跨省區(qū)碳交易機制下發(fā)電碳排放配額分配模型的構(gòu)建方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及跨省區(qū)碳交易機制下發(fā)電碳排放配額分配模型的構(gòu)建方法，屬于電力系統(tǒng)低碳電力技術(shù)領(lǐng)域。包括：構(gòu)建由初始分配模型和針對初始分配模型結(jié)果的再調(diào)整模型兩個環(huán)節(jié)組成的省際間配額分配的一級分配模型，構(gòu)建以一級分配模型結(jié)果為邊界條件，將一級分配模型得到的各省碳排放配額分配結(jié)果在省內(nèi)各發(fā)電廠之間分配的二級分配模型；根據(jù)兩級分配模型，得到跨省區(qū)碳交易機制下的發(fā)電碳排放配額分配的省際間分配方案和省內(nèi)各電廠的發(fā)電碳排放配額。本發(fā)明在現(xiàn)有省內(nèi)碳交易試點的基礎(chǔ)上并結(jié)合電力行業(yè)的特點，研究了跨省區(qū)碳排放交易機制下發(fā)電碳排放配額分配。本發(fā)明可實現(xiàn)低碳發(fā)展、減少化石能源的過度消耗，達(dá)到有效減少碳排放的目的。
【專利說明】
跨省區(qū)碳交易機制下發(fā)電碳排放配額分配模型的構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)低碳電力技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種跨省區(qū)碳交易機制下的發(fā) 電碳排放配額分配模型。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著能源問題與氣候變化問題日益凸出，實現(xiàn)低碳發(fā)展、減少化石能源的過度消 耗逐漸成為人類社會的共同目標(biāo)。低碳發(fā)展的核心是技術(shù)創(chuàng)新、制度創(chuàng)新和發(fā)展觀的改變， 這將涉及生產(chǎn)模式、生活方式、價值觀念的重新調(diào)整，與國家權(quán)益密切相關(guān)。
[0003] 碳排放權(quán)交易作為一種能有效減少碳排放的市場化手段，已經(jīng)在國際上得到的廣 泛的開展。碳交易是指在環(huán)保主觀部門的指導(dǎo)和監(jiān)督下，排放者通過市場機制根據(jù)相關(guān)法 律法規(guī)，本著平等自愿的原則，將其減排后的剩余指標(biāo)進(jìn)行有償出售，以較低的成本實現(xiàn)溫 室氣體排放總量減排的效果。碳交易的基本思想是:在環(huán)境允許的前提下，賦予特定主體合 法的碳排放權(quán)利，并且允許主體可以像買賣商品那樣買入或賣出這種權(quán)利，以此來控制碳 排放。
[0004] 目前，對碳排放交易省際間配額分配的研究相對較少，一些研究從世襲制原則、平 等主義原則以及支付能力原則著手進(jìn)行省際間配額的分配。王文舉、李峰等則從全球配額 分配方法的公平原則分析入手，比較了不同原則下的我國統(tǒng)一碳市場的省際間配額分配。 但是，現(xiàn)有的研究都沒有緊扣電力行業(yè)的特點，沒有設(shè)計出一套兼顧公平與省際間差異的 發(fā)電碳排放配額分配方法。
[0005] 在省內(nèi)的碳排放配額分配方法上，現(xiàn)有的初始分配方式主要有"祖父法"和"基準(zhǔn) 線法"兩種。"祖父法"依據(jù)現(xiàn)存某一企業(yè)的歷史年份的排放量進(jìn)行分配，企業(yè)所獲得配額與 其在該歷史年份的排放量呈正比。"基準(zhǔn)線法"則依據(jù)現(xiàn)實產(chǎn)量水平或排放量進(jìn)行分配，管 理當(dāng)局按照總量指標(biāo)和預(yù)計的產(chǎn)量水平，計算出單位產(chǎn)量的允許排放量，以此作為企業(yè)的 排放標(biāo)準(zhǔn)。
