2022年中国虚拟电厂行业概览：双碳愿景孵化出的千亿赛道

研究报告|2022/08 数字能源系列报告（一）： 中国虚拟电厂市场分析(独占版) 2022DigitalEnergySeries(I):VirtualPowerPlantsMarketAnalysis 2022年デジタルエネルギーシリーズ（I）：バー チャルパワープラント市場分析 报告标签：数字能源、虚拟电厂、新型电力系统 撰写人：陈天朗 报告提供的任何内容（包括但不限于数据、文字、图表、图像等）均系头豹研究院独有的高度机密性文件（在报告中另行标明�处者除外）。未经头豹研究院事先书面许可，任何人不得以任何方式擅自复制、再造、传播、�版、引用、改编、汇编本报告内容，若有违反上述约定的行为发生，头豹研究院保留采取法律措施、追究相关人员责任的权利。头豹研究院开展的所有商业活动均使用“头豹研究院”或“头豹”的商号、商标，头豹研究院无任何前述名称之外的其他分支机构 www.leadleo.com 1 ©2022LeadLeo ，也未授权或聘用其他任何第三方代表头豹研究院开展商业活动。 头豹研究院 研究报告|2022/08 概览摘要 电力系统往清洁化方向转型是实现碳中和、碳达 峰的重要手段之一，随着以风能、光伏为代表的可再生能源发电占比逐步提升，电力系统如何消纳大量高波动性、间歇性的电能成为不可忽视的难题。在用电侧，各领域电气化程度的提升，也加大了负荷用能预测的难度，电力系统维持供需实时平衡状态的难度加大。假设使用煤电机组来解决因新能源接入电网导致的系统不平衡问题，存在与能源发展相悖且成本高企的缺点。而通过研发虚拟电厂技术，聚合大量分散式灵活资源，来解决电网平衡问题，既能够充分利用大量分散式可再生电力资源，又能够以较低成本为电网提 供平衡服务，是未来新型电网发展的重要方向 www.leadleo.com ©2021LeadLeo 数字能源系列 高比例新能源电力接入电网，催生需求侧调节响应需求 为解决以风、光为代表的波动性较强的新能源电力大规模接入电网带来的问题，需要“源网荷”三方共同调动自身的调峰调频能力。在电网侧，新能源电厂可配备一定比例的储能；在电网侧，可通过灵活性燃煤机组改造；在需求侧，通过负荷聚合商（即虚拟电厂）整合可调控负荷资源，响应电网的调度需求 虚拟电厂基于四大管理中心实现可控制电量的合理流动 虚拟电厂平台通过调控中心与电力交易中心的接口，接收电网调度控制的指令，然后控制部署在不同空间的各类分布式电力资源和可控负荷的物联网智能终端接口，让可控电源与可控负荷对调度指令作�响应 现阶段中国虚拟电厂的商业模式尚未成熟，盈利来源依赖于政府部门的专项费用补贴 需求侧响应是指从配电端入手，通过经济补助等手段调节电力用户的用电习惯，以解决电力系统负荷峰谷差过大的问题。现阶段虚拟电厂主要通过聚合大量需求侧资源，提升自身响应容量，参与需求响应交易 www.leadleo.com ©2020LeadLeo www.leadleo.com 2 ©2022LeadLeo  目录 中国虚拟电厂产生背景 ------------------------------------------ 04 中国虚拟电厂定义介绍 ------------------------------------------ 06 中国虚拟电厂发展现状 ------------------------------------------ 08 •虚拟电厂分类 ------------------------------------------ 08 •虚拟电厂技术 ------------------------------------------ 09 •虚拟电厂发展趋势 ------------------------------------------ 12 •虚拟电厂入市流程 ------------------------------------------ 13 •虚拟电厂运作机制 ------------------------------------------ 14 虚拟电厂盈利模式 ------------------------------------------ 15 •中国虚拟电厂盈利模式 ------------------------------------------ 15 •海外虚拟电厂商业模式 ------------------------------------------ 18 中国虚拟电厂产业链 ------------------------------------------ 21 中国虚拟电厂市场规模 ------------------------------------------ 22 方法论 ------------------------------------------ 23 法律声明 ------------------------------------------ 24 十四五可再生能源规划出台，确立了可再生能源发电地位。