电力信息化行业专题报告:虚拟电厂豹变前夜发布时间:2022-07-21 20:49:52 来源:优游平台登录 作者:优游官方app

  虚拟电厂的相关概念最早由 Shimon Awerbuch 博士于 20 世纪末提出,在《虚拟公共 设施:新兴产业的描述、技术及竞争力》论文中对虚拟公共设施进行了定义:受市 场驱动的独立实体间灵活合作,且能够为消费者提供所需的高效电能服务而不必拥 有相应的资产。此后,行业内许多专家学者都表达了对虚拟电厂概念不同的理解。目 前虚拟电厂被广泛的认为是一种利用软件系统和信息通信技术,将分布式发电、需 求侧和储能资源聚合并统一协调控制,从而参与电力市场和电网辅助服务并获取收 益的物联网技术。

  虚拟电厂的产业链由上游基础资源、中游系统平台和下游电力需求方共同构成。分 布式电源、储能、可控负荷的发展共同构成了虚拟电厂上游的基础资源,重点应用 于包括工业、建筑和居民领域。在实践中各类资源混合杂糅,发展出微网、局域能 源互联网等形态,作为虚拟电厂的次级控制单元。中游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。产业链下游为公共事业企业 (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。

  虚拟电厂诞生的大背景:降碳成为全球共识。多个国家和地区先后签署了《联合国 气候变化框架公约》、《巴黎协定》等,旨在控制气候变化,而绿色低碳的可持续发 展理念已逐渐成为全球共识。全球主要国家相继针对碳排放问题提出了相应的计划 和措施,并对能耗做出具体要求。美国总统拜登提出,美国 2030 年碳排放将在 2005 年的基础上减少 52%,并在 2050 年彻底实现“零排放”;欧盟预计到 2050 年,温室气体排放量减少 85-90%,并计划为 2030 年设定中期目标;我国中央财经委员会 在 2021 年第九次会议指出力争 2030 年前实现碳达峰,2060 年前实现碳中和;计划 至 2025 年,单位国内生产总值能耗比 2020 年下降 13.5%;单位国内生产总值二氧 化碳排放比 2020 年下降 18%。

  电能将取代化石燃料作为主要的终端用能形式,风电、太阳能发电占比逐年提升。 能源危机的日益加深及化石燃料带来的环境污染,使可再生能源逐步在全球范围内 得到广泛应用。目前多国选择通过提升电能占终端用能的比例来实现降低碳排放的 目标,全球范围内以风电、太阳能为主的新能源装机量及发电量占比显著提升。截至 2021 年,全球风电、太阳能发电量占比分别达到 6.59%和 3.72%,全球风电、太 阳能装机容量分别为 845GW 和 942GW,2011-2021 年全球风电、太阳能装机量年 复合增长率分别为 13.51%和 29.69%。风电和太阳能作为清洁能源和可再生能源的 重要组成部分,将成为降低碳排放,实现全球气候、可持续发展目标的重要抓手。

  风电、太阳能发电可预测性有限,峰谷差问题催生更多储能资源需求。与传统火电、 水电相比,风电及太阳能布点分散,易受天气等环境因素影响,因此发电功率呈现 明显的间歇性和波动性特征。随着风电、太阳能并网比例提升,电网消纳及电力调 度面临挑战,系统调峰调频需求提升。储能技术改变了电能生产、输送和使用同步 完成的模式,随着风、光为主的新能源大规模并网,储能将覆盖电力生产及调配的 各个环节,是削峰填谷的重要途径之一。截至 2021 年,全球储能装机容量 203.5GW, 同比增长 6.5%,其中抽水蓄能装机容量 177.8GW,电化学储能装机容量为 15.3GW。 储能资源接入电网,一方面实现了削峰填谷的功能,另一方面也为电网统筹调度增 添了难度,需要通过信息技术手段来优化储能资源的调度配置。

  分布式电源兼具环保与经济性,发展迅速,但对电网提出了更高的要求。分布式电 源指分布在用户侧的能源利用系统,通常功率较低,与环境兼容,用以满足电力系 统和用户特定的要求。目前,分布式电源根据使用技术的不同,可分为热电冷联产 发电、内燃机组发电、燃气轮机发电、小型水力发电、分布式光伏、分布式风电等。 分布式电源通常为中小型模块化设备,具有投资规模小、建设周期短、维护方便的 特点,能够广泛利用当地资源实现密集分布型用户的低耗降损和灵活调节,因此近 年来在欧洲、美国、日本等国家有力的政策支持下增长迅猛。根据 IRENA《Renewable Capacity Statistics 2019》表明,当前全球分布式可再生能源已占据总装机容量的三 分之一;IEA 预测,到 2024 年全球分布式光伏将占据光伏市场总量的近一半,分布 式太阳能光伏容量有望达到 600 兆瓦。分布式电源的灵活性和环保性特征使其被认 为是实现电力削峰填谷以及解决电力供应紧张问题的有效途径之一,例如,在负荷 高峰期夏季/冬季,采用分布式热电冷联产发电可解决供冷/供热需要,同时也产生 电力,可对电网起到削峰填谷作用。

  虚拟电厂聚合发电、储能资源,并进行统一优化调度,是解决峰谷差的有效形式。 风电、太阳能等发电形式将对电网出力端形成较大的冲击,影响到电力系统的稳定 性维护。同时,峰谷差问题催生的储能、分布式电源的大规模装机也增加了出力资 源的数量,调度复杂度大幅提升。虚拟电厂(VPP)能够有效聚合分布式电源和储 能电站等资源,依靠物联网等技术,处理风电、光伏等出力端带来的不确定性,帮 助电网实现协调优化控制,加强新型电力系统内部各单元间的协同,从而提升电力 系统的灵活性与稳定性。

  新能源电动车销量提升及节能管理的应用带动可控负荷大幅增长。可控负荷一般指 在供电部门的要求下,按照合同可以限制用电一段时间的特定用户的负荷。从用户 用电的角度看,新能源汽车充电、户用及工商业节能管理是可控负荷的主要形式。 首先,新能源电动车保有量上升,充电需求为电网带来大量负荷。随着全球油价上 涨和新能源电动车技术的日益成熟,电动车销量不断上升,截至 2021 年,全球新 能源汽车销量达到 630 万辆,同比增长 94.44%。其次,智慧楼宇、智能家居等节能管理技术逐渐成熟,为负荷端的灵活控制创造条件。对于工商业用户而言,节能控 制系统能够实现空调、电梯、照明等系统的智能化管控,能够有效降耗成本; 对于居民用户而言,智能家居能够在供暖、热水供应、制冷等场景下帮助家庭达到 节能目的,减少居民电费支出。

