虚拟电厂产业链商业模式及相关标的分析报告

2023年深度行业分析研究报告 内容目录 1.有效协调电网供需，虚拟电厂调控实力“不虚”5 1.1.虚拟电厂是整合、调控分布式电力资源的重要载体5 1.2.新能源出力占比提升，冲击电网有序供需格局是虚拟电厂发展的重要契机5 1.3.虚拟电厂聚合源荷储多类资源响应调度，调控实力“不虚”6 2.虚拟电厂产业链、内部结构与商业模式拆解7 2.1.虚拟电厂产业链可大致拆解为上游电力资源、中游虚拟电厂系统化平台、下游电力调度需求方与响应方7 2.2.虚拟电厂典型内部结构拆解——南方区域虚拟电厂为例8 2.3.虚拟电厂典型商业模式分析8 2.3.1.技术服务供应商对外输出系统化的虚拟电厂搭建技术服务9 2.3.2.运营方与用户参与电力市场交易获利：需求侧响应10 2.3.3.运营方与用户参与电力市场交易获利：辅助服务12 2.3.4.运营方与用户参与电力市场交易获利：电力现货市场13 2.4.预期2025年国内虚拟电厂建设市场规模累计约200亿元，全年运营市场规模约50亿元14 3.国内可灵活调度电力资源需求增长，虚拟电厂价值彰显16 3.1.虚拟电厂可作为正、负出力电厂，配合电力系统灵活调度指令16 3.2.以高效运营调控为目标，数字化技术为建设虚拟电厂的核心16 3.3.国内长期电力系统发展+短期高温催化，可灵活调度电力资源或迎高速发展窗口期，虚拟电厂价值凸显18 4.国内虚拟电厂行业仍处起步阶段，未来相关政策背书有望推动市场规模快速扩容20 5.相关标的22 5.1.东方电子22 5.2.恒实科技23 5.3.众智科技24 5.4.威胜信息25 5.5.炬华科技25 5.6.国能日新26 图表目录 图1.虚拟电厂结构参考图5 图2.欧美多国为增强电力系统灵活响应能力，推进虚拟电厂建设进程5 图3.虚拟电厂聚合多元电力资源构成动态可行域7 图4.虚拟电厂产业链拆解7 图5.虚拟电厂典型内部结构拆解——南方区域虚拟电厂为例8 图6.虚拟电厂向内承载搭建方、运营方，向外对接有序用电需求方9 图7.东方电子综合能源及虚拟电厂业务仍处于起步发展阶段9 图8.典型的需求侧响应机制运作模式：《2023年四川省电力需求侧市场化响应实施方案》 .............................................................................11 图9.虚拟电厂参与电力市场需求侧响应获利商业模式12 图10.虚拟电厂参与电力市场辅助服务获利商业模式13 图11.虚拟电厂参与电力市场现货交易获利商业模式14 图12.2025年国内最高用电负荷将达14-16亿千瓦左右15 图13.预期2025年国内虚拟电厂建设市场规模累计约200亿元，全年运营市场规模约50亿元16 图14.电力系统聚合及响应的时序要求多元17 图15.宁夏将数字化实力水平作为虚拟电厂运行技术规范的核心18 图16.山西将数字化实力水平作为虚拟电厂运行技术规范的核心18 图17.国内风电光伏发电量占比2025年预期达17%，相较2022年提升约6pct19 图18.2022年国内负荷峰谷差约3.33亿千瓦，相较2017年增长近50%19 图19.历史厄尔尼诺现象对全球气候的影响持续两年左右19 图20.东方电子2022年实现营业收入54.60亿元，同比增长约21.73%22 图21.东方电子虚拟电厂功能架构23 图22.恒实科技营业收入2017-2022年均复合增长率约为18.27%23 图23.恒实科技虚拟电厂架构案例24 图24.众智科技营业收入2019-2022年均复合增长率约为13.07%24 图25.威胜信息营业收入2017-2022年均复合增长率约为15.07%25 图26.炬华科技营业收入2017-2022年均复合增长率约为9.13%26 图27.国能日新营业收入2017-2022年均复合增长率约为21.37%26 图28.