计入碳交易效益的发电权交易在清洁能源中的应用

2018-10-23李益青刘前进周保荣刘仕萍程兰芬

价值工程 2018年31期

李益青　刘前进周保荣刘仕萍程兰芬

摘要：中国致力于建立清洁低碳的现代能源体系，发电权交易及碳排放权交易均能促进碳减排，因此，对两者作综合的研究具有重要意义。首先，在一般发电权交易的效益剖析的基础上，分析了清洁能源发电权交易效益，提出了计入碳交易效益来全面计算清洁能源发电权交易的效益。然后，计算了碳交易效益，建立了以发电权交易效用及碳减排效用最大化为目标函数的清洁能源发电权交易模型。该模型通过折算报价方式改进报价及撮合次序，具备提高交易效益及交易效率的优点。最后，算例结果验证了所提模型的正确性及可行性。

Abstract： China is committed to establishing a clean and low-carbon modern energy system. Both power generation rights trading and carbon emission trading can promote carbon emission reduction. Therefore， it is of great significance to conduct comprehensive research on them. Firstly， on the basis of benefit analysis of general generation rights trading， the benefit of the clean energy power generation right transaction is analyzed， a scheme considering carbon trading to fully calculate the benefits of clean energy generation rights trading is proposed in this paper. Then， the carbon trading benefit is calculated， and a clean energy generation rights trading model with the objective function of maximizing generation rights trading effect and carbon emission reduction effect is established. The model improves the quotation and matching order by means of discounted quotation， and has the advantages of improving transaction effect and transaction efficiency. Finally， results in case study verify the correctness and the feasibility of the proposed model.

關键词：节能减排；碳交易效益；发电权交易；清洁能源；社会效用

Key words： energy saving and emission reduction；carbon trading benefit；generation rights trading；clean energy；social utility

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）31-0186-04

0 引言

在国家能源战略驱动下，中国风电、光伏发电发展成果显著[1]。但是，近年中国用电需求增长放缓而新能源等电源仍保持较快增长，导致新能源的消纳问题突出[2]。比如，我国每年有近百亿kWh的风电被舍弃，消纳问题制约了风电发展 [3]；在水电方面，云南省弃水量逐年上升，其2016年弃水量达400亿kWh。为加快建设清洁低碳、安全高效现代能源体系并履行国家在二氧化减排等方面的承诺[4]，促进电力行业的节能减排及清洁能源的健康发展是电力行业亟须解决的重点问题。

在促进清洁能源消纳及电力工业节能减排等问题上，发电权交易得到相关学者的关注。文献[5-6]总结了发电权交易优化资源配置、节能减排、规避市场风险等作用。文献[7-8]认为发电权交易可促进新能源的就地消纳并有效减少弃风、弃光。文献[9-10]建立了基于发电权交易的跨省跨区清洁能源消纳机制。文献[11]探索了碳交易与发电权交易的结合。发电权交易具有节能降耗的效果，而碳排放权交易主要是促进碳减排，因此，存在对这两者进行综合研究的必要。相关学者探讨了发电权交易参与清洁能源消纳的理论、机制设计等内容，但对碳交易及发电权交易综合研究较少，尤其是对于如何引入碳交易到现有的发电权交易中缺乏可行方案。

本文针对这些问题，探讨了发电权交易及碳交易综合运用，尤其是结合清洁能源的环保优势和发电权交易优化资源配置的作用，提出了计入碳交易效益的发电权交易来提高清洁能源交易效益的设想，并建立了计入碳交易效益的清洁能源发电权交易模型。本文在发挥电力市场、碳交易市场作用上有一定研究意义，对提高清洁能源发电权交易效益方面具有一定的价值。

1 清洁能源发电权交易效益分析

通常来说，发电权出让方、受让方只有在预期参与发电权交易后有利于提高自身的经济效益时才有可能自愿参与发电权交易，其利润本质上是交易双方发电成本差利润。但发电权交易的价值不仅体现在交易产生的成本差利润，还会产生由于节能减排而带来的其它方面的效益，其中CO2减排效益就是其中之一[11]。并且，在碳交易市场中，企业可以通过直接购买碳排放权限额来抵消超额的碳排放量，从而付出最低的减排成本[12]。换言之，发电权交易形成的碳减排量也可以通过在碳交易市场中出售获得新的利润，从而提高发电权交易的总利润。

