碳交易市场与电力市场协同发展研究

碳交易市场与电力市场协同发展研究问题1:双碳战略下，电力客户碳排放监测体系如何构建?问题2:电力客户的可交易碳资源应该如何计算?问题3:碳价格对电力市场价格的可能影响及机理?问题4:电力市场和碳市场的耦合机制?21、电力客户的碳监测配置及计算方法2、电力客户的“碳汇”计算评估方法3、碳市场对电力市场的价格传导效应4、碳市场和电力市场交易的耦合机制3目前，国际上主流的碳排放监测方法大致可分为两大类：基于核算的方法和在线监测法。典型行业电力客户碳监测配置基于核算法在线监测法数据采集模块高耗能企业碳监测配置数据采集模块生料消耗量数据采集模块净购入电力消耗量数据采集模块热力表净购入热力消耗量数据采集与处理系统颗粒物监测子系统颗粒物测量仪数据采集与处理系统GPRS败据存储帐美鸟处具气体测量宣零气和标准气体帐美鸟处具临儿心凝海美子长落美容事烟气参数监测子系统氧气变送册临儿心凝海美子长落美容事流速变送册温度变送器压力变送器温湿度变送册4当使用碳排放连续监测系统(由CO2或O2污染物监测仪和一个流量监测仪组成)来监测设备的二氧化碳排放量时，需将CO2浓度(%)和体积流速(scf/h,标态立方英尺/小时)等连续排放监测系统的监测参数转换为碳排放量(t/小时),并对小时碳排放量积分得到日/周/月/季度/年总碳排放量。换日/周/月/季度/5对于碳排放空间分布特性，选取莫兰指数作为空间自相关测度指标来分析，可以揭示该区域人GlobalMoran's2010年和2017年江苏省|规模以上工业间分布图莫兰指数取值区间无锅市州市6对于碳排放空间分布特性，选取莫兰指数作为空间自相关测度指标来分析，可以揭示该□otsimaficant■ihHHizhLorLorLorEihi-LIeigtborlesRLYD□tSimuficatp=0.00ialm7对于碳排放时间分布特性，可以通过设备状态直接碳排放和用电量间接碳排放来估算其碳排放企业碳排放实时估算框架案例分析负荷识别硬拼编《雄硬拼编《雄设备碳排放强度设备状态节点边际碳排放点直接碳排放碳排放总量间接碳排放时网8碳排放计算的一般方法排放因子法物料核算法在线监测法温室气体排放量=活动水平数据E=AD·EF投入系统的总物料等于产品数量和物料流失之和Enco₂=(QCn-QaCash-QcinderCcinder)含碳量9钢铁企业碳排放的计算方法单说户接然柱加文青，正年容工程料置然H单说户接然柱加文青，正年容工程料置然H机器藏机族通劳代籍接盘烧结单元炼铁单元炼钢单元皇章凳排放理理单元石灰烧电灯、空调容耗电设备炼焦单元加热炉干熄机1)直接排放Eco₂=Eco₂=AD,×EF,+ADa×EFa炼铁过程溶剂消耗炼钢过程含碳原料消耗炼钢过程含碳原料消耗Eco=Eco=AD×EF石灰生产过程直接排放碳酸盐脱硫环节排放碳酸盐脱硫环节排放2)间接排放2)间接排放(1)外购电力(1)外购电力E=(AD-ADJ×EF(1)外购热力(1)外购热力Eco₂=AD×EFh钢铁企业碳排放计钢铁企业碳排放计算案例案例钢铁企业分工核算结果CO2排放量(t)一一一一一一一一一一一————一———1)直接排放1)直接排放(2)能源作为原材料用途的碳排放(炭阳(2)能源作为原材料用途的碳排放(炭阳(3)工业生成过程碳排放(电解槽阳极效应)1)间接排放(1)净购电力产生碳排放(1)化石燃料燃烧碳排放焙烧炉柴油汽油E○2=ADe×EF燃料类别消耗量低位发热量单位热值含碳量/(tC/GJ)碳氧化率/%折算因子排放量/tCO2天然气222.49万Nm³389.31GJ/万Nm³0.015399.0044/224810.65柴油342.06t42.65GJ/t0.020298.0044/22汽油