本文摘要：摘要：由于化石能源的大規(guī)模消耗和隨之而來(lái)的碳排放，能源與環(huán)境問(wèn)題在世界范圍內(nèi)日益突出。引入碳交易和發(fā)展綜合能源系統(tǒng)成為實(shí)現(xiàn)能源行業(yè)低碳化和可持續(xù)發(fā)展的重要手段，兩者如何結(jié)合促進(jìn)應(yīng)予以重點(diǎn)關(guān)注。該文聚焦碳交易在綜合能源系統(tǒng)中的應(yīng)用問(wèn)題，首先
摘要：由于化石能源的大規(guī)模消耗和隨之而來(lái)的碳排放，能源與環(huán)境問(wèn)題在世界范圍內(nèi)日益突出。引入碳交易和發(fā)展綜合能源系統(tǒng)成為實(shí)現(xiàn)能源行業(yè)低碳化和可持續(xù)發(fā)展的重要手段，兩者如何結(jié)合促進(jìn)應(yīng)予以重點(diǎn)關(guān)注。該文聚焦碳交易在綜合能源系統(tǒng)中的應(yīng)用問(wèn)題，首先總結(jié)了碳交易關(guān)鍵要素和碳市場(chǎng)發(fā)展?fàn)顩r，而后分析了碳交易對(duì)綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃與運(yùn)行的影響過(guò)程，全面梳理了考慮碳交易的綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃與運(yùn)行模型的組成要素和研究現(xiàn)狀，最后從影響機(jī)理、交易機(jī)制和應(yīng)用模式三個(gè)方面對(duì)碳交易與區(qū)域綜合能源系統(tǒng)的協(xié)同發(fā)展進(jìn)行了探討和總結(jié)。
關(guān)鍵詞：碳中和;碳配額;多能耦合;能源市場(chǎng)
引言
在全球氣候變暖和化石資源銳減的背景下，低碳化成為實(shí)現(xiàn)全球可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵[12]。為此，各國(guó)政府立足本國(guó)國(guó)情，紛紛出臺(tái)了一系列應(yīng)對(duì)措施，積極推動(dòng)非化石能源替代化石能源、低碳能源替代高碳能源，并做出了相應(yīng)的碳排放控制承諾[3]，如：西班牙提出了―2050年電力系統(tǒng)脫碳‖目標(biāo)[4];2020年，中國(guó)做出了―2030碳達(dá)峰，2060碳中和‖低碳承諾。能源行業(yè)作為碳排放的重要主體[5]，是上述減排目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)，推動(dòng)低碳能源發(fā)展尤為重要，因此，低碳發(fā)展思路和技術(shù)一直備受關(guān)注[6]。
能源論文范例：河南省能源、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境(3E)系統(tǒng)綠色發(fā)展評(píng)價(jià)與分析
總的來(lái)說(shuō)，能源行業(yè)低碳化途徑有兩類，一是應(yīng)用經(jīng)濟(jì)、高效的能源轉(zhuǎn)換和多能互補(bǔ)技術(shù)，如儲(chǔ)能、冷熱電三聯(lián)供、P2G等，構(gòu)建集電力系統(tǒng)、熱力系統(tǒng)以及天然氣系統(tǒng)為一體的綜合能源系統(tǒng)[7]，實(shí)現(xiàn)不同能源系統(tǒng)之間的深度融合，提升能源整體利用效率，推動(dòng)可再生能源規(guī)模化消納，降低能源供給成本;二是引入碳交易機(jī)制[8]，按照―誰(shuí)污染，誰(shuí)治理‖的原則，在碳排放權(quán)總量不變前提下，以碳排放權(quán)為媒介，通過(guò)買賣形式對(duì)碳排放企業(yè)進(jìn)行獎(jiǎng)懲，促進(jìn)碳排放成本從減排成本低的企業(yè)流向減排成本高的企業(yè)，從而將環(huán)保問(wèn)題轉(zhuǎn)化成經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，在節(jié)約全社會(huì)減排成本的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置[9]。近年來(lái)，以能源去碳化為發(fā)展方向，我國(guó)在多能互補(bǔ)和優(yōu)化系統(tǒng)、―互聯(lián)網(wǎng)+‖智慧能源、可再生能源消納等方面開(kāi)展了大量的探索與試點(diǎn)工作，積極發(fā)布碳交易相關(guān)政策、開(kāi)展碳排放權(quán)交易等。
綜合能源系統(tǒng)和碳交易是相輔相成、相互促進(jìn)的關(guān)系，碳交易機(jī)制的實(shí)施與完善將進(jìn)一步提升綜合能源系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。以新能源消納為例，文獻(xiàn)[12]研究分布式光伏項(xiàng)目的碳排放足跡問(wèn)題，在發(fā)電成本函數(shù)中計(jì)及碳交易成本，具體分析光伏產(chǎn)消者加入碳交易對(duì)整體發(fā)電成本的影響，驗(yàn)證了引入碳交易可有效提高光伏發(fā)電收益。
