中國儲能網(wǎng)訊：基于區(qū)塊鏈的可再生能源超額消納量交易體系
張顯, 謝開, 張圣楠, 龐博, 湯洪海
（北京電力交易中心，北京 100031）
摘要：為加快構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，促進(jìn)可再生能源開發(fā)利用，2019年中國出臺政策對各省級行政區(qū)域設(shè)定可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重，建立健全可再生能源電力消納保障機(jī)制。超額消納量交易作為各類消納責(zé)任主體完成自身消納量指標(biāo)的重要補(bǔ)充方式，對促進(jìn)可再生能源消納具有重要意義。首先，介紹超額消納量交易的內(nèi)涵及其必要性，指出超額消納量交易的機(jī)理。其次，系統(tǒng)性闡述超額消納量交易市場體系的構(gòu)成，包括消納量的生成與分配、超額消納量交易組織、綠證交易與超額消納量交易的銜接、超額消納量交易的結(jié)算與核算。然后，考慮到區(qū)塊鏈技術(shù)在電力交易領(lǐng)域的良好應(yīng)用場景，部署基于區(qū)塊鏈的可再生能源消納憑證交易系統(tǒng)，支撐可再生能源通過參與市場交易實(shí)現(xiàn)充分消納。最后，從規(guī)則制定、分配原則、數(shù)據(jù)共享等方面提出促進(jìn)中國可再生能源消納發(fā)展的建議。
引文信息
張顯, 謝開, 張圣楠, 等. 基于區(qū)塊鏈的可再生能源超額消納量交易體系[J]. 中國電力, 2020, 53(9): 60-70.
ZHANG Xian, XIE Kai, ZHANG Shengnan, et al. Excessive consumption trading system for the accommodation of renewable energies based on blockchain[J]. Electric Power, 2020, 53(9): 60-70.
引言
發(fā)展可再生能源已經(jīng)成為能源低碳轉(zhuǎn)型和應(yīng)對全球氣候變化的重大戰(zhàn)略舉措[1]。隨著可再生能源的迅速發(fā)展，電源、電網(wǎng)側(cè)對可再生能源消納的促進(jìn)作用越來越有限，在缺乏承擔(dān)可再生能源消納責(zé)任的情況下，棄電限電問題仍有反彈甚至惡化的可能。因此，亟須從消費(fèi)側(cè)進(jìn)一步明確可再生能源消納責(zé)任，保障可再生能源的長期發(fā)展空間。2019年5月，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于建立健全可再生能源電力消納保障機(jī)制的通知》（簡稱《通知》），對各省級行政區(qū)域設(shè)定可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重，建立健全可再生能源電力消納保障機(jī)制[2]。
可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重是指按省級行政區(qū)域?qū)﹄娏οM(fèi)規(guī)定應(yīng)達(dá)到的可再生能源電量比重，包括總量消納責(zé)任權(quán)重和非水電消納責(zé)任權(quán)重。對省級行政區(qū)域規(guī)定應(yīng)達(dá)到的最低消納責(zé)任權(quán)重，按超過最低消納責(zé)任權(quán)重一定幅度確定激勵性消納責(zé)任權(quán)重。各省級行政區(qū)域在完成可再生能源消納責(zé)任權(quán)重過程中，超過最低消納責(zé)任權(quán)重的部分，稱為超額消納量。在實(shí)際消納可再生能源之外，還明確了2項替代消納方式。一是向超額完成年度消納量的市場主體購買其超額完成的超額消納量，雙方自主確定轉(zhuǎn)讓（或交易）價格；二是自愿認(rèn)購綠證，對應(yīng)的可再生能源電量等量計為消納量。通過確立可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重，能夠有效鼓勵各省份充分開發(fā)利用本地風(fēng)光水資源，提升本地風(fēng)光發(fā)電水平，并通過跨區(qū)輸送通道為新能源高滲透率地區(qū)提供更多的消納渠道。
從形式上看，可再生能源電力消納保障機(jī)制與國外普遍實(shí)行的可再生能源配額制及綠證交易機(jī)制類似?？稍偕茉磁漕~制已應(yīng)用于美國[3]、澳大利亞、英國等國家[4]。文獻(xiàn)[5]分析了美國可再生能源配額制對電力市場的影響，近年來配額制對于美國可再生能源發(fā)展的驅(qū)動作用呈現(xiàn)逐步減弱的趨勢[6]。文獻(xiàn)[7]分析了固定上網(wǎng)電價機(jī)制和配額制2種可再生能源價格機(jī)制對可再生能源發(fā)展的影響。文獻(xiàn)[8]提出了基于固定電價制與配額制并行的電力市場均衡模型，在提升綠色電力強(qiáng)制配額上網(wǎng)環(huán)境下總效益的同時，平衡利潤和電價波動所帶來的風(fēng)險。文獻(xiàn)[9]從容量效應(yīng)、電網(wǎng)聯(lián)通效應(yīng)與限制效應(yīng)等3個方面分析了可再生能源配額政策帶來的影響，并提出相應(yīng)的新能源消納策略。文獻(xiàn)[10]從制度頂層設(shè)計、部門協(xié)同、配額目標(biāo)設(shè)定和實(shí)施計劃制定4個層面，給出了中國配額制建設(shè)的對策和建議。文獻(xiàn)[11]在發(fā)電側(cè)設(shè)計了一種保證綠色證書供需平衡的可再生能源配額制以及與其配套的綠色證書交易機(jī)制，對促進(jìn)可再生能源消納起到了顯著作用。文獻(xiàn)[12]通過分析美國解決可再生能源電力消納問題的制度設(shè)計，指出了“社區(qū)選擇集合項目”對解決可再生能源配額制構(gòu)建中消納問題的啟示。文獻(xiàn)[13]設(shè)計了適應(yīng)可再生能源配額制的電力市場體系，包括可再生能源中長期市場、可再生能源日前市場、分時競價的日前電力交易市場、實(shí)時電力交易市場、消納量二級交易市場和綠證申購交易市場等。文獻(xiàn)[14]利用系統(tǒng)動力學(xué)模型分析了碳排放與綠證市場的交易內(nèi)部因素與外部環(huán)境之間的相互作用機(jī)制。
