从虚拟电厂看能源IT投资机会

虚拟电厂可实现“源荷互动”，提升新能源对用电的支撑能力。1）近年我国新能源装机容量持续提升，2021年光伏装机占比达12.7%，风电装机占比达13.6%。由于新能源发电则存在较强昼夜或季节波动，易冲击电力系统稳定性，对电网消纳提出更高要求，同时新能源出力与负荷存在错配，对用电的支撑能力也有待提升。2）虚拟电厂是将分布式发电、需求侧响应和储能资源统一协调控制，响应电网调度指令的物联网技术，既可作为“正电厂”向系统供电调峰，又可作为“负电厂”加大负荷消纳配合系统填谷，且运行方式表现为“源荷互动”，从而提升电网安全与提高市场收益。 参与市场交易将打开行业空间，海外成熟商业模式可供借鉴。1）我国虚拟电厂市场需求量巨大，可采取多种策略获得市场收益，例如向电网侧提供辅助服务与需求响应、向用电侧提供代购电与智能用电方案等、向发电侧提供市场交易服务等。2）欧美虚拟电厂起步较早，且已有成熟商业模式落地。以德国Next Kraftwerke，其盈利模式包括电力交易服务、发电与用电优化、平抑电网波动等。NEMOCS控制系统为其虚拟电厂解决方案的技术核心，同时，在发电侧和用电侧的聚合能力是其盈利模式的关键保障，目前已接入发电规模达10836 MW，集合管理14414个客户资产，同时Know-how与数据积累也加快了其技术迭代。 投资建议：看好国内具备资源聚合能力、同时在电力供需两侧具备深厚Know-how与技术积淀的公司。1）朗新科技：在电力供需两侧具备强聚合能力，深耕用电服务积淀深厚，生活缴费、聚合充电平台持续上量，同时光伏云平台接入装机容量持续提升。2022Q1，实现营业收入8.4亿元，同比增长39.87%，超过预期，实现归母净利润5139.83万元，同比增长4.67%；2）远光软件：综合能源服务平台聚合电网侧及终端用户资源，已有VPP平台产品应用，2022Q1，实现营业收入3.66亿元，同比增长24.84%，归母净利润为0.07亿元，同比增长2.76%；3）国能日新：目前已具备多项关键技术储备，VPP运营系统已有项目落地，2022Q1，实现营业收入0.61亿元，同比增长25.97%，归母净利润0.05亿元，同比增长199.36%。4）南网科技：实现“储能+试验+设备”布局，相关业务与技术可应用于虚拟电厂，2022Q1，公实现营业收入2.44亿元，同比增长67.70%，归母净利润为0.05亿元，同比增长141.41%。 风险提示：行业竞争加剧风险，宏观经济风险，政策推进不及预期风险 重点标的 股票代码 一、虚拟电厂实现“源荷互动”，参与市场交易打开空间 1.1新能源出力与负荷存在错配，用电支撑能力有待提升 新能源装机容量持续提升，随机波动性对电网消纳提出更高要求。1）近年来，全国电力装机容量呈现稳步增长，根据国家能源局的统计，2017-2021年，全国电力装机量从17.8亿千瓦增长至23.8亿千瓦，CAGR为7.5%。2）伴随双碳目标与可再生能源政策实施，新能源发电迎来快速增长，其中：2021年光伏装机容量达3.0亿千瓦，占总装机比重为12.7%，较2017年提高5.4pct；2021年风电装机容量达到3.2亿千瓦，占比达到13.6%，较2017年提高4.4pct。同时，目前电力系统要加快新能源发电上网、并网，而新能源发电如风电、光电则存在较强昼夜或季节波动，易冲击电力系统稳定性，同时部分发电方式如分布式光伏由于电压等级差异则可能产生电网“污染”，对电网的消纳能力提出更高要求。 图表1：全国电力总装机容量（亿千瓦，2017-2021年） 图表2：全国电力装机结构（2017-2021年） 新能源出力与负荷存在错配，支撑能力不足。1）发电侧看，电网对运行安全有严格要求，而电网安全的首要目标是保证发用电的实时平衡，需要发电侧不断调节去拟合负荷曲线。而新能源依赖对自然资源依赖程度较高，以光伏为例，其出力高峰出现在中午，而一般情况下，用电负荷高峰则出现在晚上，因而存在出力与负荷的错配，导致对负荷的支撑能力不足。