提高电源的调节能力可以增加清洁能源消纳[1]，则在电力市场条件下，清洁能源电厂可以购买电网调峰、调频和备用辅助服务等增加其电能的消纳，这不可避免地提高其经济成本。那么，清洁能源参与发电权交易时，其交易收益应尽可能的全面计算，才有利于保证一定收益的情况下尽可能提高消纳量。在一般的发电权交易中，由于碳交易效益不明显而只考虑交易双方发电成本差利润，但在清洁能源发电权交易中时，以清洁能源作为发电权受让方替代发电的环保优势之一正是能够实现CO2的大量减排，如果未能有效计入碳交易的效益，则不利于突出清洁能源的环保优势。因此，在清洁能源发电权交易中，需要在考虑交易双方发电成本差利润基础上进一步计入碳交易的效益，由此才能全面地计算清洁能源发电权交易的效益。

2 清洁能源发电权交易模型

计入碳交易效益的发电权交易在社会效用中考虑碳交易效益，再将该模型应用于清洁能源参与的发电权交易，形成清洁能源发电权交易模型，其有利于将清洁能源的环保优势转化为减排效益，从而提高清洁能源发电权交易的效益。

2.1 碳交易效益的计算

为了计算碳交易效益，需要准确计算交易后出让方的碳减排量。若出让方为化石燃料电厂，可以采用政府间气候变化专门委员会IPCC发布的指导手册所提供得碳排放量计算方法，即能源消耗量乘以能源消耗产生的 CO2的系数最终得出总排放量；或者采用文献[13]的方法计算碳减排量。本文利用碳排放强度系数计算出让方在交易后的碳减排量，进一步可得碳交易效益，其公式如下：

式中， C表示某发电机组单位电量的碳排强度系数，单位为t/MWh，不同机组的C取值不同，通常取值范围为0.6～1.2t/MWh；E、PC分别表示机组发电量、碳交易价格。

2.2 清洁能源发电权交易模型

2.2.1 目标函数

交易的目标为双方交易产生的经济效益最大，而社会效用与碳交易效益的量纲是一致的，那么可在典型集中撮合交易模型基础上计入碳交易效益，则目标函数为：

式中，Ps，i，t、Pb，i，t分别表示在第t交易时段出让方i申报价、受让方j申报价，pi，j表示交易双方i、j的单位电量交易成本，Ei，j，t表示在第t交易时段交易双方i、j的交易电量，Cs，i、Cb，j分别表示出让方i与受让方j的单位发电量二氧化碳排放量，Pc表示碳交易市场中单位二氧化碳配额价格，T表示交易时段总数，I、J分别表示在第t交易时段出让方数量、受让方数量。

清洁能源发电过程中不会产生温室气体，故在清洁能源发电权交易中以清洁能源作为发电权受让方时，其单位电量二氧化碳排放量为0，即，将Cb，j=0其代入公式（2）可得：

2.2.2 约束条件

2.3 清洁能源发电权交易模型的优点

设交易中心组织清洁能源参与的发电权交易，在典型集中撮合交易模式下已经得到满足约束的交易对，其中有出让方I′个，受让方J′个，其最大社会效用为：

若按照上述模式的撮合结果作为清洁能源发电权交易的撮合方案，根据公式（4）可得该撮合方案下总社会效用：

显然，M2>M1，但对于清洁能源发电权交易来说，此时的撮合方案未必是最优方案，即此时的社会效用M2还不一定是清洁能源发电权交易的最大社会效用。换言之，该交易中心按照清洁能源发电权交易模型组织交易，则可以获得一个最优的匹配方案，且有最大社会效用M3；那么，必有M3？叟M2>M1，即采用清洁能源发电权交易模型可以提高交易的社会效用。这一优点可以提高交易双方经济效益，从而提高各方的交易的积极性。

