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【深度研究】基于区块链碳通证的碳排放权与绿证联合交易市场机制设计-田壁源

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第26卷第2期电力需求侧管理Vdl.26,No.2Mar.15,20242024年3月15日Power Demand Side Management文献标志码:AD01:10.3969/i.issn.1009-1831.2024.02.014文章编号:1009-1831(2024)00-0087-08中图分类号:TK018:F407.61基于区块链碳通证的碳排放权与绿证联合交易市场机制设计田壁源,刘倩汝2,常喜强3,戚红艳',文玉玲',徐海奇',张新燕·(1.国网新疆电力有限公司乌鲁木齐供电公司,乌鲁木齐830011:2.华北电力大学电气与电子工程学院,河北保定071003;3.国网新疆电力有限公司,乌鲁木齐830018;4.新疆大学电气工程学院,乌鲁木齐830047)摘要:绿证和碳交易机制是现阶段推动电力系统经济低碳运行的有效手段。但现行的绿证制度在鼓励可再生能源并网、缓解财政补贴压力等方面的表现不佳,现行的碳市场对促进减排效果也不明显,且总体呈现“孤立运作”特征。因此,为打破传统绿证和碳市场交易的壁垒,做好市场机制层面的有效衔接,设计了基于区块链的碳权-绿证联合交易市场框架与激励机制。首先,编写智能合约将购/售电及碳权、绿证交易在以太坊平台运行,确保联合市场交易的安全高效自动执行与信息透明:其次,引入碳通证概念,提出了考虑碳通证的DPoS-CT共识算法,激励市场主体对碳减排做出更多贡献;最后,通过算例分析验证了所提机制可有效激励可再生能源交易和限制火电机组的碳排放量,为碳权-绿证联合交易市场建设提供新思路。关键词:碳权交易:绿证交易:区块链:智能合约:碳通证:共识算法Design of the market mechanism for joint trading of CET and GCT based onblockchain carbon tokenTIAN Biyuan',LIU Qianru,CHANG Xiqiang',QI Hongyan',WEN Yuling',XU Haiqi',ZHANG Xinyan'(1.Urumqi Power Supply Company,State Grid Xinjiang Electric Power Co.,Ltd.,Urumqi 830011,China;2.School of Electrical and Electronic Engineering,North China Electric Power University,Baoding 071003,China;3.State Grid Xinjiang Electric Power Co.,Ltd.,Urumqi 830018,China;4.College of ElectricalEngineering.Xinjiang University,Urumqi 830047,China)Abstract:Green certificate trading(GCT)and carbon emission trading(CET)are effective means to promote low-carbon operation of pow-er system economy at present stage.However,curent green can system does not perform well in encouraging grid connection of renewableenergy and easing pressure of financial subsidies,and cumrent carbon market has no obvious effect on promoting emission reduction,andand carbon market transactions and effectively link up the market mechanism,a block-chain based carbon rights green certificates jointtrading market framework and incentive mechanism were designed.Firstly,smart contracts are compiled to run power purchase/sale,car-bon rights and green card transactions on the Ethereum platform,ensuring the safe,efficient,automatic execution and information transpar-ency of joint market transactions.Secondly,concept of carbon token is introduced,and DPoS-CT consensus algorithm considering carbon-token is proposed to encourage market players to make more contributions to carbon emission reduction.Finally,proposed mechanism caneffectively stimulate renewable energy trading and limit the cabon emissions of thermal power units through an example analysis,provid-ing ne w ideas for the construction of the GCT and CET market.0引言污染的发展方向0。