[0006] 上述兩種分配方法各有一定道理，但都存在一定的不公平性。在"祖父法"下，排放 量高的發(fā)電廠可以獲得更多的排放配額，而當(dāng)前排放量低的發(fā)電廠所獲配額較少，這種分 配方法在一定程度上，是對高排放發(fā)電廠的保護，而不利于帶動電廠發(fā)展減排技術(shù)的積極 性，有一定程度的"鼓勵落后、鞭策進(jìn)步"的效果，對于低排放的發(fā)電廠存在一定的不公平。 而"基準(zhǔn)線法"則對所有的企業(yè)執(zhí)行相同的標(biāo)準(zhǔn)，存在"一刀切"的問題，大大壓縮了高排放 電廠的盈利空間。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明的目的為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種跨省區(qū)碳交易機制下發(fā)電碳 排放配額分配模型的構(gòu)造方法，本發(fā)明可兼顧各方法的優(yōu)點，實現(xiàn)碳排放配額分配的相對 公平，實現(xiàn)低碳發(fā)展、減少化石能源的過度消耗，達(dá)到有效減少碳排放的目的。
[0008] 本發(fā)明提出的一種跨省區(qū)碳交易機制下發(fā)電碳排放配額分配模型的構(gòu)建方法，其 特征在于，該方法包括構(gòu)建一級分配模型和構(gòu)建二級分配模型，具體步驟如下：
[0009] 1)構(gòu)建由初始分配模型和針對初始分配模型結(jié)果的再調(diào)整模型兩個環(huán)節(jié)組成的 省際間配額分配的一級分配模型：初始分配模型以"各區(qū)域目標(biāo)年單位GDP累積碳排放趨 同"為目標(biāo)，再調(diào)整模型根據(jù)各省能源稟賦差異和跨區(qū)電力交換對初始分配模型的結(jié)果進(jìn) 行調(diào)整;經(jīng)過兩個環(huán)節(jié)，確定省際間配額分配方案，得到各省的發(fā)電碳排放配額;具體包括： [0010] 1-1)構(gòu)建初始分配模型；假設(shè)有η個待分配的區(qū)域，基準(zhǔn)年為j，目標(biāo)年為T，j + 1，...，τ為待分配的年份;初始分配模型由目標(biāo)函數(shù)和約束條件構(gòu)成：
[0011] 1-1-1)構(gòu)建初始分配模型目標(biāo)函數(shù)：
[0012] min CCEmax-CCEmin (1)
[0013] 式（1)中，CCEmax、CCEmin分別表示各區(qū)域的目標(biāo)年單位國民生產(chǎn)總值GDP碳排放累 積中的最大值和最小值；目標(biāo)函數(shù)為最小化各區(qū)域的目標(biāo)年單位GDP累積碳排放量的極差， 即實現(xiàn)η個待分配的區(qū)域的目標(biāo)年各區(qū)域單位GDP累積碳排放趨同；
[0014] 1-1-2)設(shè)置初始分配模型約束條件：
[0015]碳排放配額總量約束：
[0016]
(2)
[0017]式(2)中，E1>t,int表示第t年區(qū)域i所獲得的碳排放初始配額，即第t年區(qū)域i的初始 分配結(jié)果;Et表示第t年的總碳排放配額;該約束表明，所有區(qū)域每年所獲得碳排放配額之 和與該年的總碳排放配額相等；
[0018] 目標(biāo)年各區(qū)域單位GDP累積碳排放取值約束：
[0019]
(3)
[0020] 式(3)中，0^1表示區(qū)域i的目標(biāo)年單位GDP累積碳排放，GDP1>t表示第t年區(qū)域i的 GDP，該約束實際上就是單位GDP累積碳排放的計算公式；
[0021 ]目標(biāo)年單位GDP累積碳排放最大值、最小值約束：
[0022] CCEi^ CCEmin (4)
[0023] CCEi^ CCEmax (5)
[0024] 式（4)中，CCE-表示各區(qū)域目標(biāo)年單位GDP累積碳排放中的最小值；式（5)中， CCEmax表示各區(qū)域的目標(biāo)年單位GDP累積碳排放中的最大值；
[0025] 單位GDP碳排放逐年下降約束：
[0026] Ei.t+i.int/GDPi.t+i^Ei.t.int/GDPi.t i = l,2,. . ,n；t = j+l,. . . ,Τ-1 (6)
[0027] 該約束條件表明，在配額分配過程中，待分配的各水平年中各區(qū)域的單位GDP碳排 放量逐年下降；
[0028] 1-2)構(gòu)建針對初始分配模型結(jié)果的再調(diào)整模型;再調(diào)整模型是對初始分配模型的 結(jié)果進(jìn)行調(diào)整后的模型，包括基于各省區(qū)能源稟賦差異的配額調(diào)整模型和基于跨區(qū)電力交 換的配額調(diào)整模型；
[0029] 1-2-1)構(gòu)建基于各省區(qū)能源稟賦差異的配額調(diào)整模型；
