计算机行业深度报告：虚拟电厂风起，蓝海市场开启

虚拟电厂，乘风而起 虚拟电厂是通过先进信息技术聚合分布式能源，参与电力市场的电源管理系统。 “双碳”背景下，新能源装机比例及用户侧间歇性负荷的进一步增长，对电力系统灵活调节能力提出了越来越高的要求。根据36氪引自国家电网数据，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。我们认为虚拟电厂显示出较强的经济性，有望成为提高新型电力系统灵活性的重要手段。按照发展阶段，虚拟电厂可分别合约型、市场型和自主型三类。目前欧美已进入市场型阶段，并积极探索自主型模式，国内尚处于合约型阶段，向市场型迈进是必由之路。 他山之石：欧美龙头积极探索市场型和自主型虚拟电厂 Next Kraftwerke是欧洲最大的虚拟电厂运营商之一。欧洲虚拟电厂发展起步较早，其中以德国厂商Next Kraftwerke最为典型。NextKraftwerke提供涵盖数据采集、电力交易、电力销售、用户结算等全链条的解决方案，并提供虚拟电厂运营服务，盈利模式包括电网辅助服务和电力市场交易，凭借高超资源聚合能力和多元商业模式，营业收入实现较快增长，2019年营业收入为6.81亿欧元, 2012-2019年营业收入CAGR高达52%。 Autobidder：特斯拉新能源产业生态的枢纽。特斯拉已初步构建起“车+桩+光+储+荷+智”的新能源闭环生态，其中虚拟电厂智能平台Autobidder是核心枢纽，负责新能源交易和控制管理。根据《智慧能源管理平台支撑需求侧变革》统计，Autobidder管理着数百兆瓦的电力资产，在澳大利亚等多地落地成熟的市场型虚拟电厂项目，并在美国德州积极探索自主型虚拟电厂模式。 国内实践：政策加速落地，看好合约型向市场型迈进 国内虚拟电厂仍处于概念验证和试点示范阶段，以合约型为主。《2030年前碳达峰行动方案》、《关于加快建设全国统一电力市场体系的指导意见》等顶层规划不断落地，政策催化有望加速国内虚拟电厂向市场型迈进。2022年5月20日，国电投深圳能源虚拟电厂平台试点，成为国内首个虚拟电厂调度用户负荷参与电力现货市场盈利的案例。长期来看，根据封红丽在《虚拟电厂市场发展前景及实践思考》一文中的测算，以投资成本按1000元/千瓦计算，预计2025年、2030年，虚拟电厂投资规模分别至少约为785亿元、1062亿元。 投资建议 高度重视虚拟电厂投资机遇，重点推荐朗新科技、远光软件、东方电子等在虚拟电厂领域具有产品技术储备和项目落地的电力信息化核心厂商，其他受益标的包括国能日新、国网信通、恒实科技等。 风险提示：疫情反复风险；“双碳”落地不及预期风险；市场竞争加剧风险。 1、虚拟电厂，乘风而起 1.1、概念：发挥“电厂”作用的电源协调管理系统 虚拟电厂是一种通过信息技术聚合分布式能源，参与电力市场的电源管理系统。 1997年ShimonAwerbuch博士在其著作《虚拟公共设施：新兴产业的描述、技术及竞争力》中首次提出“虚拟电厂”（VirtualPowerPlant，VPP）这一术语，并将其定义为：独立且以市场为驱动的实体之间的一种灵活合作，这些实体不必拥有相应的资产而能够为消费者提供其所需要的高效电能服务。 根据钟永洁等发表的《虚拟电厂基础特征内涵与发展现状概述》一文，虚拟电厂不是一个真实的物理电厂，但起到了电厂的作用：发出电能，参与能量市场；通过调节功率来参与辅助服务市场调峰、调频等。VPP是一种通过先进信息通信和监测控制技术，聚合优化海量分布式新能源、储能系统、可控负荷、电动汽车，作为一个特殊电厂参与电网运行和电力市场的电源协调管理系统，对外表现为一个可控电源。它既可作为“正电厂”向系统供电，又可作为“负电厂”通过负荷侧响应以配合系统填谷。 图1：虚拟电厂是一种发挥“电厂”作用的电源协调管理系统 1.2、功能：提高新型电力系统灵活性的重要支撑 “双碳”背景下，新能源装机比例及用户侧间歇性负荷的进一步增长，对电力系统灵活调节能力提出了越来越高的要求。