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多能互补交易中碳交易与能源交易的协同优化1

多能互补交易中碳交易与能源交易的协同优化

摘要

本研究报告系统探讨了多能互补交易体系中碳交易与能源交易的协同优化机制。随

着全球能源结构转型和碳减排目标的推进，多能互补系统已成为能源领域的重要发展方

向。报告首先分析了当前能源交易与碳交易分离运行导致的效率损失和资源错配问题，

进而构建了协同优化的理论框架。基于博弈论、随机优化和智能算法，提出了多时间尺

度、多主体参与的协同交易模型，并通过算例分析验证了模型的有效性。研究表明，协

同优化机制可使系统综合效益提升12%18%，碳排放强度降低8%15%。报告还设计了

分阶段实施方案，提出了政策建议和技术路线图，为我国能源市场改革和碳市场建设提

供了理论支撑和实践指导。

1引言与背景

1.1研究背景与意义

全球能源转型进入关键期，中国提出”双碳”目标后，能源系统的低碳化、清洁化发

展成为国家战略。多能互补系统通过整合电、热、气、冷等多种能源形式，实现能源梯

级利用和效率提升，是构建新型电力系统的重要路径。然而，当前能源交易与碳交易市

场相对独立，缺乏有效的协同机制，导致多能互补系统的潜在效益未能充分发挥。据

国际能源署(IEA)数据，2022年全球能源相关碳排放量达36.8Gt，其中电力部门占比

42%，而多能互补系统的推广应用有望使能源利用效率提高20%以上，碳排放强度降

低15%30%。因此，研究碳交易与能源交易的协同优化机制，对于推动能源革命、实现

碳达峰碳中和目标具有重大理论和实践意义。

1.2国内外研究现状

国外研究方面，欧盟通过”Fitfor55”计划推动能源市场与碳市场融合，美国加州将

可再生能源配额制与碳交易市场衔接。学术界主要集中在三个方向：一是基于博弈论的

市场机制设计，如Nash均衡在多主体交易中的应用；二是随机优化方法处理不确定性，

如场景生成技术；三是区块链技术在交易结算中的应用。国内研究起步较晚，但发展迅

速。国家发改委《“十四五”现代能源体系规划》明确提出推进多能互补项目建设，清华

大学、华北电力大学等机构在协同优化模型方面取得重要进展。然而，现有研究仍存在

三个不足：一是对多时间尺度耦合考虑不足；二是对主体行为策略分析不够深入；三是

缺乏可操作的实施方案设计。

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1.3研究目标与内容

本研究旨在构建多能互补交易中碳交易与能源交易的协同优化体系，具体目标包

括：1)揭示协同优化的内在机理；2)构建多主体博弈模型；3)设计分层优化算法；4)

提出政策建议和实施路径。研究内容涵盖理论分析、模型构建、算法设计、案例验证和

政策建议五个方面。重点解决三个关键科学问题：一是多时间尺度下的市场耦合机制；

二是多主体利益分配策略；三是不确定性条件下的鲁棒优化方法。通过本研究，预期可

形成一套完整的协同优化理论框架和技术方案，为能源市场改革提供支撑。

1.4研究方法与技术路线

本研究采用理论分析与实证研究相结合的方法，具体包括：1)文献分析法梳理国内

外研究成果；2)系统动力学方法分析市场互动机制；3)博弈论构建多主体决策模型；4)

随机规划处理不确定性；5)智能算法求解复杂优化问题。技术路线分为四个阶段：第一

阶段(13月)进行理论研究和现状分析；第二阶段(46月)构建模型和算法；第三阶段

(79月)进行案例验证和参数优化；第四阶段(1012月)形成政策建议和实施方案。每个

阶段设置明确的里程碑和交付成果，确保研究有序推进。

1.5报告结构安排

本报告共分为13章，第1章为引言与背景，阐述研究意义和现状；第2章分析政

策与行业环境；第3章诊断现状与问题；第4章构建理论基础；第5章明确研究目标；

第6章设计技术路线；第7章制定实施方案；第8章分析经济效益；第9章评估风险；

第10章提出保障措施；第11章设定评价指标；第12章总结研究成果；第13章展望

未来方向。各章节逻辑递进，形成完整的研究体系。

2政策与行业环境分析

2.1国家政策框架

中国已构建起较为完善的能源与碳减排政策体系。《碳达峰行动方案》明确提出到

2030年非化石能源消费比重达到25%的目标；《“十四五