  虚拟电厂通过有效利用可控新增负荷,有效降低新增负荷对电网的冲击,甚至可以 实现对电网的削峰填谷。从新能源电动车的角度看,大量电车充电将会为电网带来 更大的负荷需求。以家用充电为例,在傍晚的用电高峰期,大规模的电车充电需求 将加剧电网的峰谷差,甚至引发电力供应不足的问题;而应用虚拟电厂技术,能够 将用电时间推后,在不影响充电效果的情况下适当降低充电速度,减缓电力峰谷差。 因此,虚拟电厂能够在电能消费侧有效缓解无序充放电给电网产生的负面影响,丰 富电力系统的运行和控制手段,并参与系统削峰填谷、 提供频率稳.定和备用容量 等辅助服务。

  1.3. 虚拟电厂的技术:计量、通信、调度算法和 VPP 专用信息安全技术

  各国开发的虚拟电厂各有特色,我们将在后文中进行讨论,但总结各国虚拟电厂项 目的运作模式和架构后,我们认为,各国虚拟电厂所运用的核心技术具有很强的相 似性。计量、通信、智能调度决策算法以及信息安全防护技术是虚拟电厂的技术支 撑: 1)计量技术:精确地计量用户侧电、热、气、水等耗量,建立精准的能源网络供 需平衡,为虚拟电厂的调度、生产提供依据; 2)通信技术:控制中心接收各子系统的状态信息、电力市场信息、用户侧信息等, 并根据这些信息进行决策、调度、优化;目前可利用包括互联网、虚拟专用网、电 力线路载波、无线通信等技术,在此基础上还需要开发虚拟电厂专用的通信协议和 通用平台; 3)智能调度决策技术:各子系统的统筹优化调度是虚拟电厂实现分布式能源的消 纳及保障电网安全、高效、稳定运行的关键;控制中心需要收集、处理的信息包括: 用户的需求信息、各子系统运行信息、电网调度信息、电力市场价格信息以及影响 分布式电厂的天气、风能、太阳能等信息;根据收集的信息,控制中心需要建立完 善的数学模型及优化算法;4)信息安全防护技术:虚拟电厂与各个分布式能源站的工业控制系统、面向用户 的用电信息系统、公开的市场营销信息系统、电网的调度信息系统都存在接口,需 要做好系统安全防护、强化边界防护、提高内部安全防护能力,保证信息系统安全; 在当前针对工业控制系统的安全防护技术和面向用户的用电信息系统防护技术基 础上,发展与虚拟电厂相适应的大型综合用电信息系统安全技术也是未来虚拟电厂 发展的关键。

  基于“市场驱动+独立运营”的理念,全球多国对虚拟电厂纷纷开展研究,其中欧 洲、美国、日本、澳大利亚等国家目前均实施了相关项目。本章节将选取欧洲、美 国为代表,研究海外成熟虚拟电厂的运作模式。 欧洲为虚拟电厂发源地,以发电资源的聚合为主要目标。全球首个虚拟电厂项目诞 生于 2000 年,德国、荷兰、西班牙等 5 国 11 家公司共同启动虚拟电厂项目 VFCPP, 以中央控制系统通信为核心,搭建了由 31 个分散且独立的居民燃料电池热电联产 (CHP)系统构成的虚拟电厂。2005 年,英、法等 8 国 20 家机构启动了 FENIX 项目, 以 FENIX 盒、商业型虚拟电厂和技术性虚拟电厂为创新点,分别在英国和西班牙实 施,该项目为接下来虚拟电厂的设计奠定了框架基础。随后,丹麦、波兰、比利时 等国家也开展了虚拟电厂项目的尝试,运用智能计量、智能能量管理和智能配电自 动化等支柱技术,先后在虚拟电厂中引入电动汽车充电站平台、氧化还原电池、锂 电池、光伏电站、风电场、小型水电站等资源,虚拟电厂规模逐渐扩大。2012 年, 挪威国家电力公司 Statkraft 在德国建立了第一个商业化虚拟发电厂,并向英国提供 1GW 灵活燃气发电;2013 年,德国 Next Kraftwerke 公司研发的虚拟电厂 Next Pool 开始为德国 4 大输电网运营商(TSO)提供控制储备服务。Statkraft 和 Next Kraftwerke 的案例标志着欧洲的虚拟电厂产业全面进入商业化阶段。

  与欧洲模式略有不同,美国模式偏重需求测。美国虚拟电厂是在需求响应(DR)的 基础上建立的,即通过控制电力价格、电力政策的动态变化来引导电力用户暂时改 变其固有的习惯用电模式,从而降低用电负荷或获取电力用户手中的储能来保证电 网系统稳定性。2005 年,美国颁发《能源政策法案》,大力支持对需求响应的建设, 将需求响应上升到国家发展层面,逐步建立了完善的需求响应管理系统。2016 年, 美国纽约州 Con Edison 公司启动 CEVPP 计划,该项目是美国首个虚拟电厂计划, 斥资 1500 万美元为布鲁克林和皇后区的约 300 户家庭配备租赁的高效太阳能电池 板和锂离子电池储能系统并参与虚拟电厂计划,该虚拟电厂参与输配电延迟、调峰、 频率调节、容量市场和批发市场等应用,探索了通过虚拟电厂平台支持能量存储聚 合的盈利能力。2017 年至今,美国佛蒙特州、纽约州、德克萨斯州及加利福尼亚州 的公共事业公司相继开展虚拟电厂计划,邀请业主参与计划并给予补偿费用。

