本文摘要：摘要：由于化石能源的大规模消耗和随之而来的碳排放，能源与环境问题在世界范围内日益突出。引入碳交易和发展综合能源系统成为实现能源行业低碳化和可持续发展的重要手段，两者如何结合促进应予以重点关注。该文聚焦碳交易在综合能源系统中的应用问题，首先
摘要：由于化石能源的大规模消耗和随之而来的碳排放，能源与环境问题在世界范围内日益突出。引入碳交易和发展综合能源系统成为实现能源行业低碳化和可持续发展的重要手段，两者如何结合促进应予以重点关注。该文聚焦碳交易在综合能源系统中的应用问题，首先总结了碳交易关键要素和碳市场发展状况，而后分析了碳交易对综合能源系统规划与运行的影响过程，全面梳理了考虑碳交易的综合能源系统规划与运行模型的组成要素和研究现状，最后从影响机理、交易机制和应用模式三个方面对碳交易与区域综合能源系统的协同发展进行了探讨和总结。
关键词：碳中和;碳配额;多能耦合;能源市场
引言
在全球气候变暖和化石资源锐减的背景下，低碳化成为实现全球可持续发展的关键[12]。为此，各国政府立足本国国情，纷纷出台了一系列应对措施，积极推动非化石能源替代化石能源、低碳能源替代高碳能源，并做出了相应的碳排放控制承诺[3]，如：西班牙提出了―2050年电力系统脱碳‖目标[4];2020年，中国做出了―2030碳达峰，2060碳中和‖低碳承诺。能源行业作为碳排放的重要主体[5]，是上述减排目标实现的重要环节，推动低碳能源发展尤为重要，因此，低碳发展思路和技术一直备受关注[6]。
能源论文范例：河南省能源、经济与环境(3E)系统绿色发展评价与分析
总的来说，能源行业低碳化途径有两类，一是应用经济、高效的能源转换和多能互补技术，如储能、冷热电三联供、P2G等，构建集电力系统、热力系统以及天然气系统为一体的综合能源系统[7]，实现不同能源系统之间的深度融合，提升能源整体利用效率，推动可再生能源规模化消纳，降低能源供给成本;二是引入碳交易机制[8]，按照―谁污染，谁治理‖的原则，在碳排放权总量不变前提下，以碳排放权为媒介，通过买卖形式对碳排放企业进行奖惩，促进碳排放成本从减排成本低的企业流向减排成本高的企业，从而将环保问题转化成经济问题，在节约全社会减排成本的同时，实现资源优化配置[9]。近年来，以能源去碳化为发展方向，我国在多能互补和优化系统、―互联网+‖智慧能源、可再生能源消纳等方面开展了大量的探索与试点工作，积极发布碳交易相关政策、开展碳排放权交易等。
综合能源系统和碳交易是相辅相成、相互促进的关系，碳交易机制的实施与完善将进一步提升综合能源系统的经济和环境效益。以新能源消纳为例，文献[12]研究分布式光伏项目的碳排放足迹问题，在发电成本函数中计及碳交易成本，具体分析光伏产消者加入碳交易对整体发电成本的影响，验证了引入碳交易可有效提高光伏发电收益。
在这一背景下，本文面向综合能源和碳交易结合促进问题，对考虑碳交易的综合能源系统规划与运行模型与策略进行了总结梳理和展望，具体如下：(1)重点梳理碳交易概念、模式及市场现状;(2)着重讨论综合能源系统研究中的个重要分支：规划和运行，分析碳交易对综合能源系统规划和运行影响的研究现状和关键模型;(3)从影响机理、交易机制和应用模式三方面提出碳交易下一步发展思路和需解决问题。
1碳交易关键要素
1.1碳交易定义及过程
碳排放是指人类在各种生产、生活活动时造成的温室气体排放[13]。碳排放权交易(简称碳交易)源于1997年《京都议定书》，是一种面向减排目标的配额交易体制，以碳排放配额(简称碳配额)为载体，明确被纳入碳交易市场的企业主体，纳入企业通过政府分配、自行拍卖等多种途径获取对应的碳配额，并根据自身实际排放自由交易碳配额[9]，充分发挥市场机制作用，以最优经济成本实现温室气体排控目标。