然而，當(dāng)前研究多為對可再生能源配額制、消納責(zé)任權(quán)重下的價格機(jī)制、電力市場機(jī)制設(shè)計的研究，鮮有針對超額消納量體系的研究。構(gòu)建超額消納量交易體系是保障可再生能源消納責(zé)任權(quán)重的重要舉措，對進(jìn)一步推進(jìn)電力市場建設(shè)，發(fā)揮電力交易中心交易平臺作用，促進(jìn)能源資源大范圍優(yōu)化配置和可再生能源高水平、大范圍消納具有重要作用。
本文首先通過介紹超額消納量交易的內(nèi)涵及其必要性，指出超額消納量交易對促進(jìn)可再生能源消納的重要意義。其次，系統(tǒng)性概述超額消納量交易市場體系的構(gòu)成，包括消納量的生成與分配、超額消納量交易組織、綠證交易與超額消納量交易的銜接、超額消納量交易的結(jié)算與核算。然后，在應(yīng)用層面，部署基于區(qū)塊鏈的可再生能源消納憑證交易系統(tǒng)，支撐可再生能源通過參與市場交易實(shí)現(xiàn)充分消納。最后，從規(guī)則制定、分配原則、數(shù)據(jù)共享等方面給出促進(jìn)中國可再生能源消納發(fā)展的建議。
1 超額消納量交易機(jī)理
1.1 超額消納量交易的內(nèi)涵
可再生能源消納量隨消納責(zé)任承擔(dān)主體實(shí)際消納可再生能源電量自動生成，通過可再生能源電力消納憑證計量。未完成年度消納量的市場主體與超額完成年度消納量的市場主體之間開展超額消納量交易，未完成年度消納量的市場主體向超額完成年度消納量的市場主體購買其超額完成的超額消納量，如圖1所示。未完成年度消納量的消納義務(wù)主體B可向超額完成年度消納量的消納義務(wù)主體A購買其超額消納量。除此之外，B也可以通過認(rèn)購市場中綠證的方式，完成年度消納量。綠證來自發(fā)電側(cè)，發(fā)電側(cè)每生產(chǎn)1 MW·h可再生能源電量，頒發(fā)1個綠證。1個綠證等同1 MW·h非水電消納量，參與消納責(zé)任權(quán)重計算，但不能在超額消納量市場中交易。B購買1個綠證，可認(rèn)為其完成1 MW·h非水電消納量。
圖1 超額消納量交易內(nèi)涵
Fig.1 Excessive consumption trading connotation
參與超額消納量交易的市場主體包括各類直接向電力用戶供/售電的電網(wǎng)企業(yè)、獨(dú)立售電公司、擁有配電網(wǎng)運(yùn)營權(quán)的售電公司（簡稱“配售電公司”，包括增量配電項目公司）、通過電力批發(fā)市場購電的電力用戶和擁有自備電廠的企業(yè)。所有市場主體均需按交易市場的規(guī)定披露和提供信息，獲得交易相關(guān)信息，并作出履行可再生能源電力消納責(zé)任的承諾，按規(guī)則參與超額消納量交易，履行成交結(jié)果。
其中，電網(wǎng)企業(yè)需配合電力交易機(jī)構(gòu)按照各省級政府出臺的相關(guān)規(guī)則將統(tǒng)一購入的可再生能源電量對應(yīng)的消納量分?jǐn)偨o所在省級行政區(qū)域內(nèi)市場主體；按月向電力交易機(jī)構(gòu)提供所在地區(qū)全社會用電量、市場主體用電量、可再生能源機(jī)組發(fā)電量和上網(wǎng)電量、免考核電量等數(shù)據(jù)，其中，省屬地方電網(wǎng)企業(yè)電量數(shù)據(jù)需要經(jīng)所在省級政府部門認(rèn)定。配售電公司、擁有自備電廠的企業(yè)需按月向電力交易機(jī)構(gòu)提供經(jīng)所在地區(qū)省級政府部門認(rèn)定的經(jīng)營范圍內(nèi)電力用戶用電量、可再生能源機(jī)組發(fā)電量和上網(wǎng)電量、免考核電量等數(shù)據(jù)。
1.2 超額消納量交易的必要性
超額消納量交易作為一種提高可再生能源消納量、提升權(quán)重履約方式靈活性的新興交易品種，其必要性主要體現(xiàn)在以下3個方面。
（1）消納義務(wù)責(zé)任主體因自身消納可再生能源的能力和購買電力類型的意向會產(chǎn)生自身消納不足的問題。超額消納量交易作為一種補(bǔ)充方式，可提高消納責(zé)任主體履約方式的靈活性。
（2）對于超額完成消納義務(wù)責(zé)任的主體，可通過超額消納量交易的方式在市場中獲取一定的收益，從而增加消納責(zé)任主體的消納積極性。
（3）當(dāng)前中國綠證認(rèn)購率僅有0.134%左右[15]，同時，可再生能源發(fā)電補(bǔ)貼為國家財政支出帶來巨大壓力。超額消納量交易能夠促進(jìn)綠證與消納量之間的轉(zhuǎn)換，從而提升自愿認(rèn)購綠證市場活躍度，進(jìn)一步加快可再生能源發(fā)電去補(bǔ)貼進(jìn)程。
2 超額消納量交易市場體系
2.1 消納量的生成與分配
2.1.1 消納量的生成
