基于虛擬平臺的綠色電力消納體系規劃與研究

唐治平+魏超+張文忠+周璐

摘 ?要 ?綠色電力是能源行業發展的必然趨勢，我國的區域經濟差異、電源及電網結構特點及獨特的自然地理環境造成了嚴峻的綠電消納問題。而單純采用就利用技術手段如蓄能、風電供暖等方法，對綠色電力消納十分有限，難以從根本上解決該問題。通過對綠色電力消納政策的規劃與相關激勵機制的研究，構建將電力用戶納入到綠色電力消納體系的虛擬平臺，使得綠色電力消費觀念貫徹到國民生產和生活中，是解決這一問題的關鍵。本文在借鑒國外成功經驗基礎上，提出了基于虛擬交易平臺的綠色電力消納體系，將綠色電力“環保、節約資源”的屬性價值化，并進行量化分配。該虛擬交易平臺將電力“發、輸、配、用”各環節參與者有機結合起來，通過綠色電力交易的激勵機制，激發電力生產方投資綠電、電力用戶消納綠電的積極性和潛力，能夠最大限度的解決綠色電力的消納問題。

關鍵詞 ?綠色電力;虛擬平臺;消納體系;價格規制

中圖分類號：TP309 ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1671-7597（2014）22-0005-03

我國能源結構仍以煤炭為主，2013年中國能源消費結構中，煤炭占比71%，遠高于美國、日本、歐盟等發達國家。一方面，我國能源消費急劇增長，能源供需矛盾日益突出，已對我國經濟可持續發展形成了嚴重威脅，同時以煤為主的能源結構，帶來了能源系統效率低、環境壓力大等多方面的問題。以風電、光伏、小水電等為代表的綠色電力具有清潔、無污染、可永續利用的特點，且資源豐富開發潛力巨大，已成為能源發展的必然趨勢。另一方面，隨著我國風電、光伏產業的快速增長，棄風、棄光問題日益突出，嚴重影響了綠色電力的健康發展，并造成了極大的資源浪費。2013年，我國棄風電量為162億千瓦時，占風力發電總量的10.7%[1]。國內目前解決綠電消納問題主要技術措施主要包括：抽水蓄能、風電供暖和新型儲能手段

等[2]，由于技術條件不成熟、地理環境條件制約等因素，上述技術手段經濟性較差，難以規模化運營，對綠色電力的消納十分有限。

綠色能源具有波動性和間歇性，加之電力“生產、輸送、使用”三者的同時性，決定了大規模消納綠電離不開用戶側的參與。但在我國當前的電力政策體制下，電力用戶極少參與到綠色電力消納機制之中，綠色電力的消納潛力得不到充分釋放。本文在對綠色電力消納政策的規劃與相關激勵機制的研究的基礎上[3]，提出綠色電力虛擬交易平臺，將電力用戶納入到綠色電力消納的體系之中，使得綠色電力消費觀念貫徹到國民生產和生活中，從而解決棄風、棄光問題。

1 ?綠色電力虛擬交易平臺的構建

1）虛擬交易平臺的運行機制。

控制棄風電量增長、降低棄風比例的根本辦法：一是盡快建立用戶側、發電側、調度側之間的信息共享，能夠讓用戶側及時了解綠電供電信息及向調度申請用電需求即綠電信息共享，電力用戶只有隨時獲得綠電供給的實時信息，才能把自身的可控用電潛力在綠電出力受限的時間段釋放出來，從而提高整個系統的綠電消納能力;二是建立完善的綠電交易機制[4]，在建立并發布綠電指數的基礎上，開展受限綠電交易并頒發綠電證書，使購買受限綠電的用戶獲得收益，從而提高用戶消納綠電的積極性，以增加電網用電負荷和調峰能力，進而增強電網對可再生能源發電的接納能力。

2）虛擬交易平臺的功能描述。

①信息共享。信息共享，是指借助信息技術，通過測量、預測、數據收集與分析等手段，將綠電供需的實時和預測信息，及時發布給相關電力用戶的系統。電力用戶可通過綠電虛擬交易平臺隨時獲取綠電供給的相關實時信息，結合自身情況釋放可控用電潛力，尤其在綠電出力受限的時間的情況下，從而提高整個系統的綠電消納能力。