32.14t43.07GJ/t0.018998.0044/2294.01合计5963.60排放因子/(tCO2/t-Al)排放量/tCO2(3)生产过程碳排放核算结果排放量/tCO2电解铝企业的碳排放总量为能源作为用途的碳排放量、工业生产过程种的碳排放量、企业净(4)外购电力碳排放核算结果外购电量/(MWh)电力排放因子/(tCO2/MWh)排放量/tCO2963840.99一、电力客户的碳监测配置及计算方法1)直接排放1)直接排放2)间接排放2)间接排放E=E×EF=(E-E)×EF.排放源信息问接排放生料碳酸盐水泥制备辅助工艺余热发电协同处置生料制备工艺排放电力排放减排因素直接排放縣料煅烧有机碳柴油燃料排放煤原-1、电力客户的碳监测配置及计算方法2、电力客户的"碳汇"计算评估方法3、碳市场对电力市场的价格传导效应4、碳市场和电力市场交易的耦合机制二、电力客户的“碳汇”计算评估方法电力客户的”碳汇”资源计算方法电力客户的”碳汇”资源计算方法林电力客户绿色发电获得的碳配额奖励林电力客户绿色发电获得的碳配额奖励电力客户自身的碳排放量电力客户自身的碳排放量电力客户的”碳汇”资源电力客户的”碳汇”资源碳汇资源量的具体表达式：D=Cbase+δP+△φ电量；表示电力客户新能源发电的度电碳汇资源转化因子；表示电力客户绿色发电量为P时获得的碳配额奖励量；△φ表示电力客户自身的产生的碳排放量(已经计及自身节能减排量),在公式中为负值。分布式绿色发电潜力预测分布式绿色发电潜力预测二、电力客户的"碳汇"计算评估方法电力客户节能减排路径与潜力预测(以钢铁工业为例)限制生产产量推广短流程推广短流程改变能源比例(氧气高炉、氢能冶余热余能利用调整比例结构调整比例结构电力客户节能减排路径与潜力预测(以钢铁工业为例)长流程长流程(转炉)短流程焦化钢铁工业的生产过程类别2由表可见，电炉短流程相较于长流程，能够实现40%的减能耗目标，降低碳排放比9.02%相比，可实现减排3.8亿t,对2030年的减排率贡献可达2.09%。各项技术碳减排贡献率及节约碳税汇总余热余能利用技术211、电力客户的碳监测配置及计算方法2、电力客户的“碳汇”计算评估方法3、碳市场对电力市场的价格传导效应4、碳市场和电力市场交易的耦合机制三、碳市场对电力市场的价格传导效应用电量历史电价历史碳价源初始供应量基线法核定的碳排放配额及电力客户自身的绿电发电量磋商达成的碳汇资源出清价买方电力客户用电量历史电价历史碳价源初始购买量总需求量发用电计划求电力需求价格电力实时需求碳汇资源卖方的利润空间化格碳汇资源卖方电力价格上限电力需求限碳汇资源超额需求调整周期销售电价期望的碳汇资源购买量电力需求初始量碳汇资源价格波动调整时间碳汇资源价格变化碳汇资源碳汇资源价格变化碳汇资源基准价格碳汇资源价格碳汇资源价格上限碳汇资源买方碳汇资源买方的利润空间发用电计划电力需求增长率碳汇资源卖方卖方客户向电网上报汇交发电量碳汇资源需求量碳汇资源卖方碳汇资源供给量期望的碳汇资源销售量发电量发电量碳汇资源买方碳汇资源需求单发电量电网下发的碳配额单位发电量产生的碳排放量卖方可再生能源发电量电网下发的碳配额单位发电量产生的碳排放量三、碳市场对电力市场的价格传导效应总总总总总总oI50o碳汇资源交易价格图1不同碳配额下碳汇资源价格对电力价格的影响盘--.100150253碳汇资源交易价格/元总总20o源交易价格/元20o源交易价格/元碳汇资图3不同碳配额下碳汇资源价格对电力能源需求的影响1、电力客户的碳监测配置及计算方法2、电力客户的“碳汇”计算评估方法3、碳市场对电力市场的价格传导效应4、碳市场和电力市场交易的耦合机制26电力市场构建差价合约期货出清数量数量(出力)出清价格(系统_边际机组“价-量”“