按照《通知》要求，市場主體購買并實(shí)際消納可再生能源電量后，獲得可再生能源電力消納量，分為水電消納量和非水電可再生能源電力消納量（以下簡稱“非水電消納量”）。消納量包含電量類型、交易編號、交易時間、生產(chǎn)省份、消納省份、輸電通道等信息。電力交易平臺每月按照發(fā)用電數(shù)據(jù)計算市場主體消納量。已接入公用電網(wǎng)的市場主體消納量由每月結(jié)算電量生成，電網(wǎng)企業(yè)每月負(fù)責(zé)將市場主體發(fā)用電數(shù)據(jù)發(fā)送電力交易平臺。未接入公用電網(wǎng)的地方電網(wǎng)、增量配售電公司、自備電廠等市場主體發(fā)用電數(shù)據(jù)由所在地區(qū)政府部門負(fù)責(zé)認(rèn)定，按月發(fā)送電力交易機(jī)構(gòu)，電力交易平臺生成消納量。未經(jīng)認(rèn)定的發(fā)用電量不能生成消納量。
由于在現(xiàn)有省間、省內(nèi)交易實(shí)際情況下，電網(wǎng)公司作為省間購電主體和省內(nèi)保障性收購可再生能源的主體，購得可再生能源的手段較為充分。省內(nèi)參與市場的用戶，特別是中東部地區(qū)各省內(nèi)用戶，購得可再生能源的途徑受限。為了盡快落實(shí)可再生能源消納責(zé)任權(quán)重，同時做好與現(xiàn)有交易模式的銜接，建議在市場建設(shè)初期，仍保持電網(wǎng)企業(yè)作為省間購電主體和省內(nèi)全額保障消納主體，電網(wǎng)企業(yè)按照可再生能源發(fā)電保障性收購要求統(tǒng)一收購的可再生能源電量，由電力交易機(jī)構(gòu)按照省級政府部門制定的辦法將相應(yīng)的消納量向電網(wǎng)企業(yè)經(jīng)營區(qū)內(nèi)各承擔(dān)消納責(zé)任的市場主體進(jìn)行分?jǐn)偂ｋ娋W(wǎng)企業(yè)為完成消納責(zé)任權(quán)重要求，從外省購入超過本地區(qū)現(xiàn)行標(biāo)桿電價的可再生能源電量時，可由地方政府制定相應(yīng)辦法將超額成本按照消納量分?jǐn)偙壤鑼?dǎo)給相應(yīng)市場主體。
2.1.2 消納量的分配原則
可再生能源電力消納量按“至上而下”的原則，明確每個市場主體可再生能源電力消納量（分為“水電”“非水可再生”2類）。有明確相互交易關(guān)系的消納量按照結(jié)算可再生能源電量和用戶側(cè)（售電公司）電量對等進(jìn)行分配。解耦結(jié)算的按照本交易合同電量、用戶電量、本交易可再生能源實(shí)際結(jié)算電量三者取最小進(jìn)行分配。
（1）省間分配方法。
① 省間交易合同和送電協(xié)議明確外送省電源類型及可再生能源比例的，依據(jù)月度省間結(jié)算結(jié)果，將可再生能源電力消納量計入受端省的省間可再生能源電力消納量。
② “點(diǎn)對網(wǎng)”輸入?？稍偕茉窗l(fā)電獨(dú)立或水火電打捆向區(qū)外輸電的，受端電網(wǎng)消納的可再生能源電量等于總受電量乘以外送電量中可再生能源電量比例。
③ 省間“網(wǎng)對網(wǎng)”輸入。送端電量無法明確可再生能源電量的，按送端省級電網(wǎng)區(qū)域月度可再生能源電力上網(wǎng)電量占總上網(wǎng)電量比例乘以輸入受端省級電網(wǎng)區(qū)域的總電量確認(rèn)，或送受雙方事后協(xié)商確定，同時扣減送端省的月度省間可再生能源電力消納量。
④ 京津唐地區(qū)（北京、天津、冀北）接入的集中式可再生能源發(fā)電項目和區(qū)域外輸入的可再生能源電量，按地區(qū)外購電量的比重計入各區(qū)域消納量，各自區(qū)域內(nèi)接入的分布式可再生能源發(fā)電量計入各自區(qū)域的消納量。
⑤ 省間輸電網(wǎng)損部分全部計入購電省可再生能源電力消納量。
（2）省內(nèi)分配方法。
《通知》中暫未明確省內(nèi)市場主體的消納量分配方式，各省因結(jié)算規(guī)則不同和下發(fā)消納責(zé)任權(quán)重時的測算方式不同存在差異，基本原則為“對應(yīng)交易關(guān)系、宜小不宜大”。
① 省級交易中心針對有明確對應(yīng)關(guān)系的市場主體，依據(jù)交易合同、送電協(xié)議和結(jié)算結(jié)果，計算承擔(dān)消納責(zé)任的各市場主體的消納量。
② 省間交易合同未明確市場對應(yīng)關(guān)系或省間約定送電關(guān)系無法對應(yīng)至市場主體的，將可再生能源電力消納量計入受端（或購電方）電網(wǎng)。省級交易中心根據(jù)省級電網(wǎng)經(jīng)營區(qū)內(nèi)承擔(dān)可再生能源電力消納責(zé)任的市場主體供電量或用電量占全社會用電量比例進(jìn)行分配。
③ 解耦結(jié)算的省份，且省內(nèi)直接交易出清結(jié)果未體現(xiàn)電廠與用戶的一對一關(guān)系的，省內(nèi)電力用戶（售電公司）消納量按照其市場化結(jié)算電量占所有用戶市場化結(jié)算總電量的比例乘以新能源直接交易結(jié)算總電量來計算。
④ 接入省級電網(wǎng)企業(yè)供電區(qū)域的可再生能源發(fā)電保障性收購電量計入本省電網(wǎng)。若省級電網(wǎng)企業(yè)經(jīng)營范圍內(nèi)的售電公司、電力用戶全電量參與市場化交易，則不參與該部分消納量的分配；若售電公司、電力用戶部分電量參與市場化交易，則按照其非市場化用電量占總非市場化售電量的占比進(jìn)行分配。
⑤ 接入地方電網(wǎng)、增量配售電公司供電區(qū)域的可再生能源發(fā)電保障性收購電量計入地方電網(wǎng)、增量配售電公司。