為此，引入“綠電指數”概念。綠電指數，就是用來描述綠電供給充沛度的指標，即實時反映受限綠電容量的指標。受限綠電指因為電網接納能力不足引起的棄風、棄光部分的對應電力。

此外，各電力用戶可登陸綠電虛擬交易平臺查看其指標完成情況;綠電虛擬交易平臺則定期發布信息通報指標完成較差用戶名單，從輿論角度督促其履行社會責任。

②綠電交易與激勵。綠電交易包含兩個方面：一方面通過信息共享與電量交易機制，實現用戶側與發電企業之間的綠色電力搶購與交易;另一方面，通過發布各電力用戶綠電證書及綠電配額的完成情況，實現用戶側之間的綠電證書交易。

由此，綠電虛擬交易平臺將須具備第三方支付功能，在互聯網上實現綠色電量與綠電證書的交易。綠電虛擬交易平臺需對相關交易進行管理，規范綠電的市場交易行為，并建立公開透明、開放有序、利于監管的綠電交易機制。

在建立并發布綠電指數、綠電配額、綠電證書等相關指標及其完成情況的基礎上，開展受限綠電交易并頒發綠電證書，使購買受限綠電的用戶獲得收益，以增加電網用電負荷和調峰能力，進而增加電網對可再生能源發電的接納能力、減少棄風棄光。通過交易與獎勵功能和機制，幫助綠色電力實現價值，并將價值分配給創造價值和協助價值實現的發電側、用電側、電網運營與調度機構。

③數據管理。綠電虛擬交易平臺通過數據管理功能對基礎數據（如：風力、光伏發電側的氣象數據、運行指標、預測指標、檢修計劃等）進行采集、統計和分析，并對交易和相關用戶數據進行存儲。并具備數據歸類和查詢功能。

在對相關數據進行統計分析的基礎上，實現相關指標的自動生成和量化管理。發布各發電側未來一段時間的綠電電量和綠電指數等指標;統計和計算用戶側綠電證書等指標量，自動考查各用戶側綠電證書的達標情況，并自動統計各用戶側的獎勵或懲罰額度。

綠電虛擬交易平臺的數據管理功能應具備安全性、可擴展性和穩定性[5]。

④協同調度。發電側、電網調度機構和用戶側通過綠電虛擬交易平臺實現信息共享，對發電側、用戶側的電力供需關系進行分析和預測，并與電網調度機構進行協調，通過支持動態ACE接入實現控制目標的可靈活定制，實現運行數據和調度計劃對接，并可在線調整綠電發電場內發電設備所屬的控制目標。綠電虛擬交易平臺協調三方進行綠電運營與調度管理，建立綠電生產、輸送、使用三者間的協同創新機制[6]。endprint

⑤交易效果評估計量。綠電虛擬交易平臺一方面統計交易數據，并依據可再生能源附加、國內碳排放交易稅和資源稅、節能減排基金、大氣污染防治基金及國家財政支持等相關標準規范和政策，自動計算相關資金和稅費補貼。

另一方面對比綠電使用方的電力計劃（受電及發電計劃曲線）及標準曲線，將啟動交易后的超出計劃部分（即有利于電網增加綠電接納能力的部分）進行計量評估，根據計量結果并結合相應的綠電指數，向綠電使用方頒發綠電證書。

為調動電力用戶的有效參與，兩個功能機制是不可或缺，即為信息共享和綠電交易與激勵機制。用戶主動參與是綠電虛擬交易平臺功能設計的核心。

3）虛擬交易平臺的邏輯架構。綠電虛擬交易平臺通過互聯網將電力系統內的多種設備、電力用戶、調度機構、綠電發電商相互連接組成的一個復雜實體。計算控制中心將各種需存儲的數據通過互聯網分配至各外部分布式存儲設備，可實現海量數據的分布式儲備，并可隨時從存儲設備中讀取出來。利用虛擬化技術和分布式技術，平臺進行數據計算和數據存儲的過程對外部用戶是不可見的，確保了數據的保密性。

虛擬交易平臺通過協調綠電生產商、電網調度機構和電力用戶，達成動態負載均衡和統一的資源管理調配，構成強大的數據處理和計算分析能力，以支撐支持綠電虛擬交易系統的高效運行，見圖1。

