基于虚拟平台的绿色电力消纳体系规划与研究

唐治平+魏超+张文忠+周璐

摘  要  绿色电力是能源行业发展的必然趋势，我国的区域经济差异、电源及电网结构特点及独特的自然地理环境造成了严峻的绿电消纳问题。而单纯采用就利用技术手段如蓄能、风电供暖等方法，对绿色电力消纳十分有限，难以从根本上解决该问题。通过对绿色电力消纳政策的规划与相关激励机制的研究，构建将电力用户纳入到绿色电力消纳体系的虚拟平台，使得绿色电力消费观念贯彻到国民生产和生活中，是解决这一问题的关键。本文在借鉴国外成功经验基础上，提出了基于虚拟交易平台的绿色电力消纳体系，将绿色电力“环保、节约资源”的属性价值化，并进行量化分配。该虚拟交易平台将电力“发、输、配、用”各环节参与者有机结合起来，通过绿色电力交易的激励机制，激发电力生产方投资绿电、电力用户消纳绿电的积极性和潜力，能够最大限度的解决绿色电力的消纳问题。

关键词  绿色电力;虚拟平台;消纳体系;价格规制

中图分类号：TP309      文献标识码：A      文章编号：1671-7597（2014）22-0005-03

我国能源结构仍以煤炭为主，2013年中国能源消费结构中，煤炭占比71%，远高于美国、日本、欧盟等发达国家。一方面，我国能源消费急剧增长，能源供需矛盾日益突出，已对我国经济可持续发展形成了严重威胁，同时以煤为主的能源结构，带来了能源系统效率低、环境压力大等多方面的问题。以风电、光伏、小水电等为代表的绿色电力具有清洁、无污染、可永续利用的特点，且资源丰富开发潜力巨大，已成为能源发展的必然趋势。另一方面，随着我国风电、光伏产业的快速增长，弃风、弃光问题日益突出，严重影响了绿色电力的健康发展，并造成了极大的资源浪费。2013年，我国弃风电量为162亿千瓦时，占风力发电总量的10.7%[1]。国内目前解决绿电消纳问题主要技术措施主要包括：抽水蓄能、风电供暖和新型储能手段

等[2]，由于技术条件不成熟、地理环境条件制约等因素，上述技术手段经济性较差，难以规模化运营，对绿色电力的消纳十分有限。

绿色能源具有波动性和间歇性，加之电力“生产、输送、使用”三者的同时性，决定了大规模消纳绿电离不开用户侧的参与。但在我国当前的电力政策体制下，电力用户极少参与到绿色电力消纳机制之中，绿色电力的消纳潜力得不到充分释放。本文在对绿色电力消纳政策的规划与相关激励机制的研究的基础上[3]，提出绿色电力虚拟交易平台，将电力用户纳入到绿色电力消纳的体系之中，使得绿色电力消费观念贯彻到国民生产和生活中，从而解决弃风、弃光问题。

1  绿色电力虚拟交易平台的构建

1）虚拟交易平台的运行机制。

控制弃风电量增长、降低弃风比例的根本办法：一是尽快建立用户侧、发电侧、调度侧之间的信息共享，能够让用户侧及时了解绿电供电信息及向调度申请用电需求即绿电信息共享，电力用户只有随时获得绿电供给的实时信息，才能把自身的可控用电潜力在绿电出力受限的时间段释放出来，从而提高整个系统的绿电消纳能力;二是建立完善的绿电交易机制[4]，在建立并发布绿电指数的基础上，开展受限绿电交易并颁发绿电证书，使购买受限绿电的用户获得收益，从而提高用户消纳绿电的积极性，以增加电网用电负荷和调峰能力，进而增强电网对可再生能源发电的接纳能力。

2）虚拟交易平台的功能描述。

①信息共享。信息共享，是指借助信息技术，通过测量、预测、数据收集与分析等手段，将绿电供需的实时和预测信息，及时发布给相关电力用户的系统。电力用户可通过绿电虚拟交易平台随时获取绿电供给的相关实时信息，结合自身情况释放可控用电潜力，尤其在绿电出力受限的时间的情况下，从而提高整个系统的绿电消纳能力。