(1)碳配额获取：监管部门根据区域内环境现状和温室气体总量控制目标等约束确定区域碳排放总额，向核准有减排义务的企业分配碳配额，或者企业通过自行拍卖等其他方式获得碳配额;(2)各企业根据自身排放情况参与碳市场交易，如果其所分配到的碳配额大于实际碳排放总量，可以选择保留或出售多余的碳配额以获得更多的经济收益;反之亦然，需要从市场上购买碳配额或通过自行减排以避免高额罚金，通过经济性奖惩来激励企业节能减排。
1.2碳交易成本
碳交易本质上是一种经济行为，碳交易成本是核心。这里对影响碳交易成本关键因素进行解释。
1.2.1碳排放强度碳排放强度可定义为单位国民生产总值碳排放总量。目前存在两类概念：一是平均碳排放强度，即一段统计时间内的碳排放强度均值，如2017年全球平均电力碳强度为0.45kg/kWh，一般情况下碳排放强度等同于平均碳排放强度。在电力行业，燃煤机组(主网)碳排放强度最高[14]，燃气机组等清洁能源机组次之，仅有燃煤机组的1/2，风光等可再生能源机组最小。
1.3碳交易市场
当前，碳交易模式主要有两种：一是基于碳排放总量交易原则，监管部门负责制定系统整体的碳排放总量，并对按机组容量大小对系统内各类机组分配初始额度。该模式目标在于控制系统碳排放总量，适用于发达国家。二是碳排放强度原则[21]，目标是减少机组单位碳排放量，而非限定碳排放总量，适用于发展中国家。
2碳交易对综合能源系统规划与运行影响
一系列实践表明，构建综合能源系统可以打破各类各级能源子系统间的行业壁垒，以冷、热、电、气等多种能源协同策略来满足用户多样需求的同时，在区域内、区域间提升多能协同供给效益[27]。在实际运行时，有部分机组因多能互补技术实现能源供给效率和市场竞争力的双提升，但风电等低碳机因投资成本、运行成本高等约束问题，在参与市场时处于劣势地位，上网和获利空间较少，导致该类低碳机组发展受到限制。
碳交易机制实施后将对各类机组运行成本产生直接影响，也为促进综合能源系统低碳化提供了有效途径。具体表现为：考虑碳交易后，高耗能机组(如燃煤电厂等)的运行成本明显增加，而低碳机组(如风电机组、燃气机组)的运行成本缓增甚至降低。当高耗能机组运行成本不断增加至影响其发电收益时，系统调度员将会通过控制机组出力来确保社会福利最大化;相反，低碳机组运行成本进一步降低后，将会获得优先调度权，获利空间增加。
综上所述，碳交易机制可以平衡综合能源系统运行的经济性与环保性[6]，也有利于改善系统电源结构，利好风电等高投资成本的可再生能源，促进能源结构多元化，有助于搭建完善、综合的清洁能源供给体系。考虑碳交易的综合能源系统规划与运行模型综述在已有综合能源系统研究中，碳交易引入基本思路如下：以排放量或价格为载体，将碳要素转化成相应的因素、变量或约束条件，纳入综合能源系统规划与运行模型中，继而提出兼顾环保性和经济性的系统运行优化策略[28]。进一步研究方向随着区域综合能源系统和全国碳交易市场的兴起，碳交易模型、机制和模式将呈现多场景、多样化和差异化特点，亟需进一步丰富和细化，以更好地匹配系统需求和区域能源特点，实现综合能源市场和碳市场的协同发展。
4.1构建碳市场与其他能源市场的影响机理模型
实施碳市场后，碳价格的引入将对各类能源机组的运行成本带来或大或小的影响，继而影响能源市场的竞争格局。与煤炭相比，天然气和可再生能源碳排放强度更小，在供给相同能源时燃气机组或可再生能源机组产生的碳排放量更小，在碳市场中具有经济优势，将影响能源供应机组分配策略，导致可再生能源和天然气需求进一步增加，而煤炭需求相应减少。
