李 奇，霍莎莎，蒲雨辰，陳維榮

（西南交通大學(xué) 電氣工程學(xué)院，四川 成都 611756）

0 引言

隨著全球氣候危機的來臨，全球能源轉(zhuǎn)型和能源短缺問題愈加顯著。各國都在不斷協(xié)調(diào)推進綠色低碳發(fā)展和能源供應(yīng)，朝著高效、清潔、多樣化的方向積極發(fā)展能源［1］。含氫綜合能源系統(tǒng)因其對清潔能源氫能的高效利用與多能協(xié)同規(guī)劃優(yōu)勢得到廣泛關(guān)注［2］。同時，在大力發(fā)展市場經(jīng)濟的背景下，通過市場機制采用價格傳導(dǎo)優(yōu)化各類資源的配置也成為一大研究重點［3］。目前，如何利用市場機制，將外部成本內(nèi)部化，激發(fā)相關(guān)企業(yè)的創(chuàng)新活力，助力含氫綜合能源系統(tǒng)發(fā)展，進而加速我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型成為亟需解決的問題。

對于我國電力行業(yè)而言，碳、氫交易市場與電力市場的交易主體、發(fā)展目標高度重合。在碳中和、碳達峰目標背景下，三市場之間互相交叉、彼此影響，呈現(xiàn)出緊密耦合的發(fā)展態(tài)勢［4］。若在此背景下只關(guān)注電能交易市場的發(fā)展，將氫能僅作為各能源間的轉(zhuǎn)換介質(zhì)，則系統(tǒng)對氫能的“制、儲、運、用”水平有限，當氫能需求大量增加時，系統(tǒng)的靈活性與可靠性會大幅度降低，同理，若不考慮與碳交易市場間的耦合關(guān)系，則各類生產(chǎn)活動將舍棄環(huán)保性換取經(jīng)濟性，不利于“雙碳”目標的實現(xiàn)。故近年來以不同能源市場間耦合關(guān)系為對象的研究逐漸增加，文獻［5］提出在電力市場交易過程中融合碳屬性指標，形成能夠在滿足用戶用能需求的同時減少碳屬性消費的電-碳市場機制。文獻［6］構(gòu)建了電-碳-氣-綠證多級市場耦合下的電氫綜合能源系統(tǒng)多目標優(yōu)化模型，驗證了電氫綜合能源系統(tǒng)同時參與多級耦合市場在經(jīng)濟與低碳環(huán)保方面的優(yōu)越性。文獻［7］以歐洲電力系統(tǒng)為研究對象，將氫氣市場作為電力市場的附加市場整合到現(xiàn)有的長期優(yōu)化電力市場調(diào)度模型中，并應(yīng)用系統(tǒng)動力學(xué)對市場進行了建模，分析了此模型中氫能和電力市場的相互依存關(guān)系。

在含氫綜合能源系統(tǒng)中，氫能作為優(yōu)質(zhì)的長期儲能載體，可使系統(tǒng)更好地利用不穩(wěn)定的可再生能源，實現(xiàn)系統(tǒng)電、熱、冷等能源的平穩(wěn)供應(yīng)，避免各能源生產(chǎn)與耦合設(shè)備不合理運行造成二氧化碳的大量排放，有利于碳減排［8-9］。文獻［10］建立了含多種氫能利用設(shè)備的氫能綜合利用單元，研究了該單元與多能系統(tǒng)運行的調(diào)度策略，實驗結(jié)果表明規(guī)?；脷淠艿木C合能源系統(tǒng)具有更高的靈活性與風(fēng)光消納水平。文獻［11］將包含氫儲能與碳捕集的園區(qū)綜合能源系統(tǒng)交易決策模型引入博弈框架，利用改進差分進化算法驗證了含氫綜合能源系統(tǒng)對風(fēng)光資源的充分消納特性與低碳性。含氫綜合能源系統(tǒng)不僅為氫能交易市場發(fā)展提供了市場主體，其清潔生產(chǎn)特性與對可再生能源的高效利用特性也有助于碳交易市場與電能交易市場的發(fā)展，即含氫綜合能源系統(tǒng)與電-碳-氫耦合交易市場之間彼此影響、相互促進。

本文以電、碳、氫3 種能源為樞紐，整合分析了面向含氫綜合能源系統(tǒng)的電-碳-氫耦合交易市場機制的相關(guān)研究。首先對含氫綜合能源系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與電-碳、電-氫交易市場運行機制進行了分析介紹。在此基礎(chǔ)上，考慮到電、碳、氫能源交易市場均是能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型低碳減排的有效解決方案，在分析對比了幾種市場機制建立方法的基礎(chǔ)上，建立了電-碳-氫耦合交易市場機制。然后從市場形成要素角度總結(jié)了含氫綜合能源系統(tǒng)參與多能耦合交易市場機制所帶來的影響，此外，對實現(xiàn)耦合交易市場均衡的能源定價策略與市場出清機制進行了歸納分析。最后，總結(jié)并展望了面向含氫綜合能源系統(tǒng)的電-碳-氫交易市場的相關(guān)挑戰(zhàn)與后續(xù)研究方向。

1 含氫綜合能源系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

含氫綜合能源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。綜合能源系統(tǒng)主要由如下4 個部分組成：能源輸入層、轉(zhuǎn)換層、存儲層和需求層。能源輸入層主要由光伏、風(fēng)電等可再生能源組成，當能源輸入層無法滿足負荷需求時，非孤島式綜合能源系統(tǒng)可以從外部購買能源以滿足用戶需求。能源轉(zhuǎn)換層可以通過各種能源轉(zhuǎn)換設(shè)備實現(xiàn)不同形式能源的轉(zhuǎn)換，如電鍋爐可將電能轉(zhuǎn)化為熱能，燃氣輪機可將天然氣轉(zhuǎn)化為電能與熱能。能源存儲層采用各種儲能設(shè)備來解決供需的時空不一致問題。能源需求層主要包括用戶對電、熱、冷等負荷的需求［12］。

圖1 含氫綜合能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of integrated energy system with hydrogen