[0030] 假設(shè)低碳發(fā)展目標(biāo)下，各省承擔(dān)相同的非化石能源裝機比例，則區(qū)域i由于非化石 能源缺乏而所需要增加的化石能源裝機容量為：
[0031] ffi)Af)t=ffi>tffc >t/ffz)t-ffi>c>t (7)
[0032] 式(7)中:Wi,t表示第t年區(qū)域i的總裝機容量，Wc, t、Wz,t分別表示第t年全區(qū)非化石 能源裝機容量和全區(qū)總裝機容量，Wi,。,*表示第t年區(qū)域i的非化石能源裝機容量，表 示第t年區(qū)域i的非化石能源裝機缺額；
[0033] 若1,^>0,表示區(qū)域i的非化石能源匱乏，則對區(qū)域i的碳配額進(jìn)行相應(yīng)的補償； 表示區(qū)域i的非化石能源豐富，則對區(qū)域i的碳配額進(jìn)行相應(yīng)的扣減；
[0034] t>0時，對區(qū)域i的碳配額進(jìn)行相應(yīng)的補償，省際間碳排放配額調(diào)整分量 Ei,t,pr。如式⑶所示：
[0035] Ei)t>Prc=ffi>Af )tHi)f)tei)f)t (8)
[0036] 式（8)中，E1>t,pr。表示第t年區(qū)域i的基于能源稟賦差異的配額調(diào)整分量， 分別表示第t年區(qū)域i的化石能源平均發(fā)電利用小時數(shù)及平均發(fā)電碳排放強度;該式表 示，由于區(qū)域i的非化石能源匱乏，將采用化石能源進(jìn)行發(fā)電，因此對這一部分化石能源引 起的發(fā)電碳排放量進(jìn)行補償；
[0037] 當(dāng)1^^<0時，對區(qū)域i的碳配額進(jìn)行相應(yīng)的扣減，基于能源稟賦差異的配額調(diào)整 分量Ei,t,pr。如式(9)所示：
[0038]
(9)
[0039] 式(9)中：N+表示非化石能源匱乏的地區(qū)集合，即的地區(qū)集合;r表示非 化石能源充足的地區(qū)集合，即α,μ,κο的地區(qū)集合；該式表示，對于非化石能源富余的省 份，根據(jù)其剩余非化石能源的裝機比例扣減相應(yīng)的碳排放配額，從而保證這些省電力行業(yè) 的總配額不變；
[0040] 1-2-2)構(gòu)建基于跨區(qū)電力交換的配額調(diào)整模型；
[0041]假設(shè)區(qū)域i和區(qū)域j之間存在電力交換，交換電量為Qu;基于跨區(qū)電力交換的配額 調(diào)整模型為：
[0042] ΔΕ?;? = Θυ；?θΣ>?, AEj)t = -Qij;teE>t (10)
[0043] 式（10)中，分別表示區(qū)域i和區(qū)域j第t年的配額調(diào)整量，表示第t 年目標(biāo)的平均發(fā)電碳排放強度，其計算表達(dá)式為：
[0044] eE,t = Et/Qz;t (11)
[0045] 式（11)中，Et表示第t年待分配地區(qū)的總配額，即允許碳排放量;Qz,t表示待分配地 區(qū)第t年的總發(fā)電量；
[0046]因此，基于跨區(qū)電力交換的配額調(diào)整分量為：
[0047] Λ￡:,:Σ?λ? (丨
[0048] 式（12)中，AE1>t表示第t年區(qū)域i基于跨區(qū)電力交換的配額調(diào)整分量，化表示與區(qū) 域i之間存在電力交換的區(qū)域集合，Qa t表示第t年區(qū)域i和區(qū)域j之間交換電量，(^>0表示 區(qū)域i向區(qū)域j送電，反之則表示由區(qū)域j向區(qū)域i送電；
[0049] 1-3)計算一級分配模型結(jié)果；
[0050] 將計算得到的初始分配模型的結(jié)果和再調(diào)整模型的結(jié)果求和，得到各省區(qū)的碳排 放配額分配結(jié)果，作為省際間配額的一級分配模型的分配結(jié)果，如式（13)所示：
[0051 ] Ei;t = Ei)t>int+Ei)t>Prc+AEi ;t(13)
[0052]式中，E1>t表示第t年區(qū)域i的總碳排放配額，E1,t, lnt、E1,t,pr。、ΔE1, t分別表示第t年 區(qū)域i的初始分配結(jié)果、基于能源稟賦差異的配額調(diào)整分量和基于跨區(qū)電力交換的配額調(diào) 整分量；
[0053] 2)構(gòu)建以一級分配模型結(jié)果為邊界條件，將一級分配模型得到的各省碳排放配額 分配結(jié)果在省內(nèi)各發(fā)電廠之間分配的二級分配模型；二級分配模型基于公平分配規(guī)則構(gòu) 建，如式(14)所示：
[0054]
(i4?