圖1 ?綠電虛擬交易平臺邏輯架構

綠電虛擬交易平臺可通過調度支持類應用實現綠色電力的靈活與智能調度，其調度支持類應用可包括：信息共享、交易審批、申報發布、預測、檢修計劃、統計分析、交易管理、考核結算、綠電優化配置等方面，通過對應用的合理設計和優化配置實現對電網調度的支撐。其主要技術領域包括以下方面。

①綠電發電側、用戶側和電網運行數據的精確測量與網絡云計算技術領域。包括廣域測量技術、云計算技術和調度專用數據網絡等相關技術。

②在線安全穩定分析評估與輔助決策技術領域。包括利用在線仿真技術進行的穩態、動態、暫態多角度在線安全分析評估技術、輔助決策和多維多層協調的安全防御技術。

③調度決策技術領域。包括年度方式、月度檢修、日前到實時計劃編制與安全校核等技術，以及節能發電調度應用技術。

④運行控制自動化技術領域。包括自動發電控制（AGC）、自動電壓控制（AVC）技術，高頻切機、過載聯切等技術及其相互統一協調優化技術，以及在此基礎上對的電網頻率、電壓、潮流等的自動調整和控制技術形成數據支持。

⑤網、廠協調技術領域。包括實現常規電源與綠色能源的協同并網、優化調度和靈活快速調控的技術。

綠電虛擬交易調度具有多目標、多約束、多時段等特點，并能夠完成計劃的自動編制、優化和分析評估;提供多種智能決策工具和靈活調整手段，適應對不同調度模式進行支持的要求，實現從年度、月度、日前到日內、實時調度計劃的有機銜接和動態優化[7-9]。

綠電虛擬交易平臺通過云計算技術對電力需求、調度計劃、綠電發電側的出力及限電情況進行預測，結合環保、碳排放等相關邊界條件因素，綜合評估后形成控制參數，并通過信息共享模塊，將綠電發電量、綠電指數、及相應的綠電證書等相關信息及時公布于綠電虛擬交易信息平臺，供用戶側選擇交易。在此基礎上，綠電虛擬交易平臺結合智能電網技術，對電網內發電側出力情況進行調控，在保障電力運行的穩定性和安全性的同時，促進綠電消納。

2 ?激勵機制設計

綠電虛擬交易平臺須建立起以合理促進綠色電力消納為目標，以健全和規范運營方式為保障，以利益驅動為手段的綠電交易機制，對各方實現綠電消納的價值進行量化評估，通過合理分配價值提高促進各方的有效參與，并提高價值創造者的積極性。因此綠電虛擬交易平臺關鍵理念與指標的頂層設計至關重要。

1）綠電證書模式。綠色電力的交易過程通過可交易的綠色電力證書來實現。綠色電力證書是國家根據綠色電力生產商實際入網電力的多少而向其頒發的證明書，具有可交易、能兌現為貨幣的特性。國外現行的綠電證書制度主要考察發電企業所產生電量中綠色電量的比例。為驅動用電側積極消納綠電，綠電虛擬交易平臺的綠電證書制度主要針對電力用戶，考察對象不僅包含其所消納的綠電量的多少，也包括相應電量對應時間的限電程度[10]。

綠電虛擬交易平臺根據綠電用戶實際消納電力的多少和相應的綠電指數而向其頒發的證明書，購入綠色能源證書是電力用戶定期完成綠電配額指標的手段[11]。

對基于綠電虛擬交易平臺的綠電證書系統進行頂層設計，其運作機制包括以下步驟。

①綠電用戶到綠電虛擬交易平臺監管機構注冊。

②綠電虛擬交易平臺根據綠電用戶實際消納電力的多少和相應的綠電指數而向其頒發的證明書。

③電網調度機構向綠電生產商購買綠色電力，并根據綠電補貼政策向綠電用戶購買綠電證書。

④各電力用戶之間相互買賣證書。

⑤電力用戶定期提交規定數量的綠電證書。

⑥發電企業所生產的電量中必須有特定比例的電量來自于可再生能源。

2）綠電消納配額制。綠色電力證書制度的市場電價體系以綠色電力配額制度為運作基礎，國外現行配額制主要針對綠色電力發電側[12]，本文結合綠電虛擬交易平臺運行機制，對用電側綠電配額制進行設計。