⑥ 省內(nèi)電力用戶參與省間電力直接交易的，根據(jù)北京電力交易中心下發(fā)的本次交易消納量，按照合同電量比例進(jìn)行分配，當(dāng)實(shí)際用戶（售電公司）電量低于合同電量時，消納量等比例調(diào)減，剩余消納量存入省級電網(wǎng)。
⑦ 分布式發(fā)電消納量。自發(fā)自用可再生能源電量（含就地消納的合同能源服務(wù)和交易電量），按電網(wǎng)企業(yè)計量的發(fā)電量（或經(jīng)有關(guān)能源主管部門或國務(wù)院能源主管部門派出監(jiān)管機(jī)構(gòu)認(rèn)可），全額計入市場主體消納量。
2.2 超額消納量交易組織
超額消納量交易組織由電力交易機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)組織，需提供市場主體注冊、消納責(zé)任權(quán)重賬戶設(shè)立、消納量計算和分?jǐn)偂⒔灰捉M織、資金結(jié)算及消納責(zé)任權(quán)重監(jiān)測、統(tǒng)計、核算等相關(guān)服務(wù)；建設(shè)、運(yùn)營和維護(hù)全國可再生能源消納憑證交易系統(tǒng)；按規(guī)定披露和發(fā)布信息，保證信息披露及時、真實(shí)、準(zhǔn)確和完整；制定市場主體可再生能源消納責(zé)任權(quán)重完成情況信用評價專項指標(biāo)。
超額消納量交易的標(biāo)的物分為水電超額消納量和非水電超額消納量，交易同時組織，交易品種、周期和方式一致。超額消納量交易單位為MW·h，申報數(shù)量為1 MW·h或其整數(shù)倍。
超額消納量交易的交易品種包括省內(nèi)交易和全國交易，如圖2所示。省內(nèi)交易由各省級電力交易中心在消納責(zé)任權(quán)重系統(tǒng)組織，在自身消納責(zé)任權(quán)重完成的前提下，市場主體可以出售消納量；全國交易由北京、廣州電力交易中心在消納責(zé)任權(quán)重系統(tǒng)聯(lián)合組織。在自身消納責(zé)任權(quán)重完成和本行政區(qū)消納責(zé)任權(quán)重完成的前提下，市場主體可以向外省市場主體出售消納量。在自身消納責(zé)任權(quán)重完成的前提下，市場主體可以向本省市場主體出售消納量。
圖2 超額消納量交易的交易品種
Fig.2 Excessive consumption trading variety
在市場運(yùn)行初期，原則上只開展年度交易，每年一月中旬結(jié)算工作完成后組織開展上年度超額消納量交易；市場成熟后可逐步開展季度、月度或日交易。各省級政府可根據(jù)情況確定本地區(qū)省內(nèi)交易周期，但需要與全國交易保持銜接。
超額消納量交易采用雙邊協(xié)商、集中競價和連續(xù)競價方式，如圖3所示。雙邊協(xié)商交易原則上不進(jìn)行限價。為避免市場操縱及惡性競爭，可以對集中競價和連續(xù)競價交易的報價或者結(jié)算價格設(shè)置上限。集中競價和連續(xù)競價一方面可以給雙邊協(xié)商提供價格依據(jù)，另一方面也有利于市場價格穩(wěn)定、防止價格被個人操控。
圖3 超額消納量交易的交易方式
Fig.3 Excessive consumption trading modes
其中，全國交易方式包括雙邊交易、集中競價和連續(xù)競價交易，連續(xù)開展5個工作日。每工作日09:00—17:00開展雙邊協(xié)商交易；每工作日上午09:00—9:30開展集中競價交易，09:30—17:00開展連續(xù)競價交易，集中競價交易階段未成交部分的消納量自動進(jìn)入連續(xù)競價交易階段。省內(nèi)交易的交易方式由各省自行安排，在全國交易開始前完成。
2.3 綠證交易與超額消納量交易的銜接
電力交易機(jī)構(gòu)與國家可再生能源信息中心就自愿綠證核發(fā)等信息做好銜接，并將自愿綠證交易信息與國家可再生能源信息中心做好共享，綠證交易與超額消納量交易的銜接如圖4所示。
圖4 綠證交易與超額消納量交易的銜接
Fig.4 Connection between green certificate transaction and excessive consumption trading
綠證交易全年連續(xù)開展，不限區(qū)域，采用可再生能源發(fā)電企業(yè)單邊掛牌或雙邊協(xié)商交易方式，成交的綠證不允許再次出售。
在全國超額消納量交易開始前，中國綠色電力證書認(rèn)購交易平臺承擔(dān)消納責(zé)任權(quán)重的市場主體通過其平臺購買綠證信息發(fā)送電力交易機(jī)構(gòu)匯總。
市場初期，在全國超額消納量交易組織期間，為保證數(shù)據(jù)統(tǒng)計準(zhǔn)確，暫停承擔(dān)消納責(zé)任權(quán)重市場主體購買綠證。在全國超額消納量交易結(jié)束后，市場主體綠證交易重啟，開展1周補(bǔ)充交易，為沒有完成消納責(zé)任的市場主體提供補(bǔ)充完成途徑。補(bǔ)充交易結(jié)束后，市場主體再次購入的綠證不再納入本年度可再生能源消納責(zé)任權(quán)重計算。
2.4 超額消納量交易的結(jié)算與核算
可再生能源消納量核算方式采用“實(shí)際物理量+超額消納量交易+自愿綠證交易”方式對消納量進(jìn)行核算?？稍偕茉措娏ο{責(zé)任權(quán)重核算統(tǒng)計分為2類：一是總量消納責(zé)任權(quán)重，包括全部可再生能源發(fā)電種類；二是非水消納責(zé)任權(quán)重，為除水電以外的其他可再生能源發(fā)電種類，水電消納量只能計入總量。每月消納責(zé)任權(quán)重系統(tǒng)對市場主體消納量進(jìn)行計算。包括總消納量A、總非水電消納量B、總超額消納量C、總非水電超額消納量D，如式（1）~（4）所示。
