图源：摄图网
摘要：当前, 我国正在推进以新能源为主体的新型电力系统建设, 迫切需要研究可同时揭示新能源电力经济价值和环境价值的市场化交易机制. 本文构建考虑电碳协同机制的多电力产消者间电碳交易博弈模型, 采用瓦尔拉斯一般均衡理论求解电碳协同市场均衡价格, 揭示电碳协同机制对市场均衡价格和社会福利的作用机理, 并分析免费碳配额及产消者数量等关键参数对市场均衡的影响. 结果表明电碳协同机制能够降低碳市场均衡价格, 提升产消者的整体社会福利, 减少购碳成本, 激励产消者更多地消纳绿色电力, 且产消者数目越多, 规模经济效益越显著; 免费碳配额缩减将提升碳市场均衡价格, 更能揭示新能源电力的环境价值, 推动电碳市场协同发展. 该研究形成了考虑绿电环境价值的产消者电碳联动交易机制, 为电碳市场协同运行提供理论方法支撑.
关键词：电碳协同；产消者；瓦尔拉斯一般均衡；均衡策略分析
一、研究背景与意义
为建立健全绿色低碳循环发展的经济体系,推进经济社会发展全面绿色转型,为建立健全绿色低碳 循环发展的经济体系, 推进经济社会发展全面绿色转型, 我国实施了一系列减排政策, 如碳市场、可再生能源配额制等,从而实现减排目标,促进可持续发展. 截止目前,能源燃烧产生的碳排放量占我国二氧化碳总排放量的80%以上, 其中电力行业产生的碳排放量约占能源行业排放的40%以上. 由此可见, 能源是实现“双碳” 目标的主战场, 电力是实现“双碳”目标的主力军. 为实现“双碳”目标, 亟需推进 绿色电力的发展,加快能源绿色转型. 国家发改委等于2021年颁布的《“十四五”可再生能源发展规划》中就对新能源发展做出了重要指示,强调了分布式光伏发电的开发和利用的重要性.分布式发电的蓬勃发展使传统电力消费者生产电力成为现实。配备有分布式发电设备的电力消费者可以同时实现电力生产和消费，电力富余时可在满足自身电力需求的同时在市场中出售获得额外收益。电力产消者是能够生产并使用能源的消费者，其一般为经济驱动的实体经营企业或组织，并能够独立制定能源优化利用方面的经济决策。电力产消者开展生产经营活动的同时也产生碳排放，随着碳市场交易主体纳入范围的逐步放开，纳入控排企业的产消者将同时在电力市场和碳市场进行交易，其作为电力市场与碳市场协同发展的重要载体，为电碳市场协同提供了可能。但如何设计合理的电碳市场协同机制来保证两市场之间的有效联动是一个亟待解决的问题。
二、主要内容
本文的主要研究内容如下。
1) 本文以电碳市场的共同参与主体——电力产消者作为主要研究对象，构建多电力产消者间电碳协同交易博弈模型，采用瓦尔拉斯一般均衡理论求解电碳协同市场均衡价格，为后续电碳市场联合定价提供建模思路；
2) 现有电碳市场协同相关的研究更多分析碳市场与电力市场相互影响关系，并没有通过市场主体的决策行为理论分析两个市场协同的内在机理，本文考虑新能源电力的绿色属性，通过构造用电量到碳排放量的函数映射关系建立电碳市场的联动关系，并设计考虑绿电消费碳抵扣的电碳市场的协同机制；
3) 已有研究论证了碳市场对电力市场价格和社会福利存在影响，但缺乏通过模型揭示其影响机理，本文理论分析并揭示了电碳协同机制对多产消者之间形成的电-碳均衡价格、电碳市场社会福利及区域碳排放量的影响机理；
4) 不同于常规的数值算例，本文基于分布式光伏建设项目的实际运行数据，仿真分析了电碳协同机制对社会福利与区域碳减排带来的积极影响，并论证了碳配额比例适当降低更能揭示绿电的环境价值，同时区域内产消者数量越多，更能稳定区域市场均衡价格，提升社会福利水平。