为此，引入“绿电指数”概念。绿电指数，就是用来描述绿电供给充沛度的指标，即实时反映受限绿电容量的指标。受限绿电指因为电网接纳能力不足引起的弃风、弃光部分的对应电力。

此外，各电力用户可登陆绿电虚拟交易平台查看其指标完成情况;绿电虚拟交易平台则定期发布信息通报指标完成较差用户名单，从舆论角度督促其履行社会责任。

②绿电交易与激励。绿电交易包含两个方面：一方面通过信息共享与电量交易机制，实现用户侧与发电企业之间的绿色电力抢购与交易;另一方面，通过发布各电力用户绿电证书及绿电配额的完成情况，实现用户侧之间的绿电证书交易。

由此，绿电虚拟交易平台将须具备第三方支付功能，在互联网上实现绿色电量与绿电证书的交易。绿电虚拟交易平台需对相关交易进行管理，规范绿电的市场交易行为，并建立公开透明、开放有序、利于监管的绿电交易机制。

在建立并发布绿电指数、绿电配额、绿电证书等相关指标及其完成情况的基础上，开展受限绿电交易并颁发绿电证书，使购买受限绿电的用户获得收益，以增加电网用电负荷和调峰能力，进而增加电网对可再生能源发电的接纳能力、减少弃风弃光。通过交易与奖励功能和机制，帮助绿色电力实现价值，并将价值分配给创造价值和协助价值实现的发电侧、用电侧、电网运营与调度机构。

③数据管理。绿电虚拟交易平台通过数据管理功能对基础数据（如：风力、光伏发电侧的气象数据、运行指标、预测指标、检修计划等）进行采集、统计和分析，并对交易和相关用户数据进行存储。并具备数据归类和查询功能。

在对相关数据进行统计分析的基础上，实现相关指标的自动生成和量化管理。发布各发电侧未来一段时间的绿电电量和绿电指数等指标;统计和计算用户侧绿电证书等指标量，自动考查各用户侧绿电证书的达标情况，并自动统计各用户侧的奖励或惩罚额度。

绿电虚拟交易平台的数据管理功能应具备安全性、可扩展性和稳定性[5]。

④协同调度。发电侧、电网调度机构和用户侧通过绿电虚拟交易平台实现信息共享，对发电侧、用户侧的电力供需关系进行分析和预测，并与电网调度机构进行协调，通过支持动态ACE接入实现控制目标的可灵活定制，实现运行数据和调度计划对接，并可在线调整绿电发电场内发电设备所属的控制目标。绿电虚拟交易平台协调三方进行绿电运营与调度管理，建立绿电生产、输送、使用三者间的协同创新机制[6]。endprint

⑤交易效果评估计量。绿电虚拟交易平台一方面统计交易数据，并依据可再生能源附加、国内碳排放交易税和资源税、节能减排基金、大气污染防治基金及国家财政支持等相关标准规范和政策，自动计算相关资金和税费补贴。

另一方面对比绿电使用方的电力计划（受电及发电计划曲线）及标准曲线，将启动交易后的超出计划部分（即有利于电网增加绿电接纳能力的部分）进行计量评估，根据计量结果并结合相应的绿电指数，向绿电使用方颁发绿电证书。

为调动电力用户的有效参与，两个功能机制是不可或缺，即为信息共享和绿电交易与激励机制。用户主动参与是绿电虚拟交易平台功能设计的核心。

3）虚拟交易平台的逻辑架构。绿电虚拟交易平台通过互联网将电力系统内的多种设备、电力用户、调度机构、绿电发电商相互连接组成的一个复杂实体。计算控制中心将各种需存储的数据通过互联网分配至各外部分布式存储设备，可实现海量数据的分布式储备，并可随时从存储设备中读取出来。利用虚拟化技术和分布式技术，平台进行数据计算和数据存储的过程对外部用户是不可见的，确保了数据的保密性。

虚拟交易平台通过协调绿电生产商、电网调度机构和电力用户，达成动态负载均衡和统一的资源管理调配，构成强大的数据处理和计算分析能力，以支撑支持绿电虚拟交易系统的高效运行，见图1。

图1  绿电虚拟交易平台逻辑架构

绿电虚拟交易平台可通过调度支持类应用实现绿色电力的灵活与智能调度，其调度支持类应用可包括：信息共享、交易审批、申报发布、预测、检修计划、统计分析、交易管理、考核结算、绿电优化配置等方面，通过对应用的合理设计和优化配置实现对电网调度的支撑。其主要技术领域包括以下方面。