在這一背景下，本文面向綜合能源和碳交易結(jié)合促進(jìn)問(wèn)題，對(duì)考慮碳交易的綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃與運(yùn)行模型與策略進(jìn)行了總結(jié)梳理和展望，具體如下：(1)重點(diǎn)梳理碳交易概念、模式及市場(chǎng)現(xiàn)狀;(2)著重討論綜合能源系統(tǒng)研究中的個(gè)重要分支：規(guī)劃和運(yùn)行，分析碳交易對(duì)綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行影響的研究現(xiàn)狀和關(guān)鍵模型;(3)從影響機(jī)理、交易機(jī)制和應(yīng)用模式三方面提出碳交易下一步發(fā)展思路和需解決問(wèn)題。
1碳交易關(guān)鍵要素
1.1碳交易定義及過(guò)程
碳排放是指人類在各種生產(chǎn)、生活活動(dòng)時(shí)造成的溫室氣體排放[13]。碳排放權(quán)交易(簡(jiǎn)稱碳交易)源于1997年《京都議定書(shū)》，是一種面向減排目標(biāo)的配額交易體制，以碳排放配額(簡(jiǎn)稱碳配額)為載體，明確被納入碳交易市場(chǎng)的企業(yè)主體，納入企業(yè)通過(guò)政府分配、自行拍賣等多種途徑獲取對(duì)應(yīng)的碳配額，并根據(jù)自身實(shí)際排放自由交易碳配額[9]，充分發(fā)揮市場(chǎng)機(jī)制作用，以最優(yōu)經(jīng)濟(jì)成本實(shí)現(xiàn)溫室氣體排控目標(biāo)。
(1)碳配額獲�。罕O(jiān)管部門根據(jù)區(qū)域內(nèi)環(huán)境現(xiàn)狀和溫室氣體總量控制目標(biāo)等約束確定區(qū)域碳排放總額，向核準(zhǔn)有減排義務(wù)的企業(yè)分配碳配額，或者企業(yè)通過(guò)自行拍賣等其他方式獲得碳配額;(2)各企業(yè)根據(jù)自身排放情況參與碳市場(chǎng)交易，如果其所分配到的碳配額大于實(shí)際碳排放總量，可以選擇保留或出售多余的碳配額以獲得更多的經(jīng)濟(jì)收益;反之亦然，需要從市場(chǎng)上購(gòu)買碳配額或通過(guò)自行減排以避免高額罰金，通過(guò)經(jīng)濟(jì)性獎(jiǎng)懲來(lái)激勵(lì)企業(yè)節(jié)能減排。
1.2碳交易成本
碳交易本質(zhì)上是一種經(jīng)濟(jì)行為，碳交易成本是核心。這里對(duì)影響碳交易成本關(guān)鍵因素進(jìn)行解釋。
1.2.1碳排放強(qiáng)度碳排放強(qiáng)度可定義為單位國(guó)民生產(chǎn)總值碳排放總量。目前存在兩類概念：一是平均碳排放強(qiáng)度，即一段統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)的碳排放強(qiáng)度均值，如2017年全球平均電力碳強(qiáng)度為0.45kg/kWh，一般情況下碳排放強(qiáng)度等同于平均碳排放強(qiáng)度。在電力行業(yè)，燃煤機(jī)組(主網(wǎng))碳排放強(qiáng)度最高[14]，燃?xì)鈾C(jī)組等清潔能源機(jī)組次之，僅有燃煤機(jī)組的1/2，風(fēng)光等可再生能源機(jī)組最小。
1.3碳交易市場(chǎng)
當(dāng)前，碳交易模式主要有兩種：一是基于碳排放總量交易原則，監(jiān)管部門負(fù)責(zé)制定系統(tǒng)整體的碳排放總量，并對(duì)按機(jī)組容量大小對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各類機(jī)組分配初始額度。該模式目標(biāo)在于控制系統(tǒng)碳排放總量，適用于發(fā)達(dá)國(guó)家。二是碳排放強(qiáng)度原則[21]，目標(biāo)是減少機(jī)組單位碳排放量，而非限定碳排放總量，適用于發(fā)展中國(guó)家。
2碳交易對(duì)綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃與運(yùn)行影響
