出清了等量的CEA，故在聯(lián)合交易市場中共獲得了1 700元的額外收益。

在本周期交易結(jié)束后，聯(lián)合交易市場中的CCER全部出清，CEA大部分出清，CCER資源和CEA資源有效地得到了整合。生產(chǎn)CCER的可再生能源廠商在聯(lián)合交易市場中出清效率得到了提高，避免CCER因購買渠道單一，購買者需跨平臺購買而造成囤積現(xiàn)象，并可利用低價優(yōu)勢，輔助監(jiān)管部門調(diào)控CEA的市場價格，防止 CEA在特殊時段的惡意漲價。傳統(tǒng)化石能源發(fā)電廠則可通過購買CCER，出售等量CEA的方式在聯(lián)合市場中獲得額外收益。

4 結(jié)束語

為了提高CCER的交易效率，保障交易過程中的公開透明，本文創(chuàng)新性地利用區(qū)塊鏈技術(shù)聯(lián)合了CEA和CCER兩類交易，利用CDA設(shè)計了聯(lián)合交易市場的交易流程，實現(xiàn)了去中心化、安全透明的碳交易。本聯(lián)合市場具有以下特點。

(1) 生產(chǎn)CCER的企業(yè)能更快地進(jìn)行出清，有利于推動我國減排項目的建設(shè)和發(fā)展，激勵可再生能源發(fā)電和林業(yè)建設(shè)等綠色技術(shù)的迅速增長。

(2) 控排企業(yè)可根據(jù)自身情況先購買CCER，然后再出清等量的CEA，從而獲得額外收益。使碳產(chǎn)品能更靈活地流通，提高了各方的交易積極性。

(3)運用智能合約與區(qū)塊鏈技術(shù)，保障了聯(lián)合交易數(shù)據(jù)的安全透明，方便了監(jiān)管部門的監(jiān)管工作，實現(xiàn)各方資源的最佳配置與利益最大化。