[0055] 式（14)中，Eg,t表示第t年發(fā)電廠g所獲得的碳排放配額，egQ表示基準(zhǔn)年發(fā)電廠g的 碳排放強度;η為小于1的正實數(shù)，表示碳排放的削減程度，η越小，削減程度越大，E 1>t是步驟 1-3)計算得到的一級分配模型結(jié)果，即第t年區(qū)域i的總碳排放配額，亦即區(qū)域i內(nèi)所有電廠 的碳排放配額之和；
[0056] 二級模型的求解為:根據(jù)各發(fā)電廠的基準(zhǔn)年碳排放強度和發(fā)電量值，用削減程度η 表示各發(fā)電廠的配額Eg,t，然后在根據(jù)式（14)的第二個式子求解得到削減程度II的值，最后 根據(jù)式(14)的第一個式子，得到各發(fā)電廠的配額E g,t;
[0057] 3)根據(jù)兩級分配模型，得到跨省區(qū)碳交易機制下的發(fā)電碳排放配額分配的省際間 分配方案和省內(nèi)各電廠的發(fā)電碳排放配額。
[0058]本發(fā)明的有益效果：
[0059] 本發(fā)明在現(xiàn)有省內(nèi)碳交易試點經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，充分結(jié)合跨省區(qū)碳排放交易的特 點，提出了一種跨省區(qū)碳排放交易機制下的發(fā)電碳排放配額分配模型。本發(fā)明包括兩級分 配模型：一級分配模型為省際間配額分配，該模型首先綜合考慮經(jīng)濟發(fā)展原則和歷史責(zé)任 原則，以目標(biāo)年各區(qū)域單位GDP累積碳排放趨同為原則建立了省際間發(fā)電碳排放配額的初 始分配模型，然后結(jié)合各省區(qū)發(fā)電資源分布狀況的差異及跨區(qū)電力交換的碳轉(zhuǎn)移進(jìn)行了省 際間配額分配的再調(diào)整;二級分配模型為省內(nèi)配額分配，研究了省內(nèi)各發(fā)電廠的配額分配 方法。本發(fā)明的發(fā)電碳排放配額分配模型，基于公平分配規(guī)則，可兼顧各方法的優(yōu)點，實現(xiàn) 碳排放配額分配的相對公平，在跨省區(qū)碳交易市場開展初期更容易被各方所接受，可為跨 省區(qū)碳交易機制下的發(fā)電碳排放配額初始配額提供技術(shù)指導(dǎo)，實現(xiàn)低碳發(fā)展、減少化石能 源的過度消耗，達(dá)到有效減少碳排放的目的。
【具體實施方式】
[0060] 本發(fā)明提出的一種跨省區(qū)碳交易機制下發(fā)電碳排放配額分配模型的構(gòu)建方法，下 面結(jié)合具體實施例進(jìn)一步詳細(xì)說明如下。
[0061] 本發(fā)明提出的一種跨省區(qū)碳交易機制下發(fā)電碳排放配額分配模型的構(gòu)建方法，包 括構(gòu)建一級分配模型和構(gòu)建二級分配模型，具體步驟如下：
[0062] 1)構(gòu)建由初始分配模型和針對初始分配模型結(jié)果的再調(diào)整模型兩個環(huán)節(jié)組成的 省際間配額分配的一級分配模型：初始分配模型以"各區(qū)域目標(biāo)年單位GDP累積碳排放趨 同"為目標(biāo)，再調(diào)整模型根據(jù)各省能源稟賦差異和跨區(qū)電力交換對初始分配模型的結(jié)果進(jìn) 行調(diào)整;經(jīng)過兩個環(huán)節(jié)，確定省際間配額分配方案，得到各省的發(fā)電碳排放配額;具體包括：
[0063] 1-1)構(gòu)建初始分配模型；假設(shè)有η個待分配的區(qū)域，基準(zhǔn)年為j，目標(biāo)年為T，j + 1，...，T為待分配的年份;初始分配模型以"目標(biāo)年單位GDP累積碳排放趨同"目標(biāo)，由目標(biāo) 函數(shù)和約束條件構(gòu)成：
[0064] 1-1-1)構(gòu)建初始分配模型目標(biāo)函數(shù)：
[0065] min CCE船x-CCEmin (1)
[0066] 式（1)中，CCEmax、CCEmin分別表示各區(qū)域的目標(biāo)年單位國民生產(chǎn)總值GDP碳排放累 積中的最大值和最小值；目標(biāo)函數(shù)為最小化各區(qū)域的目標(biāo)年單位GDP累積碳排放量的極差， 即實現(xiàn)η個待分配的區(qū)域的目標(biāo)年各區(qū)域單位GDP累積碳排放趨同；
[0067] 1-1-2)設(shè)置初始分配模型約束條件：
[0068]碳排放配額總量約束：
[0069](2)
[0070]式(2)中，E1>t,int