相較于傳統(tǒng)綜合能源系統(tǒng)，在含氫綜合能源系統(tǒng)中氫能不單以緩沖能源形式存在于系統(tǒng)中，主要以儲氫系統(tǒng)、運輸載體與氫能負荷幾種形式存在，能夠滿足綜合能源系統(tǒng)長時間尺度儲能［13］、跨空間尺度運輸［14］、能源清潔高效利用等需求［15-16］，氫能在系統(tǒng)中的需求量與重要性大幅增加。氫氣作為一種清潔燃料，可以替代傳統(tǒng)的化石燃料，如煤、石油、天然氣等，在綜合能源系統(tǒng)中常以儲氫系統(tǒng)形式存在，利用電解槽制氫、儲氫罐儲氫和燃料電池耗氫形成一個集氫氣制取、儲存、消耗于一體的氫能子系統(tǒng)，氫能子系統(tǒng)的大量應(yīng)用可大量減少高碳排能源，如煤炭、天然氣等能源的使用，文獻［9］將儲氫系統(tǒng)引入綜合能源系統(tǒng)中，利用氫氣的清潔與儲能特性提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟環(huán)保性與功能可靠性。氫氣還可以作為能源運輸載體，氫能的低自損耗與高能量密度特性使其相較于其他能源載體在進行能源存儲與運輸時更高效。在中短距離運輸時，一般利用長管拖車通過交通系統(tǒng)進行運輸，能夠適應(yīng)不同路線的需求，靈活性高［17］。而遠距離運氫則可采用天然氣管道摻氫或純氫管道運輸，基于目前的天然氣管網(wǎng)進行再開發(fā)的摻氫管道運輸具有運輸成本低、能耗小、可實現(xiàn)氫的規(guī)?；B續(xù)性運輸?shù)膬?yōu)點，天然氣管道摻氫比例理論上已可高達24 %，常用于大區(qū)域間的供應(yīng)；純氫管道運輸是指專門建設(shè)的氫氣管道運輸系統(tǒng)，相較于前者具有更大規(guī)模、更長距離的特點，主要用于跨國運輸或供應(yīng)大型工業(yè)領(lǐng)域，我國的“西氫東送”工程已有距離長達400 km 的純氫長輸管道正在建設(shè)［18-19］。氫能還可以負荷形式存在于含氫綜合能源系統(tǒng)中，含氫綜合能源系統(tǒng)通過對負荷響應(yīng)的過程提高對氫能子系統(tǒng)的調(diào)度，增加系統(tǒng)對氫能的利用率，政府和相關(guān)機構(gòu)可以從氫負荷角度激勵各工業(yè)或其他商業(yè)領(lǐng)域?qū)淠茉吹男枨?，從荷端引?dǎo)能源變革［20-21］。

多能流耦合是綜合能源系統(tǒng)區(qū)別于智能電網(wǎng)的重要特征之一，而氫能接入綜合能源系統(tǒng)為多能流管理提供了新的解決方案［22-23］。綜合能源系統(tǒng)最基本的特征是由多種異質(zhì)能流系統(tǒng)組成，而不同能流系統(tǒng)的特性差異很大，因此建模、分析以及控制方法各不相同。傳統(tǒng)的單能流系統(tǒng)的能量管理方法無法直接適用于綜合能源系統(tǒng)，需要考慮各能流之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系。氫能在此扮演著重要的角色，它作為一種優(yōu)質(zhì)的能量載體，可以很好地緩沖各能流之間的轉(zhuǎn)換，為綜合能源系統(tǒng)多能流能量管理提供更豐富的解決方案，避免耦合帶來的不利影響［24］。在傳統(tǒng)能源體系中，電力、熱能、氣能等屬于不同的行業(yè)，存在行業(yè)壁壘，使得綜合能源系統(tǒng)中存在多個管理主體。這造成了信息隱私、操作權(quán)限、目標差異等方面的問題，進一步增加了能量管理的難度。為實現(xiàn)綜合能源系統(tǒng)的全局安全和高效運轉(zhuǎn)目標，需要引入必要的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)，實現(xiàn)多能源互相協(xié)作、協(xié)同控制的目標，如文獻［25］分析了混合儲能、氫能汽車、電動汽車在綜合能源系統(tǒng)中的作用，探究了能源轉(zhuǎn)換技術(shù)對系統(tǒng)成本與碳排放的影響，并拓展總結(jié)了能源轉(zhuǎn)換技術(shù)對建筑和交通領(lǐng)域減碳的積極作用。同時，各能源具有不同的動態(tài)過程，對應(yīng)著不同的時間尺度，其中電力系統(tǒng)慣性最小，調(diào)節(jié)速度最快，天然氣次之，熱力系統(tǒng)最慢。因此，由多種能源組成的綜合能源系統(tǒng)也會表現(xiàn)為多時間尺度的特點，進而增加不同能源間相互作用的復(fù)雜性。氫能具有長時間存儲、方便運輸、高能量密度等特點，可以作為連接各時間尺度下能源的橋梁，提高多能源協(xié)同管理的效益［26-28］。

2 電、碳、氫交易市場運行機制

電力交易市場、碳交易市場、氫能交易市場分別是以電能、溫室氣體排放權(quán)、氫能為商品進行交易的市場［29］，這種基于供求關(guān)系與價格信號產(chǎn)生的自由競爭的市場機制可以引導(dǎo)用戶自發(fā)地改變需求，從而倒逼相關(guān)行業(yè)部門進行改革創(chuàng)新。電力交易市場通過競價方式協(xié)調(diào)電力供求關(guān)系，提高資源配置效率，促進清潔能源發(fā)展，降低用能成本。碳交易市場通過買賣碳排放權(quán)形式對碳排放企業(yè)進行獎懲，將環(huán)保問題轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟問題，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置［30-31］。而氫能交易市場則通過提供經(jīng)濟激勵與相關(guān)政策的支持，促進氫能技術(shù)的創(chuàng)新和商業(yè)化應(yīng)用，為碳中和目標的實現(xiàn)、能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型提供支持［32］?？梢婋?、碳、氫能源交易市場都是實現(xiàn)減排目標和社會低碳轉(zhuǎn)型的重要路徑，如果它們彼此之間深度融合，則將加快我國碳中和的步伐［33］。

2.1 電、碳、氫交易市場之間的耦合

目前電、碳、氫交易市場多以電-碳、電-氫的方式進行耦合，即電能是多能源耦合的橋梁，故在多能耦合市場中電力市場也起到連接各市場的作用。我國電力交易市場是指經(jīng)國家能源局批準設(shè)立的，為保障電力市場公平、公正、公開競爭和安全穩(wěn)定運行，促進電力資源配置優(yōu)化與消費端靈活需求響應(yīng)的電力交易。我國電力交易市場多采用集中撮合方式進行交易［34-35］。委托人可通過自主報價或申報量的形式提交電量委托，系統(tǒng)會根據(jù)購售雙方的報價信息進行撮合交易，匹配成功后生成交易清單并計算交易價格。在我國電力市場交易機制中，實施多元化的交易模式，包括現(xiàn)貨市場、長期協(xié)議市場、跨區(qū)調(diào)節(jié)市場等多個子市場。我國電力交易市場擁有完善的運行機制，包括委托撮合方式、多元化交易模式、電量交易風(fēng)險管理體系、專業(yè)化的管理團隊和監(jiān)管機制等。這些措施有利于電力交易市場公平競爭，優(yōu)化資源配置，推動能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。