挖掘负荷侧的灵活性资源和调节潜力，成为提升电力系统调节能力和保障电力安全稳定供应的重要手段。 发电侧：新能源发电比例提升，对电力系统灵活调节能力提出更高要求。以光伏和风力为代表的新能源发电，严重依赖于光照强度、风力强度等自然资源特性指标，具有显著的间歇性和强随机波动性，若将单一形式的多台新能源发电机组规模化地接入大电网，将产生较严重的系统稳定性问题，制约新能源电力大规模开发利用。 图2：发电侧：新能源发电比例提升（%） 用电侧：三产居民成为新增负荷主体，时段性需求模式使得电力负荷特性恶化。 根据袁家海等撰写的《中国电力供应安全的经济分析与保障路径研究》报告，中国经济基本完成工业化进程、三产居民用电负荷成为新增负荷主体、叠加极端气象因素，用电负荷特性持续恶化，主要表现为用电峰谷差拉大、尖峰负荷拔高且短暂、平均负荷率降低。如果继续单纯依靠增加电源来满足100%的负荷需求要付出较高代价。 图3：用电侧：三产居民成为新增负荷主体 虚拟电厂是安全高效进行新能源消纳的有效手段。虚拟电厂是满足新型电力系统需求侧互动响应能力提升的重要工具。作为提升电力系统调节能力的重要手段之一，虚拟电厂对缓解电力紧张、促进新能源电力消纳将发挥重要作用。 虚拟电厂提供的新能源电力与传统能源和储能装置集成的模式，助力电力系统由传统的“源随荷动”的运行模式向“源荷互动”转变，从而保障在智能协同调控和决策支持下对大电网呈现出稳定的电力输出特性，成为新型电力系统安全稳定运行的有效抓手。 图4：相较传统电力系统，“虚拟电厂”更能满足新能源消纳需求 电力供需趋紧背景下，虚拟电厂经济效益突出，前景可观。根据36氪数据，在需求侧，我国东西部电力供需关系趋紧，电力峰谷差矛盾日益突出，各地年最高负荷95%以上峰值负荷累计不足50小时，亟需可靠的解决方案来应对。在供给侧，技术日渐成熟促使虚拟电厂成本不断下降。根据36氪引自国家电网数据，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。我们认为虚拟电厂显示出较强的经济性，有望成为新型电力系统建设的重要方向。 图5：较火电方案，虚拟电厂经济性突出 1.3、结构：虚拟电厂的核心在于“聚合”和“通信” 虚拟电厂的核心是“聚合”和“通信”，一是为配电网侧屋顶光伏、小型燃气轮机、用户自建储能、柔性负荷、充电汽车等分散式资源进行聚合；二是为用户和电网调度中心提供连接的平台，通过聚合技术服务于电网运行，并从电网和用户中获取相应的利润。 图6：虚拟电厂的核心是“聚合”和“通信” 表1：虚拟电厂主要包括分布式资源聚合和集控平台 1.4、发展阶段：“合约型-市场型-自主型”演进 按照资源类型，可将VPP分类为：需求型、供给型（电源型）和混合型三种。 综合参考《虚拟电厂技术和商业模式研究》、《虚拟电厂市场发展前景及实践思考》（作者封红丽），需求侧资源型VPP以可控负荷以及用户侧储能、DDG等资源为主，具有功率调节能力，可以参与辅助服务市场，能量出售属性不足。供给侧资源型以PDG、电网侧和发电侧储能等资源为主，具有能量出售的能力，可以参与能量市场，并视实际情形参与辅助服务市场。混合资源型由分布式发电、储能和可控负荷等资源共同组成。其中，日本和德国以储能和分布式电源为主，美国以可控负荷为主。 按照发展阶段，可将VPP划分为合约型、市场型和自主型三大类。合约型（邀约型）阶段为虚拟电厂初始阶段，通过专项资金、特定合同、激励政策引导聚合商参与，完成邀约、响应和激励流程。在不同牵头单位和市场的驱动下，虚拟电厂的组织方式将逐步从邀约型转变为市场型，在市场型阶段主体通过参与电能现货市场、辅助服务市场获得收益。自主型阶段是高级发展阶段，将能实现跨空间自主调度，既包含可调负荷、储能和分布式能源等基础资源，也包含由这些基础资源整合而成的微网、局域能源互联网。 