式中：A1、A2、A3分別表示水電消納量、非水電消納量、綠證認(rèn)購量；σ 表示最低總量消納責(zé)任權(quán)重對應(yīng)消納量；β 表示最低非水電消納責(zé)任權(quán)重對應(yīng)消納量。
市場主體購買的綠證計入消納責(zé)任權(quán)重系統(tǒng)綠證賬戶。市場主體購買的本年度核發(fā)綠證計入綠證賬戶，往年核發(fā)綠證不計入綠證賬戶。
電力交易機(jī)構(gòu)建立消納權(quán)重完成情況預(yù)警機(jī)制，按月發(fā)布各主體消納責(zé)任權(quán)重完成情況，指導(dǎo)市場主體完成消納責(zé)任權(quán)重。北京電力交易中心依據(jù)各省、各市場主體電力消納量、超額消納量市場交易結(jié)果，綠證交易結(jié)果和全社會用電量（用電量/售電量）數(shù)據(jù)，對各省、各市場主體總量消納責(zé)任權(quán)重和非水電消納責(zé)任權(quán)重完成情況進(jìn)行估算。
針對第i個省級行政區(qū)域，可再生能源電力消納量Si及可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重 λi 如式（5）和式（6）所示。
式中：
分別為省內(nèi)全口徑可再生能源上網(wǎng)量、省間可再生能源交易量（購入為正、售出為負(fù)）、超額消納市場交易量（購入為正、售出為負(fù)）、綠證認(rèn)購量、免考核電量、區(qū)域全社會用電量、區(qū)域最低消納責(zé)任權(quán)重。免考核電量是指按照國家規(guī)定豁免消納責(zé)任權(quán)重考核的農(nóng)業(yè)用電和專用計量的供暖電量。
對于承擔(dān)消納責(zé)任的市場主體，其可再生能源電力消納量如下所述。省級電網(wǎng)企業(yè)、獨(dú)立售電公司可再生能源電力消納量為省內(nèi)分配的可再生能源發(fā)電上網(wǎng)電量、省內(nèi)可再生能源電力交易量（購入為正、售出為負(fù)）、省間分配的可再生能源電力交易量（購入為正、售出為負(fù)）、超額消納市場交易量（購入為正、售出為負(fù)）及綠證認(rèn)購量之和減去免考核可再生能源電量。地方電網(wǎng)、增量配售電公司可再生能源電力消納量為其供電范圍內(nèi)可再生能源發(fā)電上網(wǎng)電量、可再生能源交易量（購入為正、售出為負(fù)）、超額消納量市場交易量（購入為正、售出為負(fù)）、可再生能源上網(wǎng)電量、綠證認(rèn)購量之和減去免考核可再生能源電量。
通過電力批發(fā)市場購電的電力用戶和擁有自備電廠的企業(yè)的可再生能源電力消納量等于省內(nèi)分配的可再生能源發(fā)電上網(wǎng)電量、省間分配的可再生能源電力交易量（購入為正、售出為負(fù)）、超額消納市場交易量（購入為正、售出為負(fù)）、自發(fā)自用可再生能源發(fā)電上網(wǎng)電量、綠證認(rèn)購量之和減去免考核可再生能源電量。
3 基于區(qū)塊鏈的可再生能源消納憑證交易系統(tǒng)設(shè)計
3.1 區(qū)塊鏈應(yīng)用方案
以鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)記錄參與方的互動信息，并將其以區(qū)塊方式妥善保存的區(qū)塊鏈技術(shù)，作為一種分布式存儲技術(shù)，具有防篡改、可追溯、共享性、透明性等特性[16-18]?，F(xiàn)有的電力交易多采用集中式交易中心完成，使得多方市場主體數(shù)據(jù)流通不暢，而且忽略了電力市場主體的自主性和選擇性，忽視多方主體存在共識互信需求，會給交易帶來很高的附加成本[19]。文獻(xiàn)[20]提出了基于區(qū)塊鏈含安全約束分布式電力交易方法，設(shè)計了分布式電力多邊交易的智能合約。文獻(xiàn)[21]指出了去中心化的區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用，提出一套面向分布式市場主體的可交易能源體系與機(jī)制。文獻(xiàn)[22]提出了區(qū)塊鏈應(yīng)用于能源互聯(lián)網(wǎng)的具體架構(gòu)，定量分析了區(qū)塊鏈交易的成本和速度的影響因素。文獻(xiàn)[23]從能量、信息以及價值的角度，闡述了區(qū)塊鏈技術(shù)對能源互聯(lián)網(wǎng)中源、網(wǎng)、荷、儲等不同主體在計量認(rèn)證、市場交易、協(xié)同組織、能源金融不同環(huán)節(jié)中發(fā)揮的作用。
設(shè)計基于區(qū)塊鏈的可再生能源消納憑證交易系統(tǒng)，能夠?yàn)槟茉串a(chǎn)品建立精確可靠的身份信息，從而可以降低交易中產(chǎn)品和企業(yè)的征信成本。區(qū)塊鏈的防篡改特性，可實(shí)現(xiàn)可再生能源消納量記賬共識互信，賬目真實(shí)、可信、不可抵賴，特別對于地方電網(wǎng)、增量配網(wǎng)，電量信息無法采集，通過區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)確權(quán)；區(qū)塊鏈的可追溯特性，可實(shí)現(xiàn)可再生能源消納電量全生命周期溯源記錄，一方面增強(qiáng)存證的可信度，另一方面可有效防止超額消納量多次交易套利現(xiàn)象發(fā)生；區(qū)塊鏈的共享特性，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)外部多個系統(tǒng)間數(shù)據(jù)可靠高效交互，包括國網(wǎng)、南網(wǎng)、蒙西電力交易平臺與權(quán)重系統(tǒng)，綠證平臺與權(quán)重系統(tǒng)等；區(qū)塊鏈的透明性特性，可高效支撐有關(guān)政府主管部門、監(jiān)管機(jī)構(gòu)動態(tài)監(jiān)測監(jiān)管可再生能源消納與交易開展情況。