2.1.1 電-碳交易市場

隨著全球環(huán)保意識的提高，碳排放量已成為影響企業(yè)經(jīng)濟利益的重要因素之一。2017年12月，國家發(fā)展和改革委員會印發(fā)了《全國碳排放權(quán)交易市場建設(shè)方案（發(fā)電行業(yè)）》，并將發(fā)電企業(yè)作為首批納入行業(yè)參與全國碳交易市場的對象。通過減少碳排放，電力企業(yè)可以獲得收益或避免罰款。隨著相關(guān)政策不斷出臺和市場需求的提高，電-碳耦合交易市場逐漸受到重視和推廣。

碳交易市場是指以溫室氣體排放配額或溫室氣體減排信用為標的物所進行交易的市場。在碳交易市場中，控排企業(yè)可以獲得一定的排放配額，若在履約周期內(nèi)排放量高于企業(yè)獲取的配額數(shù)，則必須從市場中購買其他企業(yè)未使用的配額來彌補超額排放量；若排放量低于企業(yè)獲取的配額數(shù)，則可以出售多余的配額給其他需要的企業(yè)，實現(xiàn)減排效益和經(jīng)濟效益的雙贏。此外，我國可再生能源、林業(yè)碳匯、甲烷利用項目的溫室氣體減排效果可以通過量化核證自愿登記參與碳交易市場，用來抵消一定比例的碳排放［36］。

電、碳2 種能源形式可以通過市場機制相互聯(lián)系，從而深刻地影響發(fā)電企業(yè)等市場參與者的行為決策。如在電力市場交易過程中融合碳屬性，構(gòu)建“能量+碳”的電力交易指標，將碳價與電價深度耦合，形成滿足用戶用能需求的同時減少碳屬性消費的電-碳交易市場，并通過一些中間變量如發(fā)電量、裝機容量和碳配額量來傳遞市場信息和狀態(tài)［37］。當前，電力碳交易的核心技術(shù)主要包括碳足跡核算、節(jié)能改造、碳捕集利用與封存技術(shù)、碳資產(chǎn)管理4 個方面［38］。文獻［39］為了定量評價系統(tǒng)降碳能力，建立了多能流與物料流的全生命周期清單進行碳足跡評價，指出了減碳的可行路徑。文獻［40］從用戶角度，根據(jù)潮流與碳流追蹤模型獲得用戶側(cè)電力來源的碳排放強度，為用戶側(cè)承擔(dān)碳排放責(zé)任提供了依據(jù)。在技術(shù)方面的節(jié)能改造可從碳排放源頭減少燃煤等傳統(tǒng)發(fā)電企業(yè)的碳排放［41］，與之相對的是碳捕集利用與封存技術(shù)，該技術(shù)可實現(xiàn)對已產(chǎn)生的碳排放的吸納與轉(zhuǎn)化，降低碳排放對環(huán)境的影響［42］。同時，隨著電-碳交易市場的不斷深入，碳資產(chǎn)逐漸得到電力企業(yè)重視，加強自身碳資產(chǎn)的管理，也可有效規(guī)避履約風(fēng)險尋求碳收益。

2.1.2 電-氫交易市場

風(fēng)能、太陽能等可再生能源在減緩氣候變化方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，這些可再生能源因政策支持與生產(chǎn)成本的降低，在發(fā)電中的份額不斷增加，將電力和氫能交易市場進行整合運用可以有效地解決可再生能源出力的間歇性問題，提高能源利用效率，實現(xiàn)電力和氫能的相互轉(zhuǎn)化、互補利用，實現(xiàn)能源的優(yōu)化配置，降低能源消耗和碳排放，也可為清潔能源的廣泛應(yīng)用提供市場條件。

氫能市場是以氫能源為主導(dǎo)的交易市場，通過氫能的獲取，氫能的定價、交易和結(jié)算等步驟完成氫能交易市場的運行。在氫能市場中供應(yīng)商將利用電解水、天然氣重整等方式獲得的氫能輸入市場中，以合約交易模式或自由交易模式進行交易［43］，最后通過配套的物流服務(wù)將氫能順利送達買方手中。在氫能市場中，氫能不僅可以作為能源進行銷售和利用，還可以作為商品進行交易和投資。

電和氫2 種能源形式可從市場角度相互耦合，當市場上的電力價格較低時，可以通過電解水制氫的方式生產(chǎn)氫氣，并在氫能交易市場上銷售；當電力價格較高時，可以使用儲備的氫氣通過燃料電池發(fā)電并回售到電力交易市場中，以獲得更高的收益。這種耦合機制可以有效地平衡能源系統(tǒng)中的供需關(guān)系，提高能源利用效率，降低能源成本，并促進可持續(xù)發(fā)展。在能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型背景下，各國對可再生能源的占比要求不斷提高，然而高比例可再生能源結(jié)構(gòu)會加大電網(wǎng)平衡的難度，增加系統(tǒng)對靈活性的需求，目前，包括歐盟在內(nèi)的許多政府都將氫作為電力系統(tǒng)靈活性的提供者發(fā)揮突出作用，通過電轉(zhuǎn)氣、氫儲能以及燃料電池相關(guān)技術(shù)實現(xiàn)對供需的調(diào)整［44-45］。文獻［46］利用電解水制氫的綠色優(yōu)勢以及氫能系統(tǒng)的靈活性建立虛擬氫廠應(yīng)對風(fēng)電功率較大時的隨機波動性。我國的可再生能源與用能存在逆向分配問題，氫能作為能量密度高、可長期存儲的優(yōu)質(zhì)能量載體，可通過長管拖車或摻氫管道運輸解決可再生能源難以完全就地消納問題。氫能還可作為終端能源直接用在車載燃料電池上為車輛供電，減輕電力供應(yīng)壓力，并減少交通碳排放［47］。

2.2 電-碳-氫耦合交易市場機制

在全球范圍內(nèi)對可持續(xù)發(fā)展需求增加，以及推動清潔能源技術(shù)應(yīng)用的背景下，電力市場、碳交易市場、氫能市場均得到了不同程度的發(fā)展，考慮到三市場在促進能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、低碳經(jīng)濟發(fā)展方面都有一定的作用，若三市場建立耦合關(guān)系，則可通過共享信息和數(shù)據(jù)將電價、碳價和氫價匯聚在耦合市場內(nèi)，更好地反映市場的供需狀況，協(xié)調(diào)三市場的運作，提高能源系統(tǒng)效率并減少成本，還可以幫助降低碳排放并推動氫能技術(shù)的發(fā)展，為實現(xiàn)全球碳中和目標做出貢獻。