表示第t年區(qū)域i所獲得的碳排放初始配額，即第t年區(qū)域i的初始 分配結(jié)果;Et表示第t年的總碳排放配額;該約束表明，所有區(qū)域每年所獲得碳排放配額之 和與該年的總碳排放配額相等；
[0071] 目標(biāo)年各區(qū)域單位GDP累積碳排放取值約束：
[0072]
(3)
[0073]式（3)中，CCEi表示區(qū)域i的目標(biāo)年單位國民生產(chǎn)總值GDP累積碳排放，GDPi, t表示 第t年區(qū)域i的GDP，該約束實際上就是單位GDP累積碳排放的計算公式；
[0074] 目標(biāo)年單位GDP累積碳排放最大值、最小值約束：
[0075] CCEi^CCEmin (4)
[0076] CCEi^CCEmax (5)
[0077] 式（4)中，CCEmin表示各區(qū)域目標(biāo)年單位GDP累積碳排放中的最小值；式（5)中， CCEmax表示各區(qū)域的目標(biāo)年單位GDP累積碳排放中的最大值；
[0078] 單位GDP碳排放逐年下降約束：
[0079] Ei.t+i.int/GDPi.t+i^Ei.t.int/GDPi.t i = l,2,. . ,n；t = j+l,. . . ,Τ-1 (6)
[0080] 該約束條件表明，在配額分配過程中，待分配的各水平年（即需要進(jìn)行配額分配的 未來幾年）中各區(qū)域的單位GDP碳排放量是逐年下降的，符合電力系統(tǒng)節(jié)能減排的實際訴 求，使配額分配方案與實際情況相符合；
[0081] 式（1)~式(6)共同構(gòu)成省際間配額的初始分配模型，該模型為線性規(guī)劃模型，可 直接調(diào)用Cplex軟件包求解。
[0082] 1-2)構(gòu)建針對初始分配模型結(jié)果的再調(diào)整模型;再調(diào)整模型是對初始分配模型的 結(jié)果進(jìn)行調(diào)整后的模型，包括基于各省區(qū)能源稟賦差異的配額調(diào)整模型和基于跨區(qū)電力交 換的配額調(diào)整模型；
[0083] 1-2-1)構(gòu)建基于各省區(qū)能源稟賦差異的配額調(diào)整模型；
[0084](對于電力行業(yè)而言，某一地區(qū)的發(fā)電碳排放強度更多的是取決于該地區(qū)的發(fā)電 資源分布情況，后天的技術(shù)努力程度十分有限。因此，需要根據(jù)各地區(qū)的發(fā)電資源分布情況 進(jìn)行相應(yīng)的配額調(diào)整。）
[0085] 假設(shè)低碳發(fā)展目標(biāo)下，各省承擔(dān)相同的非化石能源裝機比例，則區(qū)域i由于非化石 能源缺乏而所需要增加的化石能源裝機容量為：
[0086] ffi)Af)t=ffi>tffc>t/ffz )t-ffi>c>t (7)
[0087] 式(7)中，Wi,t表示第t年區(qū)域i的總裝機容量，Wc, t、Wz,t分別表示第t年全區(qū)非化石 能源裝機容量和全區(qū)總裝機容量，Wi,。,*表示第t年區(qū)域i的非化石能源裝機容量，表 示第t年區(qū)域i的非化石能源裝機缺額；
[0088] 若1,^>0,表示區(qū)域i的非化石能源匱乏，則對區(qū)域i的碳配額進(jìn)行相應(yīng)的補償； 表示區(qū)域i的非化石能源豐富，則對區(qū)域i的碳配額進(jìn)行相應(yīng)的扣減；
[0089] t>0時，對區(qū)域i的碳配額進(jìn)行相應(yīng)的補償，省際間碳排放配額調(diào)整分量 Ei,t, pr。如式⑶所示：
[0090] Ei)t>Prc=ffi>Af)tHi )f)tei)f)t (8)
[0091] 式（8)中，E1>t,pr。表示第t年區(qū)域i的基于能源稟賦差異的配額調(diào)整分量， 分別表示第t年區(qū)域i的化石能源平均發(fā)電利用小時數(shù)及平均發(fā)電碳排放強度;該式表 示，由于區(qū)域i的非化石能源匱乏，將采用化石能源進(jìn)行發(fā)電，因此對這一部分化石能源引 起的發(fā)電碳排放量進(jìn)行補償；
[0092] 當(dāng)1^^<0時，對區(qū)域i的碳配額進(jìn)行相應(yīng)的扣減，基于能源稟賦差異的配額調(diào)整 分量Ei,t,pr。如式(9)所示：
[0093]
(9)
[0094] 式(9)中：N+表示非化石能源匱乏的地區(qū)集合（即的地區(qū)集合），『表示非 化石能源充足的地區(qū)集合（即Ι,μ,ΚΟ的地區(qū)集合）；該式表示，對于非化石能源富余的省 份，根據(jù)其剩余非化石能源的裝機比例扣減相應(yīng)的碳排放配額，從而保證這些省電力行業(yè) 的總配額不變；
[0095] 1-2-2)構(gòu)建基于跨區(qū)電力交換的配額調(diào)整模型；
