融合碳交易的電力市場(chǎng)交易機(jī)制及交易模式探索

黃思嘉 陳衛(wèi)中 鄭寧敏 陳世勇 鄭子墨

（1 中國(guó)電建集團(tuán)福建省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司 福建福州 350003 2 閩粵聯(lián)網(wǎng)電力運(yùn)營(yíng)有限公司 福建漳州 363300）

1 概述

隨著我國(guó) “雙碳” 目標(biāo)的確立以及碳市場(chǎng)建設(shè)的加速推進(jìn)，電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)調(diào)度將面臨更多挑戰(zhàn)。且碳電市場(chǎng)建設(shè)存在不協(xié)調(diào)，針對(duì)不同類型電力市場(chǎng)的電力主體市場(chǎng)行為與碳排放權(quán)市場(chǎng)對(duì)應(yīng)主體的碳權(quán)配額量缺少對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而影響電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的進(jìn)度和質(zhì)量。“雙碳”目標(biāo)下的電力市場(chǎng)與碳排放權(quán)市場(chǎng)有必要通過市場(chǎng)耦合的方式，以電力交易市場(chǎng)為基礎(chǔ)，融合碳排放權(quán)，在電力交易過程中將碳權(quán)價(jià)值通過電力市場(chǎng)形式來表現(xiàn)。

2 電力市場(chǎng)與碳市場(chǎng)的關(guān)系

目前我國(guó)碳市場(chǎng)與電力市場(chǎng)建設(shè)仍處于起步階段，就電力行業(yè)而言，二者市場(chǎng)主體高度重合，目標(biāo)高度契合，在“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)下，2 個(gè)市場(chǎng)將逐漸呈現(xiàn)相互交叉、相互影響、相輔相成的耦合發(fā)展態(tài)勢(shì)［1-2］。

首先，碳市場(chǎng)帶來的碳成本會(huì)影響電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易及發(fā)電企業(yè)的中長(zhǎng)期投資，從而改變電力市場(chǎng)的電源結(jié)構(gòu)。其次，電力市場(chǎng)中電源結(jié)構(gòu)和需求側(cè)管理水平也將對(duì)碳市場(chǎng)中碳排放權(quán)配額的分配和價(jià)格產(chǎn)生影響。一方面，隨著電力市場(chǎng)電源結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，清潔能源發(fā)電比重逐步增加，電力領(lǐng)域碳排放總量將不斷降低；另一方面，隨著需求側(cè)管理水平的提高，通過設(shè)定合理的電價(jià)結(jié)構(gòu)及補(bǔ)償機(jī)制，引導(dǎo)用戶側(cè)削峰填谷，平穩(wěn)負(fù)荷曲線，從而平穩(wěn)電廠出力，降低了機(jī)組單位碳排放量。最后，電力市場(chǎng)和碳市場(chǎng)存在相互制約關(guān)系，特別是火電廠的低成本與高碳排放的特性，促使電力結(jié)構(gòu)會(huì)在一定范圍內(nèi)處于穩(wěn)定均衡狀態(tài)。

3 融合碳交易的電力市場(chǎng)模式及交易機(jī)制設(shè)計(jì)

結(jié)合當(dāng)前全國(guó)碳排放交易體系框架的構(gòu)建思路，基于電力市場(chǎng)交易機(jī)制，將碳交易市場(chǎng)體系與電力市場(chǎng)體系相結(jié)合，統(tǒng)籌用戶電力消費(fèi)的能量屬性、碳屬性，構(gòu)建“能量+碳”的電力商品，構(gòu)建融合碳交易的電力市場(chǎng)機(jī)制框架。

根據(jù)文獻(xiàn)研究，碳電市場(chǎng)的關(guān)聯(lián)模式主要有3 種：直接單向關(guān)聯(lián)、直接雙向關(guān)聯(lián)以及間接關(guān)聯(lián)［3-4］。為更好地促進(jìn)碳電市場(chǎng)融合發(fā)展，建議以直接雙向關(guān)聯(lián)方式為基礎(chǔ)搭建融合碳交易的電力市場(chǎng)交易機(jī)制。在電力市場(chǎng)交易過程中融合碳屬性指標(biāo)，構(gòu)建“能量+碳”的電力交易指標(biāo)體系，形成能夠促進(jìn)用戶“滿足用能需求，減少碳屬性消費(fèi)”的碳電市場(chǎng)機(jī)制框架，從而實(shí)現(xiàn)通過市場(chǎng)手段促進(jìn)用戶在電力交易過程中自覺購(gòu)買綠電，加快清潔能源消納，減少碳排放的目的。

3.1 融合碳交易的電力市場(chǎng)運(yùn)行模式設(shè)計(jì)