基于此，已有部分研究學(xué)者在豐富的電-碳交易市場、電-氫交易市場研究成果基礎(chǔ)上，初步開展了3 個市場深度耦合關(guān)系的研究。目前較多研究采用實驗法驗證多能源耦合交易市場機制的優(yōu)越性。將相同的算例用不同的交易機制進行仿真，驗證該設(shè)定下多能源耦合交易市場機制的經(jīng)濟性或環(huán)保性。文獻［6］通過交易機制能源耦合的差異性算例進行驗證，得到電氫耦合系統(tǒng)在電-碳-氣-綠證聯(lián)合交易機制下不僅可以提高系統(tǒng)的經(jīng)濟效益，還可以提升系統(tǒng)供能的穩(wěn)定性，降低碳排量的結(jié)論。實驗法雖然可以宏觀驗證多能源耦合交易市場的優(yōu)越性，但對市場的內(nèi)在運行機制未加以說明。因果網(wǎng)絡(luò)分析法則是利用收集到的多個市場的供需數(shù)據(jù)，使用因果網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)對各個市場之間的交互作用進行探究，深度觀測價格信息在各市場之間的傳導(dǎo)過程［48-49］。如文獻［48］通過建立電、碳、綠證交易市場之間的因果環(huán)路圖，分析各反饋環(huán)中價格變動造成的市場變化，剖析了三市場之間的交互影響機理。該方法可以為聯(lián)合交易市場政策的制定提供參考，以減少不必要的價格波動和市場壟斷，提高供需平衡和經(jīng)濟效益，但該方法對供需數(shù)據(jù)的需求較高，數(shù)據(jù)質(zhì)量和收集的難度可能會影響分析的效果。系統(tǒng)動力學(xué)方法更注重市場的建模和模擬分析，通常需要建立一種動態(tài)的模型來模擬市場的變化和交互作用，以系統(tǒng)內(nèi)部各要素互為因果反饋的特點，從系統(tǒng)整體的視角分析各決策之間的因果關(guān)系和反饋機制，進而預(yù)測和模擬系統(tǒng)未來的動態(tài)行為。而電-碳-氫耦合交易市場協(xié)同發(fā)展是一個多變量、高階次、非線性的動態(tài)反饋復(fù)雜系統(tǒng)問題，故可采用系統(tǒng)動力學(xué)來分析多能源耦合交易市場的協(xié)同發(fā)展路徑［50-51］。文獻［50］在對電-碳-氫耦合交易市場因果關(guān)系進行分析的基礎(chǔ)上，在VensimPLE 軟件中運用DYNAMO 語言建立了三市場耦合的存量流量圖，在驗證了模型擬合度較好的前提下考察了國家核證自愿減排量（Chinese certification emission reduction，CCER）抵消比例、落后機組淘汰率、拍賣比例等場景對耦合交易系統(tǒng)的影響。

基于電、碳、氫能交易市場特點總結(jié)得到多市場耦合交易機制，如圖2 所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)存在多個反饋回路：碳價升高—火力發(fā)電利潤減少—火力發(fā)電裝機投建收緊—碳交易市場中火力發(fā)電碳配額購入需求減少—碳價回落；CCER 價格升高—可再生能源發(fā)電利潤增加—可再生能源發(fā)電設(shè)備裝機投建增加—碳交易市場中CCER供應(yīng)量增加—CCER價格回落；氫價上漲、化石燃料等制氫利潤增加—化石燃料制氫裝備投建增加—氫能交易市場中氫能供給增加—氫價回落；電價上升—火力發(fā)電與可再生能源發(fā)電利潤增加—發(fā)電設(shè)備投建增加—電力交易市場中電能供給增加—電價回落。通過以上反饋回路可以看出，系統(tǒng)耦合交易機制可以通過CCER 和電轉(zhuǎn)氣將電、碳、氫交易市場聯(lián)系起來。

圖2 電-碳-氫交易市場耦合機制Fig.2 Coupling mechanism of electricity-carbonhydrogen trading market

圖2 展示了不同能源市場間的反饋關(guān)系，并不代表各能源市場間隨時可進行這類反饋，不同能源交易市場間的協(xié)調(diào)具有時間尺度差異與能否進行實物交割的物理市場和金融市場差異，可利用不同異質(zhì)能源本身時間尺度上的差異和不同互動機制的時間差異設(shè)計合理的耦合市場交易機制［52］。電力交易市場的慣性相對最小，調(diào)節(jié)速度快，時間交易尺度通常較短，在較短期的實時市場中，電力交易的結(jié)算是通過金融手段進行的，而不要求實際的電力傳輸，其交易重點是電力價格和調(diào)度，而非實際的電力交割，但是電力交易市場在進行日前或長期交易時則采用實物交割的方式。目前碳交易市場多以年度為交易周期，各控排企業(yè)自主設(shè)定交易周期內(nèi)的碳排放權(quán)的買賣，在碳交易市場中，交易的完成主要是通過賬務(wù)的調(diào)整和結(jié)算資金的轉(zhuǎn)移來實現(xiàn)，而不需要實際的物理交割。氫能交易市場的交易時間尺度范圍更大。短期交易可能以小時或天為單位，中期交易可能涵蓋幾個月或一年的交易合同，而長期交易可能涉及數(shù)年的交易合同，氫能交易多以實物交割為主［53-54］，氫能加入耦合交易市場后，加大了市場的可調(diào)控時間尺度，有利于能量在更大時間范圍內(nèi)的流動，增加了耦合交易市場結(jié)算周期的多樣性。三市場的耦合可以以電力市場短期快速響應(yīng)、氫能市場中長期調(diào)節(jié)能量、碳交易市場年度內(nèi)限制碳排的方式，利用各市場的時間尺度差異為參與市場的主體提供全時間范圍的優(yōu)化。

3 面向含氫綜合能源系統(tǒng)的電-碳-氫耦合交易市場

近年來綜合能源系統(tǒng)以其對多種能源的高效整合、綠色低碳的特性得到持續(xù)的發(fā)展，在大力發(fā)展多能耦合交易市場的背景下，含氫綜合能源系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計和優(yōu)化運行出現(xiàn)了諸多以市場為手段的新型解決方式，同時含氫綜合能源系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展給電-碳-氫多能耦合市場的發(fā)展也注入了新的活力，因此研究面向含氫綜合能源系統(tǒng)的電-碳-氫多能耦合交易市場，對相關(guān)研究方法進行總結(jié)分析有重要的研究意義，可以幫助學(xué)者更好地理解含氫綜合能源系統(tǒng)在電-碳-氫耦合交易市場中的作用和影響，有助于優(yōu)化含氫綜合能源系統(tǒng)的運行和管理，提高其經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，同時也有助于推動電-碳-氫耦合交易市場的發(fā)展和創(chuàng)新。