2）用电侧看，目前电力用户正从单一的消费者转变为混合形态的产销者，以充电桩为例，根据EVCIPA的统计，截止2022年6月末，我国公共充电桩保有量达到152.8万台，同比增长65.5%，充电桩功率较大，其数量的大幅增加也会提升负荷压力，而在目前新能源发电占比不断提升的趋势下，发电出力与用电负荷的错配情况也会更加严重。 图表3：光伏发电出力与用电负荷存在错配 图表4：全国公共充电桩保有量（万台，2015-2022H1） 图表5：发电出力与用电负荷存在随机性 1.2“源荷互动”为主要特征，参与电力交易将打开行业空间 虚拟电厂有望解决新能源电力供给不稳定的问题。1）虚拟电厂（Virtual Power Plant，简称VPP）是将分布式发电、需求侧响应和储能资源统一协调控制，响应电网调度指令的物联网技术。虚拟发电厂可看作是一种区域性电能集中管理模式，为配电网和输电网提供管理和辅助服务。通过分布式新能源发电单位整合，同时带有储能、制定发电计划、传输电力等功能，既可作为"正电厂"向系统供电调峰，又可作为"负电厂"加大负荷消纳配合系统填谷。能够有效实现新能源电力的高效传输和消纳，有望解决新能源电力供给不稳定的问题。2）“虚拟”：指不具备实体电厂的形式；“电厂”：指具有部分电厂属性，如提供调峰调频等辅助服务、参与电力市场并获得收益等。 图表6：虚拟电厂运作模式 发输配用界线交叉，“源荷互动”特征明显。相较于传统电力能源生态，虚拟电厂下的生态系统出现明显变化，发电、输电、配电、用电界限相互交叉，同时兼具生产者与消费者的角色，根据需求可以改变角色身份特征，运行方式特征表现为“源荷互动”。虚拟电厂系统和服务平台将发、输、配、用电综合聚合一起，内部的每一部分都是一个小能源系统，属于智能电网的拓展。 图表7：传统电力与虚拟电厂能源生态系统对比 电网安全与市场收益为最主要职能。虚拟电厂可分为技术型虚拟电厂（TVPP）和商业型虚拟电厂（CVPP）两种类型。 TVPP：1）主要监控内部各资源的技术参数，可服务于调度安全，向调度中心提供调频、电压控制、阻塞管理等本地服务，一旦得到技术确认，TVPP将控制分布式电源执行发电计划。2）相较火电厂，虚拟电厂进行调峰具有成本优势。根据国家电网测算，通过火电厂实现电力系统削峰填谷，满足5%的峰值负荷需要投资4000亿； 而通过虚拟电厂，在建设、运营、激励等环节投资仅需500-600亿元。 图表8：不同方案满足5%峰值负荷的投资金额对比 CVPP：1）主要从商业收益角度出发，收集各类资源的经济参数、发电能力并整合评估竞争对手或者市场的情报参与多种电力市场竞标等模式，得出参与市场的竞标策略和成本曲线。当得到市场授权后，CVPP按照市场约定对内部资源进行协调控制。 2）从用户侧看，电力市场交易较为专业和复杂，单个用户规模过小，难以直接参与电力市场。通过聚合用户侧分散灵活资源，可形成规模化的调节能力参与电网运行，产生新的盈利模式。根据国家电网，虚拟电厂可参与中长期市场与实时市场交易，多类型的市场也将扩展出不同的盈利模式。 图表9：虚拟电厂参与电力市场流程 图表10：TVPP和CVPP信息交互与运行流程 图表11：虚拟电厂可参与不同类型电力市场交易 资源协调，内部效率提升。由于VPP在一定范围内聚合了发电、储能、负荷等资源，可通过内部协调和管控，提升运营效率，实现降本增效。 虚拟电厂产业链由上游基础资源、中游系统平台、下游电力需求方构成。 上游基础资源：主要包括可调负荷、分布式电源和储能设备。1）可调负荷的重点领域主要包括工业、建筑和居民等。根据36氪研究院，不同应用场景负荷可调潜力差异较大，商业和公共建筑可调负荷主要是空调、照明、动力，约占楼宇负荷的25%。居民可调负荷分布散、单点容量小、聚合难度较大。2）分布式电源指用户现场及附近配臵较小的发电机组，包括小型燃机、小型光伏和小型风电、水电、生物质、燃料电池等一种或几种组合。