[0096](我國各省區(qū)在地理分布、資源格局。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等方面存在較大差異，使得地區(qū)之 間存在著大量的產(chǎn)品和服務(wù)流動，從而也使得隱含在商品流中的碳排放在各地區(qū)之間進(jìn)行 復(fù)雜的轉(zhuǎn)移。具體到電力行業(yè)而言，隨著我國電網(wǎng)區(qū)域規(guī)模的擴大，區(qū)域之間的電力交換越 來越頻繁，跨區(qū)電力交換所引致的隱含碳排放轉(zhuǎn)移，需要在省際間的配額分配中進(jìn)行調(diào) 整。）
[0097]假設(shè)區(qū)域i和區(qū)域j之間存在電力交換，交換電量為QdQuX)表示區(qū)域i向區(qū)域j 送電，反之則表示由區(qū)域j向區(qū)域i送電）；基于跨區(qū)電力交換的配額調(diào)整模型為：
[0098] AEi)t = Qij,tez)t, AEj)t = -Qij>tez)t (10)
[0099] 式（10)中，ΔΕ1;?、ΔΕ^分別表示區(qū)域i和區(qū)域j第t年的配額調(diào)整量，表示第t 年目標(biāo)的平均發(fā)電碳排放強度，其計算表達(dá)式為：
[0100] ez;t = Et/Qz;t (11)
[0101] 式（11)中，Et表示第t年待分配地區(qū)的總配額，即允許碳排放量;Qz, t表示待分配地 區(qū)第t年的總發(fā)電量；
[0102] 因此，基于跨區(qū)電力交換的配額調(diào)整分量為：
[0103] ? = ΣΡ..,? (12)
[0104] 式（12)中，AE1>t表示第t年區(qū)域i基于跨區(qū)電力交換的配額調(diào)整分量，化表示與區(qū) 域i之間存在電力交換的區(qū)域集合，Qa t表示第t年區(qū)域i和區(qū)域j之間交換電量，(^>0表示 區(qū)域i向區(qū)域j送電，反之則表示由區(qū)域j向區(qū)域i送電；
[0105] 1-3)計算一級分配模型結(jié)果；
[0106] 將計算得到的初始分配模型的結(jié)果和再調(diào)整模型的結(jié)果求和，得到各省區(qū)的碳排 放配額分配結(jié)果，作為省際間配額的一級分配模型的分配結(jié)果，如式（13)所示：
[0107] Ei)t = Ei)t>int+Ei)t>Prc+AEi )t (13)
[0108] 式中，E1>t表示第t年區(qū)域i的總碳排放配額，E1,t, lnt、E1,t,prc、ΔE1, t分別表示第t年 區(qū)域i的初始分配結(jié)果、基于能源稟賦差異的配額調(diào)整分量和基于跨區(qū)電力交換的配額調(diào) 整分量；
[0109] 2)構(gòu)建以一級分配模型結(jié)果為邊界條件，將一級分配模型得到的各省碳排放配額 分配結(jié)果在省內(nèi)各發(fā)電廠之間分配的二級分配模型：二級分配模型基于公平分配規(guī)則構(gòu) 建；
[0110] 公平分配規(guī)則具體包括：
[0111] .各電廠的碳減排率與其碳排放強度成正相關(guān)，碳排放強度高的電廠，減排率也更 尚；
[0112] .各電廠分配到的碳排放配額與其碳排放強度呈正相關(guān)；
[0113] .各電廠分配到的碳排放配應(yīng)與基準(zhǔn)排放量呈正相關(guān)；
[0114] 按照上述公平分配原理構(gòu)建二級分配模型如式（14)所示：
[0115]
(14)
[0116] 式（14)中，Eg,t表示第t年發(fā)電廠g所獲得的碳排放配額，egQ表示基準(zhǔn)年發(fā)電廠g的 碳排放強度;η表示碳排放的削減程度，η越小，削減程度越大(η的取值范圍是〇~i)，E 1>t是 步驟1-3)計算得到的一級分配模型結(jié)果，即第t年區(qū)域i的總碳排放配額，亦即區(qū)域i內(nèi)所有 電廠的碳排放配額之和。
[0117] 二級模型的求解為:根據(jù)各發(fā)電廠的基準(zhǔn)年碳排放強度和發(fā)電量值，用削減程度η 表示各發(fā)電廠的配額Eg,t，然后在根據(jù)式（14)的第二個式子求解得到削減程度II的值，最后 根據(jù)式(14)的第一個式子得到各發(fā)電廠的配額；
[0118] 3)根據(jù)兩級分配模型，得到跨省區(qū)碳交易機制下的發(fā)電碳排放配額分配的省際間 分配方案和省內(nèi)各電廠的發(fā)電碳排放配額。