  标杆项目——“FENIX”:在电力运营商、电力市场及用户之间建立链接,实现各 机组设备的全息感知和高效调配。FENIX 项目在探索适合欧洲电力系统的虚拟电厂 这一目标上实现了重大突破,因此我们以 FENIX 项目为例,解读虚拟电厂的通用架 构。FENIX 将分布式能源(DER)整合入大型虚拟电厂(LSVPP),并对其进行分 级管理,由代理系统提供分布式能源的成本曲线和其他运行特性(发电和负荷容量、 爬坡率、启停时间等),并形成竞标曲线,进一步发送至电力交易系统并参与市场 交易。FENIX 包括 3 个核心元素:FENIX 盒(FENIX box)、商业型虚拟电厂(CVPP) 以及技术性虚拟电厂(TVPP)。(报告来源:未来智库)

  欧洲虚拟电厂通常由独立 VPP 运营商、发电企业或部分输电网运营商(TSO)提 供服务。从产业链角度看,欧洲的电力系统分为发电、输电、配电和售用电环节, 而电网运营主体可以划分为输电网运营商(TSO)和配电网运营商(DSO)。其中, 输电网运营商(TSO)负责控制和运行输电网(欧洲 220kV 和 380kV 电压的输电 网络),包括监测和控制电网内断路器、开关以及输电网的电压,欧洲各国根据区 域划分输电网运营商的管辖范围,并依靠跨国电网链接,属于区域性垄断业务。配 电网运营商(DSO)负责将能源进行分配和管理,并输送给终端消费者,属于竞争 性业务。基于以上分工,目前商业化欧洲虚拟电厂主要由独立第三方运营商、发电 公司或 TSO 提供服务。

  欧洲虚拟电厂聚焦发电侧,聚合资源参与电力交易或辅助服务实现降本增效。欧洲 在新能源发电和装机上领先全球,20 世纪初,欧洲大力淘汰和限制煤炭发电,同时 风电、太阳能等可再生能源发电成本持续下降并逐渐实现平价上网。根据欧盟统计 局,截至 2020 年,欧盟可再生能源发电量占比达到 38%。由于欧洲发电资源较为 分散,早期虚拟电厂主要聚焦于电力供给侧,聚合发电资源,帮助可再生能源稳定 并网,协调发电功率。从收益方式的角度看,一方面,虚拟电厂能够帮助发电企业 降低不必要的发电成本或负电价带来的损失,并从中获取服务费分成;另一方面, 虚拟电厂可以直接参与电力现货交易和辅助服务,优化双边交易,获取辅助服务及 电力交易收益的分成。

  Next-Kraftwerke 是欧洲最大的虚拟电厂运营商之一。Next-Kraftwerke 公司成立于 2009年,前身是德国清洁技术公司Next Kraftwerke GmbH,主营业务为应急发电机、 风力涡轮机和沼气发电厂的聚合工作,从而弥补电网波动;2011 年,公司研发的虚 拟电厂平台首次投入测试,完成了从可再生能源到输电网运营商的储能运输控制; 2020 年,公司和东芝成立合资企业,拓宽虚拟电厂在日本的业务布局;2021 年, 公司被壳牌公司以现金全资收购。目前,Next-Kraftwerke 公司在德国、比利时、奥 地利、法国、波兰、荷兰、瑞士和意大利运营着 13930 个分布式能源单元,接入发 电装机容量 10613 兆瓦,2019 年参与电力交易量 15.1TWh。公司 2020 年实现营业 收入 5.95 亿欧元,是目前德国最大的虚拟电厂运营商。

  Next-Kraftwerke公司的虚拟电厂业务可以分成三种模式:面向发电侧进行能源聚合、 面向电网侧进行灵活性储能供应以及面向需求侧的需求响应。

  虚拟平台向可再生能源发电企业提供服务:由于可再生能源发电的随机性和波 动性,发电商经常无法准时向 TSO 提供之前承诺的电量;一旦发生这种情况, 发电商将会承受所有平衡电量所需的成本,例如从其它发电商购买昂贵的电力。 虚拟电厂可以通过帮助发电商实时监测发电情况,避免出现发电量预测不准的 情况,节省发电商的成本。此外,虚拟电厂实时监控可再生能源价格,协助发 电商优化电力产品结构,帮助发电商扩大盈利,进而为聚合商赚取辅助收益。

  虚拟平台向电网侧提供短期柔性储能服务:在接收到电网运营商发出的提高或 降低发电量的信号后,虚拟电厂的中央控制系统将该信号传递给各个可调度的 可再生能源发电厂,考虑到响应时间、充电站容量、发电量等方面的限制,对 发电量进行调整以支持电网频率,并抵消虚拟电厂中其他单元(光伏太阳能和风能)造成的波动。虚拟电厂通过向 TSO 提供来自发电侧的调峰、调频服务来 赚取收益。

  虚拟平台通过控制需求侧的用电量来服务电网侧:由于发电量的增加和用电量 的减小对于电网产生的调峰调频效果是一致的,因此虚拟平台可以通过对需求 侧的控制来对电网侧进行辅助服务,进而赚取辅助费用。此外,虚拟电厂可以 将电网侧的消耗分配到现货市场上的低价时段,从而降低电力的采购成本。

  标杆案例 1:奥地利南部 Lichtenegg 公司的可再生能源发电辅助交易。Lichtenegg 公司拥有 1.8MW 风力发电机,Next-Kraftwerke 向其提供虚拟电厂的辅助交易功能, 辅助其在现货市场的日常交易中出售 20%的电力,而 20%的电力占据了发电量 60%-70%的总收入。公司将从辅助可再生能源发电厂进行现货交易中获得的分成收 入。 标杆案例 2:德国西部鲁尔地区 OBO 公司的短期柔性储能业务。Next-Kraftwerke 公司帮助 OBO 公司向电网提供柔性储能服务,为 OBO 安装了两台紧急备用发电机, 当电网频率发生过度偏移时,Next-Krafttwerke 虚拟电厂的控制系统将激活这两台设 备,向电网输送提供高达 500KW 的电力。公司将从虚拟电厂解决方案和激活中获 得的利润中分成。 标杆案例 3:德国西部多特蒙德市临床中心的需求响应。Next-Kraftwerke 公司帮助 临床中心更高效地利用其备用发电机,通过将可调度的备用发电机联网到 Next krafttwerke 虚拟电厂中,该诊所可以提供 400 千瓦功率的电能,并利用 TSO 辅助服 务来获取利润,公司则从诊所获得的利润中分成。