基于綠電虛擬交易平臺的綠電配額制度應具備以下基本

條件。

①綠電虛擬交易平臺應公布明確的總量目標。政府通過規定綠電虛擬交易平臺消納的綠電總量或各電力用戶消納綠電的比例來制定總量目標。

②具有法律的強制性。為了確保定期實現所要求的綠色電力消納目標，較大的電力用戶均須承擔一定的配額指標，配額指標的考核依靠法律手段強制執行。對于沒有完成的部分，義務承擔者將受到嚴厲的處罰，從而促進電力用戶消納綠電的意愿，推動了綠色電力的需求，使綠電消納問題得到改善。endprint

③確保綠電證書的可交易性。在綠電虛擬交易平臺實現綠電和綠電證書的交易，同時引入電力用戶，可實現電力市場的充分競爭，實現綠色電力的成本最低化。電力用戶可以通過購買本地區的綠色電力來完成配額指標，也可以通過綠電虛擬交易平臺從其它地區購買綠色證書來完成配額指標。

④對未完成配額指標的電力用戶，采取罰款為主的措施。其作用在于增強配額制的強制性，對未完成配額制的電力用戶所設定罰款額度應當高于購買綠電證書的成本，以促進綠電證書的交易。

對電力用戶而言，超額消納綠色電力可以獲得額外的綠電證書，以供交易獲取額外收益。在提高自身經濟效益的同時又能增強企業的環境友好形象。

若未能完成配額，可以通過購買綠電證書來彌補自己未完成的配額，避免因未完成指標而受到處罰。在綠電虛擬交易平臺中，綠電證書交易制度為配額制的履行提供了必要保障。

3）綠電指數及綠電證書量值設計。

①綠電指數。為了提升綠電的消納水平，綠電虛擬交易平臺上每次綠電交易產生的證書數量不但與綠電交易量相關，還與發電側在生產綠電時所面臨的限電程度有關。因此，本文引入綠電指數這一概念，用于在調度機構限制情況下的綠電待釋放產能（或充沛程度）的指標，即實時反映限電時段內的限電程度。設受限時段內某一時刻的綠電指數為，其可用該時刻的限電比例表征如下：

而某一受限時段內的綜合綠電指數可表達為：

②綠電證書量值。在綠電虛擬交易平臺中，綠電證書的量化參數不僅是考核電力用戶綠電配額是否完成的指標，在進行證書交易時其實際上也對應了一種虛擬貨幣形式。根據綠電虛擬交易平臺的設計，每次交易產生的綠電證書量值與綠電指數及交易電量均呈正比。

若以一年作為考核周期，假設綠電虛擬交易平臺有一電力用戶，在一年內進行了次綠電交易，其累積獲得的綠電證書量值可表示如下：

式中：表示第1次綠電交易的電量，以此類推;表示第1次綠電交易電量所對應限電時間段內的綜合綠電指數;為綠電虛擬交易系數，為常量，根據綠電虛擬交易平臺某一周期內的運營情況、補貼獲取情況、獎勵與懲處額度相關。

此外，綠電虛擬交易平臺的評估機制還可考慮加入環保因素。比如，某一時段內霧霾較為嚴重，可通過調高該時間段內的綠電指數，使得電力用戶在消納相同綠電電量時獲取更多的證書，從而增加綠電的消納，降低傳統化石能源發電對環境的影響。

3 ? 結束語

本文通過對綠色電力消納政策的規劃與相關激勵機制的研究，構建將電力用戶納入到綠色電力消納體系的虛擬平臺，將綠色電力消費觀念貫徹到國民生產和生活中。在借鑒國外成功經驗基礎上，提出了基于虛擬交易平臺的綠色電力消納體系。在該消納體系下，虛擬交易平臺借助科學的計量手段、信息共享和綠電證書制度，實現證書發放與流轉;綠色電力使用方受利益驅動會主動迎合綠電生產曲線，增加受限時段的綠色電力使用量，通過對綠色電力“環保、資源節約”的價值進行重新評估和量化分配，綠色電力的價值能夠在所有參與交易的市場主體（各綠電生產方和使用方）中得到合理分配。虛擬交易平臺將電力“發、輸、配、用”各環節參與者有機結合，通過綠色電力交易的激勵機制，實現綠色電力的價值和“發、輸、配、用”的良性循環，形成各參與方受益的共贏局面，激發電力生產方投資綠電、電力用戶消納綠電的積極性和潛力。有利于加快綠電實時消納，同時可促進綠電生成項目的建設與發展，最終實現我國大力提倡與發展綠電的根本目標。