①绿电发电侧、用户侧和电网运行数据的精确测量与网络云计算技术领域。包括广域测量技术、云计算技术和调度专用数据网络等相关技术。

②在线安全稳定分析评估与辅助决策技术领域。包括利用在线仿真技术进行的稳态、动态、暂态多角度在线安全分析评估技术、辅助决策和多维多层协调的安全防御技术。

③调度决策技术领域。包括年度方式、月度检修、日前到实时计划编制与安全校核等技术，以及节能发电调度应用技术。

④运行控制自动化技术领域。包括自动发电控制（AGC）、自动电压控制（AVC）技术，高频切机、过载联切等技术及其相互统一协调优化技术，以及在此基础上对的电网频率、电压、潮流等的自动调整和控制技术形成数据支持。

⑤网、厂协调技术领域。包括实现常规电源与绿色能源的协同并网、优化调度和灵活快速调控的技术。

绿电虚拟交易调度具有多目标、多约束、多时段等特点，并能够完成计划的自动编制、优化和分析评估;提供多种智能决策工具和灵活调整手段，适应对不同调度模式进行支持的要求，实现从年度、月度、日前到日内、实时调度计划的有机衔接和动态优化[7-9]。

绿电虚拟交易平台通过云计算技术对电力需求、调度计划、绿电发电侧的出力及限电情况进行预测，结合环保、碳排放等相关边界条件因素，综合评估后形成控制参数，并通过信息共享模块，将绿电发电量、绿电指数、及相应的绿电证书等相关信息及时公布于绿电虚拟交易信息平台，供用户侧选择交易。在此基础上，绿电虚拟交易平台结合智能电网技术，对电网内发电侧出力情况进行调控，在保障电力运行的稳定性和安全性的同时，促进绿电消纳。

2  激励机制设计

绿电虚拟交易平台须建立起以合理促进绿色电力消纳为目标，以健全和规范运营方式为保障，以利益驱动为手段的绿电交易机制，对各方实现绿电消纳的价值进行量化评估，通过合理分配价值提高促进各方的有效参与，并提高价值创造者的积极性。因此绿电虚拟交易平台关键理念与指标的顶层设计至关重要。

1）绿电证书模式。绿色电力的交易过程通过可交易的绿色电力证书来实现。绿色电力证书是国家根据绿色电力生产商实际入网电力的多少而向其颁发的证明书，具有可交易、能兑现为货币的特性。国外现行的绿电证书制度主要考察发电企业所产生电量中绿色电量的比例。为驱动用电侧积极消纳绿电，绿电虚拟交易平台的绿电证书制度主要针对电力用户，考察对象不仅包含其所消纳的绿电量的多少，也包括相应电量对应时间的限电程度[10]。

绿电虚拟交易平台根据绿电用户实际消纳电力的多少和相应的绿电指数而向其颁发的证明书，购入绿色能源证书是电力用户定期完成绿电配额指标的手段[11]。

对基于绿电虚拟交易平台的绿电证书系统进行顶层设计，其运作机制包括以下步骤。

①绿电用户到绿电虚拟交易平台监管机构注册。

②绿电虚拟交易平台根据绿电用户实际消纳电力的多少和相应的绿电指数而向其颁发的证明书。

③电网调度机构向绿电生产商购买绿色电力，并根据绿电补贴政策向绿电用户购买绿电证书。

④各电力用户之间相互买卖证书。

⑤电力用户定期提交规定数量的绿电证书。

⑥发电企业所生产的电量中必须有特定比例的电量来自于可再生能源。

2）绿电消纳配额制。绿色电力证书制度的市场电价体系以绿色电力配额制度为运作基础，国外现行配额制主要针对绿色电力发电侧[12]，本文结合绿电虚拟交易平台运行机制，对用电侧绿电配额制进行设计。