对于典型模式中撮合成功的交易对，在清洁能源发电权交易模型中必能撮合成功；对于典型模式中某些撮合失败的交易对，若满足：

则在清洁能源发电权交易模型中也能撮合成功。换言之，采用清洁能源发电权交易模型在交易量充足情况下能够撮合成功的交易对比典型模式更多，即前者的交易量更大，故采用清洁能源发电权交易模型可以提高交易效率。

3 算例分析

某省丰水期存在大量富余弃水，交易中心组织水火置换的发电权交易。考虑到水电机组丰水期采用富余弃水参与发电权交易，故这里认为水电机组满足发电权交易中对水电机组发电能力、水流平衡方面的约束，并且认为撮合结果满足电网安全稳定等方面的约束。

2016年，中国火电单位发电量二氧化碳排放量为0.822t/MWh，火电供电煤耗降至312克/千瓦时，2017年中国碳配额均价为22.33元/吨。为方便计算，设定各火电机组单位电量的碳排强度系数为0.82t/MWh，碳配额交易价格为22元/吨。水电厂申报受让发电权、火电厂申报出让发电权，发电权交易申报情况见表1；各发电厂间的交易成本见表2所示。

根据案例数据，分别采用發电权交易最大社会效用模型及清洁能源发电权交易模型进行计算及分析，运用清洁能源发电权交易模型的撮合结果如表3所示，两种模型计算结果对比见表4。

根据交易结果，运用发电权交易最大社会效用模型时，其碳减排效益尚未计入社会效用中，运用公式（1）代入相关数据可得其碳减排效用为9922元，则运用发电权交易最大社会效用模型并计入碳减排效用后的总社会效用为34872元。而运用清洁能源发电权交易模型时，其社会效用中已经包含碳减排效用，总社会效用为40084元。相比之下，本文提出的模式交易量更高，而总社会效用提高了14.9%，即验证了该模型具备提高交易效益及交易效率的优点。可见，清洁能源发电权交易模型具有明显优势，尤其是该运用该模型时不需要复杂的操作，只需要在一般交易方案中运用本模型并改进报价即可，与现有的实施方案兼容性良好，容易推广运用。

采用本文所提方案总共消纳富余弃水850MWh，其减少了标准煤的燃烧、CO2的排放并提高了经济效益，具体消纳情况见表4。若在清洁能源丰富地区实施清洁能源发电权交易，可以充分发挥清洁能源效益，并发挥清洁能源的减排优势。以某省为例，该省在丰水期火电的发电总量约为65.98亿千瓦时，同期水电的富余弃水远远大于火电的发电量。假设火电有一半发电量满足交易的校核条件且清洁能源并入后系统依旧有足够的调峰调频等能力，预估可减少32.99亿千瓦时的弃水电量，则清洁能源发电权交易效益情况见表5。

4 结论

本文提出清洁能源发电权交易模型，在目标函数中加入了碳交易效益，并通过折算报价的方式引入碳交易效益对撮合方案的影响，确保取得最大社会效益的基础上，促进了碳减排。该模型及实施方案是在现有的发电权交易实施方案中作了一定改进，其运用与一般实施方案基本一致，因此这种方式构建模型具有很高的可行性，容易推广。

计入碳交易效益的发电权交易可以准确、全面的计算交易的经济效益，若碳交易效益很小可以忽略，但对于碳减排的效益较可观时则不可忽略。尤其是清洁能源参与发电权交易时，采用清洁能源发电权交易模型可以全面计算其交易的效益，既能够充分增加清洁能源的效益，又能展现其减排优势。算例分析表明，本文所提模型能全面计算清洁能源发电权交易的效益，有效地将清洁能源的环保优势转化为减排效益优势，实现经济效益与保护环境的双赢，有利于构建清洁低碳的现代能源体系。另外，若远期的碳交易价格走高，则煤电等的碳减排压力会增加，采用本文提出的清洁能源发电权交易将成为煤电等需要减排的发电厂商的最好选择之一。

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