參考文獻

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[12]Paolo Agnolueei.The Effect of Financial Constraints， Technological Progress and Long-term Contracts on Tradable Green Certificates[J]. 2007， 35：3347-3359.endprint

③確保綠電證書的可交易性。在綠電虛擬交易平臺實現綠電和綠電證書的交易，同時引入電力用戶，可實現電力市場的充分競爭，實現綠色電力的成本最低化。電力用戶可以通過購買本地區的綠色電力來完成配額指標，也可以通過綠電虛擬交易平臺從其它地區購買綠色證書來完成配額指標。

④對未完成配額指標的電力用戶，采取罰款為主的措施。其作用在于增強配額制的強制性，對未完成配額制的電力用戶所設定罰款額度應當高于購買綠電證書的成本，以促進綠電證書的交易。

對電力用戶而言，超額消納綠色電力可以獲得額外的綠電證書，以供交易獲取額外收益。在提高自身經濟效益的同時又能增強企業的環境友好形象。

若未能完成配額，可以通過購買綠電證書來彌補自己未完成的配額，避免因未完成指標而受到處罰。在綠電虛擬交易平臺中，綠電證書交易制度為配額制的履行提供了必要保障。

3）綠電指數及綠電證書量值設計。

①綠電指數。為了提升綠電的消納水平，綠電虛擬交易平臺上每次綠電交易產生的證書數量不但與綠電交易量相關，還與發電側在生產綠電時所面臨的限電程度有關。因此，本文引入綠電指數這一概念，用于在調度機構限制情況下的綠電待釋放產能（或充沛程度）的指標，即實時反映限電時段內的限電程度。設受限時段內某一時刻的綠電指數為，其可用該時刻的限電比例表征如下：

而某一受限時段內的綜合綠電指數可表達為：

②綠電證書量值。在綠電虛擬交易平臺中，綠電證書的量化參數不僅是考核電力用戶綠電配額是否完成的指標，在進行證書交易時其實際上也對應了一種虛擬貨幣形式。根據綠電虛擬交易平臺的設計，每次交易產生的綠電證書量值與綠電指數及交易電量均呈正比。

若以一年作為考核周期，假設綠電虛擬交易平臺有一電力用戶，在一年內進行了次綠電交易，其累積獲得的綠電證書量值可表示如下：

式中：表示第1次綠電交易的電量，以此類推;表示第1次綠電交易電量所對應限電時間段內的綜合綠電指數;為綠電虛擬交易系數，為常量，根據綠電虛擬交易平臺某一周期內的運營情況、補貼獲取情況、獎勵與懲處額度相關。

此外，綠電虛擬交易平臺的評估機制還可考慮加入環保因素。比如，某一時段內霧霾較為嚴重，可通過調高該時間段內的綠電指數，使得電力用戶在消納相同綠電電量時獲取更多的證書，從而增加綠電的消納，降低傳統化石能源發電對環境的影響。

3 ? 結束語

本文通過對綠色電力消納政策的規劃與相關激勵機制的研究，構建將電力用戶納入到綠色電力消納體系的虛擬平臺，將綠色電力消費觀念貫徹到國民生產和生活中。在借鑒國外成功經驗基礎上，提出了基于虛擬交易平臺的綠色電力消納體系。在該消納體系下，虛擬交易平臺借助科學的計量手段、信息共享和綠電證書制度，實現證書發放與流轉;綠色電力使用方受利益驅動會主動迎合綠電生產曲線，增加受限時段的綠色電力使用量，通過對綠色電力“環保、資源節約”的價值進行重新評估和量化分配，綠色電力的價值能夠在所有參與交易的市場主體（各綠電生產方和使用方）中得到合理分配。虛擬交易平臺將電力“發、輸、配、用”各環節參與者有機結合，通過綠色電力交易的激勵機制，實現綠色電力的價值和“發、輸、配、用”的良性循環，形成各參與方受益的共贏局面，激發電力生產方投資綠電、電力用戶消納綠電的積極性和潛力。有利于加快綠電實時消納，同時可促進綠電生成項目的建設與發展，最終實現我國大力提倡與發展綠電的根本目標。