  2.3. 美国虚拟电厂:脱胎于需求侧响应,Tesla 或是最大的虚拟电厂供应 商

  美国电力市场运营商高度分散,虚拟电厂计划通常由公共事业企业(Utility)或能 源零售商运营。这主要与美国电力市场的情况有关。美国联邦政府对于电力市场的 监管相对缺乏,长期的私有化、市场化改革造就了如下格局:1)约 40%的区域(中 西部为主)由公共事业企业垄断一体化运营,即发输配售垂直管理;2)约 60%的 区域由七大独立系统运营商(ISO)管理,电力产业链分散为发电主体、输配电主 体和能源零售商三个环节。美国七大 ISO(包括 PJM、MISO、ERCOT、SPP、CAISO、 NYISO 和 ISO-NE)负责调度、发电、输电规划以及系统的运行安全和发电端-输配 电端(批发市场)、输配电端-零售端(零售市场)市场运行的管辖。ISO 的成立打 破了公共事业企业对发电-输配电环节的垄断,允许各独立储电主体参与到与输配电 网的交易中,进而催生了虚拟电厂的需求。现有美国虚拟电厂计划由公共事业公司 或能源零售商承担运营职能。

  美国虚拟电厂脱胎于需求侧响应,聚焦负荷端资源统一调配。由于美国电价过去 20 年上涨了 59%,且美国太阳能资源丰富,因此在大量政府补贴和激励政策下,家用 光伏系统逐渐成为消费者降低电价成本的替代选择,从而实现电力的自发自用。根 据 Statista,2021年美国家用光伏装机容量达到 22.5GW,同比增长 20.9%,因此美 国存在大量与用电侧直接相连的分布式太阳能资源。随着户用光伏等需求量的增长, 美国逐渐开始实行需求侧响应,以应对用电高峰时期的供应紧张情况,并逐渐将需 求侧响应演化为虚拟电厂计划。具体表现为,能源零售商开展虚拟电厂计划,通过 提供低价储能电池或现金,换取家庭一部分电力的控制权,必要时给零售商提供电 力,零售商的虚拟电厂聚合这些储能并在用电峰期提供给需要的用户,从而获取辅助服务收益。

  特斯拉布局家用储能 Powerwall。Powerwall 是特斯拉 2015 年 5 月推出的家用储能 电池,使特斯拉与太阳能面板安装商 SolarCity 合作的第一款产品。Powerwall 可搭 配特斯拉家用太阳能电池 Solar Roof,白天利用太阳能电池对 Powerwall 进行充电, 内置电池容量 7-13.5kWh。充电后可随时使用储存的能量为家庭供电,同时也接入 电网,在阴天或无光时从配电网处获取电力。

  Powerwall 实现了家庭用户电能的自 发自用,避免电网停电时家庭断电的情况。用户可在手机 APP 上实时了解光伏发电、 家庭的用电、Powerwall 的储存电量以及电网的供电情况,并通过手机 APP 对 Powerwall 进行自定义设置,达到个性化节流的目的。 Powerwall 使储能系统得到分布化应用,与公共事业公司合作开展虚拟电厂计划。 Powerwall 自身管理了家用储能、光伏以及负荷的情况,在发电、储能、用电资源 的聚合上有得天独厚的优势。基于以上特性,特斯拉与 Energy Locals,Green Mountain Power,PG&E 等公共事业公司和电力零售商先后开展了虚拟电厂项目。 项目帮助 Powerwall 扩大系统的安装量,同时电力零售商通过与 Powerwall 使用者 签订协议,能够获取这些分布式电池电力的部分使用权,实现聚合需求侧的资源以 及虚拟电厂的商业化扩张。

  标杆案例 1:提供 Powerwall 优惠,佛蒙特州能源零售商 GMP 获取业主电力的部 分使用权。2017 年,特斯拉与佛蒙特州公用事业公司 Green Mountain Power 合作开 展了虚拟电厂项目,Green Mountain Power 作为 Powerwall 的渠道销售商,给业主提 供 Powerwall 折扣价:业主可以选择以每月 55 美元分期 10 年或一次性 5500 美元 (2017 年 Powerwall 原价 5900 美元)的优惠价格获得 Powerwall 产品,但需要放弃 一部分电池控制权,允许电力公司使用设备中储存的部分能量对电力系统进行削峰 填谷。Green Mountain Power 虚拟电厂聚合家用储能资源,参与调频市场、动态容 量供应市场和交易电力批发市场并获取利益。

  标杆案例 2:1 度电 2 美元,加州公共事业公司 PG&E 借助 Powerwall 向用户直接 购买电力。2022 年,特斯拉与加州公用事业公司 PG&E 合作开展了名为“Emergency Load Reduction Program”的虚拟电厂项目,拥有 Powerwall 的 PG&E 用户可以自愿 通过特斯拉应用程序注册加入该虚拟电厂项目。所有参与计划的 Powerwall 所有者 在电网面临巨大压力的紧急情况下,每向电网提供一度电即可获得 2 美元收益,远 高于加州平均住宅电价 25 美分/度电。加州夏天气温极高,各类场所对空调制冷的 需求增加,常对电网造成过量负荷,夏日野火也可能导致断电,该虚拟电厂计划主要目的为解决加州夏季电力供应紧张的情况。聚合的廉价绿色能源可以有效替代原本使用的昂贵燃气火电,进而为虚拟电厂赚取差价收益。

  标杆案例 3:南澳政府出资建设虚拟电厂,加速可再生能源经济转型。2018 年,特 斯拉与南澳大利亚电力零售商 Energy Locals 合作开展了 SA VPP 虚拟电厂项目。SA VPP 旨在为所有南澳大利亚人提供更经济、可靠和安全的电力,同时提高用户对清 洁能源的接受度,并支持南澳大利亚向可再生能源经济转型。南澳大利亚政府通过 可再生技术基金提供了 200 万美元赠款和 2000 万美元贷款,通过电网规模存储基 金提供了 1000 万美元赠款,将为 5 万家庭免费提供太阳能板和特斯拉 Powerwall, 将民居建设为相互连接的虚拟电厂,帮助维持电网的稳定。