一系列實(shí)踐表明，構(gòu)建綜合能源系統(tǒng)可以打破各類各級(jí)能源子系統(tǒng)間的行業(yè)壁壘，以冷、熱、電、氣等多種能源協(xié)同策略來(lái)滿足用戶多樣需求的同時(shí)，在區(qū)域內(nèi)、區(qū)域間提升多能協(xié)同供給效益[27]。在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，有部分機(jī)組因多能互補(bǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源供給效率和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的雙提升，但風(fēng)電等低碳機(jī)因投資成本、運(yùn)行成本高等約束問(wèn)題，在參與市場(chǎng)時(shí)處于劣勢(shì)地位，上網(wǎng)和獲利空間較少，導(dǎo)致該類低碳機(jī)組發(fā)展受到限制。
碳交易機(jī)制實(shí)施后將對(duì)各類機(jī)組運(yùn)行成本產(chǎn)生直接影響，也為促進(jìn)綜合能源系統(tǒng)低碳化提供了有效途徑。具體表現(xiàn)為：考慮碳交易后，高耗能機(jī)組(如燃煤電廠等)的運(yùn)行成本明顯增加，而低碳機(jī)組(如風(fēng)電機(jī)組、燃?xì)鈾C(jī)組)的運(yùn)行成本緩增甚至降低。當(dāng)高耗能機(jī)組運(yùn)行成本不斷增加至影響其發(fā)電收益時(shí)，系統(tǒng)調(diào)度員將會(huì)通過(guò)控制機(jī)組出力來(lái)確保社會(huì)福利最大化;相反，低碳機(jī)組運(yùn)行成本進(jìn)一步降低后，將會(huì)獲得優(yōu)先調(diào)度權(quán)，獲利空間增加。
綜上所述，碳交易機(jī)制可以平衡綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性[6]，也有利于改善系統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)，利好風(fēng)電等高投資成本的可再生能源，促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)多元化，有助于搭建完善、綜合的清潔能源供給體系。考慮碳交易的綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃與運(yùn)行模型綜述在已有綜合能源系統(tǒng)研究中，碳交易引入基本思路如下：以排放量或價(jià)格為載體，將碳要素轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的因素、變量或約束條件，納入綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃與運(yùn)行模型中，繼而提出兼顧環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性的系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化策略[28]。進(jìn)一步研究方向隨著區(qū)域綜合能源系統(tǒng)和全國(guó)碳交易市場(chǎng)的興起，碳交易模型、機(jī)制和模式將呈現(xiàn)多場(chǎng)景、多樣化和差異化特點(diǎn)，亟需進(jìn)一步豐富和細(xì)化，以更好地匹配系統(tǒng)需求和區(qū)域能源特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)綜合能源市場(chǎng)和碳市場(chǎng)的協(xié)同發(fā)展。
4.1構(gòu)建碳市場(chǎng)與其他能源市場(chǎng)的影響機(jī)理模型
實(shí)施碳市場(chǎng)后，碳價(jià)格的引入將對(duì)各類能源機(jī)組的運(yùn)行成本帶來(lái)或大或小的影響，繼而影響能源市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)格局。與煤炭相比，天然氣和可再生能源碳排放強(qiáng)度更小，在供給相同能源時(shí)燃?xì)鈾C(jī)組或可再生能源機(jī)組產(chǎn)生的碳排放量更小，在碳市場(chǎng)中具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，將影響能源供應(yīng)機(jī)組分配策略，導(dǎo)致可再生能源和天然氣需求進(jìn)一步增加，而煤炭需求相應(yīng)減少。
進(jìn)一步地，這也將影響其他能源市場(chǎng)如綠證、天然氣、煤炭、電力市場(chǎng)的活躍度，從而影響各級(jí)能源市場(chǎng)供需關(guān)系和市場(chǎng)均衡結(jié)果，對(duì)各級(jí)能源市場(chǎng)價(jià)格產(chǎn)生作用，繼而影響區(qū)域綜合能源優(yōu)化運(yùn)行策略，甚至在中長(zhǎng)期尺度上也將影響能源市場(chǎng)電源結(jié)構(gòu)配置[48]。當(dāng)然，新的電源結(jié)構(gòu)也會(huì)對(duì)碳市場(chǎng)帶來(lái)不小的沖擊。因此，需要對(duì)碳市場(chǎng)與其他能源市場(chǎng)之間的相互影響機(jī)理及價(jià)格傳導(dǎo)機(jī)制開(kāi)展機(jī)理研究，可通過(guò)構(gòu)建基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的因果推導(dǎo)模型來(lái)驗(yàn)證和分析。