电力行业因其高投入、高消耗、高排放已成为全球能源领域最大的碳排放源,是节随着双碳目标的明确提出,能源行业低碳化、能、减排的主力军回,因此对电力行业碳交易体系进能源管理集约化成为了我国摆脱能源危机和环境行研究具有重要意义。收稿日期:2023-10-28:修回日期:2023-1205可再生能源发电具有电能和环境双重价值)。基金项目:国家自然科学基金(51667018)中国的可再生能源装机容量充足,而现阶段面临着(C)1994-2024 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net88电力需求侧管理第26卷利用效率不足、投资效益低、市场竞争力弱的困境,机组单位发电量的碳排放初始配额,对于免费配额随着行业补贴退坡趋势明显,需要进一步优化灵活之外的碳排放量,允许碳排放权益作为商品在厂商机制设计。中国电力市场实施的是配额制下的绿证之间进行交易。碳交易市场分为一级市场和二级和碳排放权交易制度。可再生能源配额制度和可交市场,一级市场为配额初始分配市场,包括免费发易绿证制度能够以市场化的方式对可再生能源产业放和拍卖两种方式;二级市场为自由交易市场,包进行补贴,引导其良性发展。碳排放权交易在通过括挂牌交易、单向竞价等方式。配额制限制碳排放的同时,利用市场手段提高低碳由于火电机组之间的运行成本和碳排放系数产业竞争力,促进可再生能源发电的发展。都有所不同,目前多采用阶梯型碳交易收益计算模碳权交易(carbon emission trading,,CET)与绿证型,将碳排放量区间化进而通过引入碳排放权交易机制,利用发电成本差和碳排放系数差获取增量兼顾电力经济和节能减排的重要手段。但目前我收益。火电机组的免费碳排放额度及实际碳排放国CET和GCT市场机制尚未成熟,绿证交易低迷,量计算方法如下碳减排机制还有待完善)。若想发挥真正的优势有(1)必要考虑两者的联合市场设计。现有文献关于CET与GCT的联合市场研究主要侧重于联合交易框架式中:W、W:分别为火电厂i在t时段计划发电设计、交易机制的并行实施或市场间均衡协调等领量、实际发电量;E。为系统的碳配额系数:为火电域。现有研究虽然打破了电、碳、绿证等多市场间厂i的实际碳排放系数。交易的壁垒,并通过配额确定及分配方法、价格体1.2绿证市场系等机制实现多市场均衡,仍缺少对不同市场间交可再生能源发电具有电能和环境双重价值,绿易主体的统一激励机制及考核标准,且绿证与碳排证是其环境价值的货币化,是一种随着可再生能源放权交易存在高昂的信任成本1。消纳而产生的“可以转让、可以交易”的有价证券,区块链作为一种新兴的分布式记账系统,具有自代表一定数量的绿电。与碳排放权类似,绿证也是带信任、数据防篡改、可追溯等特征,其关键技术包括通过交易来发挥市场在资源优化配置中的作用。加密算法、共识机制、存储结构和智能合约,可为电一非水可再生能源每发1MWh绿色电力获得1个碳-绿证联合交易平台提供运营管理、计量认证和数绿证,风电和光伏发电商的绿证配额量分别为据流转等方面的技术支持-。现有研究主要利用区块链底层技术实现交易的全周期上链,以及借助跨(2)链、激励机制、共识协议等提升碳权-绿证的交易效式中:m、Ew分别为绿色电力转换绿证配额系数;率。而对适用于能源电力衍生品交易的智能合约、共W、Ww分别为风电、光伏在t时段的发电量。识机制等研究较少,信誉激励机制与方法也不够完善。1.3现阶段碳与绿证交易市场面临的桃战为此,本文提出了基于区块链技术的碳权-绿证目前我国碳市场主体单一,存在市场规模有联合交易机制,通过引入碳通证概念,量化了绿电生限、交易制度不完善、法律体系不健全等诸多问产消纳及碳排放权交易的环境价值,并通过电、碳权、题。与全球主要碳市场相比,我国碳市场尚处于起绿证市场间的减碳交易,实现碳通证的发行与流转。步阶段,碳价较为低迷,且尚未建立碳价格稳定机提出了基于权益证明(PS)的委托碳通证权益证明制及相关风险防控机制,碳价格波动较大。(delegated proof of stake carbon token,DPoS-CT)在当前绿证自愿认购体系下,企业缺乏主动开机制,利用该信誉共识机制建立了节点信用评价体系与展绿证交易的内生动力,绿证市场呈现挂牌率、交激励策略,并以减碳能力函数变化率作为DPoS-CT的易率“双低”的现象,与其余市场的联系尚不够紧记账委托人选举依据,激励市场主体具备持续良好的密,总体呈现“孤立运作”特征,且仅可以出售一次,减碳发展趋势。同时,通过编写智能合约将联合交易几乎无法发挥绿证其可流通交易证券的功能。有机制在以太坊平台运行,保障交易安全高效自动执行。悖于绿证提出时的主要目的,即通过市场手段填补可再生能源补贴资金的巨大缺口。碳权-绿证联合市场交易机制1.4CET与GCT的交互机制目前国内碳权和绿证市场的总体设计思路都1.1碳市场是以一个设定好的总量为控制目标,向下细化碳配在碳市场中,通常采用基准线法核定不同发电(C)1994-2024 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
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