三、主要结论及政策建议
新型电力系统建设快速推进背景下，电碳市场协同发展理念为促进新能源消纳提供了新思路。本研究从微观经济学视角探讨了多电力产消者在电碳市场交易中的协同均衡策略。首先，构建了产消者个体参与电碳市场的一般化决策模型，在该模型中其优化目标不仅考虑了电力效用价值，还兼顾了产消者在碳市场中所获收益，且通过构建用电量到碳排放总量的映射函数，将电碳市场交易决策进行协同，并利用KKT理论求得产消者个体参与电碳市场交易的最优价格策略函数；其次，构建了多产消者参与的电碳市场交易模型，设计多产消者参与的电碳市场交易规则及协同机制；在此基础上采用瓦尔拉斯一般均衡理论对多电力产消者电碳市场协同均衡进行求解，并对电碳市场协同机制下的均衡价格及社会福利进行分析；最后，采用某县区开发建设屋顶光伏项目的实际数据进行算例仿真，结果表明：
(1) 本文所构建电碳市场协同机制，从电力的环境属性出发，在电力产消者碳核算环节，扣减了绿电消纳所对应的能源间接碳排放，可在一定程度上降低碳市场均衡价格，而电力市场的均衡价格会同步升高，原因在于绿电的环境价值在电力市场得到充分揭示，碳成本将通过电力市场进行疏导。同时电碳市场协同运行机制可在一定程度上提升社会福利水平。
(2) 电碳市场协同运行机制可提升社会福利水平，且伴随电碳市场中异质产消者数目的增多，电碳市场均衡价格波动将逐步收敛，社会福利水平的增加值也显著提升。
(3) 在电碳协同市场机制下，当碳排放配额政策越宽松(α取值越大) ，市场均衡碳价水平逐步下降，均衡电价水平逐步上升。相反地，当碳排放配额政策逐步收紧(α取值越小) 时，市场均衡碳价水平逐步上升，碳配额的价值越高，可实现碳抵扣的绿电环境价值也可被充分揭示。
四、边际贡献与未来拓展
本文通过设计电碳协同运行机制，确立电力市场与碳市场之间的联动关系，为分布式新能源在需求侧的消纳提供了新的思路。但由于配电网实际运行过程较为复杂，所构建模型忽略了一些实际问题，如: 光伏出力的随机性、物理网络传输约束、配电网中的过网费等相关因素，这些因素也是未来需进一步探讨的重点，拓展并完善该理论模型。同时，可站在网络市场的视角，采用复杂网络理论去研究电碳市场中多主体利益冲突分析、交易策略演化及网络博弈均衡问题。
五、写作、投稿过程的心得体会
文章选题受近年来“双碳”目标下电碳协同发展理念的启发，以分布式光伏大规模并网消纳为背景，结合实际应用需求撰写完成该文章并投稿至《系统工程理论与实践》这一高水平、高质量期刊中。经过审稿专家专业、严谨地审稿，给文章提出了多条有针对性的意见和建议，这些宝贵意见使文章质量又得到了进一步提升，对于改进和完善这篇文章具有重要的指导意义。在此，我们向期刊编辑部的老师和审稿专家们的辛勤付出致以最诚挚的敬意，表示最衷心的感谢！
本文摘编自《系统工程理论与实践》2024年,第44卷,第10期论文《电碳市场协同机制下多电力产消者交易均衡策略研究》（点击题目链接全文）；
作者：方德斌1,2,3, 博士,教授,博士生导师,研究方向:决对策理论与能源环境政策；杨培文2,3, 博士研究生,研究方向:博弈论与能源环境政策；吴菲2,3，硕士研究生,研究方向:电力市场,综合能源系统优化等
1. 中南民族大学 铸牢中华民族共同体意识研究基地, 武汉 430074;
2. 武汉大学 经济与管理学院, 武汉 430072;
3. 武汉大学 复杂科学与管理研究中心, 武汉 430072