  我国虚拟电厂的三大上游基础资源——分布式电源、储能、可控负荷,均处于高速 发展阶段,三类资源的更新升级将推动虚拟电厂调控能力的扩张。依据外围条件的 不同,我们认为,我国虚拟电厂的发展可以分为邀约型、交易型和自治型三个阶段: 1)邀约型:在没有成熟的电力市场下,由政府部门或者电网调度机构牵头组织, 共同完成邀约响应和激励的流程;邀约型虚拟电厂主要通过需求响应激励资金池推 动市场需求;但我们认为,该模式难以长久,并且存在一定程度的寻租问题; 2)交易型:在电能量现货市场、辅助服务市场和容量市场建成后,虚拟电厂聚合 商以类似于实体电厂的模式,分别参与这些市场并获得收益。目前我国的虚拟电厂 正处于从邀约型向市场型转型阶段,各省开展的虚拟电厂项目以试点为主,尚未形 成一套成熟的解决技术方案; 3)自治型:随着虚拟电厂聚合的资源种类、数量、空间的进一步拓展,虚拟电厂 向虚拟电力系统升级,其中既包含可控负荷、储能和分布式能源等基础资源,也包 含了这些基础资源整合而成的微网、局域能源互联网。虚拟电厂通过聚合资源参与 电力交易获取收益;我们认为该模式需要较为彻底的市场化改革。

  我国虚拟电厂起步“十三五”,目前已有响应细则出台并建成多个试点项目。“十三 五”期间,我国江苏、上海、河北等地开展了电力需求响应和虚拟电厂的试点工作。 其中,江苏省率先于 2015 年出台官方文件《江苏省电力需求响应的实施细则》指 导电力需求的调控。此后,中国虚拟电厂进入研发、探索阶段,2019 年,国家电网 提出“泛在电力物联网”,并建成国内首个虚拟电厂“国网冀北虚拟电厂”,实现了 发电和用电的自我调节。到目前为止,北京、上海、广东、江苏、浙江等地先后开 展虚拟电厂项目试点。2022 年 6 月,《北京市“十四五”时期电力发展规划》首次 将虚拟电厂的建设纳入电力发展规划中。我国可供参与虚拟电厂运营的控制资源体 量庞大,可调负荷资源超过 5000 万千瓦,虚拟电厂也随基础资源的快速发展而受 到重视。

  示范工程——国网冀北虚拟电厂:聚沙成塔,实现能源的高效利用。国网冀北虚拟 电厂是国内首个虚拟电厂试点项目,于 2019 年 12 月建成投运。该工程实时接入并 控制了蓄热式电采暖、可调节工商业、智能楼宇、智能家居、储能、电动汽车充电 站、分布式光伏等 11 类、19 家泛在可调资源,容量约 16 万千瓦,涵盖张家口、秦 皇岛、廊坊三个地市。冀北虚拟电厂的核心——智能管控平台可实现设备数据和互 动信息的计算、存储以及集成能源运行管理、交易、服务功能,整合优化各类可调 资源与电力系统实时交互。在 2019 年 10 月的第 83 届国际电工委员会大会上,国 网冀北电力公司虚拟电厂示范工程被写入 IEC 国际标准用例,并向国际首次公开展示虚拟电厂测试床。从虚拟电厂运营效果上看,2020 年,冀北电网夏季空调负荷将达 600 万千瓦,10%空调负荷通过虚拟电厂进行实时响应,等于少建一座 60 万千 瓦的传统电厂;“煤改电”最大负荷将达 200 万千瓦,蓄热式电采暖负荷通过虚拟电厂进行实时响应,预计可增发清洁能源 7.2 亿千瓦时,减排 63.65 万吨 CO2。虚 拟电厂有效实现了清洁能源的高效利用和灵活可调,可挖掘价值空间巨大。

  虚拟电厂兼具环保性与经济性,投入成本约为火电厂的 1/8。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。峰谷差问题可以依靠多种手段缓解,但总体来看,随着虚拟电厂技术的日 渐成熟,虚拟电厂将成为削峰填谷投资成本最低的手段。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,既满足环保要求,又能 够降低投入成本。(报告来源:未来智库)

  3.2. 中外对比:发展背景类似欧洲+盈利模式类似美国,有望吸收欧美经 验蓬勃发展

  与欧美国家对比,中国虚拟电厂兼顾发电侧、储能、用户侧多种资源。上一章节我 们提到,欧洲的虚拟电厂起步于发电侧,以分布式电源、储能资源的整合,并形成 统一调配,降低弃风弃电、负电价损失为主要目标;美国虚拟电厂则脱胎于需求侧 响应,更注重整合用电需求侧的资源,填补电力供应缺口并获取补偿收益。中国虚 拟电厂目前还处于探索初期,而从能源结构和市场机制的特征来看,中国有望结合 欧洲、美国两种模式,探索出兼顾分布式电源、可控负荷以及储能资源的模式。

  从能源结构看,我国风电、光伏及电网系统更接近于欧洲模式。第一,中国新能源补贴政策与欧洲各国较为相似,且欧洲国家在风电、光伏等新能源发展方面领先中 国,风电、光伏装机容量占比达到约 34%,中国则为 24%,未来我国的发电结构将 向欧洲水平趋近。第二,中国与欧洲电网的职能、架构更为类似:a) 欧洲各国之间 有成熟的跨境电网,并由专门的跨境电网运营商进行调度,而中国的电网一直由国 家电网、南方电网负责运营,能够实现跨省、远距离的电力调度;b) 与美国相比, 中国与欧洲的需求侧很难直接与分布式发电相连,即使是发展较快的整县光伏项目, 也需接入配电网,再输送至近距离用户,因此很难实现美国例如家用光伏的发电与 用电“合二为一”。因此我国虚拟电厂的早期实践案例聚合了较多风电、光伏资源, 与欧洲模式具有较强的相似性。

  从市场机制看,我国电力交易市场尚处于试点起,虚拟电厂的运营仍以邀约制下的 需求侧响应为主要模式,因此当前情况下更接近于美国模式。欧洲虚拟电厂利用软 件算法设定电力现货市场的竞价策略,实现交易收益的最大化。但我国电力市场处 于起步阶段,目前仅有广东省对电力现货交易实行了试点,当电力供给出现缺口或 存在调峰调频需求时,通常依靠电网公司牵头邀约,实现需求侧响应或辅助服务, 因此目前用户侧资源以参与需求侧响应为主,与美国模式更为接近。