3.1 含氫綜合能源系統(tǒng)介入耦合交易市場的影響

自含氫綜合能源系統(tǒng)開始發(fā)展以來，電、碳、氫交易市場主體逐漸從單個個體演變?yōu)楦髂茉茨K，綜合能源系統(tǒng)內(nèi)部實現(xiàn)各類資源的整合，產(chǎn)生更高效的協(xié)作，再向外部進行市場交易，這種模式可減少市場的交易頻次，提高能源交易效率，降低企業(yè)的交易成本，使市場更加穩(wěn)定，以能源模塊進行交易還可以匯集更多的資源，使其更容易進行大規(guī)模的交易。同時以含氫綜合能源系統(tǒng)為能源交易主體對于個體的隱私也是一種保護。即含氫綜合能源系統(tǒng)的介入賦予了各單一市場更豐富的內(nèi)涵與職能，發(fā)展成為電-碳-氫多能源交易市場，這一改變主要體現(xiàn)在市場交易的標的物、交易主體、價格形成3個方面［55］。

3.1.1 豐富耦合交易市場標的物

含氫綜合能源系統(tǒng)介入電-碳-氫耦合交易市場，相較于現(xiàn)有市場豐富了耦合交易市場的標的物，為市場帶來更多的交易機會。含氫綜合能源系統(tǒng)通過可再生能源制氫、碳捕集利用與存儲等技術(shù)，多途徑地生產(chǎn)利用氫氣，促進了電、碳、氫的交易以及行業(yè)發(fā)展，為實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展提供了更豐富的解決路徑。

含氫綜合能源系統(tǒng)介入電-碳-氫耦合交易市場對三市場的交易標的物產(chǎn)生了影響。①電力標的物：提供了新的電力交易標的物，即利用可再生能源生產(chǎn)氫氣的電力［56-58］。可再生能源供給量具有不穩(wěn)定、不連續(xù)性，導(dǎo)致它們往往不能直接成為商業(yè)性發(fā)電，因此大量的可再生能源仍存在閑置、浪費的情況。而在含氫綜合能源系統(tǒng)中可以利用過剩的可再生能源生產(chǎn)氫氣，并將氫氣輸送到相應(yīng)的耦合市場，為市場提供穩(wěn)定可靠的電力。②碳排放交易標的物：含氫綜合能源系統(tǒng)還可以通過碳捕集利用與封存技術(shù)、溶液氧化吸收技術(shù)等回收利用二氧化碳，從而產(chǎn)生可以交易的碳排放減排量［59-60］。二氧化碳是溫室氣體之一，它的大量排放對全球氣候變化造成極大影響。而含氫綜合能源系統(tǒng)可以通過回收利用二氧化碳，將其轉(zhuǎn)化為可再利用的碳資源。③氫氣標的物：含氫綜合能源系統(tǒng)可以從多途徑生產(chǎn)氫氣，并將其供應(yīng)到電、碳等耦合市場相關(guān)的行業(yè)和領(lǐng)域，對市場的氫能利用和發(fā)展起到重要作用。同時在含氫綜合能源系統(tǒng)中，可以利用多種手段，如電解水、天然氣重整等方式，大規(guī)模生產(chǎn)氫氣，降低氫氣的生產(chǎn)成本，加快氫能在能源市場的應(yīng)用和推廣。

3.1.2 構(gòu)成基于能源模塊的交易框架

隨著綜合能源系統(tǒng)不斷發(fā)展，微網(wǎng)和配網(wǎng)也變得更加靈活和豐富。微網(wǎng)已經(jīng)從最初的微電網(wǎng)擴展到更為全面的微能網(wǎng)，包含對多種能源類型、多種轉(zhuǎn)換方式及協(xié)調(diào)控制技術(shù)的支持。區(qū)別于現(xiàn)有的市場交易主體，為應(yīng)對多種能源類型和復(fù)雜的利益主體結(jié)構(gòu)，面向含氫綜合能源系統(tǒng)的多能源交易市場主要采用模塊化設(shè)計的方式，將分布式發(fā)電、燃氣輪機、熱電聯(lián)產(chǎn)裝置、碳配額、氫儲能系統(tǒng)、可控負荷、電動汽車、冷熱負荷、電轉(zhuǎn)氣設(shè)備等多種電／碳／氫資源視為能源基礎(chǔ)模塊。通過一定的交易機制，不同的能源模塊可以在對應(yīng)的交易模式下進行獨立或組合交易。這種交易方式通過靈活的能源交易來管理和協(xié)調(diào)能源需求和供給，從而提高能源利用率，降低成本，并促進現(xiàn)代能源市場發(fā)展［61］。能源基礎(chǔ)模塊的組合交易策略可以針對特定的能源設(shè)備的聚合［62-63］（如電動汽車、風(fēng)機、光伏板），可面對不同的用戶群［64-65］（如居民社區(qū)、工業(yè)園區(qū)、智能樓宇），也可為解決某個特定的能源問題［9，66］（如棄風(fēng)、棄光、棄水），在保障系統(tǒng)安全運行的基礎(chǔ)上，能源模塊主體從自身利益出發(fā)進行博弈交互，最終決策結(jié)果體現(xiàn)為單個綜合能源系統(tǒng)內(nèi)、多區(qū)域綜合能源系統(tǒng)間的技術(shù)與經(jīng)濟性能提升，提高可再生能源的消納水平，促進能源的靈活交易。

3.1.3 影響耦合市場價格形成機制

多能源耦合交易市場有助于實現(xiàn)多種能源交易市場價值的統(tǒng)一衡量，含氫綜合能源系統(tǒng)的介入會影響現(xiàn)有市場電力、碳排放權(quán)和清潔能源的價格形成機制，耦合交易市場的價格形成主要受市場調(diào)控和政策影響。政策通過對包括太陽能、風(fēng)能、氫能在內(nèi)清潔能源進行補貼或懲罰而影響能源價格的形成。而市場調(diào)控則通過競價交易、掛牌交易與合同交易3 種交易過程確定能源價格。競價交易是指供需雙方在市場上以競價的方式確定標的物的價格，掛牌交易是指賣方在市場上設(shè)置銷售價格，買方可以選擇購買，合同交易則是指買賣雙方根據(jù)約定達成一定協(xié)議，由合同規(guī)定價格［67］。含氫綜合能源系統(tǒng)介入電-碳-氫耦合交易市場會對3 種價格形成機制均產(chǎn)生影響。市場價格形成機制如表1所示。

表1 市場價格形成機制Table 1 Market price formation mechanism

競價交易定價機制。①耦合市場的信息復(fù)雜度增加，加大交易報價方了解市場品類定價、數(shù)量等信息的難度。②出現(xiàn)新的市場主體從而產(chǎn)生新的購買與銷售意愿，撮合匹配的準確性和有效性受到影響。③市場價格的不穩(wěn)定性增加，新的購買與銷售意愿的出現(xiàn)會影響競價定價的公正性和有效性。④監(jiān)管難度增加，監(jiān)管部門需要考慮市場競爭程度、產(chǎn)品實際質(zhì)量等多重因素，監(jiān)管難度隨著市場復(fù)雜度而增加。