區(qū)塊鏈平臺主要包括區(qū)塊鏈消納賬戶管理、區(qū)塊鏈可再生能源消納存證、區(qū)塊鏈電子合同3個方面。在區(qū)塊鏈消納賬戶管理方面，基于區(qū)塊鏈的可再生能源消納賬戶存儲數(shù)據(jù)的安全性和準(zhǔn)確性是通過公私鑰以及簽名的使用，控制賬本的訪問權(quán)，從而實(shí)現(xiàn)加密保護(hù)；根據(jù)區(qū)塊鏈中已達(dá)成的共識規(guī)則，賬本中的記錄可以由參與節(jié)點(diǎn)共同進(jìn)行更新維護(hù)，從而避免了傳統(tǒng)信息管理所帶來的信任和安全風(fēng)險，使信息纂改成本大幅提高，從而保證了信息的權(quán)威性。在區(qū)塊鏈可再生能源消納存證方面，由業(yè)務(wù)系統(tǒng)向區(qū)塊鏈發(fā)送可再生能源市場化交易的物理執(zhí)行結(jié)算結(jié)果，區(qū)塊鏈生成相應(yīng)的消納憑證，并將憑證寫入各責(zé)任主體的消納賬戶以及待分配賬戶，通過區(qū)塊鏈的存儲結(jié)構(gòu)特性實(shí)現(xiàn)消納憑證的全過程溯源管理。在區(qū)塊鏈電子合同方面，區(qū)塊鏈電子合同主要為交易業(yè)務(wù)提供簽約方身份認(rèn)證以及合同信息防篡改、抗抵賴存證。
需要注意的是，區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用不可避免地會帶來一定的成本。文獻(xiàn)[24]指出采用工作量證明機(jī)制時，區(qū)塊鏈交易的成本集中在節(jié)點(diǎn)競爭求解數(shù)學(xué)問題以獲得記賬權(quán)這個過程所花費(fèi)的電力上，與該過程花費(fèi)的電力相比，確認(rèn)交易所需的計算成本、網(wǎng)絡(luò)傳輸時所消耗的電力成本以及存儲區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的存儲成本都很小。因此，需通過改進(jìn)區(qū)塊鏈的共識機(jī)制，減少區(qū)塊鏈交易成本。
3.2 可再生能源消納憑證交易系統(tǒng)設(shè)計
可再生能源消納憑證交易系統(tǒng)的設(shè)計以“統(tǒng)一設(shè)計、安全可靠、配置靈活、智能高效”為原則，建設(shè)面向電力能源金融化交易的多業(yè)務(wù)融合、全模型體系可再生能源消納憑證交易系統(tǒng)，為構(gòu)建支付結(jié)算一體化的電力市場運(yùn)營體系提供技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)多渠道的市場交易服務(wù)、全方位的消納責(zé)任管理，支撐可再生能源通過參與市場交易實(shí)現(xiàn)充分消納，提升可再生能源消納和利用的總體水平。通過建設(shè)再生能源超額消納憑證交易系統(tǒng)，為市場主體、政府機(jī)構(gòu)等服務(wù)。區(qū)塊鏈應(yīng)用模式如圖5所示。
圖5 區(qū)塊鏈應(yīng)用模式
Fig.5 Application mode of blockchain
在建設(shè)思路方面，協(xié)調(diào)區(qū)塊鏈建設(shè)規(guī)劃，建立健全電力交易鏈建設(shè)與運(yùn)維保障體系，按照“頂層設(shè)計、統(tǒng)籌規(guī)劃、有序推進(jìn)”的思路建設(shè)電力交易鏈，結(jié)合業(yè)務(wù)需求，有序推進(jìn)新技術(shù)落地應(yīng)用，加快支撐業(yè)務(wù)發(fā)展建設(shè)。
充分考慮電力交易機(jī)構(gòu)相關(guān)職能及可再生能源消納市場化發(fā)展趨勢，充分結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)下新技術(shù)框架，建成全體系、智慧化、高可靠、高安全的可再生能源消納責(zé)任權(quán)重系統(tǒng)，為市場主體提供統(tǒng)一入口，以一級應(yīng)用統(tǒng)籌省間和省內(nèi)可再生能源消納市場運(yùn)營。全面支撐消納賬戶管理、責(zé)任權(quán)重測算分配、超額消納量交易、統(tǒng)一支付結(jié)算、統(tǒng)計監(jiān)測分析等新業(yè)務(wù)線上運(yùn)作。
基于電力交易平臺部署環(huán)境和電力交易區(qū)塊鏈，搭建可再生能源消納憑證交易系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施，遵循全業(yè)務(wù)統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心市場域模型標(biāo)準(zhǔn)建立可再生能源消納責(zé)任權(quán)重數(shù)據(jù)模型。業(yè)務(wù)系統(tǒng)與電力交易鏈以獨(dú)立并行的模式組織開展建設(shè)，采用微服務(wù)架構(gòu)建設(shè)區(qū)塊鏈服務(wù)網(wǎng)關(guān)，向上層業(yè)務(wù)提供細(xì)顆粒度的標(biāo)準(zhǔn)接口和微服務(wù)調(diào)用，有序推進(jìn)新技術(shù)落地應(yīng)用，加快支撐業(yè)務(wù)發(fā)展建設(shè)。嚴(yán)格遵循公司信息系統(tǒng)安全防護(hù)技術(shù)要求，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全防護(hù)，保障系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。