预计2025年可再生能源发电量达33,231亿千瓦时，发电增量较“十三五”期间有较大提升 图表1：中国新能源发电占全社会用电比重，2010-2021 单位：% 16.9% 1.8% 14.6% 1.8% 17.3% 16.7% 3.9% 7.8% 18.1% 19.2% 18.8% 以风电、光伏 为代表新能源发电占比提升 2.0% 2.1% 17.6%16.8%17.2% 17.2% 16.0% 2.3%2.9%3.5% 3.8% 4.1% 4.6% 4.7% 4.9% 79.2% 81.3% 78.1%78.2% 72.6%72.4%71.7% 69.8% 69.5%68.4% 67.2% 65.5% 火力发电占比从 2010年的79.2%下降至2021的65.5% 100% 90% 80% 70% 60% 火电核电水力发电风力发电太阳能发电其他 50% 40% 30% 20% 10% 0% 201020112012201320142015201620172018201920202021 中国可再生能源发电量预测，2020-2025E 单位：亿千瓦时 40,000 50% 30,000 20,000 33,231 10,000 0 2020 2025E 22,154 电能目标：十四五期间，全国风力发电、光伏发电量实现翻倍 十四五可再生能源目标 电量目标：2025年可再生能源发电量较2020年末提升约50% 中国新能源激励政策�台，促进可再生能源发电量持续提升：近十年中国可再生能源发展迅速，从装机规模看，可再生能源装机占全部电力装机比重从2010年仅为26.0%快速提升至2021年的44.8%，升高18.8pct。从发电量看，可再生能源发电量从2010年的8,014亿千瓦时增长至2021年的24,364亿千瓦时，较初期翻了两倍。 “十四五规划”明确可再生能源发展目标，可再生能源发电增长空间可期：十四五可再生能源规划 �台，确立了可再生能源发电地位。在电量方面，预计到2025年可再生能源较2020年末提升50%，按照2020年末数据测算，2025年可再生能源发电量需达33,231亿千瓦时，发电增量较“十三五”期间有较大提升，发电量增长空间扩大。 来源：水规总院，头豹研究院 新型电力系统的电源结构、用电结构和平衡模式将发生重大变化。高比例新能源电力接入电网，催生需求侧调节响应需求 电网稳定 电力供给 电力需求 煤电 水电 居民用电 工商业 传统能源结构下电网稳态 图表2：能源转型下电网稳态架构变迁 新型能源结构下电网稳态 煤电 水电 电网稳定 电力供给 风电光电居民用电 风电、光伏�力不稳定工商业 随机性、波动性大 电力需求 新能源汽车交运、建筑部门电 气化程度提高，电 力消费主体多样化， 微电网用能不确定性增强 新型电力系统的电源结构、用电结构和平衡模式将发生重大变化：“十四五”可再生能源规划目标指示，可再生能源将首度成为电力消费增量主体，占比将达三分之二左右。但风光发电主要受天气变化影响较大，�力具有较强的随机性、间歇性、波动性。一旦高比例接入电网后，会给电网实时平衡状态带来一定的挑战，仅依靠现有电源、电网侧调节资源支撑新能源消纳，将面临调峰调频设备利用效率降低，增加新能源消纳成本等问题。 高比例新能源电力接入电网，催生需求侧调节响应需求：为解决以风、光为代表的波动性较强的新能源电力大规模接入电网带来的问题，需要“源网荷”三方共同调动自身的调峰调频能力。在电网侧，新能源电厂可配备一定比例的储能；在电网侧，可通过灵活性燃煤机组改造；在需求侧，通过负荷聚合商（即虚拟电厂）整合可调控负荷资源，响应电网的调度需求。 来源：数字能源期刊，专家访谈，头豹研究院 虚拟电厂是将不同空间的可调节负荷、多元储能侧、电源侧等一种或多种资源聚合起来，参与电力系统运行与交易的智慧能源管理系统 发输配用界限清晰：源随荷动 发电侧输配侧用电侧 传统电力系统 虚拟电厂 新能源发电 比例加大 传统电力 发配用界限交叉：源荷互动 发电测输配侧用电侧 新型电力系统 图表3：虚拟电厂在新型能源系统中的角色 能量传输 信号收发 分布式能源 协调控制 数据分析 集控系统 辅助服务 稳定�力 协同优化 运行策略 管理平台 分布式负载 需求响应 市场交易 市场�清 容量需求 聚合路由 居民 商业 工业 碳市场电力市场 虚拟电厂是将分布式发电机组、可控负荷、多元储能等可控资源凝聚起来的智慧能源管理系统：虚拟电厂的核心是集控管理平台，是将不同空间的可调节负荷、多元储能侧、电源侧等一种或多种资源聚合起来，通过智能集控系统平台，实现自主协调优化控制，并参与电力系统运行与交易的智慧能源管理系统。 虚拟电厂以自身聚合优化的电力资源，通过调节功率来参与辅助服务市场：虚拟电厂通过内部的数据管理系统将分布式能源、分布式负载、多元储能系统等资源进行梳理整合，与外部集控系统、管理平台进行协同控制、优化，实现数据分析与运营策略调整。另外，虚拟电厂具备电源侧功能，作为“正电厂”向电网系统供电，以及时补充需求侧的供电缺口。亦可充当用电负载，作为“负电厂”加大负荷消纳电力系统电力，协助电网对电力市场削峰填谷，平滑电力市场供需两端的剧烈波动。 多元储能 电动汽车 *本图绘制主要参考自国网南京《虚拟电厂盈利模式》 虚拟电厂的核心平台主要为基于云部署的4大资源管理中心：虚拟电厂平台主要分为资源控制中心、控制中心、能量管理中心、计算中心和交易中心。其中控制中心的主要职能是对种类繁多、数量巨大的分布式发电资源、可控负荷进行实时协调管理，以便于快速地响应电网的调控需求；而能源管理中心负责电力市场信息的监控以及快速根据可控资源制定盈利策略；计算中心通过智能监控终端完成聚合资源的可调度潜力分析计算；而交易中心的主要负责虚拟电厂与资源用户的交易管理，对接电力交易中心，制定最优竞价策略。 虚拟电厂基于四大管理中心实现可控制电量的合理流动：虚拟电厂平台通过调控中心与电力交易中心的接口，接受电网调度控制的指令，然后控制部署在不同空间的各类分布式电力资源和可控负荷的物联网智能终端接口，让可控电源与可控负荷对调度指令作�响应。 数据层 应用层 虚拟电厂平台通过调控中心与电力交易中心的接口，接受电网调度控制的指令，让可控电源与可控负荷对调度指令作出响应 中国虚拟电厂定义介绍（2/2） 风力发电光伏发电燃煤机组 智能楼宇智能家居智能工厂 电源侧用电侧 智能监控终端 数据汇聚处理 智能监控终端 边缘计算 边缘计算 调控中心 虚拟电厂-智慧运维系统电力市场交易管理中心 调度指令 需求响应 网络层 图表4：虚拟电厂平台的架构 云平台 计算分析中心 资源管理中心 运行控制中心 交易管理中心 统计分析 项目监控 计划分解 月度结算 历史查询