表2：虚拟电厂：“合约型-市场型-自主型”演进 2、他山之石：欧美龙头积极探索市场型和自主型虚拟电厂 2.1、NextKraftwerke：欧洲最大的虚拟电厂运营商之一 欧洲虚拟电厂发展起步较早，项目数量和案例相对较多。其中，以德国、英国、法国的虚拟电厂建设最为典型。根据《虚拟电厂技术和商业模式研究》统计，截至2020年底，英国虚拟电厂项目数量已超过32个，总容量达到616万千瓦。虚拟电厂已成为英国电网灵活调节能力的重要来源。法国虚拟电厂项目主要由法国电力公司开发实施，项目数量累计超17个，总容量超150万千瓦。德国虚拟电厂项目已基本实现商业化，项目参与方主要为独立运营商、售电公司，其中规模最大的运营商NextKraftwerke近年来聚合电容量快速提升。 NextKraftwerke是欧洲最大的虚拟电厂运营商之一。NextKraftwerke是德国一家大型的虚拟电厂运营商，同时也是欧洲电力交易市场认证的能源交易商，参与能源的现货市场交易。 表3：NextKraftwerke是欧洲最大的虚拟电厂运营商之一 NextKraftwerke提供虚拟电厂全套解决方案。NextKraftwerke公司涉及虚拟电厂业务涵盖数据采集、电力交易、电力销售、用户结算等全链条，同时也可以为其他能源运营商提供虚拟电厂的运营服务。 图7：NextKraftwerke提供虚拟电厂全套解决方案 NextKraftwerke资源聚合能力高超。根据《虚拟电厂基础特征内涵与发展现状概述》，NextKraftwerke可以实现风电光伏、生物质发电2种发电资源的整合，优势互补，能以较大的竞争优势参与电力市场，获取最大收益。同时，可以通过聚合资源量变上升为质变，以聚合后资源参与电能量市场和辅助服务市场，提高议价能力，在获取最大收益的同时为电网安全稳定运行贡献力量。 NextKraftwerke积极探索多元盈利模式。德国《可再生能源法》明确规定，所有100千瓦以上可再生能源发电项目必须参与电力市场交易销售，因此很多分布式新能源项目倾向于选择交由虚拟电厂运营。除直接参与新能源电力市场交易外，以NextKraftwerke为代表的德国虚拟电厂运营商也在积极聚合生物质发电、水电等灵活性较高的机组，从日内市场和平衡市场获利。 表4：NextKraftwerke公司探索多元商业模式 凭借高超的资源聚合能力和多元商业模式，NextKraftwerke营业收入实现较快增长。截至2018年，NextKraftwerke管理了超过6854个客户资产，包括生物质发电装置、热电联产、水电站、灵活可控负荷、风能和太阳能光伏电站等，容量超5987MW。 NextKraftwerke管理的单个客户资源平均只有0.87MW，单个资源规模偏小且零散，调度和交易难度大、成本高，很难通过市场交易获利。NextKraftwerke公司通过其高超的资源聚合能力和创新的商业模式，营业收入保持较快增速。 图8：NextKraftwerke公司2012年来营业收入保持较快增长 2.2、Autobidder：特斯拉新能源产业生态的枢纽 特斯拉形成“车+桩+光+储+荷+智”的新能源产业生态闭环。根据《特斯拉新能源生态闭环》总结，特斯拉在电动汽车业务取得突破后，不断进军储能、发电、虚拟电厂等新能源领域，初步构建起“车+桩+光+储+荷+智”的新能源闭环生态。 （1）“车+桩”组成特斯拉新能源生态体系的用能端，通过对车型布局、电池系统、充电网络和充电技术的持续迭代优化，特斯拉电动汽车和充电设备等产品受到市场广泛认可。（2）“光+储”组成特斯拉新能源生态体系的产能端，在“车+桩”的用能端率先取得突破的基础上，特斯拉开始进军储能项目开发、光伏和储能设备制造、光伏发电运营等领域，形成在产能端的光储协同布局。（3）“荷+智”组成特斯拉新能源生态体系的交易端，虚拟电厂智能平台Autobidder实现了在交易端与公用电网的