可再生能源消納憑證交易系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)主要分為內(nèi)控運(yùn)營和對外服務(wù)兩大部分。內(nèi)控運(yùn)營主要開展核心業(yè)務(wù)，包括消納責(zé)任主體管理、消納責(zé)任權(quán)重管理、超額消納量交易管理、支付清算管理、消納核算管理等業(yè)務(wù)。對外服務(wù)為市場成員管理、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)申報、信息查詢等業(yè)務(wù)。為明晰系統(tǒng)邊界，減少業(yè)務(wù)交叉，可再生能源消納憑證交易系統(tǒng)與電力交易平臺的交互領(lǐng)域?yàn)橄{責(zé)任主體的市場成員信息、電力交易物理執(zhí)行的結(jié)算信息，二者之間通過數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)信息交互。
應(yīng)用架構(gòu)方面，為滿足可再生能源消納責(zé)任權(quán)重建設(shè)業(yè)務(wù)需求，構(gòu)建消納責(zé)任主體管理、權(quán)重管理、超額消納量交易管理、支付清算管理、消納賬戶核算管理五大核心應(yīng)用，如圖6所示。消納責(zé)任主體管理包括責(zé)任主體管理、消納賬號管理、綠證認(rèn)證管理、資金賬號管理；消納責(zé)任權(quán)重管理包括責(zé)任權(quán)重測算、責(zé)任權(quán)重分配、通道配額占比管理、責(zé)任權(quán)重管理；超額消納量交易管理包括省間超額消納量交易、省內(nèi)超額消納量交易、多交易方式管理、超額消納量合同管理；支付清算管理包括統(tǒng)一支付網(wǎng)關(guān)、出/入金管理、資金對賬管理、及時到賬消息管理、第三方支付管理、資金退補(bǔ)管理；消納賬戶核算管理包括物理消納量核算、超額消納量交易結(jié)算、消納電量分配、消納憑證核發(fā)、消納責(zé)任監(jiān)測、信息統(tǒng)計監(jiān)測、消納信息發(fā)布、統(tǒng)計分析上屏功能。
圖6 可再生能源消納憑證交易系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)
Fig.6 Application architecture of renewable energy accommodation responsibility trading system
在部署架構(gòu)方面，可再生能源消納憑證交易系統(tǒng)采用一級部署架構(gòu)，內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)應(yīng)用均為一級部署，與電力交易平臺容器分離、數(shù)據(jù)分庫、端口獨(dú)立。信息內(nèi)網(wǎng)部署消納責(zé)任主體管理、消納責(zé)任權(quán)重管理、超額消納量交易管理、支付清算管理、消納核算管理等應(yīng)用，在信息外網(wǎng)部署業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)申報及信息查詢等應(yīng)用，省間與省內(nèi)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過縱向數(shù)據(jù)通道傳輸，保證統(tǒng)一市場的數(shù)據(jù)同步。電力交易鏈采用“主側(cè)鏈”架構(gòu)設(shè)計方案，以總部主鏈為核心，交易鏈和數(shù)據(jù)鏈為側(cè)鏈構(gòu)成“一主兩側(cè)”的建設(shè)模式。
在數(shù)據(jù)交互方面，按照全業(yè)務(wù)統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心建設(shè)的要求，基于相關(guān)模型標(biāo)準(zhǔn)和電力交易數(shù)據(jù)編碼標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)“統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型、一級數(shù)據(jù)應(yīng)用、高效業(yè)務(wù)交互”的可再生能源消納憑證交易系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)體系。通過全業(yè)務(wù)統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心的統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問服務(wù)，實(shí)現(xiàn)與電力交易平臺、統(tǒng)一權(quán)限平臺等其他專業(yè)的數(shù)據(jù)高效交互，保障省間、省內(nèi)信息共享與協(xié)同運(yùn)營。同時，基于全業(yè)務(wù)統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心分析域，開展責(zé)任權(quán)重數(shù)據(jù)的高效計算、智能分析和深度挖掘。