基于绿电虚拟交易平台的绿电配额制度应具备以下基本

条件。

①绿电虚拟交易平台应公布明确的总量目标。政府通过规定绿电虚拟交易平台消纳的绿电总量或各电力用户消纳绿电的比例来制定总量目标。

②具有法律的强制性。为了确保定期实现所要求的绿色电力消纳目标，较大的电力用户均须承担一定的配额指标，配额指标的考核依靠法律手段强制执行。对于没有完成的部分，义务承担者将受到严厉的处罚，从而促进电力用户消纳绿电的意愿，推动了绿色电力的需求，使绿电消纳问题得到改善。endprint

③确保绿电证书的可交易性。在绿电虚拟交易平台实现绿电和绿电证书的交易，同时引入电力用户，可实现电力市场的充分竞争，实现绿色电力的成本最低化。电力用户可以通过购买本地区的绿色电力来完成配额指标，也可以通过绿电虚拟交易平台从其它地区购买绿色证书来完成配额指标。

④对未完成配额指标的电力用户，采取罚款为主的措施。其作用在于增强配额制的强制性，对未完成配额制的电力用户所设定罚款额度应当高于购买绿电证书的成本，以促进绿电证书的交易。

对电力用户而言，超额消纳绿色电力可以获得额外的绿电证书，以供交易获取额外收益。在提高自身经济效益的同时又能增强企业的环境友好形象。

若未能完成配额，可以通过购买绿电证书来弥补自己未完成的配额，避免因未完成指标而受到处罚。在绿电虚拟交易平台中，绿电证书交易制度为配额制的履行提供了必要保障。

3）绿电指数及绿电证书量值设计。

①绿电指数。为了提升绿电的消纳水平，绿电虚拟交易平台上每次绿电交易产生的证书数量不但与绿电交易量相关，还与发电侧在生产绿电时所面临的限电程度有关。因此，本文引入绿电指数这一概念，用于在调度机构限制情况下的绿电待释放产能（或充沛程度）的指标，即实时反映限电时段内的限电程度。设受限时段内某一时刻的绿电指数为，其可用该时刻的限电比例表征如下：

而某一受限时段内的综合绿电指数可表达为：

②绿电证书量值。在绿电虚拟交易平台中，绿电证书的量化参数不仅是考核电力用户绿电配额是否完成的指标，在进行证书交易时其实际上也对应了一种虚拟货币形式。根据绿电虚拟交易平台的设计，每次交易产生的绿电证书量值与绿电指数及交易电量均呈正比。

若以一年作为考核周期，假设绿电虚拟交易平台有一电力用户，在一年内进行了次绿电交易，其累积获得的绿电证书量值可表示如下：

式中：表示第1次绿电交易的电量，以此类推;表示第1次绿电交易电量所对应限电时间段内的综合绿电指数;为绿电虚拟交易系数，为常量，根据绿电虚拟交易平台某一周期内的运营情况、补贴获取情况、奖励与惩处额度相关。

此外，绿电虚拟交易平台的评估机制还可考虑加入环保因素。比如，某一时段内雾霾较为严重，可通过调高该时间段内的绿电指数，使得电力用户在消纳相同绿电电量时获取更多的证书，从而增加绿电的消纳，降低传统化石能源发电对环境的影响。

3   结束语

本文通过对绿色电力消纳政策的规划与相关激励机制的研究，构建将电力用户纳入到绿色电力消纳体系的虚拟平台，将绿色电力消费观念贯彻到国民生产和生活中。在借鉴国外成功经验基础上，提出了基于虚拟交易平台的绿色电力消纳体系。在该消纳体系下，虚拟交易平台借助科学的计量手段、信息共享和绿电证书制度，实现证书发放与流转;绿色电力使用方受利益驱动会主动迎合绿电生产曲线，增加受限时段的绿色电力使用量，通过对绿色电力“环保、资源节约”的价值进行重新评估和量化分配，绿色电力的价值能够在所有参与交易的市场主体（各绿电生产方和使用方）中得到合理分配。虚拟交易平台将电力“发、输、配、用”各环节参与者有机结合，通过绿色电力交易的激励机制，实现绿色电力的价值和“发、输、配、用”的良性循环，形成各参与方受益的共赢局面，激发电力生产方投资绿电、电力用户消纳绿电的积极性和潜力。有利于加快绿电实时消纳，同时可促进绿电生成项目的建设与发展，最终实现我国大力提倡与发展绿电的根本目标。

参考文献

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[11]付姗璐.我国可再生能源发电配额和强制上网的互补发展模式研究[D].浙江工业大学，2008：8-17.