进一步地，这也将影响其他能源市场如绿证、天然气、煤炭、电力市场的活跃度，从而影响各级能源市场供需关系和市场均衡结果，对各级能源市场价格产生作用，继而影响区域综合能源优化运行策略，甚至在中长期尺度上也将影响能源市场电源结构配置[48]。当然，新的电源结构也会对碳市场带来不小的冲击。因此，需要对碳市场与其他能源市场之间的相互影响机理及价格传导机制开展机理研究，可通过构建基于系统动力学的因果推导模型来验证和分析。
4.2构建区域能源市场中多样化碳交易机制
与大而泛的国家级能源市场相比，区域能源市场更具有自身特点，如清洁能源消纳困难、用户环保意识不一、某类机组占比高等[49]，交易主体更为统一，可通过设计多样化、定制化碳交易机制，实现碳资源互济，发挥碳交易市场配置作用。具体地，站在区域运营商角度，引入边际碳排放强度信号，形成碳交易二级市场，由各类主体上报碳交易需求并触发交易事件，形成多时段多样化碳交易价格或竞价体系，以更好地激励各类主体实时跟踪碳交易价格，形成常态化高效的区域碳交易市场，实现碳资源的就地互济和平衡，促进区域低碳生态构建，减少与上级碳交易市场交互。
4.3构建计及区块链技术的碳交易体系
多样化碳交易机制扩展了碳交易的范围，但如何确保各类主体之间的交易互信仍是碳交易持续开展的关键。因去中心化架构、集体维护机制、数据安全性高等优势，很多文献开展了区块链和碳交易结合研究[50]，提出多种区块链技术与碳交易相结合的运行方案，应用区块链的多项技术优势来改善碳交易过程中可能出现的漏洞。文献[51]设计了面向碳交易的区块链六层核心技术架构和―五步骤‖实现方案，构建―企业交易政府监管第三方审核金融风险防范‖全维度的区块链碳交易模式。
文献[19]基于联盟区块链技术，提出了―多对多‖碳排放权交易的应用方案。可以说，区块链在能源行业的应用正逐渐普遍，如区块链分类账被用于降低交易成本，查明能源来源和提高交易效率。目前计及区域综合能源系统的碳交易区块链研究较少，应尽快研发面向区域综合能源系统的区块链碳交易平台，可选择一至两个交易较活跃、资源较丰富的地区作为试点推广试用[5253]，探索包括碳配额购买或分配，碳交易决策与竞价、碳交易结算与监管等在内的功能服务，充分利用区块链底层技术优势来提升碳交易的可行性、便捷性和优质性，分布式碳交易主体架构如图所示。
5结束语
在―2030碳达峰，2060碳中和‖目标下，我国节能减排任务艰巨，必须加快构建清洁、安全和高效的综合能源运行体系，打通各级能源体系多种壁垒，让各类能源品种有机融合，协同参与降碳减排。在这一背景下，充分发挥经济杠杆作用，不断深化碳交易和综合能源系统融合是必经之路和重重之重。本文以综合能源系统为切入点，分析了碳交易机制引入对综合能源系统规划和运行的影响，提炼了关键模型，总结了国内外的研究动向，并对未来的研究方向进行了展望。
参考文献
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[2]YaohuaCheng,NingZhang,ZongxiangLu,etal.PlanningultiplenergyystemsowardowCarbonociety:Acentralizedpproach[J].IEEETransactionsonSmartGrid,2019,10(5):48594869
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作者：万文轩,冀亚男，尹力,吴恒
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