4 超額消納量交易建議
盡快推動可再生能源電力消納責(zé)任市場化交易辦法出臺。按照《通知》要求，可再生能源電力消納保障機(jī)制2019年模擬運(yùn)行，2020年開始正式實(shí)施?？稍偕茉措娏ο{責(zé)任市場化交易辦法對于指導(dǎo)消納責(zé)任權(quán)重組織實(shí)施工作、各地消納量交易開展意義重大。目前相關(guān)交易規(guī)則尚未出臺，建議由相關(guān)機(jī)構(gòu)牽頭組織制定可再生能源電力消納責(zé)任市場化交易辦法（建議稿），經(jīng)政府部門批準(zhǔn)后出臺。
進(jìn)一步測算各省責(zé)任權(quán)重目標(biāo)。從2019年一季度交易情況看，受清潔能源交易形勢、電網(wǎng)輸送能力等因素影響，較多省份未達(dá)到已發(fā)布的責(zé)任權(quán)重目標(biāo)，建議結(jié)合2019年試運(yùn)行情況，優(yōu)化調(diào)整2020年目標(biāo)。
進(jìn)一步明確電網(wǎng)購入富余部分責(zé)任權(quán)重的分配原則。目前市場化發(fā)電量和計劃基數(shù)發(fā)電量并存，可再生能源通過保障消納和市場化消納兩種方式進(jìn)行。建議在國家層面盡快明確各類市場主體完成消納責(zé)任權(quán)重的具體方式，一是電網(wǎng)公司統(tǒng)購統(tǒng)銷模式下權(quán)重的分配辦法；二是電網(wǎng)公司統(tǒng)購統(tǒng)銷部分責(zé)任權(quán)重的分配辦法。
加強(qiáng)與可再生能源信息中心聯(lián)網(wǎng)及數(shù)據(jù)共享。聯(lián)合建立消納量監(jiān)測核算體系，實(shí)現(xiàn)信息共享，需要跨部門/單位打通數(shù)據(jù)傳輸通道。為確保向國務(wù)院能源主管部門準(zhǔn)確、及時報送年度消納量核算和監(jiān)測統(tǒng)計結(jié)果，建議國家發(fā)改委和地方政府協(xié)調(diào)相關(guān)單位，實(shí)現(xiàn)計量信息、實(shí)時運(yùn)行信息的數(shù)據(jù)交互鏈路，建立數(shù)據(jù)共享機(jī)制，實(shí)現(xiàn)有關(guān)信息的實(shí)時共享，確保相關(guān)數(shù)據(jù)規(guī)范統(tǒng)一，支撐全國范圍內(nèi)可再生能源消納責(zé)任權(quán)重實(shí)施。
對自備電廠、地方電網(wǎng)提出有關(guān)數(shù)據(jù)管理、傳輸?shù)囊?。建立全壽命可追蹤的核算系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)消納量責(zé)任權(quán)重的精準(zhǔn)核算和監(jiān)測統(tǒng)計，需要及時從自備電廠、增量配電和地方電網(wǎng)精準(zhǔn)采集消納量數(shù)據(jù)，加大對消納核算數(shù)據(jù)的源頭管理。建議國家發(fā)改委和有關(guān)地方政府盡快明確：一是自備電廠、增量配網(wǎng)及地方電網(wǎng)參加消納量交易市場的計量等數(shù)據(jù)共享要求和核查辦法；二是將在落實(shí)可再生能源消納責(zé)任權(quán)重有關(guān)要求過程中，如有市場主體發(fā)生發(fā)送數(shù)據(jù)遺漏、錯誤等情況，納入信用評價管理體系。
5 結(jié)語
健全可再生能源電力消納保障機(jī)制，將各省級行政區(qū)域設(shè)定可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重對提高可再生能源消納具有重要意義。超額消納量交易作為各類消納責(zé)任主體完成自身消納量指標(biāo)的重要補(bǔ)充方式，有助于提高消納責(zé)任主體完成消納責(zé)任權(quán)重的靈活性。本文通過介紹消納量的生成與分配、超額消納量交易的機(jī)理，闡述超額消納量交易市場組織形式，提出綠證交易與超額消納量交易的銜接方式，指出超額消納量交易的結(jié)算與核算方式，完善超額消納量交易市場體系?？紤]到區(qū)塊鏈技術(shù)的防篡改、可追溯、可共享、透明性等特性，從應(yīng)用架構(gòu)、部署架構(gòu)、數(shù)據(jù)交互等方面，設(shè)計基于區(qū)塊鏈的可再生能源消納憑證交易系統(tǒng)。應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)，在跨交易中心的多個用戶之間建立平等可信機(jī)制，實(shí)現(xiàn)用戶之間公平、相互信任的交易。此外，基于區(qū)塊鏈技術(shù)，可建立全壽命可追蹤的核算系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)消納量責(zé)任權(quán)重的精準(zhǔn)核算和監(jiān)測統(tǒng)計，加大對消納核算數(shù)據(jù)的源頭管理。最后，提出進(jìn)一步測算各省責(zé)任權(quán)重目標(biāo)、加強(qiáng)與可再生能源信息中心聯(lián)網(wǎng)及數(shù)據(jù)共享等方面，對中國可再生能源消納發(fā)展提出建議。在未來研究中，可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，對基于區(qū)塊鏈的可再生能源消納憑證交易系統(tǒng)產(chǎn)生的效果進(jìn)行量化分析。