国能日新虚拟电厂智慧运营管理系统27 表1：虚拟电厂聚合源、荷、储侧电力资源，特性与关键衡量指标不同6 表2：接入规模达200万千瓦的虚拟电厂总投资额约5.56亿元14 表3：接入规模达200万千瓦的虚拟电厂年化收益约1.26亿元15 表4：虚拟电厂所聚合的不同资源具备不同的功能特质16 表5：虚拟电厂建设运营需要一系列数字化技术禀赋，实现可观、可测、可调控17 表6：国内部分虚拟电厂项目建设情况梳理20 表7：国内多省市发布出台相关政策，鼓励与认可虚拟电厂合法参与电力资源调度资质、建设分级或全国统一电力市场体系21 表8：国能日新定向增发募集资金使用规划27 1.有效协调电网供需，虚拟电厂调控实力“不虚” 1.1.虚拟电厂是整合、调控分布式电力资源的重要载体 虚拟电厂是整合、调控分布式电力资源的重要载体。虚拟电厂（VirtualPowerPlant,VPP）是一种先进的分布式电力资源管理方案，通过数据化、信息化等手段，将分散的电源（例如光伏、风电等）、可控负荷（例如商业楼宇、工厂、空调、充电桩等）、新型储能等资源统一 调度，形成一个高效、灵活、可控的电力系统。另一方面，虚拟电厂借助通信、算法等技术手段学习电力市场供需动态以及价格等电力市场信号，稳定电源出力、调节负荷峰谷、为相关主体盈利，控制、调度自身系统内部集合的可控电力资源。 图1.虚拟电厂结构参考图 资料来源：36氪研究院,安信证券研究中心 1.2.新能源出力占比提升，冲击电网有序供需格局是虚拟电厂发展的重要契机电力系统对可灵活电力资源需求增长推动虚拟电厂建设。伴随全球节能减排战略在各国陆续推进，大规模分布式风电、光伏为代表的新能源并网对全球电力系统的稳定带来挑战。随着新型能源结构对电力系统调度能力要求的提升，可灵活调度电力资源需求也快速增长。虚拟电厂的重要价值即为将分布式电源、负荷、新型储能等灵活性资源有效聚合，通过数字化手段实现智能调控，有机响应电网的调度需求。梳理德国、美国、澳大利亚等国家虚拟电厂的 发展历史，可见电力系统对可灵活调度电力资源需求增长，是推动虚拟电厂发展的重要动力。图2.欧美多国为增强电力系统灵活响应能力，推进虚拟电厂建设进程 资料来源：国家电网,安信证券研究中心 1.3.虚拟电厂聚合源荷储多类资源响应调度，调控实力“不虚” 虚拟电厂物理层面聚合源、荷、储侧多类电力资源。为灵活地满足电网的调度需求，虚拟电厂需要首先在物理层面上聚合一系列可调控的电力资源，此类资源类型可以是非常多元的。基于国内外已落地及规划中的虚拟电厂项目，可聚合的电力资源可大致分为源、荷、储三类，每一类资源的特性及衡量其灵活响应度的关键指标均不同。 （1）电源侧，虚拟电厂聚合的资源类型主要为分布式风光、分布式水电，风光发电设备出力间歇性较强，水电出力则具备较强连续性，衡量电源侧资源灵活响应度的关键指标包括：额定出力、出力曲线，最小开停机时间等。这些电力设施不直接提供大规模电力，但通过智能软件联合调度可提供匹配传统发电厂的响应能力。 （2）负荷侧，虚拟电厂聚合的资源包括工业园区、商业楼宇、居民负荷等，其中工业园区负荷可实现跨时段平移，商业楼宇和居民负荷则即可平移也可中断，衡量负荷侧资源灵活响应度的关键指标包括：可平移容量&时间、可中断容量&时间等。 （3）储能类，虚拟电厂聚合的资源包括分布式储能、新能源汽车等，基于储能设备的灵活充放电性能，其可平移属性显著，衡量储能类资源灵活响应度的关键指标包括：充放电状态&效率、可用容量、响应时间等。 资源类型 分布式资源 特性 关键指标 源 分布式风光分布式水电 间歇性连续性 额定出力、预测及历史出力曲线额定出力、爬坡上下限、最小开停机时间 荷 工业园区 商业楼宇、居民负荷 可平移可中断、可平移 可平移容量&时间、UPS水平及备用容量可平移容量&时间、可中断容量&时间 储 分布式储能 新能源车通信基站 可平移 可平移可平移 充放电状态&效率、额定功率&容量、响应时间充放电状态&效率、可用容量、响应时间充放电状态&效率、可用容量、响应时间 表1：虚拟电厂聚合源、荷、储侧电力资源，特性与关键衡量指标不同 资料来源：安信证券研究中心整理 电力市场调控需求驱动虚拟电厂动作，虚拟电厂动态参与电力市场生态。