3）储能设备包括机械储能、化学储能、电磁储能等。在实践中各类资源经常混合，特别是可调负荷中掺杂越来越多自用型分布式能源和储能，或组合为微网、局域能源互联网等，嵌套在虚拟电厂当中。3）根据36氪研究院，我国虚拟电厂可调资源巨大，可调负荷资源超5000万千瓦，分布式电源装机容量超6000万千瓦，用户侧储能能力约100万千瓦，电动汽车储能达3000万千瓦，且以上资源规模仍处快速上升期。 中游资源聚合商：依靠互联网、大数据等，整合、优化、调度、决策来自各层面的数据信息，增强虚拟电厂的统一协调控制能力，为产业链关键环节。我国虚拟电厂尚处于起步阶段，但市场需求量巨大，因此资源聚合商综合采取多种路线。1）向电网侧：获得提供辅助服务并取得补偿的合约，通过调节用户负荷提供削峰填谷等辅助服务，调配可控资源提供发电容量；2）向用电侧：对电力市场价格波动进行预测，决策可调负荷的用电行为，代理购电业务，为用户提供智能用电方案；3）向发电侧：引导分布式电源以最佳方式参与市场交易，包括签订交易合约、确定竞价方式等。 下游电力需求方：由电网公司、售电公司和大用户构成。1）电网公司：作为电网运营商，是电力市场的重要买方。2）售电公司：包括独立售电公司、拥有配网运营权的售电公司和电网领域的售电公司。3）大用户：主要指B端可直接参与电力批发市场交易的工商业电力大用户。 图表12：虚拟电厂产业链结构 我国虚拟电厂尚处起步阶段，政策保驾护航，部分地区已明确补贴标准。根据36氪研究院的研究，我国虚拟电厂目前仍处于起步阶段。而根据《虚拟电厂基础特征内涵与发展现状概述》，2019年起，我国陆续有虚拟电厂示范项目落地。2021年以来，我国出台大量虚拟电厂支持发展政策，部分省市也出台了明确的落地方案或补贴标准。例如，2021年7月，广州市出台《广州市虚拟电厂实施细则》，明确了虚拟电厂参与电网调节的补贴标准，从辅助服务市场角度加速了虚拟电厂的市场认知。而在2022年6月，山西省能源局发布《虚拟电厂建设与运营管理实施方案》，明确虚拟电厂的类型、入市流程、技术规范等要求，成为首份省级虚拟电厂实施方案。 图表13：主要虚拟电厂政策梳理 图表14：广州市虚拟电厂参与电网调节补贴标准表 现货市场是价格信号形成的关键，参与市场交易潜力巨大。目前，部分地区对虚拟电厂参与电网调节实施补贴，但补贴较难长期维持，会存在退补趋势，因而市场化的交易价格将决定未来虚拟电厂参与电网调节的市场收益。在成熟的现货市场下，量价能够全面放开、充分波动，在加速市场对虚拟电厂价值认知的同时，也将打开更大的盈利空间。 1.3从邀约走向市场，海外成熟商业模式可借鉴 从内部资源类型变化看，根据《虚拟电厂参与电力市场与调度控制技术研究综述》，虚拟电厂发展可分为三个阶段。 虚拟电厂1.0：主要为负荷侧虚拟电厂，针对闲散的用户电器开展聚合管理。负荷侧虚拟电厂可以通过智能楼宇群控、工业负荷用电管理等手段实现，主要实现调峰、深度调峰、填谷等业务。 虚拟电厂2.0：相比于虚拟电厂1.0，由于资源的互补性、多样性，虚拟电厂2.0在参与规模、资源种类、供电范围、供电可靠性上有明显的提高，初步参与电力市场的调峰辅助服务市场，商业价值得到一定体现。我国于2019年开展了冀北虚拟电厂示范工程建设，聚合了11类可调资源，总容量约160 MW，实现“源、网、荷、储、售、服”的清洁发展，为典型的虚拟电厂2.0。 虚拟电厂3.0：海量可调资源和综合能源进入虚拟电厂运行管理，同时在市场的激励下，虚拟电厂的服务目标更加多样化，有调频、调峰、电能量虚拟电厂，也有中长期虚拟电厂、实时虚拟电厂，还有支撑系统电压、惯性的虚拟电厂。多种竞争引入虚拟电厂和电力市场，虚拟电厂呈现其灵活性、可靠性以及促进能源消纳、提供多种多类型服务的特点。 图表15：虚拟电厂技术演变特征 欧美起步较早，已出现成熟市场化运营商，我国仍以邀约为主。 欧美国家起步较早，欧洲关注并网环节和市场