融合碳交易的電力市場(chǎng)交易運(yùn)行流程主要涉及5 個(gè)過程，分別是：交易系統(tǒng)構(gòu)建、交易發(fā)布申報(bào)、交易出清、交易偏差處理、交易結(jié)算。

（1）交易系統(tǒng)構(gòu)建。主要是在電力市場(chǎng)交易系統(tǒng)基礎(chǔ)上融合碳排放權(quán)交易參數(shù)設(shè)置。交易參數(shù)被賦予電力能量屬性及碳屬性，碳電交易系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互為電力交易系統(tǒng)提供碳權(quán)約束條件并設(shè)置參與電力交易市場(chǎng)主體的準(zhǔn)入門檻；電力交易系統(tǒng)為碳排放權(quán)交易市場(chǎng)提供了發(fā)、用電用戶模型，為碳排放權(quán)核發(fā)和配額提供依據(jù)。

（2）交易發(fā)布申報(bào)。碳電市場(chǎng)交易的前提是買方發(fā)布交易需求，賣方針對(duì)需求開展交易申報(bào)。準(zhǔn)入交易的市場(chǎng)主體在碳電交易系統(tǒng)發(fā)布、申報(bào)電力交易信息，發(fā)布申報(bào)截止后，碳排放權(quán)市場(chǎng)根據(jù)電力發(fā)布申報(bào)的信息預(yù)核發(fā)和配額對(duì)應(yīng)碳權(quán)，反饋給電力市場(chǎng)主體，疊加形成“電量+碳排放”雙元信息。若市場(chǎng)主體的碳排放配額不足，需通過碳排放權(quán)市場(chǎng)進(jìn)行缺額的碳排放權(quán)交易后，才能完成電量交易申報(bào)。

（3）交易出清。電力交易發(fā)布申報(bào)截止后，電力交易進(jìn)入出清階段。交易的出清信息傳輸給碳排放權(quán)市場(chǎng)，碳排放權(quán)市場(chǎng)根據(jù)各市場(chǎng)主體的電力中標(biāo)數(shù)據(jù)，按照新能源碳權(quán)核發(fā)和火電配額碳權(quán)機(jī)制鎖定各市場(chǎng)主體的碳排放權(quán)量并反饋給電力交易系統(tǒng)對(duì)應(yīng)電力出清的碳權(quán)鎖定量。最終碳電市場(chǎng)按照電力交易出清機(jī)制及碳排放配額機(jī)制，分別出清電力交易成交的買賣雙方的中標(biāo)電量、電價(jià)，并鎖定碳排放權(quán)量。

（4）交易偏差處理。實(shí)際交易過程中由于發(fā)、用電偏差導(dǎo)致臨時(shí)不均衡電量，通過備用市場(chǎng)或彈性負(fù)荷調(diào)度消除發(fā)、用電的實(shí)際不平衡量，并將實(shí)際執(zhí)行的不平衡量及其涉及的市場(chǎng)主體信息傳送到碳排放權(quán)市場(chǎng)。碳排放權(quán)市場(chǎng)按照碳排放權(quán)核發(fā)和配額機(jī)制修正本輪出清的電力交易各市場(chǎng)主體的碳排放權(quán)量，將出清的碳排放權(quán)量反饋給電力市場(chǎng)并開展市場(chǎng)主體間的碳排放權(quán)交易。

（5）交易結(jié)算。電力交易執(zhí)行信息按照交易結(jié)算規(guī)則確定電力市場(chǎng)主體的市場(chǎng)費(fèi)用，并按照碳排放權(quán)市場(chǎng)規(guī)則反饋電力市場(chǎng)主體的核發(fā)與配額碳排放權(quán)量，為電力市場(chǎng)的交易準(zhǔn)入門檻提供評(píng)估和完善的依據(jù)。

通過以上運(yùn)行模式，將電力市場(chǎng)和碳排放權(quán)市場(chǎng)的關(guān)聯(lián)。交易各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)交互，確保電力市場(chǎng)主體同時(shí)履行電力交易和碳權(quán)交易的市場(chǎng)義務(wù)，提高碳電市場(chǎng)融合度。

3.2 碳電市場(chǎng)交易流程設(shè)計(jì)

（1）電力市場(chǎng)擬定發(fā)用電雙方電力需求；碳交易市場(chǎng)確定各企業(yè)方的配額/碳排放權(quán)；

（2）開展電力交易，電力信息分解為“電量+碳排放”雙元信息；

（3）用戶交易時(shí)，結(jié)合碳配額情況和自身生產(chǎn)計(jì)劃，提交電量需求和碳排放限額；電源商將自身的電力轉(zhuǎn)換為雙元信息（電量+碳排放）的電力商品；