[12]Paolo Agnolueei.The Effect of Financial Constraints， Technological Progress and Long-term Contracts on Tradable Green Certificates[J]. 2007， 35：3347-3359.endprint

③确保绿电证书的可交易性。在绿电虚拟交易平台实现绿电和绿电证书的交易，同时引入电力用户，可实现电力市场的充分竞争，实现绿色电力的成本最低化。电力用户可以通过购买本地区的绿色电力来完成配额指标，也可以通过绿电虚拟交易平台从其它地区购买绿色证书来完成配额指标。

④对未完成配额指标的电力用户，采取罚款为主的措施。其作用在于增强配额制的强制性，对未完成配额制的电力用户所设定罚款额度应当高于购买绿电证书的成本，以促进绿电证书的交易。

对电力用户而言，超额消纳绿色电力可以获得额外的绿电证书，以供交易获取额外收益。在提高自身经济效益的同时又能增强企业的环境友好形象。

若未能完成配额，可以通过购买绿电证书来弥补自己未完成的配额，避免因未完成指标而受到处罚。在绿电虚拟交易平台中，绿电证书交易制度为配额制的履行提供了必要保障。

3）绿电指数及绿电证书量值设计。

①绿电指数。为了提升绿电的消纳水平，绿电虚拟交易平台上每次绿电交易产生的证书数量不但与绿电交易量相关，还与发电侧在生产绿电时所面临的限电程度有关。因此，本文引入绿电指数这一概念，用于在调度机构限制情况下的绿电待释放产能（或充沛程度）的指标，即实时反映限电时段内的限电程度。设受限时段内某一时刻的绿电指数为，其可用该时刻的限电比例表征如下：

而某一受限时段内的综合绿电指数可表达为：

②绿电证书量值。在绿电虚拟交易平台中，绿电证书的量化参数不仅是考核电力用户绿电配额是否完成的指标，在进行证书交易时其实际上也对应了一种虚拟货币形式。根据绿电虚拟交易平台的设计，每次交易产生的绿电证书量值与绿电指数及交易电量均呈正比。

若以一年作为考核周期，假设绿电虚拟交易平台有一电力用户，在一年内进行了次绿电交易，其累积获得的绿电证书量值可表示如下：

式中：表示第1次绿电交易的电量，以此类推;表示第1次绿电交易电量所对应限电时间段内的综合绿电指数;为绿电虚拟交易系数，为常量，根据绿电虚拟交易平台某一周期内的运营情况、补贴获取情况、奖励与惩处额度相关。

此外，绿电虚拟交易平台的评估机制还可考虑加入环保因素。比如，某一时段内雾霾较为严重，可通过调高该时间段内的绿电指数，使得电力用户在消纳相同绿电电量时获取更多的证书，从而增加绿电的消纳，降低传统化石能源发电对环境的影响。

3   结束语

本文通过对绿色电力消纳政策的规划与相关激励机制的研究，构建将电力用户纳入到绿色电力消纳体系的虚拟平台，将绿色电力消费观念贯彻到国民生产和生活中。在借鉴国外成功经验基础上，提出了基于虚拟交易平台的绿色电力消纳体系。在该消纳体系下，虚拟交易平台借助科学的计量手段、信息共享和绿电证书制度，实现证书发放与流转;绿色电力使用方受利益驱动会主动迎合绿电生产曲线，增加受限时段的绿色电力使用量，通过对绿色电力“环保、资源节约”的价值进行重新评估和量化分配，绿色电力的价值能够在所有参与交易的市场主体（各绿电生产方和使用方）中得到合理分配。虚拟交易平台将电力“发、输、配、用”各环节参与者有机结合，通过绿色电力交易的激励机制，实现绿色电力的价值和“发、输、配、用”的良性循环，形成各参与方受益的共赢局面，激发电力生产方投资绿电、电力用户消纳绿电的积极性和潜力。有利于加快绿电实时消纳，同时可促进绿电生成项目的建设与发展，最终实现我国大力提倡与发展绿电的根本目标。

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[11]付姗璐.我国可再生能源发电配额和强制上网的互补发展模式研究[D].浙江工业大学，2008：8-17.