  虚拟电厂收益空间巨大,每年市场空间或超 800 亿元。我国虚拟电厂仍处在邀约型 阶段,以需求侧响应、调峰调频为主要的收益来源。目前广东省作为缺电大省,每 年 30%左右电量来自于外省输送,是我国电力市场化需求最为迫切、也是市场化进 展领先的地区。因此我们以广东省的情况为例,测算了虚拟电厂的市场空间:《广 州市虚拟电厂实施细则(征求意见稿)》中提出,通过开展需求响应实现削峰填谷, 逐步形成约占广州市统调最高负荷 3%左右的需求响应能力,对参与响应的用户或 聚合商给予补贴,削峰补贴最高 5 元/度,填谷补贴最高 2 元/度。根据测算,补贴 环境下,预计每年广东省虚拟电厂的收益空间有望达到 294 亿元;若考虑日后退补 的情况,参考广东电力现货交易试点的价格,预计每年广东省内虚拟电厂的收益空 间约为 83 亿元;按照同样的测算方法,市场化情况下,预计全国虚拟电厂收益空 间约为 870 亿元。

  发展趋势探讨:广东、浙江、江苏等地或成为我国虚拟电厂发展最快的地 区。虚拟电厂商业模式与需求侧响应和电力现货交易具有很强的关联性。 我们发现: 1)现存虚拟电厂项目与电力现货交易试点区域几乎重合:除河北冀北虚 拟电厂外,目前开展虚拟电厂试点项目的省份均在两批电力交易试点省份 名单中。其中广东开展虚拟电厂项目最多,也是电力交易试点进展最快的 省份。 2)广东、江浙沪等经济发达地区由于缺电严重,对虚拟电厂需求更加旺 盛,聚合资源普遍聚焦于需求侧:从 2021 年各省的外受电量情况来看, 其中广东、浙江、山东、江苏是外受电量最多的省份,也是用电人口多且 缺电较为严重的地区。从各省虚拟电厂项目来看,上海、深圳、广州等经 济发达地区的虚拟电厂聚合资源以用电端的充电桩、商业体为主,参与需 求侧响应较多;其他省份虚拟电厂则多为聚合了发电、储能、用电负荷多 种资源的综合型虚拟电厂。我们认为,对于经济发达和人口密集的地区, 一方面,这些省份具有用电需求大、缺电风险高的特点,发展虚拟电厂迫 切性较高;另一方面,这些地区可控负荷较多,具备参与需求侧响应的条 件。

  伴随电力现货交易试点的推进,虚拟电厂的商业模式将得到持续优化。从 试点进展来看,广东、江苏、蒙西已率先进入现货交易结算试运行的阶段, 其余试点省份则已完成模拟试运行,预计将陆续进行连续现货交易结算试 点。结合外受电量、电力现货交易试点以及虚拟电厂项目试点情况,我们 认为目前广东、浙江、江苏更具备发展商业化虚拟电厂的条件,有望成为 引领全国电力交易和虚拟电厂建设的地区。全国虚拟电厂建设或将以缺电 省及电力现货交易试点省份为起始点,从需求侧响应和可控负荷的聚合出发,逐步向供电省和发电侧扩展覆盖,最终形成更多聚合多种“源-荷-储” 资源的综合型虚拟电厂。

  恒实科技以通信业务为基本盘,开始向能源数字化领域拓展业务。公司成立于 2000 年,早年依赖于国网清华系资源,主营业务为向北京电网侧提供信息化技术服务; 随后至 2013 年,公司聚焦电力和应急领域,实现了业务的全国覆盖;2018 年,公 司收购国内最大民营通信设计院辽宁邮电,主营业务拓展为电力信息化和通信两大 领域。2022 年 5 月,公司引入“深智城”国资参股,在智慧能源领域进行业务结构 优化,聚焦综合能源服务。目前,公司已经成为国内领先的综合能源服务商、民营 通信规划设计院龙头企业。

  国资参股入局,恒实科技广东市场前景广阔。2022 年 5 月,公司实际控制人钱苏晋 与深圳市智慧城市科技发展有限公司(以下简称“深智城”)签订股份转让协议, 拟将 3.09%的质押股权转让给深圳国资;同时,公司将向深智城定向增发股份,募 资 6.71 亿元,国资合计出资 7.80 亿元。两项交易完成后,深智城持股比增至 21.99% 并变更为公司实际控制人。深智城是深圳市国资委全资设立的以城市科技为主体的 投资集团,在国资国企数字化、智慧城市、智慧产业等领域开展建设运营,对公司 主营业务发展可以产生协同及支撑效应。通信业务方面,深智城下属的通信产业将 全资注入公司,公司有望承接深圳政府专网建设任务;能源业务方面,公司将成为深智城开展智慧能源等物联感知业务的核心主体,并发力深圳市综合能源管理业务。 我们认为,深智城凭借其在产业、资金、资信、资源等方面的平台优势,可以充分 为公司赋能,加快公司在广东地区的产业布局。

  公司以通信为基础支撑业务,能源为预期创收业务。公司目前主营业务分为两大板 块:通信设计业务和能源服务业务。其中,能源服务业务包括综合能源服务和智慧 物联应用服务。

  通信设计:公司通信业务以方案设计为主,涉及无线设计、传输设计、网络设 计和芯片设计。依靠子公司辽邮多年的技术积累,公司在移动网、数据网、传 输网、接入网等板块具有完备的业务资质、雄厚的技术能力、专业优质的区域 服务优势,主要客户是中国移动中国联通中国电信及中国铁塔等主流通信 运营商。此外,公司以原有的电力业务为基础,在国内率先取得了送、变电、 新能源发电咨询设计资质,在电力领域通信设计市场处于领跑地位。

  综合能源服务:公司综合能源服务围绕电力信息化展开,包括电力市场交易、 综合能源改造。其中,电力交易市场以调峰调频辅助服务解决方案、虚拟电厂 为主要产品,为客户实现电源的有序调度优化、通道的时空转化、负荷侧的有 序响应;综合能源改造中以分布式光伏系统、分布式储能系统、地源热泵系统、 冷热电三联供系统为主要产品,解决可再生能源的并网效率问题。

