《Energy》：Integrating medium- and long-term contracts with spot trading in coupled electricity-carbon markets: A multi-leader Stackelberg game approach
编辑推荐：
在中国不断发展的电-碳市场耦合与多尺度市场整合框架中，关键挑战包括确保中长期（MLT）市场与现货电力市场的收敛，以及理解初始碳排放配额（CEA）分配在初级碳市场中对电-碳交易的影响。本研究提出一个顺序两阶段框架，包括一种多市场信息化的合同分解方法和一个双层多领
在中国不断发展的电-碳市场耦合与多尺度市场整合框架中，关键挑战包括确保中长期（MLT）市场与现货电力市场的收敛，以及理解初始碳排放配额（CEA）分配在初级碳市场中对电-碳交易的影响。本研究提出一个顺序两阶段框架，包括一种多市场信息化的合同分解方法和一个双层多领导者Stackelberg博弈模型，通过分布式迭代算法求解。引入一个多维评估系统，用于评估市场在经济和碳排放指标上的表现。该系统评估不同的MLT合同分解策略和CEA情景。一个由梯级水电和火电组成的虚拟市场，以广东电力市场为背景，验证了所提出的方法。结果表明，更深入的MLT合同分解增加了现货市场波动性，同时将发电公司（GenCos）的收益提高了高达6.65%。在两个极端CEA情景下，碳配额覆盖率和系统购电成本的差异分别为16.5%和1.3%。因此，合理的合同分解方法和碳配额设置可以有效促进市场收敛与发展。
在中国电力市场化改革与碳市场建设并行的背景下，如何实现中长期合同与现货市场的有效衔接，以及碳市场对电力市场交易的影响，成为亟待解决的关键问题。现有研究多聚焦于单一市场内的决策优化，缺乏在多市场耦合环境下考虑碳市场对中长期合同分解策略的系统性分析，尤其是初级碳市场（即政府初始碳排放配额分配）对多尺度电力市场交易的级联效应。Yulong Xiao与Chaoshun Li在《Energy》期刊发表论文，针对上述缺口，提出一个顺序两阶段框架，整合了多市场信息化的合同分解方法、基于多领导者Stackelberg博弈的双层市场交易模型以及多维评估系统，以量化电-碳耦合市场中合同分解、碳配额策略与市场均衡之间的交互作用。研究以广东电力市场为背景构建包含梯级水电和火电的虚拟市场，通过模拟不同合同分解深度、碳排放配额（CEA）分配情景及敏感性分析，揭示了合理合同分解与碳配额设置对促进市场收敛、提升发电公司收益并控制碳排放的关键作用。该工作为政策制定者设计多市场协同机制提供了理论依据与量化工具。
研究人员为开展本研究主要运用了以下几个关键技术方法：首先，提出了一种多市场信息化的中长期（MLT）合同分解方法，该方法结合现货市场竞标空间与碳市场价格波动信息，将MLT合同电量合理分解至短时间尺度。其次，构建了一个双层多领导者Stackelberg博弈模型，上层由异质性发电公司（GenCos，包括梯级水电与火电）作为领导者，下层由市场运营者进行出清。第三，采用分布式迭代算法（DIA）求解该博弈模型，确保竞争GenCos之间的信息保密性。第四，引入一个多维评估系统，从经济性、碳排放和市场稳定性三个维度综合评价市场绩效，并针对不同合同分解规则、CEA分配方式、燃料价格和水电渗透率进行敏感性分析。样本队列源自中国广东电力市场2024年数据。
研究结果部分按以下子标题呈现：
**4.2.1 Impact of contract decomposition（合同分解的影响）**
通过对比三种合同分解策略（均匀分解、基于负荷模式分解和所提多市场信息化分解），研究人员发现：深度合同分解（即更靠近现货市场时间尺度）会增加现货市场价格的波动性，但能提升GenCos的收益，最大增幅达6.65%。具体通过分布式迭代算法求解博弈模型，并对不同分解策略下的市场出清结果进行对比得出该结论。
**4.2.2 Impact of CEA allocation（碳配额分配的影响）**
研究人员设计了两种极端碳配额情景（免费配额比例高与低），分析初始CEA分配对市场的影响。结果显示，两种情景下碳配额覆盖率（即GenCos实际排放中由免费配额覆盖的比例）相差16.5%，系统总购电成本相差1.3%。这表明初级碳市场的配额设置会通过MLT合同分解传导至现货市场均衡，影响发电公司的碳排放合规成本与市场效率。
**4.2.3 Sensitivity analysis of fuel prices and hydropower penetration（燃料价格与水电渗透率的敏感性分析）**
通过改变燃料价格（天然气与煤价）及水电装机容量比例，研究人员分析了这些因素对市场出清价格、GenCos收益和碳排放的影响。结果表明：燃料价格上升会增加系统购电成本并改变GenCos的发电组合；水电渗透率的提高有助于降低系统碳排放，但会削弱高排放火电GenCos的市场竞争力，从而影响现货价格稳定性。
在讨论部分，研究人员指出，所提框架能够有效模拟电-碳多市场环境下的战略交互，且合同分解的深度需在波动性与收益之间权衡；初始碳配额的设置应充分考虑其对现货市场及整体市场收敛的链式影响。研究结论部分翻译如下：
本研究开发了一个顺序两阶段框架，以量化耦合电-碳市场中中长期合同分解与现货市场行为之间的相互作用，特别关注初级碳市场分配和水电灵活性的作用。建立了一个多领导者Stackelberg博弈模型来表征异质性发电公司与市场运营者之间的战略互动，并设计了一个分布式迭代算法以保护竞争GenCos的信息安全。通过广东电力市场背景下的虚拟市场验证，结果表明：更深入的MLT合同分解会加剧现货市场波动，但可将GenCos收入提高达6.65%；两个极端CEA情形下碳配额覆盖率与系统购电成本差异分别为16.5%和1.3%。因此，合理的合同分解方法与碳配额设定可有效促进市场收敛与发展。