掛牌交易定價機制。①影響掛牌交易價格形成機制的信息透明度。②含氫綜合能源系統(tǒng)與傳統(tǒng)參與者產(chǎn)生競爭，將增加市場多樣性和選擇空間，提高市場穩(wěn)定性，擴大買家選擇。③掛牌交易價格通常是確定的價位，而含氫綜合能源系統(tǒng)介入會引起市場競爭，導(dǎo)致價格波動，這使得掛牌交易中的價格變得不穩(wěn)定，導(dǎo)致掛牌交易買賣方需要重新評估產(chǎn)品的價格。

合同交易定價機制。①市場信息變得更加復(fù)雜，需要更高效的數(shù)據(jù)分析和技術(shù)支持。②由于含氫綜合能源系統(tǒng)會與其他先進技術(shù)系統(tǒng)進行交互配合，會影響技術(shù)和商業(yè)條件的談判和調(diào)整，這將需要更長的時間和更多的資源，進而影響合同價格形成。③合同簽署：交易主體和相關(guān)技術(shù)的改變需要對合同相關(guān)的條款進行更改，故合同簽署需要更長時間。

3.2 研究要點

市場均衡是指商品或服務(wù)供需量相等，價格穩(wěn)定的一種狀態(tài)。合理設(shè)置交易價格與出清方式是實現(xiàn)市場均衡的有效手段，也是目前探究面向含氫綜合能源系統(tǒng)的電-碳-氫耦合交易市場機制的兩大研究要點。

3.2.1 能源產(chǎn)消者定價策略

含氫綜合能源系統(tǒng)參與耦合交易市場時，在市場中既屬于能源生產(chǎn)者，又屬于能源消費者，故含氫綜合能源系統(tǒng)多以能源模塊形式作為能源產(chǎn)消者存在于電-碳-氫耦合交易市場中，由于多個能源產(chǎn)消者的用能行為有良好的互補特性與交互關(guān)系，故可將價格信號作為驅(qū)動對集群化產(chǎn)消者進行資源管理，從而在多時間尺度多能源層級上發(fā)揮含氫綜合能源系統(tǒng)聚合資源的靈活性價值，稱這種能源交易機制為交互式能源機制。

在含氫綜合能源系統(tǒng)介入耦合市場的背景下，已有較多的有關(guān)交互式能源機制的研究。文獻［68］以園區(qū)售電商為電力交易平臺中心，負責(zé)統(tǒng)籌園區(qū)內(nèi)的智能樓宇的相關(guān)信息并進行電能的分配與電價的制定。文獻［69］將運營商作為引導(dǎo)者，綜合化考慮售電收益與滿意度并獨立裁定出售電量與電價，買方作為跟隨者獲得獨立報價與電能分配。而在同一配電區(qū)域的多個產(chǎn)消者常常會建立聯(lián)盟，在聯(lián)盟內(nèi)通過能源共享減少與市場運營商的交易量，提高經(jīng)濟效益。文獻［70］以產(chǎn)消者最大化能源自耗為目標，設(shè)計一種微網(wǎng)自適應(yīng)定價模型，實現(xiàn)利益的靈活分配與靈活定價。文獻［71］同時考慮電力網(wǎng)絡(luò)與碳網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)先進行各能源樞紐間的本地交易，最后使用Shapley 值法結(jié)合與交易量成正比的議價能力進行利益分配與交易定價。

由上述分析可知，目前的交互式能源機制主要有集中式與集中-分散式2 種。在集中式交易模式下，交易策略較單一，產(chǎn)消者只能直接與市場運營商進行交易，市場運營商作為主導(dǎo)者有絕對的市場定價權(quán)。而在集中-分散式交易模式下，產(chǎn)消者可以通過價格信號，靈活選擇與市場運營商還是其他產(chǎn)消者進行交易，增加了市場競爭，有利于能源的本地消納且可減少用戶的成本。文獻［72］分別采用集中式與集中-分散式2 種交互能源機制進行算例分析，將納什議價問題分解為社會福利最大化與能源交易2 個子問題，結(jié)果表明采用集中-分散式定價策略可顯著提高社會經(jīng)濟效益。同時含氫綜合能源系統(tǒng)產(chǎn)消者內(nèi)部含有能量管理系統(tǒng)（energy management system，EMS），可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集與分析、優(yōu)化決策等操作，還可以根據(jù)對自身可再生能源的出力與負荷的預(yù)測調(diào)整相應(yīng)的能量管理策略，在集中-分散式交易定價策略模式下具有天然的優(yōu)勢。多產(chǎn)消者集中-分散交易機制如圖3所示。

圖3 多產(chǎn)消者集中-分散交易機制Fig.3 Centralized-decentralized trading mechanism of multiple prosumers

3.2.2 耦合市場出清機制

市場出清是指通過調(diào)節(jié)商品或服務(wù)的價格、數(shù)量等方式達到市場需求和供給平衡的一種狀態(tài)，設(shè)計合理的市場出清方式可以使市場快速達到均衡狀態(tài)，從而保證市場的穩(wěn)定運行和資源的合理配置。近年來，關(guān)于市場出清方式的研究已經(jīng)非常廣泛。在集中競價交易方式下，可以將出清方式劃分為邊際統(tǒng)一出清和高低匹配出清2 種。邊際統(tǒng)一出清是指根據(jù)買賣雙方的平均申報價格，將最后成交的匹配對作為本次所有成交匹配對的統(tǒng)一出清價格進行出清。這種方式以平均價格為基準，確保所有成交都按照相同的價格進行。而高低匹配出清則是根據(jù)每一個成交匹配對各自買賣雙方的平均申報價格來確定成交價格。因此，每個成交匹配對的成交價格可能會有所不同，根據(jù)買賣雙方的申報價格來靈活確定成交價格。而廣義上，國內(nèi)對集中競價的出清方式可分為統(tǒng)一出清（按照唯一價格交易）和分散出清（不同主體間價格不唯一）2 種，高低匹配出清可以看作是一種以高低匹配為原則的分散式出清方式。以上述2 種分類方式為基礎(chǔ)，研究學(xué)者們提出了多種細化類型的出清方式來滿足不同場景下的市場需求從而達到均衡狀態(tài)。文獻［73］對比分析了在省間中長期市場交易中傳統(tǒng)的高低匹配出清方式與以社會福利最大為目標的多通道集中優(yōu)化出清方式，結(jié)果表明其提出的集中優(yōu)化出清方式更能充分挖掘通道的輸送能力，有助于新能源的消納。目前，國內(nèi)外關(guān)于日前電能市場的研究較多，優(yōu)化出清多以社會福利最大為目標，考慮機組自身約束與電力平衡約束，實時市場的優(yōu)化目標和運行約束與日前市場基本一致，常采用易于求解的線性規(guī)劃模型，并用成熟的商業(yè)化軟件求解。不同的是日內(nèi)實時市場的優(yōu)化出清由于調(diào)度間隔較短，對信息采集與數(shù)據(jù)運算的要求較高，集中式通信一旦發(fā)生故障，整個系統(tǒng)將無法有效運行，故分散式的計算方法常用于求解實時市場的出清問題［74］。

