2025年碳行业风险分析：负荷聚合商参与电能量-备用-碳市场的交易策略

  随着全球对碳减排的重视，碳行业在2025年面临着前所未有的发展机遇与风险挑战。数据显示，2023年我国可再生能源发电装机规模历史性超过火电，全年新增装机超过全球一半。大规模新能源并网对电力系统灵活调节能力提出了更高要求，而负荷聚合商作为新型市场经营主体，通过聚合大量可调节负荷资源，能够提升新型电力系统的灵活调节能力，促进可再生能源消纳。本文通过构建基于条件风险价值的双层交易决策模型，深入分析了负荷聚合商参与电能量-备用-碳市场的交易策略，旨在为碳行业的风险管理和收益优化提供科学依据。

  一、碳市场发展背景与负荷聚合商角色

  《2025-2030年中国碳行业重点企业发展分析及投资前景可行性评估报告》随着全球对碳减排的重视，碳市场作为实现碳减排目标的重要手段，其发展迅速。2021年7月，全国碳市场正式启动，电-碳市场协同运行模式不断完善。负荷聚合商(Load Aggregator, LA)作为新型市场经营主体，通过聚合大量可调节负荷资源，实现对用户侧资源的灵活调控，从而提升新型电力系统的灵活调节能力，促进可再生能源消纳。负荷聚合商在碳市场中的作用日益凸显，它们可以通过参与电-碳市场，在实现自身收益的同时，为电网提供电能量及备用等辅助服务，促进电-碳市场协同发展，助力实现“双碳”目标。

  二、基于条件风险价值的交易策略模型构建

  (一)模型框架

  碳行业风险分析提到本文构建了负荷聚合商参与电能量-备用-碳市场的双层交易决策模型。上层模型以负荷聚合商利润最大化为目标，基于条件风险价值(Conditional Value at Risk, CVaR)理论，考虑市场价格和聚合辖区内可控负荷资源的不确定性，建立负荷聚合商的投标决策模型。下层模型以社会福利最大化为目标，实现电能量、备用辅助服务和碳市场的联合出清。通过KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件和对偶理论，将双层模型转化为混合整数线性规划问题进行求解。

  (二)目标函数

  上层模型的目标函数为负荷聚合商在电能量-备用-碳市场所获得的收益之和最大。具体包括需求响应收益、备用辅助服务市场收益、碳市场收益、电能量市场购电成本、考核惩罚费用和碳捕集机组成本等。通过优化这些收益和成本项，模型能够帮助负荷聚合商在电-碳市场中规避潜在风险并增加自身收益。

  (三)约束条件

  模型中还考虑了多种约束条件，包括报量约束、报价约束、调用备用约束、备用可用性约束和碳捕集机组运行约束等。这些约束条件确保了负荷聚合商在参与市场交易时，其行为符合市场规则和技术要求，同时也保障了电力系统的安全稳定运行。

  三、模型求解与转化

  (一)双层优化模型转化

  由于直接求解双层优化模型存在困难，本文运用KKT条件和对偶理论，将双层优化问题转化为均衡约束数学规划(Mathematical Program with Equilibrium Constraint, MPEC)模型，进而进行求解。通过引入0-1变量和大M法，将互补松弛约束中的非线性项线性化，同时利用KKT条件和强对偶理论处理目标函数中的非线性项，最终将模型转化为单层的混合整数线性规划问题。

  (二)非线性项转化

  在MPEC模型中，处理互补松弛约束中的非线性项和目标函数中的非线性项是求解的关键。通过引入0-1变量和大M法，可以将互补松弛条件线性化，从而简化模型的求解过程。同时，利用KKT条件和强对偶理论，可以将目标函数中的非线性项转化为线性形式，进一步提高模型的求解效率。

  四、算例分析与结果讨论

  (一)参数设置与交易方案

  基于改进的IEEE9节点系统，本文验证了所提双层优化模型和求解算法的有效性。系统中共有14条线路、3台常规发电机组和3个负荷聚合商。通过设置不同的交易方案，包括只参与电能量市场、只参与备用辅助服务市场、同时参与电能量和备用辅助服务市场，以及同时参与电能量、备用辅助服务和碳市场，分析了不同方案下负荷聚合商的收益情况。

  (二)交易结果分析

  在不同交易方案下，负荷聚合商的收益存在显著差异。结果显示，同时参与电能量、备用辅助服务和碳市场时，负荷聚合商能够获得更高的收益。这表明，通过合理分配可控负荷资源，参与多个市场交易，可以有效提高负荷聚合商的经济效益。此外，配备碳捕集机组的负荷聚合商在碳市场上的收益更高，进一步证明了碳捕集技术在提升市场竞争力中的重要作用。

  (三)风险规避策略分析

  基于条件风险价值理论，本文分析了不同置信水平和风险系数下负荷聚合商的总成本和CVaR值。结果表明，随着置信水平的提高，负荷聚合商对不确定性风险的态度更加保守，总成本增加，CVaR值降低。这表明，通过调整风险规避系数，负荷聚合商可以在风险和收益之间进行权衡，制定出更加合理的交易策略。

  五、结论

  本文通过构建基于条件风险价值的双层交易决策模型，深入分析了负荷聚合商参与电能量-备用-碳市场的交易策略。研究结果表明，所提模型能够有效优化负荷聚合商的投标策略，帮助其在电-碳市场中规避潜在风险并增加自身收益。通过合理分配可控负荷资源，参与多个市场交易，负荷聚合商可以实现更高的经济效益。此外，配备碳捕集机组的负荷聚合商在碳市场上的收益更高，进一步证明了碳捕集技术在提升市场竞争力中的重要作用。未来的研究将考虑日前、日内和实时电碳市场的耦合性，提出负荷聚合商参与多时间尺度现货市场的交易策略，同时针对负荷聚合商与其聚合负荷用户之间的调度和收益分配策略开展进一步研究，以推动碳行业的可持续发展。

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