4.2構(gòu)建區(qū)域能源市場(chǎng)中多樣化碳交易機(jī)制
與大而泛的國(guó)家級(jí)能源市場(chǎng)相比，區(qū)域能源市場(chǎng)更具有自身特點(diǎn)，如清潔能源消納困難、用戶環(huán)保意識(shí)不一、某類機(jī)組占比高等[49]，交易主體更為統(tǒng)一，可通過(guò)設(shè)計(jì)多樣化、定制化碳交易機(jī)制，實(shí)現(xiàn)碳資源互濟(jì)，發(fā)揮碳交易市場(chǎng)配置作用。具體地，站在區(qū)域運(yùn)營(yíng)商角度，引入邊際碳排放強(qiáng)度信號(hào)，形成碳交易二級(jí)市場(chǎng)，由各類主體上報(bào)碳交易需求并觸發(fā)交易事件，形成多時(shí)段多樣化碳交易價(jià)格或競(jìng)價(jià)體系，以更好地激勵(lì)各類主體實(shí)時(shí)跟蹤碳交易價(jià)格，形成常態(tài)化高效的區(qū)域碳交易市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)碳資源的就地互濟(jì)和平衡，促進(jìn)區(qū)域低碳生態(tài)構(gòu)建，減少與上級(jí)碳交易市場(chǎng)交互。
4.3構(gòu)建計(jì)及區(qū)塊鏈技術(shù)的碳交易體系
多樣化碳交易機(jī)制擴(kuò)展了碳交易的范圍，但如何確保各類主體之間的交易互信仍是碳交易持續(xù)開(kāi)展的關(guān)鍵。因去中心化架構(gòu)、集體維護(hù)機(jī)制、數(shù)據(jù)安全性高等優(yōu)勢(shì)，很多文獻(xiàn)開(kāi)展了區(qū)塊鏈和碳交易結(jié)合研究[50]，提出多種區(qū)塊鏈技術(shù)與碳交易相結(jié)合的運(yùn)行方案，應(yīng)用區(qū)塊鏈的多項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)來(lái)改善碳交易過(guò)程中可能出現(xiàn)的漏洞。文獻(xiàn)[51]設(shè)計(jì)了面向碳交易的區(qū)塊鏈六層核心技術(shù)架構(gòu)和―五步驟‖實(shí)現(xiàn)方案，構(gòu)建―企業(yè)交易政府監(jiān)管第三方審核金融風(fēng)險(xiǎn)防范‖全維度的區(qū)塊鏈碳交易模式。
文獻(xiàn)[19]基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈技術(shù)，提出了―多對(duì)多‖碳排放權(quán)交易的應(yīng)用方案。可以說(shuō)，區(qū)塊鏈在能源行業(yè)的應(yīng)用正逐漸普遍，如區(qū)塊鏈分類賬被用于降低交易成本，查明能源來(lái)源和提高交易效率。目前計(jì)及區(qū)域綜合能源系統(tǒng)的碳交易區(qū)塊鏈研究較少，應(yīng)盡快研發(fā)面向區(qū)域綜合能源系統(tǒng)的區(qū)塊鏈碳交易平臺(tái)，可選擇一至兩個(gè)交易較活躍、資源較豐富的地區(qū)作為試點(diǎn)推廣試用[5253]，探索包括碳配額購(gòu)買或分配，碳交易決策與競(jìng)價(jià)、碳交易結(jié)算與監(jiān)管等在內(nèi)的功能服務(wù)，充分利用區(qū)塊鏈底層技術(shù)優(yōu)勢(shì)來(lái)提升碳交易的可行性、便捷性和優(yōu)質(zhì)性，分布式碳交易主體架構(gòu)如圖所示。
5結(jié)束語(yǔ)
在―2030碳達(dá)峰，2060碳中和‖目標(biāo)下，我國(guó)節(jié)能減排任務(wù)艱巨，必須加快構(gòu)建清潔、安全和高效的綜合能源運(yùn)行體系，打通各級(jí)能源體系多種壁壘，讓各類能源品種有機(jī)融合，協(xié)同參與降碳減排。在這一背景下，充分發(fā)揮經(jīng)濟(jì)杠桿作用，不斷深化碳交易和綜合能源系統(tǒng)融合是必經(jīng)之路和重重之重。本文以綜合能源系統(tǒng)為切入點(diǎn)，分析了碳交易機(jī)制引入對(duì)綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行的影響，提煉了關(guān)鍵模型，總結(jié)了國(guó)內(nèi)外的研究動(dòng)向，并對(duì)未來(lái)的研究方向進(jìn)行了展望。
參考文獻(xiàn)
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作者：萬(wàn)文軒,冀亞男，尹力,吳恒
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