對于多能耦合交易市場，目前的相關(guān)研究思路主要有2 種：一種是將多種能源的生產(chǎn)、銷售權(quán)及其他服務(wù)集成到一個主體，即從綜合能源運營商的角度對不同類型的能源進行統(tǒng)一的銷售與分配［75］；另一種是各能源運營商相互獨立，通過考慮不同類型能源之間的耦合關(guān)系而進行的不同市場之間的聯(lián)合出清［76］。由于目前綜合能源系統(tǒng)運營商數(shù)量較少，第一種思路的開展比較困難，故當前耦合市場的機制與出清方式相關(guān)的研究多以第二種思路進行。市場出清方式如表2所示。

表2 市場出清方式Table 2 Market clearing method

4 研究展望

面向含氫綜合能源系統(tǒng)的電-碳-氫耦合交易市場雖然在市場模型建立、運行機制、市場交易對象、價格形成等方面已有研究，但仍存在諸多問題。一方面，含氫綜合能源系統(tǒng)的各類技術(shù)瓶頸和安全性問題制約著其大規(guī)模應(yīng)用，不利于電-碳-氫耦合市場的發(fā)展；另一方面，我國電、碳、氫交易市場都只處于起步階段，有關(guān)電-碳-氫耦合交易市場的研究更是剛剛開始，耦合市場缺乏系統(tǒng)性和可操作性，這會影響含氫綜合能源系統(tǒng)的市場化運作。隨著能源轉(zhuǎn)型和經(jīng)濟發(fā)展低碳化趨勢逐漸加強，如何進一步解決以上問題，提高電-碳-氫交易市場的效益和可持續(xù)性，成為了未來研究的核心議題。

4.1 含氫綜合能源系統(tǒng)發(fā)展的挑戰(zhàn)及展望

通過上文的分析可以看出含氫綜合能源系統(tǒng)參與電-碳-氫耦合交易市場可以增加耦合交易市場的活力，促進電-碳-氫耦合交易市場發(fā)展，但含氫綜合能源系統(tǒng)還存在諸多技術(shù)問題限制著其進一步發(fā)展。

4.1.1 多能協(xié)同規(guī)劃技術(shù)

多能協(xié)同規(guī)劃技術(shù)是綜合利用不同能源的規(guī)劃和設(shè)計技術(shù)。含氫綜合能源系統(tǒng)面臨的一個重要問題是如何在電-碳-氫交易市場機制下，協(xié)同不同能源，在確保系統(tǒng)中各能源的使用效率和穩(wěn)定性的同時，提高其在市場中的競爭力。多能協(xié)同規(guī)劃技術(shù)的不成熟是目前綜合能源運營商稀少，電-碳-氫耦合交易方式多以運營商相互獨立、能源之間耦合的方式進行的原因。故在未來研究中應(yīng)大力發(fā)展和利用多能協(xié)同規(guī)劃技術(shù)，建立統(tǒng)一的信息交互平臺、數(shù)據(jù)標準和技術(shù)接口，實現(xiàn)能源之間的有效交流與協(xié)調(diào)，提高含氫綜合能源系統(tǒng)運行效率和市場效益［82-83］。例如，通過確定不同能源之間的相互作用關(guān)系，制定合理的能源流動路徑、控制策略等。

4.1.2 能源轉(zhuǎn)換技術(shù)

能源轉(zhuǎn)換技術(shù)是指綜合能源系統(tǒng)中不同能源之間相互轉(zhuǎn)化的技術(shù)，如熱電轉(zhuǎn)換、電氫轉(zhuǎn)換等。含氫綜合能源系統(tǒng)中氫作為各能源之間轉(zhuǎn)化的重要媒介，與其相關(guān)的各類轉(zhuǎn)換技術(shù)的效率和經(jīng)濟性直接影響到系統(tǒng)整體的發(fā)展，但目前的電制氫、氫燃料電池等技術(shù)還不夠成熟，商業(yè)化程度較低，成本高，有眾多技術(shù)問題有待解決。例如：電解池在長時間運行過程中可能出現(xiàn)的腐蝕、材料疲勞和降解等導(dǎo)致性能下降的問題，未來需要研究更適合陰極、陽極的材料，提高催化活性、穩(wěn)定性與抗腐蝕能力；對于燃料電池，應(yīng)開展催化劑的設(shè)計與優(yōu)化、氧氣與水管理技術(shù)、耐久性、壽命等方面的研究與創(chuàng)新，加強系統(tǒng)集成和規(guī)模化生產(chǎn)的研究。

4.1.3 儲能技術(shù)

儲能技術(shù)是指綜合能源系統(tǒng)中用于儲存和釋放能量的技術(shù)，例如電池儲能、高壓水氣儲能等。對于含氫綜合能源系統(tǒng)，氫能以其獨特而具優(yōu)勢的長時間穩(wěn)定存儲特性幫助系統(tǒng)實現(xiàn)更大時間尺度下的削峰填谷以及電價差額套利，同時良好的儲能技術(shù)還可以幫助氫能實現(xiàn)長距離的運輸，實現(xiàn)各能源系統(tǒng)之間的互聯(lián)互濟。然而目前氫能存儲存在投資成本高、轉(zhuǎn)化效率低等問題，未來需要繼續(xù)開發(fā)高效高密度儲氫材料，研究快速儲氫與釋放技術(shù)、氫氣泄漏防護技術(shù)，提高儲氫容量和效率［84］。

4.1.4 政策和市場機制

含氫綜合能源系統(tǒng)的發(fā)展需要有利的政策環(huán)境和市場機制來推動。可通過制定相關(guān)政策，如出臺鼓勵多能互補清潔能源利用的政策、減免相關(guān)稅收等方式解決氫能生產(chǎn)成本較高問題；可通過制定氫能發(fā)展長期目標和關(guān)鍵指標，為含氫綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃布局，明確資源分配、技術(shù)標準和建設(shè)目標，驅(qū)動各方力量參與，利用資金支持和科技創(chuàng)新推動氫能技術(shù)的突破與市場應(yīng)用［85-86］。在市場機制方面，需要建立健全市場競爭機制和電、碳、氫等多種能源的定價機制，建立公平競爭的市場環(huán)境，鼓勵不同能源供應(yīng)商和服務(wù)提供商參與含氫綜合能源系統(tǒng)的建設(shè)和運營，推動技術(shù)創(chuàng)新，降低成本。