[12]Paolo Agnolueei.The Effect of Financial Constraints， Technological Progress and Long-term Contracts on Tradable Green Certificates[J]. 2007， 35：3347-3359.endprint

③确保绿电证书的可交易性。在绿电虚拟交易平台实现绿电和绿电证书的交易，同时引入电力用户，可实现电力市场的充分竞争，实现绿色电力的成本最低化。电力用户可以通过购买本地区的绿色电力来完成配额指标，也可以通过绿电虚拟交易平台从其它地区购买绿色证书来完成配额指标。

④对未完成配额指标的电力用户，采取罚款为主的措施。其作用在于增强配额制的强制性，对未完成配额制的电力用户所设定罚款额度应当高于购买绿电证书的成本，以促进绿电证书的交易。

对电力用户而言，超额消纳绿色电力可以获得额外的绿电证书，以供交易获取额外收益。在提高自身经济效益的同时又能增强企业的环境友好形象。

若未能完成配额，可以通过购买绿电证书来弥补自己未完成的配额，避免因未完成指标而受到处罚。在绿电虚拟交易平台中，绿电证书交易制度为配额制的履行提供了必要保障。

3）绿电指数及绿电证书量值设计。

①绿电指数。为了提升绿电的消纳水平，绿电虚拟交易平台上每次绿电交易产生的证书数量不但与绿电交易量相关，还与发电侧在生产绿电时所面临的限电程度有关。因此，本文引入绿电指数这一概念，用于在调度机构限制情况下的绿电待释放产能（或充沛程度）的指标，即实时反映限电时段内的限电程度。设受限时段内某一时刻的绿电指数为，其可用该时刻的限电比例表征如下：

而某一受限时段内的综合绿电指数可表达为：

②绿电证书量值。在绿电虚拟交易平台中，绿电证书的量化参数不仅是考核电力用户绿电配额是否完成的指标，在进行证书交易时其实际上也对应了一种虚拟货币形式。根据绿电虚拟交易平台的设计，每次交易产生的绿电证书量值与绿电指数及交易电量均呈正比。

若以一年作为考核周期，假设绿电虚拟交易平台有一电力用户，在一年内进行了次绿电交易，其累积获得的绿电证书量值可表示如下：

式中：表示第1次绿电交易的电量，以此类推;表示第1次绿电交易电量所对应限电时间段内的综合绿电指数;为绿电虚拟交易系数，为常量，根据绿电虚拟交易平台某一周期内的运营情况、补贴获取情况、奖励与惩处额度相关。

此外，绿电虚拟交易平台的评估机制还可考虑加入环保因素。比如，某一时段内雾霾较为严重，可通过调高该时间段内的绿电指数，使得电力用户在消纳相同绿电电量时获取更多的证书，从而增加绿电的消纳，降低传统化石能源发电对环境的影响。

3   结束语

本文通过对绿色电力消纳政策的规划与相关激励机制的研究，构建将电力用户纳入到绿色电力消纳体系的虚拟平台，将绿色电力消费观念贯彻到国民生产和生活中。在借鉴国外成功经验基础上，提出了基于虚拟交易平台的绿色电力消纳体系。在该消纳体系下，虚拟交易平台借助科学的计量手段、信息共享和绿电证书制度，实现证书发放与流转;绿色电力使用方受利益驱动会主动迎合绿电生产曲线，增加受限时段的绿色电力使用量，通过对绿色电力“环保、资源节约”的价值进行重新评估和量化分配，绿色电力的价值能够在所有参与交易的市场主体（各绿电生产方和使用方）中得到合理分配。虚拟交易平台将电力“发、输、配、用”各环节参与者有机结合，通过绿色电力交易的激励机制，实现绿色电力的价值和“发、输、配、用”的良性循环，形成各参与方受益的共赢局面，激发电力生产方投资绿电、电力用户消纳绿电的积极性和潜力。有利于加快绿电实时消纳，同时可促进绿电生成项目的建设与发展，最终实现我国大力提倡与发展绿电的根本目标。

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[10]徐文文.绿色电力发展的法律机制[D].华东政法大学，2011：7-74.

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[12]Paolo Agnolueei.The Effect of Financial Constraints， Technological Progress and Long-term Contracts on Tradable Green Certificates[J]. 2007， 35：3347-3359.endprint