虚拟电厂通过聚合多元的可灵活调度电力资源，构成灵活资源动态可行域。该可行域的触发来自电力市场的动态调控需求，而市场动态调控需求由电力系统运行动态、市场运营动态等多维度耦合驱动。 虚拟电厂聚合分布式电力资源并网，改变了电力系统的物理拓扑结构，能够间接调整电力系统潮流传输路径；同时，虚拟电厂内用户参与电力市场的机制与决策，直接形成价格等交易信号，构成电力市场的重要组成部分。虚拟电厂的数据与通信技术将物理和市场运行动态反馈至系统运营商，运营方与电网确认系调控需求，从而触发虚拟电厂搭建的灵活资源响应系统变化，通过改变电网潮流满足调控需求，同时参与电力市场交易，进而深入影响电力市场供需格局。 图3.虚拟电厂聚合多元电力资源构成动态可行域 资料来源：安信证券研究中心整理 2.虚拟电厂产业链、内部结构与商业模式拆解 2.1.虚拟电厂产业链可大致拆解为上游电力资源、中游虚拟电厂系统化平台、下游电力调度需求方与响应方 （1）上游电力资源：虚拟电厂物理层面对多元分布式电力资源的聚合是其实现调度功能、跑通商业模式的基础，目前国内虚拟电厂聚合的分布式资源主要包括电源、负荷、储能类电力设施，其中电源以分布式风电光伏、水力发电机组为代表；负荷以工业园区、商业楼宇、居民负荷为代表；储能以新式储能、新能源车、充电桩为代表。 （2）中游虚拟电厂系统化平台：物理层面完成对电力资源的聚合之后，虚拟电厂系统搭建方需要依靠物联网、云、大数据等数字化技术，在数据层面完成对多种资源的有机组织、聚合管理、优化调控，进而实现虚拟电厂的主要价值。虚拟电厂系统搭建方将数字化技术服务标准化，向产业下游输出，构成虚拟电厂产业链的关键环节。 （3）下游电力调度需求方与响应方：虚拟电厂通过对电网调控需求响应，一方面服务电网企业，另一方面作为电力市场的参与方通过与电网的交易获益，并完成交易收益在虚拟电厂运营方与具体用户之间的再分配。因此虚拟电厂产业链下游环节既包括电网企业，也包括通常担任运营角色的电力资源聚合商（售电公司为主）、具体用户。 图4.虚拟电厂产业链拆解 资料来源：千际投行,安信证券研究中心 2.2.虚拟电厂典型内部结构拆解——南方区域虚拟电厂为例 以南方区域虚拟电厂的结构为例拆解典型虚拟电厂系统的内部结构。虚拟电厂整体可分数据中心专区和网络隔离区，数据中心集资源聚合、数据服务、调度控制等虚拟电厂主体功能于一体，网络隔离区则处于虚拟电厂内部网络、外部电网之间，通过防火墙保障虚拟电厂信息 传输安全性的同时，配置注册及配置中心，管理下属聚合商身份权限，完成资源监视和电力市场交易标的统整等工作。各分区内均通过对底层电力资源、聚合商运行数据的搜集整合，借助数字化平台生成控制指令，依靠信息专线完成数据和控制指令的上传下达，同时将需求、申报、出清、结算环节的数据对外向调度中心、交易中心汇报。 图5.虚拟电厂典型内部结构拆解——南方区域虚拟电厂为例 资料来源：东方电子,安信证券研究中心整理 2.3.虚拟电厂典型商业模式分析 虚拟电厂基于自身聚合的电力资源、系统化的数字化水平，完成对源、荷、储等多类资源的灵活调度，以及对电力系统有序用电需求的响应。与此同时，理顺虚拟电厂完成该角色过程中主要的参与方、参与方的动作规范以及参与方之间的利益分配，是跑通虚拟电厂商业模式，进而促进行业快速发展的重要一环。本节将首先梳理虚拟电厂商业模式中的主要参与方，及其扮演的主要角色，其次结合目前国内电力市场建设的进度与未来规划，尝试拆解厘清主要参与方如何通过虚拟电厂参与电力市场交易并获利。 虚拟电厂向内承载搭建方、运营方，向外对接有序用电需求方。从功能方面看，虚拟电厂是响应电网公司有序用电需求的系统化方案，因此其作为系统化平台需要承载搭建方、运营方