强制性电力库”市场出清机理碳市场构架碳市场构架惩罚水平安全阀供给管理履约周期祖父法拍卖法价格上下限动态分配碳交易市场需求管理免费发放基准线免费发放项目减排量排放实体监测报告核查二级市场一级市场二级市场公开交易协议转让对碳配额初始分布公开交易协议转让各排放实体由于技术升级或者改造实现政府主管部门制定整体的碳排放实体了减排的目标，则可以将自己持有的政府主管部门制定整体的碳排放实体余排放配额在市场中出售28CCER材料申报核准CCER核准CCER务费新能源项目CCER抵消配额不够的部分自愿减排市场要素要素控排企业A配额不足支出现金购买CCER或者配额每年审计汇报→碳核查企业控排企业B配额富余交易所购买碳配额流碳配额信息流--→碳配额流强制减排市场π>总量控制碳排放权配额分配碳排放权交易配额总量设定与分配原则监测、报告与核证体系减排抵消机制我国碳排放权交易市场示意图我国碳排放权交易市场示意图碳市场交易碳市场交易步骤1:碳配额获取口碳配额是政府部门发给控排企业的二氧化碳初始排放权，以吨为计量单位，1单位配额等于1吨二步骤1:碳配额获取碳配额>碳排放量?Y碳配额>碳排放量?YN分配类型说明基准法"根据行业统一碳排放强度进行配额分配，应用最为广泛2历史法*根据企业历史排放水平进行分配，可能出现“鞭打快牛”情况3企业根据自身需求通过拍卖方式获得配额，增加企业碳排放成本，有利于增加政府收入碳市场交易碳市场交易的碳交易价格表2三类碳交易价格对比口阶梯碳价：在不同的碳排放量区间内设置不同的碳交易价格恒定值随碳量变化恒定值是否提前确定?是是否实时供需关系?否，代表中长期供需是，部分是用户参与风险?无小大适用市场阶段?初期初/中期中/后期市场活力低中好口出清碳价：类似于电力市场出清，碳交易双方按需申报碳交易计划，包括交易量、价格两类信息，并对所申报计划负责；买方按报价由高至低的顺序依次匹配报价由低至高的卖方，直至达到预设报价轮次或截止时间，此时完成碳交易匹配工作，出清碳交易匹配结果。31>碳排放权价格的驱动因素分析需求侧驱动因素需求侧驱动因素市场制度因素突发事件的影响石油天然气生产量汇率利率环境政策产业政策能源替代进出口极端气候极端气候排放标准技术创新用电量碳排放量碳排放需求能源替代生产量碳排放量碳排放需求碳排放权价格碳排放权价格需求侧驱动因素对碳排放权价格的作用机理需求侧驱动因素对碳排放权价格的作用机理酉配己额初始分配总初始配己额代理男璃男璃政鬻双边交易商府府窝报量集集电力客户代理电力客户1,2,,i(1)碳排放成本下电力客户参与中长期市场的研究——算例分析其配额基准值如下表所示。调整系数8=0.97,惩罚率E=2。电力市场交易采用价差形式，发电企业的上网电价为最新地方核定上网电价。电力大客户双边协商的价格下限为-400元(/MW·h),价格上限为0元(/MW·h),发电企业在无拍卖时 的预估碳价pc'=50元(/MWh),协商最大回合数为20。供应/(105双边协商需求/电价/(元供应/(105集中竞价需求/(105电价/(元176.473.4-76.638.235.2-36.5243.044.2-76.636.132.4-46.5372.073.4-76.646.842.7-41.5479.880.6-76.643.139.0-44.0590.391.0-76.640.236.3-42.089.989.2-76.645.042.7-39.3795.594.8-76.646.842.5-43.4894.593.8-76.647.243.2-41.1991.992.2-76.648.344.2-42.090.590.0-76.645.341.2-37.086.486.3-76.645.441.5-34.889.689.3