4.2 電-碳-氫耦合市場發(fā)展的挑戰(zhàn)及展望

目前我國綜合能源運營商發(fā)展不足，各能源市場標準不統(tǒng)一，不利于發(fā)展多種能源與服務(wù)集成于一體的交易平臺。即當前的多能源耦合交易市場將長期處于不同能源市場各自分立、能源之間相互耦合的多市場聯(lián)合出清模式。故電、碳、氫交易市場發(fā)展的關(guān)鍵問題也是制約電-碳-氫耦合交易市場發(fā)展的重要因素。

4.2.1 電力市場

我國電力市場改革自2002 年開始，目前已經(jīng)取得一定進展，形成包括2個區(qū)域電力交易中心、32個省級電力交易中心的交易體系。然而，該市場仍存在電力市場體系不完善、交易規(guī)則不統(tǒng)一、跨區(qū)域交易存在障礙以及可再生能源消納不足的問題。目前電力市場缺乏國家層面的統(tǒng)一電力交易中心，且各省區(qū)間的交易規(guī)則不一致，跨省區(qū)交易受到發(fā)電組織不平衡、輸電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)不均衡、跨省輸電費用等因素的限制［87］。同時，我國東西部電力資源分布不均衡，存在發(fā)電與用能需求時空錯位、新能源發(fā)電規(guī)模與用電需求增長不一致等問題，限制了電力市場的發(fā)展。未來需加強對發(fā)電設(shè)施、輸電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，加大對可再生能源的支持和投資，建設(shè)更多可再生能源配套設(shè)施，并加強電力系統(tǒng)的靈活性和儲能技術(shù)的應(yīng)用，提高對可再生能源的消納能力，加快電力市場的低碳轉(zhuǎn)型［88］。

4.2.2 碳交易市場

我國于2021 年進入全國碳交易市場階段。盡管目前的全國碳交易市場已經(jīng)初步建立了市場準入規(guī)則和相關(guān)法律法規(guī)，碳交易成交量和成交額也在上升，但仍存在市場主體單一、配額分配標準不統(tǒng)一、碳金融支持不足等問題。為解決上述問題，應(yīng)擴大市場準入行業(yè)范圍，吸引更多的碳排放主體參與，進一步統(tǒng)一配額分配方式和標準體系，優(yōu)化配額抵消機制，抑制碳價過低現(xiàn)象［89-90］，鼓勵金融機構(gòu)積極參與碳交易市場，彌補碳交易市場中碳遠期、碳期貨等產(chǎn)品的缺失。

4.2.3 氫能交易市場

氫能交易市場發(fā)展較晚。在2023 年4 月，我國建立了首個氫能交易平臺。在政策支持、投資增加和技術(shù)進步的推動下，我國的氫能市場展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿?。然而，該市場還面臨著氫能產(chǎn)銷局限于本地化和內(nèi)部化［32］、氫能市場化和商品化程度低等問題。為解決上述問題，在未來的研究中，應(yīng)大力發(fā)展氫能的長距離運輸技術(shù)，加快氫能壓縮、減壓相關(guān)技術(shù)的突破，提高長距離運氫的市場競爭力。同時應(yīng)建立統(tǒng)一的氫能定價機制，提高氫能交易市場的透明度和規(guī)范性，鼓勵跨區(qū)域氫能市場的發(fā)展，打破氫能市場內(nèi)部化困局。

4.2.4 電-碳-氫耦合交易市場

首先，由于我國目前的電-碳-氫耦合交易市場還未形成統(tǒng)一的交易平臺，大多通過能源之間的耦合關(guān)系建立耦合交易市場，故各市場之間具有相對獨立性，即各市場的發(fā)展與挑戰(zhàn)也是耦合交易市場的發(fā)展與挑戰(zhàn)。此外，電-碳-氫耦合交易市場的發(fā)展還受到多能源耦合技術(shù)的限制。如電-氫耦合技術(shù)，電解制氫雖技術(shù)可行，但受限于成本，目前生產(chǎn)的氫氣多為灰氫、藍氫，綠氫在我國氫氣總產(chǎn)量中占比不到1 %，未來應(yīng)積極開展電解制氫技術(shù)下游應(yīng)用的研究，如在合成氨、合成甲醛領(lǐng)域，提高氫能需求量，進而通過市場調(diào)節(jié)，降低綠氫生產(chǎn)成本，擴大綠氫占比。電-碳耦合多依托于清潔能源技術(shù)的發(fā)展，但如風(fēng)能、太陽能等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)配置的儲能系統(tǒng)，碳捕集與存儲技術(shù)等成本還相對較高，故需要通過對應(yīng)的技術(shù)進步、規(guī)模效應(yīng)、政策支持等手段降低成本，提高多能源耦合技術(shù)的經(jīng)濟可行性。

電-碳-氫耦合交易市場發(fā)展的最終目標是建立一個集電能、碳配額、氫能3 種能源生產(chǎn)權(quán)、銷售權(quán)及其他服務(wù)為一體的綜合能源交易市場。在未來的發(fā)展中，應(yīng)積極探索各市場間的銜接機制，如建立數(shù)據(jù)共享與信息傳遞平臺、制定跨市場交易規(guī)則、互通各市場交易賬戶、統(tǒng)一認證機制等。同時，應(yīng)研究電、碳、氫能的整合方法，設(shè)計可表征3 種能源特性的綜合能源市場標的物。此外，政府也應(yīng)當針對各市場的發(fā)展缺陷制定更具體的發(fā)展方針政策來規(guī)范市場行為，鼓勵更多更豐富的對象參與市場，加強市場之間的耦合關(guān)系，提高耦合市場引導(dǎo)各類資源發(fā)展的作用，使綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化運行逐漸從政策驅(qū)動階段向市場驅(qū)動階段發(fā)展。

5 結(jié)論

在實現(xiàn)碳中和目標的背景下，發(fā)展和完善電-碳-氫耦合交易市場機制有利于實現(xiàn)能源行業(yè)以市場為導(dǎo)向進行發(fā)展的良好態(tài)勢。本文考慮含氫綜合能源系統(tǒng)對多種能源的綜合調(diào)控能力，首先探究了含氫綜合能源系統(tǒng)參與電-碳-氫耦合交易市場帶來的一系列變化，結(jié)果表明含氫綜合能源系統(tǒng)參與市場后不僅增加了耦合交易市場交易對象的豐富性，帶來了新的交易標的物，還影響著耦合交易市場的價格形成機制。然后對影響市場均衡的能源產(chǎn)消者定價策略和市場出清機制進行分析總結(jié)，得到含氫綜合能源系統(tǒng)能源產(chǎn)消者參與市場多采用集中-分散式混合定價策略，且目前多能源耦合交易市場多采用各能源市場獨立運行、能源之間相互耦合的出清機制的結(jié)論。最后對耦合市場不統(tǒng)一不系統(tǒng)、可操作性低、氫能產(chǎn)運儲用等相關(guān)技術(shù)不成熟不經(jīng)濟等關(guān)鍵問題進行了總結(jié)與展望。