（4）按照電力約束、碳排限額控制，在雙邊市場(chǎng)上進(jìn)行統(tǒng)一出清電力交易信息。交易出清結(jié)果包括買賣雙方的中標(biāo)電量、電價(jià)，并鎖定碳排放權(quán)量；

（5）根據(jù)合同結(jié)算情況，對(duì)于可再生能源合同電量可以獲得相應(yīng)的碳排放權(quán)量，在碳排放配額清繳時(shí)可作為抵扣憑證，用戶富余的碳排放配額可參與碳排放交易；

（6）可再生能源配額總量測(cè)算時(shí)，售出方所在省份應(yīng)扣除售出可再生能源電量；購(gòu)入方可將可再生能源購(gòu)入量納入可再生能源配額中，作為企業(yè)或者各省份的總量配額。

3.3 碳電融合的電力市場(chǎng)交易模式

融合碳交易的電力市場(chǎng)交易模式參照電力市場(chǎng)交易模式，按交易時(shí)間長(zhǎng)短可分為現(xiàn)貨交易、中長(zhǎng)期交易和期貨交易。交易品種主要是賣方發(fā)電企業(yè)與買方電網(wǎng)企業(yè)、售電公司、電力用戶之間進(jìn)行電碳雙元信息的電力商品。

（1）現(xiàn)貨交易。融合碳交易的電力現(xiàn)貨交易主要包括日前交易和日內(nèi)交易，主要采用集中競(jìng)價(jià)的出清方式，通過買賣雙方按時(shí)段申報(bào)“電力-價(jià)格”曲線，同時(shí)按照碳排放權(quán)配額核發(fā)機(jī)制價(jià)格鎖定響應(yīng)的碳排放權(quán)量，在賣方節(jié)點(diǎn)按照買賣雙方價(jià)差遞減的原則依次出清，且以最后一筆成交報(bào)價(jià)的買賣雙方均價(jià)作為系統(tǒng)邊際電價(jià)，并根據(jù)電量成交情況出清碳排放權(quán)量。

（2）中長(zhǎng)期交易。融合碳交易的電力中長(zhǎng)期主要包括年度（多年）交易、月度交易、月內(nèi)（多日）交易等針對(duì)不同交割周期的電力商品交易。中長(zhǎng)期交易成交的電力商品除了結(jié)算電費(fèi)之外，同時(shí)也對(duì)不同電源電量的碳排放權(quán)量進(jìn)行鎖定及轉(zhuǎn)移。

（3）期貨交易。通常包括遠(yuǎn)期合同、遠(yuǎn)期期貨、短期期貨、期權(quán)、差價(jià)合同等。市場(chǎng)主體可以通過碳電金融合同的交易來規(guī)避市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)，或者進(jìn)行套利。

4 融合碳交易的電力市場(chǎng)下發(fā)電企業(yè)運(yùn)營(yíng)效益分析

通過融合碳交易的電力市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)，在電力商品上附加碳屬性，使火力發(fā)電等排碳電源在碳電市場(chǎng)上的交易量會(huì)受到碳排放限額的限制，碳排放權(quán)交易市場(chǎng)形成的碳價(jià)成本會(huì)傳導(dǎo)到電價(jià)上；同時(shí)還能促進(jìn)高耗能、高碳排的工業(yè)企業(yè)在電力交易中更多的使用新能源電力，減少碳排放配額壓力。

4.1 各類型發(fā)電機(jī)組成本

根據(jù)《2021 年下半年全球各類電源LCOE 更新報(bào)告》相關(guān)數(shù)據(jù)，我國(guó)2021 年下半年各類主要電源平準(zhǔn)化度電成本（LCOE）如表1 所示。

表1 我國(guó)2021 年下半年各類主要電源平準(zhǔn)化度電成本

從表1 可以看出，在各類主要電源中光伏、陸上風(fēng)電的度電成本基本略低于煤電，海上風(fēng)電的度電成本近年來也在持續(xù)降低。

隨著我國(guó)碳市場(chǎng)建設(shè)的不斷深化和完善，考慮從碳排放配額有償分配比例和碳配額價(jià)格2 個(gè)維度開展分析。

（1）碳排放配額有償分配比例。碳排放配額有償比例從0到100%，以10%遞增設(shè)置。

（2）碳排放配額價(jià)格。2021 年7 月16 日，全國(guó)碳市場(chǎng)上線交易正式啟動(dòng)。截至2021 年12 月31 日，全國(guó)碳市場(chǎng)碳排放配額（CEA）累計(jì)成交量達(dá)1.79 億t，成交額達(dá)76.84 億元，每噸碳排放配額均價(jià)為42.9 元，每噸碳排放配額價(jià)格分別設(shè)定為50、80、100 元。

