专题 | 虚拟电厂介绍

一、虚拟电厂是一种基于AIoT技术发展而成长出来的电力技术 AIoT指的是人工智能物联网，是人工智能技术与物联网在实际应用中的落地融合。在AIoT中通过物联网产生、收集来自不同维度的海量数据存储于云端、边缘端，再通过大数据分析，以及更高形式的人工智能，实现万物数据化、万物智联化。 电力系统可以通过AIoT实现对电力设备进行集中的控制，抓取收集包括变电站、箱变、柱变、配电室等客户电力系统中各项设备的环境量、物理量、状态量、电气量等数据，进行大数据分析，并在此基础上对整个系统进行优化、调度及管控。 虚拟电厂就是这样一种智能电网技术，其本身并不发电，它通过先进信息通信技术和软件系统，实现分布式电源、储能系统、可控负荷、电动汽车等分布式能源资源的聚合和协调优化，以作为一个非实体电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统，实现“源-荷-网”聚合优化，并达到有效地削峰填谷。此外，虚拟电厂还可以提供调频、调压、备用等电力辅助服务，增强电网安全性。 二、虚拟电厂产业链分为上中下游三块 虚拟电厂产业链上游为各类基础资源，包括可控负荷、分布式能源、储能；中游为虚拟电厂运营，资源聚合平台和技术服务；下游为电力需求方，包括电力公司、售电公司及大用户等。 上游基础资源：可调负荷、分布式电源和储能设备。可控负荷重点是工业、商业和公共建筑、居民等，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、动力等，相对容易管理；居民可调负荷分布散、单点容量小、聚合难度较大。分布式电源指的是小型分布式光伏、风电、火电、水电等机组。储能包括机械储能、化学储能等。 中游虚拟电厂运营商：包括资源聚合商与技术服务。资源聚合商主要依靠物联网、大数据等技术，整合、优化、调度、决策来自各层面的数据信息，实现虚拟电厂核心功能——协调控制，是虚拟电厂产业链的关键环节。技术服务商则重点聚焦虚拟电厂软件平台建设，为资源聚合商提供技术服务。 下游电力需求方：公共事业企业（电网公司）、能源零售商（售电公司）及一切参与电力市场化交易的主体，实现电力交易、调峰调频和需求侧响应的参与并获取收益。 三、从国情出发，虚拟电厂的发展可以优化我国的能源体系 虚拟电厂能够有效地缓解分布式发电所产生的负面影响、提高电网的稳定性。近年来发展迅速主要以分布式光伏、天然气分布式、分散式风电为主。 2023年上半年，分布式光伏新增装机容量达40.96GW。2023年上半年分布式光伏各细分领域均实现了翻倍增长，增速超过100%，预计2023年分布式光伏的装机规模将再创新高。 分布式风电是高能量密度的分布式电源。相比大型基地，分散式风电不受特高压输电线路制约，可以就近满足能源需求及负荷响应。近年来，中国分散式风电装机容量快速增长。截至2022年年底，中国分散式风电累计装机容量1,344万千瓦，同比增长34.9%，预计2023年将达1,577.32万千瓦。 2021年中国天然气分布式新增装机容量约5.7GW，同比增长25.1%，预测到2025年中国天然气分布式能源装机容量将达到90GW，年平均增长率为54.1%左右。 虚拟电厂作为一种可视化的自组织模式，不仅能够通过组合多种分布式资源实现发电，同时也能够通过调节可控负荷、采用分时电价、可中断电价以及用户时段储能等措施，来实现节能储备。这种协调控制优化大大降低了分布式资源并网对电网所造成的冲击，从而降低了分布式资源增长所带来的调度难度，使得配电管理更加合理有序，进而提高了系统运行的稳定性。 虚拟电厂能够更高效地利用和促进分布式能源发电。随着我国分布式光伏和分散式风电等分布式能源增长迅速，其大规模、高比例接入给电力系统的平衡和电网安全运行带来了一系列挑战。如果这些分布式发电以虚拟电厂的形式参与电网的运行，通过内部的组合优化，可以消除其波动对电网的影响，从而实现高效利用。此外，虚拟电厂还能使分布式能源从电力市场中获取最大的经济效益，缩短成本回收周期，从而吸引和扩大此类投资，进而促进分布式能源的发展。 虚拟电厂能够利用市场手段促进发电资源的优化配置。在电网和用户侧引导社会资本自愿参与虚拟电厂项目，就必须要让社会资本“有利可图”，虚拟电厂要实现商业化，才可以在电网侧和用户侧得到更广泛的应用。