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[12]Paolo Agnolueei.The Effect of Financial Constraints， Technological Progress and Long-term Contracts on Tradable Green Certificates[J]. 2007， 35：3347-3359.endprint

③確保綠電證書的可交易性。在綠電虛擬交易平臺實現綠電和綠電證書的交易，同時引入電力用戶，可實現電力市場的充分競爭，實現綠色電力的成本最低化。電力用戶可以通過購買本地區的綠色電力來完成配額指標，也可以通過綠電虛擬交易平臺從其它地區購買綠色證書來完成配額指標。

④對未完成配額指標的電力用戶，采取罰款為主的措施。其作用在于增強配額制的強制性，對未完成配額制的電力用戶所設定罰款額度應當高于購買綠電證書的成本，以促進綠電證書的交易。

對電力用戶而言，超額消納綠色電力可以獲得額外的綠電證書，以供交易獲取額外收益。在提高自身經濟效益的同時又能增強企業的環境友好形象。

若未能完成配額，可以通過購買綠電證書來彌補自己未完成的配額，避免因未完成指標而受到處罰。在綠電虛擬交易平臺中，綠電證書交易制度為配額制的履行提供了必要保障。

3）綠電指數及綠電證書量值設計。

①綠電指數。為了提升綠電的消納水平，綠電虛擬交易平臺上每次綠電交易產生的證書數量不但與綠電交易量相關，還與發電側在生產綠電時所面臨的限電程度有關。因此，本文引入綠電指數這一概念，用于在調度機構限制情況下的綠電待釋放產能（或充沛程度）的指標，即實時反映限電時段內的限電程度。設受限時段內某一時刻的綠電指數為，其可用該時刻的限電比例表征如下：

而某一受限時段內的綜合綠電指數可表達為：

②綠電證書量值。在綠電虛擬交易平臺中，綠電證書的量化參數不僅是考核電力用戶綠電配額是否完成的指標，在進行證書交易時其實際上也對應了一種虛擬貨幣形式。根據綠電虛擬交易平臺的設計，每次交易產生的綠電證書量值與綠電指數及交易電量均呈正比。

若以一年作為考核周期，假設綠電虛擬交易平臺有一電力用戶，在一年內進行了次綠電交易，其累積獲得的綠電證書量值可表示如下：

式中：表示第1次綠電交易的電量，以此類推;表示第1次綠電交易電量所對應限電時間段內的綜合綠電指數;為綠電虛擬交易系數，為常量，根據綠電虛擬交易平臺某一周期內的運營情況、補貼獲取情況、獎勵與懲處額度相關。

此外，綠電虛擬交易平臺的評估機制還可考慮加入環保因素。比如，某一時段內霧霾較為嚴重，可通過調高該時間段內的綠電指數，使得電力用戶在消納相同綠電電量時獲取更多的證書，從而增加綠電的消納，降低傳統化石能源發電對環境的影響。

3 ? 結束語

本文通過對綠色電力消納政策的規劃與相關激勵機制的研究，構建將電力用戶納入到綠色電力消納體系的虛擬平臺，將綠色電力消費觀念貫徹到國民生產和生活中。在借鑒國外成功經驗基礎上，提出了基于虛擬交易平臺的綠色電力消納體系。在該消納體系下，虛擬交易平臺借助科學的計量手段、信息共享和綠電證書制度，實現證書發放與流轉;綠色電力使用方受利益驅動會主動迎合綠電生產曲線，增加受限時段的綠色電力使用量，通過對綠色電力“環保、資源節約”的價值進行重新評估和量化分配，綠色電力的價值能夠在所有參與交易的市場主體（各綠電生產方和使用方）中得到合理分配。虛擬交易平臺將電力“發、輸、配、用”各環節參與者有機結合，通過綠色電力交易的激勵機制，實現綠色電力的價值和“發、輸、配、用”的良性循環，形成各參與方受益的共贏局面，激發電力生產方投資綠電、電力用戶消納綠電的積極性和潛力。有利于加快綠電實時消納，同時可促進綠電生成項目的建設與發展，最終實現我國大力提倡與發展綠電的根本目標。

參考文獻

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