4.2 碳排放成本對(duì)燃煤機(jī)組和燃?xì)鈾C(jī)組的影響

根據(jù) 《2019—2020 年全國(guó)碳排放權(quán)交易配額總量設(shè)定與分配實(shí)施方案（發(fā)電行業(yè)）》，300 MW 等級(jí)以上常規(guī)燃煤機(jī)組供電碳排放基準(zhǔn)值為0.877 tCO2/MWh，燃?xì)鈾C(jī)組供電碳排放基準(zhǔn)值為0.392 tCO2/MWh。按照前述碳排放配額有償分配比例和碳配額價(jià)格設(shè)定值，計(jì)算燃煤機(jī)組和燃?xì)鈾C(jī)組發(fā)電成本的變化情況，如圖1 和圖2 所示。

圖1 不同配額有償分配比例和碳排放價(jià)格下燃煤機(jī)組碳排放成本

圖2 不同配額有償分配比例和碳排放價(jià)格下燃?xì)鈾C(jī)組碳排放成本

從圖1 和圖2 可以看出，隨著碳排放配額有償分配比例逐步加大以及碳排放配額價(jià)格持續(xù)走高，燃煤機(jī)組和燃?xì)鈾C(jī)組的碳排放成本將不斷增加。當(dāng)有償分配比例達(dá)到100%，碳排放配額價(jià)格由50 元/t 變動(dòng)到100 元/t 時(shí)，燃煤機(jī)組和燃?xì)鈾C(jī)組購(gòu)買碳排放配額增加的發(fā)電成本變化范圍分別達(dá)到43.8～87.7 元/MWh 和19.6～39.2 元/MWh，占各自總發(fā)電成本的12%～24%和5%～10%。

4.3 碳排放成本對(duì)可再生能源發(fā)電機(jī)組的影響

可再生能源發(fā)電機(jī)組屬于零碳電源，因而不受碳排放成本的影響。另一方面，可再生能源項(xiàng)目可通過國(guó)家核證自愿減排量（CCER），抵消≤5%的碳排放配額清繳責(zé)任，符合條件的可再生能源發(fā)電機(jī)組可以獲得碳排放額外收益，從而在電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中具有更大的競(jìng)價(jià)空間。

4.4 考慮碳排放成本后集中競(jìng)價(jià)市場(chǎng)出清順序

隨著碳市場(chǎng)中碳成本逐步攀升，發(fā)電機(jī)組在雙邊協(xié)商市場(chǎng)和集中競(jìng)價(jià)市場(chǎng)報(bào)價(jià)時(shí)，不可避免地考慮碳成本的邊際成本。由于可再生能源機(jī)組的邊際成本極低，因此出清順序靠前。而燃煤機(jī)組和燃?xì)鈾C(jī)組考慮碳排放成本后，其邊際成本會(huì)明顯提高。且單位供電碳排放強(qiáng)度越大的機(jī)組，碳排放成本的增加幅度也越大，造成機(jī)組邊際成本增大，出清順序靠后。

4.5 碳電市場(chǎng)對(duì)區(qū)域新能源消納的影響

隨著新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建及“雙碳”工作的推進(jìn)，新能源發(fā)電量占比將不斷提高，且新能源具有邊際成本低、零碳排放的雙重特點(diǎn)，在碳電市場(chǎng)交易中具備競(jìng)價(jià)優(yōu)勢(shì)和碳排放優(yōu)勢(shì)，從而通過市場(chǎng)化手段促進(jìn)用戶在電力交易過程中自覺購(gòu)買綠電，減少碳排放，提升區(qū)域電網(wǎng)的收益能力，加快新能源的消納與發(fā)展。

5 結(jié)論

（1）通過融合碳交易的電力市場(chǎng)模式設(shè)計(jì)，通過構(gòu)建“能量+碳”的電力交易指標(biāo)體系，在電力市場(chǎng)交易系統(tǒng)構(gòu)建、交易發(fā)布申報(bào)、交易出清、交易偏差處理、交易結(jié)算過程中引入碳排放配額機(jī)制，推動(dòng)碳排放成本向電力交易用戶，特別是高能耗高碳排用戶傳導(dǎo)。

（2）當(dāng)碳排放配額有償分配比例達(dá)到100%，碳排放配額價(jià)格由50 元/t 變動(dòng)到100 元/t 時(shí)，燃煤機(jī)組和燃?xì)鈾C(jī)組由于購(gòu)買碳排放配額增加的發(fā)電成本分別達(dá)到43.8～87.7 元/MWh 和19.6～39.2 元/MWh，占各自總發(fā)電成本的12%～24%和5%～10%。