[0119] 本發(fā)明方法充分考慮了一般公平原則，同時兼顧各省之間的差異，是一個相對公 平的方案，可實現(xiàn)低碳發(fā)展、減少化石能源的過度消耗，達(dá)到有效減少碳排放的目的，為跨 省區(qū)碳交易機制下的發(fā)電碳排放配額分配提供一種新的方法和技術(shù)指導(dǎo)。
【主權(quán)項】
1. 一種跨省區(qū)碳交易機制下發(fā)電碳排放配額分配模型的構(gòu)建方法，其特征在于，該方 法包括構(gòu)建一級分配模型和構(gòu)建二級分配模型，具體步驟如下： 1)構(gòu)建由初始分配模型和針對初始分配模型結(jié)果的再調(diào)整模型兩個環(huán)節(jié)組成的省際 間配額分配的一級分配模型:初始分配模型W "各區(qū)域目標(biāo)年單位GDP累積碳排放趨同"為 目標(biāo)，再調(diào)整模型根據(jù)各省能源稟賦差異和跨區(qū)電力交換對初始分配模型的結(jié)果進(jìn)行調(diào) 整;經(jīng)過兩個環(huán)節(jié)，確定省際間配額分配方案，得到各省的發(fā)電碳排放配額;具體包括： 1-1)構(gòu)建初始分配模型;假設(shè)有η個待分配的區(qū)域，基準(zhǔn)年為j，目標(biāo)年為T，j+1，...，Τ 為待分配的年份;初始分配模型由目標(biāo)函數(shù)和約束條件構(gòu)成： 1-1-1)構(gòu)建初始分配模型目標(biāo)函數(shù)： min CCEmax-CCEmin (1) 式（1)中，CCEmaxXCEmin分別表示各區(qū)域的目標(biāo)年單位國民生產(chǎn)總值GDP碳排放累積中 的最大值和最小值；目標(biāo)函數(shù)為最小化各區(qū)域的目標(biāo)年單位GDP累積碳排放量的極差，即實 現(xiàn)η個待分配的區(qū)域的目標(biāo)年各區(qū)域單位GDP累積碳排放趨同； 1-1-2)設(shè)置初始分配模型約束條件： 碳排放配額總量約束：鮮 式(2)中，El,t,int表示第t年區(qū)域i所獲得的碳排放初始配額，即第t年區(qū)域i的初始分配 結(jié)果;Et表示第t年的總碳排放配額;該約束表明，所有區(qū)域每年所獲得碳排放配額之和與 該年的總碳排放配額相等； 目標(biāo)年各區(qū)域單位GDP累積碳排放取值約束：餅 式(3)中，CCE康示區(qū)域i的目標(biāo)年單位GDP累積碳排放，GDPi,康示第t年區(qū)域i的GDP，該 約束實際上就是單位GDP累積碳排放的計算公式； 目標(biāo)年單位GDP累積碳排放最大值、最小值約束： CCEi^CCEmin (4) CCEi^CCEmax (5) 式(4 )中，CCEmin表示各區(qū)域目標(biāo)年單位GDP累積碳排放中的最小值;式(5 )中，CCEmax表 示各區(qū)域的目標(biāo)年單位GDP累積碳排放中的最大值； 單位GDP碳排放逐年下降約束： Ei, t+1, int/GDPi, t+l《Ei, t, int/GDPi, t i二 1,2,. . .n;t 二 j + 1,. . . , T-1 (6) 該約束條件表明，在配額分配過程中，待分配的各水平年中各區(qū)域的單位GDP碳排放量 逐年下降； 1-2)構(gòu)建針對初始分配模型結(jié)果的再調(diào)整模型;再調(diào)整模型是對初始分配模型的結(jié)果 進(jìn)行調(diào)整后的模型，包括基于各省區(qū)能源稟賦差異的配額調(diào)整模型和基于跨區(qū)電力交換的 配額調(diào)整模型； 1-2-1)構(gòu)建基于各省區(qū)能源稟賦差異的配額調(diào)整模型； 假設(shè)低碳發(fā)展目標(biāo)下，各省承擔(dān)相同的非化石能源裝機比例，則區(qū)域i由于非化石能源 缺乏而所需要增加的化石能源裝機容量為： Wi,Af,t = Wi,tWc,t/WE,t-Wi,c,t (7) 式(7)中，Wi,t表示第t年區(qū)域i的總裝機容量，胖。,*、胖曰,*分別表示第*年全區(qū)非化石能源 裝機容量和全區(qū)總裝機容量，Wi,c,t表示第t年區(qū)域i的非化石能源裝機容量，Wi,Af,t表示第t 年區(qū)域i的非化石能源裝機缺額； 若Wi,f,t>0,表示區(qū)域i的非化石能源匿乏，則對區(qū)域i的碳配額進(jìn)行相應(yīng)的補償；若 Wi,Af,t<0,表示區(qū)域i的非化石能源豐富，則對區(qū)域i的碳配額進(jìn)行相應(yīng)的扣減； 當(dāng)Wi,Af,t>0時，對區(qū)域i的碳配額進(jìn)行相應(yīng)的補償，省際間碳排放配額調(diào)整分量Ei,t,prc 如式(8)所示： Ei, t,prc二Wi, Af, t出,f, tei, f, t (8) 式(8)中，Ei,t,pr康示第t年區(qū)域i的基于能源稟賦差異的配額調(diào)整分量，出, 別表示第t年區(qū)域i的化石能源平均發(fā)電利用小時數(shù)及平均發(fā)電碳排放強度;該式表示，由 于區(qū)域i的非化石能源匿乏，將采用化石能源進(jìn)行發(fā)電，因此對運一部分化石能源引起的發(fā) 電碳排放量進(jìn)行補償； 當(dāng)Wi,Af,t<0時，對區(qū)域i的碳配額進(jìn)行相應(yīng)的扣減，基于能源稟賦差異的配額調(diào)整分量 Ei,t,pK如式（9)所示：巧) 式(9)中，N+表示非化石能源匿乏的地區(qū)集合，即Wi,Af,t>0的地區(qū)集合;r表示非化石能 源充足的地區(qū)集合，即Wi,Af,t<0的地區(qū)集合;該式表示，對于非化石能源富余的省份，根據(jù) 其剩余非化石能源的裝機比例扣減相應(yīng)的碳排放配額，從而運些省電力行業(yè)的總配額不 變； 1-2-2)構(gòu)建基于跨區(qū)電力交換的配額調(diào)整模型； 假設(shè)區(qū)域i和區(qū)域j之間存在電力交換，交換電量為Qu;基于跨區(qū)電力交換的配額調(diào)整 模型為： A Ei,t二, Δ Ej,t = -Qij,teE,t (10) 式（10)中，Δ Ei,t、Δ Ej,t分別表示區(qū)域i和區(qū)域j第t年的配額調(diào)整量，es,t表示第t年目 標(biāo)的平均發(fā)電碳排放強度，其計算表達(dá)式為： eE,t = Et/QE,t (11) 式（11)中，Et表示第t年待分配地區(qū)的總配額，即允許碳排放量;9?, t表示待分配地區(qū)第 t年的總發(fā)電量； 因此，基于跨區(qū)電力交換的配額調(diào)整分量為：(12) 式(12)中，AEi,t表示第t年區(qū)域i基于跨區(qū)電力交換的配額調(diào)整分量，Ni表示與區(qū)域i之 間存在電力交換的區(qū)域集合，表示第t年區(qū)域i和區(qū)域j之間交換電量，Qu>0表示區(qū)域i 向區(qū)域j送電，反之則表示由區(qū)域j向區(qū)域i送電； 1-3)計算一級分配模型結(jié)果； 將計算得到的初始分配模型的結(jié)果和再調(diào)整模型的結(jié)果求和，得到各省區(qū)的碳排放配 額分配結(jié)果，作為省際間配額的一級分配模型的分配結(jié)果，如式(13)所示： Ei, t 二 Ei, t, int+Ei, t, prc+ AEi't (13) 式中，Ei,t表示第t年區(qū)域i的總碳排放配額，Ei,t,int、Ei,t,pr。、AEi,t分別表示第t年區(qū)域i 的初始分配結(jié)果、基于能源稟賦差異的配額調(diào)整分量和基于跨區(qū)電力交換的配額調(diào)整分 量； 2) 構(gòu)建W-級分配模型結(jié)果為邊界條件，將一級分配模型得到的各省碳排放配額分配 結(jié)果在省內(nèi)各發(fā)電廠之間分配的二級分配模型；二級分配模型基于公平分配規(guī)則構(gòu)建，如 式(14)所示：式（14)中，Eg,t表示第t年發(fā)電廠g所獲得的碳排放配額，ego表示基準(zhǔn)年發(fā)電廠g的碳排 放強度;η的取值范圍是0~l，Ei,t是步驟1-3)計算得到的一級分配模型結(jié)果，即第t年區(qū)域i 的總碳排放配額，亦即區(qū)域i內(nèi)所有電廠的碳排放配額之和； 二級模型的求解為:根據(jù)各發(fā)電廠的基準(zhǔn)年碳排放強度和發(fā)電量值，用削減程度η表示 各發(fā)電廠的配額Eg,t，然后在根據(jù)式（14)的第二個式子求解得到削減程度η的值，最后根據(jù) 式(14)的第一個式子，得到各發(fā)電廠的配額Eg,t; 3) 根據(jù)兩級分配模型，得到跨省區(qū)碳交易機制下的發(fā)電碳排放配額分配的省際間分配 方案和省內(nèi)各電廠的發(fā)電碳排放配額。
【文檔編號】G06F19/00GK105975770SQ201610286579
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】吳鴻亮, 程耀華, 劉羽霄, 盧斯煜, 周保榮, 金小明, 董楠, 王彤, 程蘭芬, 康重慶
【申請人】中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)技術(shù)研究中心, 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 清華大學(xué)