  智慧物联应用:公司智慧物联业务在泛在电力物联网、智慧城市、智慧交通、 政企应用等方向开展业务。公司以国家电力行业数字化转型建设为业务导向, 持续深入参与电网核心业务信息化建设,在电力数据采集、大数据分析、数据 治理应用和可视化展示等全业务链发力。

  恒实科技是国内最先布局虚拟电厂的企业之一,曾参与国网冀北虚拟电厂示范工程。 恒实科技作为虚拟电厂的聚合商和平台提供商,全程参与了国网冀北虚拟电厂示范 工程,在市场规则制定、用户协议签订、VPP 智能终端安装与调试和市场化运营等 封面积累了丰富的经验。公司与国网冀北电力、清华大学等多家产学研机构共同参 与了“面向能源互联网的虚拟电厂调控与运营关键技术及应用”项目,首创虚拟电 厂参与调峰辅助服务的市场机制与商业模式,提出了大规模多元用户标准化接入和 虚拟电厂互动运营技术,构建了电力市场环境下开放共享的能源互联生态。我们认 为,国网冀北案例证实了恒实科技在虚拟电厂业务方面的技术实力,具有较强的先 发优势。由于用电端接入虚拟电厂具有较强的排他性,先发优势对于发展虚拟电厂 聚合业务至关重要。随着深智城的入股,公司有望乘胜追击,率先打开广东乃至南 方地区的虚拟电厂市场。目前公司作为虚拟电厂聚合商,一方面能够为电网公司提 供虚拟电厂数据运营平台,另一方面能够聚合长尾需求侧资源,与长尾资源签订服 务分成合同,在参与电网需求侧响应或调峰调频后,从电网的补偿中获取分成,或 将为公司带来稳定的现金流。

  公司营收情况保持稳定,深智城入股有望推动公司业绩持续向好。收入方面,公司 并购辽宁邮电后进入发展快车道,营收从 2017 年的 5.46 亿元增长至 2020 年的 14.17 亿元,年复合增长率为 37.42%。2021 年营业收入同比下降 13.54%,主要系新冠疫 情对业务的影响和行业竞争的不断加剧,预计伴随 2022 年并购的完成和政府投入 的增加,公司电力信息化和通信业务将逐渐回归正常。利润方面,公司归母净利润 从 2019 年的 1.6 亿元下降至 2021 年的-1.85 亿元,主要系商誉、信用等减值及坏账 计提较多所致。未来公司在智慧能源领域将继续进行业务结构的优化,积极投入研 发包括虚拟电厂在内的新型业务形态,预计虚拟电厂等新业务将开启公司第二增长 曲线.国能日新:发电侧信息化领军企业,具备虚拟电厂软件储备

  国能日新深耕发电侧信息化软件,目前功率预测软件市占率位居行业首位。国能日新是新能源行业的软件与信息技术服务商,为新能源电站、发电集团和电网公司等 新能源电力市场主体提供新能源发电功率预测产品、新能源并网智能控制系统、新能源电站智能运营系统、电网新能源管理系统等发电侧信息化软件。公司核心产品 ——发电功率预测软件,在光伏和风电领域市占率分别为 22.10%和 18.80%,市占 率第一,目前服务新能源市场规模超 100GW。2021年公司实现营业收入 3.00 亿元, 同比增长 20.9%。

  公司围绕发电集团、电网公司需求布局新业务,虚拟电厂方面已具备技术储备。公 司核心产品的主要客户为发电集团和电网公司,因此公司对于客户需求有较为清晰 的认知,目前公司以客户需求痛点为核心,在电力交易、虚拟电厂、储能 EMS、分 布式群控群调软件等领域进行了先发技术储备。其中,公司能够为电网公司提供虚 拟电厂智慧运营管理系统,能够聚合“荷”、“储”资源,参与电力市场,向市场提 供多种需求侧响应服务并获取收益;分布式群控群调系统则聚焦于“源”,实现分 布式电源的可观可测、可控可调,保障电网安全运行。公司虚拟电厂相关业务尚处 于推广起步阶段,商业模式为向电网企业提供虚拟电厂软件服务平台,向电网公司 收取软件费用。预计随着电网公司虚拟电厂试点规模扩大,公司有望实现虚拟电厂 管理系统业务的增长。

  国电南瑞是电力自动化、信息化及智能化领域的龙头企业,具有行业内最全面的电 网生产控制系统、能源互联网等解决方案。公司第一大股东为南瑞集团,系国网电 科院全资子公司,持股比例 51.79%。公司 2021 年实现营业收入 424 亿元,同比增 长 10%。由于电网企业“十四五”期间投资将向配电网倾斜,国电南瑞作为重要的 信息化、智能化解决方案提供商,也将顺应电网企业的投资倾向,增加配电环节业 务的比例。公司目前有电网自动化及工业控制、继电保护及柔性输电、电力自动化 信息通信、发电及水利环保四大业务板块。

  国电南瑞参与电力行业全产业链,在虚拟电厂业务方面具有完备的技术。作为国网 的平台型公司,国电南瑞参与了国网内部多个信息化项目,具备虚拟电厂运营平台 的技术能力。公司发源自国网直属科研机构,对电力生产调度、信息化、智能化项目有深入的产业积累和运行经验,在电力调度和信息技术方面的技术储备能够运用 至虚拟电厂的管理平台中。公司在虚拟电厂方面已经形成产品体系,可灵活支撑市场上的多种新商业模式。

  国网信通深度参与国网新型电力系统的构建,为能源互联网领域提供云网融合技术 产品和数字化底座。公司前身为四川岷江水利集团电力股份有限公司,2019 年与国 网信通产业集团资产重组,现为国家电网孙公司,第一大股东为国网信产集团,持 股比例 48.85%。公司目前主营业务分为三大板块:云网基础设施、企业数字化服务 和电力数字化服务,其中云网基础设施业务主要涉及主网环节,2021 年该业务营业 收入 38.46 亿元,占比 51.5%。