-76.640.337.0-34.534(1)碳排放成本下电力客户参与中长期市场的研究——算例分析设置不同的拍卖比例场景，拍卖比例分别设定为0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、50%、60%、70%、80%、不同拍卖比例下的电价0不同拍卖比例下的碳价初始配额拍卖比例越高，电价和碳价越高35(1)碳排放成本下电力客户参与中长期市场的研究——算例分析不同拍卖比例下的碳排放总成本不不同拍卖比例下的碳排放总量燃煤、燃气企业在不同拍卖燃煤、燃气企业在不同拍卖比例下的碳成本拍卖比例不同燃煤企业在不同拍卖比例下不同燃煤企业在不同拍卖比例下的碳成本比例40%+100%e不同燃气企业在不同拍卖比例下e不同燃气企业在不同拍卖比例下02燃气企业自备电厂机组调峰能力碳排放惩罚碳减排碳排放惩罚降低机组出力消纳弃风调峰补偿碳排放权交易与深度调峰结合，碳减排收益来弥补调峰成本的增加碳减排补偿放碳减排补偿放排碳低降37(2)以电解铝企业自备电厂为主体的调峰辅助服务竞价模式研究约束函数约束函数目标函数目标函数系统总煤耗成本期望值最小自备机组电功率爬坡速率约束38(2)以电解铝企业自备电厂为主体的调峰辅助服务竞价模式研究自备电厂风电机组纯凝机组其他机组CHP机组新增约束函数锅炉碳排放约束自备电厂风电机组纯凝机组其他机组CHP机组锅炉协调自备电厂风电机组纯凝机组其他机组CHP机组锅炉电热负荷热热力系统39(2)以电解铝企业自备电厂为主体的调峰辅助服务竞价模式研究——算例分析算例部分设置电解铝工业电网内共有9台电解铝企业自备火电机组与两座风电场，其中包含4台纯凝自备机组与5抽汽式电解铝业自备热电机组和4台电极式电锅炉。地区内包含两个电解铝企业，其中纯机组12号与热电机组l3号以及两台80电极式电锅炉属于自备电厂1,对区域l进行供热；纯凝机组24号与热电机组4～5号以及两台60MW电极式电锅炉属于自备电厂2,对区域I进行供热。碳配额系数以及相关系数等参数如下表所示。表2各场景下的各自备电厂的输出功率表3分配系数及加权系数(2)以电解铝企业自备电厂为主体的调峰辅助服务竞价模式研究——算例分析1)地区调峰需求分析■自备电厂1■自备电厂2时间/h只调用系统无偿调峰资源的弃风情况如图所示。工业电网在0:00~9:00和21:00~24:00时段存在风电存在调峰需求，这说明电解铝企业自备火电机组在该时段的调节能力不足(2)以电解铝企业自备电厂为主体的调峰辅助服务竞价模式研究——算例分析2)电解铝企业深度调峰结果分析算例设置2种情形：情形1为仅考虑电解铝企业的深度调峰补偿费用，不考虑碳配额对调峰能力的影响；情形2为本课题所提计及碳交易及调峰补偿的电热协调调度策略。其调度结果如下表所示。表4调度结果自备电厂发电煤耗/吨碳排放成本/万元调峰收益/万元风电接纳1情形16381.4/086.7情形26382.630.9情形35295.9/085.6情形45162.3-16.7-30.992.92情形511677.3//88.6情形611544.9//95.3(3)计及碳排放成本的电力现货市场均衡性研究——基于古诺模型的电力现货市场均衡建模1)上层模型：各自备机组的利润最大化模型，即能量市场收益与发电成本和碳排放费用之差最大化最大、最小出力约束燃煤自备机组maxπ。=2{2(t)E(t)-(aEt)+bE(1)]-P.[aE(t)+βE(1)]}燃气自备机组——基于古诺模型的电力现货市场均衡建模1)上层模型：自备机组利润最大化模型水电机组储能系统E≤E(t)≤E新能源机组——基于古诺模型的电力现货市场均衡建模2)下层模型：能量市场出清条件逆需求函数(3)计及碳排放成本的电力现货市场均衡