虚拟电厂最具吸引力的功能就在于能够聚合多种类型的分布式资源参与电力市场运行。虚拟电厂作为分布式资源与电力调度机构、电力市场之间的中介，可以代表分布式资源所有者执行市场出清结果，实现能源交易。从其他市场参与者的角度来看，虚拟电厂表现为传统的可调度发电厂。由于拥有多样化的发电资源，虚拟电厂不仅可以参与主能量市场，也可以参与辅助服务市场，从而参与多种电力市场的运营模式及其调度框架，对发电资源的广泛优化配置起到了积极的促进作用。 四、虚拟电厂在发达国家已相对成熟，在我国目前还处于发展初期 虚拟电厂按照发展阶段，可划分为合约型、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。 我国虚拟电厂仍处于概念验证和试点示范阶段，以合约型为主。 随着欧美市场的发展，一些虚拟电厂运营商发展出一系列成熟的方案及模式，可以为未来我国虚拟电厂的成长提供一定参考。 五、虚拟电厂上游基础资源和新能源产业高度相关 可调负荷的重点领域主要包括工业、建筑和交通等。其中工业分连续性工业和非连续性工业；建筑包括公共、商业和居民等，建筑领域中空调负荷最为重要；交通有岸电、公共交通和私家电动车等。 而在这其中，电动交通属于目前高速发展的新能源相关产业，其快速增长的销量和渗透率预示了行业未来对电网的影响力。 电动汽车保有量的增加，也带动了充电桩的增长。充电桩的大量增加将对配电网产生冲击，相比于常规交流充电桩，快充直流桩由于功率更大、充电时间更短，产生冲击更大，也会制约新能源汽车市场的发展。 虚拟电厂的发展又帮助电动交通负荷的主动优化，再反向推动需求端电动汽车、储能设备的快速应用扩张，扩大了对新能源相关的金属的需求，比如动力电池的装机量在一年只能快速增长，带动了其对锂的需求。 分布式电源指的是在用户现场或靠近用电现场配置较小的发电机组，包括小型燃机、小型光伏和小型风电、水电、生物质、燃料电池等或者这些发电的组合。 以分布式光伏为例，由于其出力时间高度集中，受电网调度管控程度相对低，消纳问题正在显现。而在虚拟电厂配合储能的情况下，能有效解决分布式光伏“峰谷调拨”及“合理消纳”问题，这大大释放了光伏组件的市场，也给上游的多晶硅及更上游的工业硅需求提供了增长的空间。 储能是可调节能力、响应速度和可靠性都较为优质的调节资源，同时具备削峰和填谷能力，虚拟电厂进行高频次大幅度响应的必备资源。主要分机械储能和化学储能。化学储能通过将电能转化为化学能，“消耗”电能并将其储存，主流的技术路径包括电池储能和氢储能，目前最主流的就是锂电池储能。 2021年全国能源工作会议明确提出要大力提升新能源消纳和储存能力，大力发展储能产业。受各方面利好因素影响，电化学储能市场保持快速发展。2022年，中国电化学储能累计装机量达11GW。未来，随着分布式光伏、分散式风电等分布式能源的大规模推广，电化学储能累计装机量将继续增长。预计2023年电化学储能累计装机量将达20.9GW，同样拉动了对锂的需求。 新湖期货黑色组 姜秋宇 执业资格号：F3007164 投资咨询资格号：Z0011553 审核人：余典 免责声明 本报告由新湖期货股份有限公司（以下简称新湖期货，投资咨询业务许可证号32090000）提供，无意针对或打算违反任何地区、国家、城市或其他法律管辖区域内的法律法规。除非另有说明，所有本报告的版权属于新湖期货。未经新湖期货事先书面授权许可，任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制、发布。如引用、刊发，须注明出处为新湖期货股份有限公司，且不得对本报告进行有悖原意的引用、删节和修改。本报告的信息均来源于公开资料和/或调研资料，所载的全部内容及观点公正，但不保证其内容的准确性和完整性。投资者不应单纯依靠本报告而取代个人的独立判断。本报告所载内容反映的是新湖期货在最初发表本报告日期当日的判断，新湖期货可发出其他与本报告所载内容不一致或有不同结论的报告，但新湖期货没有义务和责任去及时更新本报告涉及的内容并通知更新情况。新湖期货不对因投资者使用本报告而导致的损失负任何责任。新湖期货不需要采取任何行动以确保本报告涉及的内容适合于投资者，新湖期货建议投资者独自进行投资判断。本报告并不构成投资、法律、会计、税务建议或担 保任何内容适合投资者，本报告不构成给予投资者投资咨询建议。