  国网信通已落地虚拟电厂示范项目,未来或将实现区域拓张。国网信通在天津市滨 海新区惠风能源小镇构建了虚拟电厂系统,该项目于 2020 年投入运营,实现了传 统小镇向智慧能源小镇的转型,小镇清洁能源用能占比达 40%,装机容量 75MW, 可调负荷36MW,虚拟电厂平台可实现小镇清洁能源、可调负荷等资源的聚合管理。 2022 年 6 月,国网信通自主研发“虚拟电厂精准调控仿真与实证平台”通过第三方 权威机构测试,于国网山西电科院晋中-榆次试验中心完成部署试运行,是目前国内 园区级聚合资源类型最全的虚拟电厂平台。多个示范项目落地证实了国网信通虚拟 电厂的技术力,随着未来虚拟电厂商业模式的成熟,国网信通或将成为受益者之一。(报告来源:未来智库)

  东方电子服务于综合能源服务管理领域多年,是横款电网自动化+IT+互联网+节能 环保+能源互联领域的综合解决方案供应商。公司起步于电力自动化行业,目前在 电网输电调度、变电、配电等业务上,紧跟电网公司战略,提供服务多年。公司 2021 年实现营业收入 44.86 亿元,同比增长 19.38%;其中电网自动化业务主要面向主网 环节,2021 年实现营业收入 17.88 亿元,占比 39.87%。

  东方电子参与电力全产业链,虚拟电厂业务已实现项目落地。东方电子传统业务设计电力行业“发-输-变-配-用”多个环节,因此公司对于电力的生产调度具有深入的 理解,在电能信息管理系统以及节能环保管理系统方面的项目经验能够复用至虚拟 电厂管理平台。目前公司虚拟电厂业务涵盖城市级虚拟电厂运行管理平台、负荷聚合商级负荷聚合管控平台和园区级虚拟电厂等三级虚拟电厂范围,其中广州明珠工业园和广州市虚拟电厂管理平台分别为公司园区级虚拟电厂和城市及虚拟电厂运 行管理平台的典型案例。公司以能源数字化为主要的发展方向,而虚拟电厂则为能 源数字化业务的一部分,随着更多试点项目建成并投入运行,东方电子有望凭借其 标杆案例,持续扩大客户范围,实现虚拟电厂管理平台的产品大范围推广。

  3.4.6.远光软件:老牌电力信息化服务提供商,虚拟电厂平台产品已得到应用

  远光软件是电力领域企业管理、能源互联等信息技术产品的提供商,为能源行业大 型企业提供管理信息化服务。公司是国家电网、南方电网 ERP 软件服务的主要提供 商,目前围绕电力行业,逐渐拓展了智慧能源、数字企业、区块链及人工智能等多 项业务。2019 年国网数科成为公司股东,正式成为国网体系下属公司,目前国网数 科持股比例为 13.25%,强化了公司与电网的业务协同。2020 年以来,公司推进产 品线全栈式国产化,自研新一代企业数字核心系统(DAP)等多项产品并逐渐投入 国网应用。2021 年远光软件实现营收 19.15 亿元,同比增长 13.23%。

  沿能源数字化主线,围绕电力市场化推出系列管理平台类产品。除集团管理业务外, 公司在能源数字化和能源互联网领域积极拓展:1)针对售用电侧和电力市场交易, 推出远光发、售电市场交易辅助决策系统和购售电一体化云平台等产品,帮助电网 公司应对电力市场化趋势。2)公司的碳资产管理系统已成功被国内大型发电集团 客户采用,同时,公司与股东国网数科参与了天津市碳中和支撑服务平台项目建设, 为政府、市场主体、社会公众等提供全方位、全地域、全过程碳达峰、碳中和综合 服务。3)虚拟电厂平台类产品已经在虚拟电厂示范项目得到应用。未来随着电力 交易制度的完善,公司有望依托国网平

  朗新科技是国内能源消费领域的领军企业,BC 端业务双线C 为 业务模式,在能源数字化方面为电网等 B 端客户实现数字化升级,同时自建能源互 联网平台,与支付宝等战略合作伙伴拓展 C 端业务,聚焦于能源领域双轮驱动。公 司两大能源领域业务线,分别为能源数字化及能源互联网:

  面向 C 端客户及企业能源消费场景的能源互联网业务:居民消费场景方面,与 支付宝等入口合作构建互联网生活缴费场景,自研能源互联网服务平台,提供 水电燃热等公共事业的“查询缴费账单票据”线上闭环服务;打造第三 方聚合电动车充电服务平台“新电途”,通过“支付宝/高德地图”等形成聚合 充电服务入口,截止2021 年末,“新电途”平台已累计接入充电运营商超 400 家,实现了和国家电网、南方电网等头部运营商的平台互联互通;为企业打造 光伏云平台和 BSE 节能服务系统,基于公司能源互联网平台为企业提供智能运维、综合能源服务。

  公司对接电网公司和能源用户,具备虚拟电厂软件平台建设的技术能力。第一,朗 新科技与电网企业合作多年,在电力营销、智慧用采、智慧物联、综合能源运营等 方面累积了丰富的行业经验,这些系统与虚拟电厂平台的底层技术具有很强的关联 性;第二,公司新电途业务聚合大量充电桩,在聚合和管理可控负荷方面具备先天 优势;第三,朗新科技在能源互联网业务方面拓展了市场化售电管理系统和商业体 的节能管理系统,这些技术能够复用至虚拟电厂管理平台。我们认为朗新科技未来 具备推出虚拟电厂软件平台产品的技术能力,且公司深耕能源互联网和能源数字化 业务,伴随业务拓张,公司有望凭借与电网公司和充电桩运营商的合作关系,逐渐 承担虚拟电厂聚合商的角色。

  相关股吧:股市实战(gssz)电力(bkhk49)电力行业(bk0428)

  郑重声明:用户在财富号/股吧/博客社区发表的所有信息(包括但不限于文字、视频、音频、数据及图表)仅仅代表个人观点,与本网站立场无关,不对您构成任何投资建议,据此操作风险自担。

  请勿相信代客理财、免费荐股和炒股培训等宣传内容,远离非法证券活动。请勿添加发言用户的手机号码、公众号、微博、微信及QQ等信息,谨防上当受骗!

  郑重声明:用户在社区发表的所有资料、言论等仅仅代表个人观点,与本网站立场无关,不对您构成任何投资建议。用户应基于自己的独立判断,自行决定证券投资并承担相应风险。《东方财富社区管理规定》