证券研究报告 行业报告| 行业深度研究 2023年09月10日 新能源消纳系列报告（三） 虚拟电厂：电力交易多样化，促进消纳的新模式 作者： 分析师 孙潇雅 SAC执业证书编号：S1110520080009 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 行业评级：强于大市（维持评级） 上次评级：强于大市 1 摘要 随着近年稳定的火电等优质发电资源的发电占比下降、发电功率及电能质量具有波动性的新能源发电占比提升，我国电网出现调控能力下 降的问题，亟需调峰调频等灵活资源以保证电力系统的安全稳定运行。对分布式能源、各类可中断（如充换电站）、可调负荷资源（如楼 宇空调系统）等可调节的资源的调控需求，催生了具备分布式资源聚合调控能力的虚拟电厂。  虚拟电厂收益模式：可参与多品类全周期的电能交易，我国现行机制下主要是电网辅助服务、需求响应市场。 ✓ 电网调峰辅助服务市场：目前我国华北、华中、上海、山东、浙江、甘肃等地区已有相关政策文件，对虚拟电厂参与调峰市场的准入条 件（可调容量、信息采集能力、持续响应时间等）、报价与出清（包括日前、日内市场，部分地区涵盖中长期、实时市场）、结算方式 （华北、浙江市场考核偏差电量）等做出了规定。 ✓ 电网调频辅助服务市场：目前浙江、江苏两个地区明确虚拟电厂可分别作为第三方独立主体、综合能源服务商的身份参与电网调频辅助 服务市场，并获得收益。浙江地区可参与一次调频&二次调频；江苏地区可参与一次调频。 ✓ 需求响应市场：从用户的需求侧引导调节电力负荷、促进新能源消纳。根据2023年5月国家发改委发布《电力需求侧管理办法（征求意 见稿）》，到2025年各省需求响应能力达到最大用电负荷的3%-5%，其中年度最大用电负荷峰谷差率超过40%的省份达到5%或以上。据 国家电网测算，通过虚拟电厂满足5%的峰值负荷，在建设、运营、激励等环节的投资需求约500-600亿元。 横向对比海外虚拟电厂，目前国内虚拟电厂的交易规则相对缺乏多样性，且针对性不足，未来可期待电力市场交易机制进一步多样化、市 场化，带动国内虚拟电厂收益能力的进一步提升。德国、美国等地的虚拟电厂可参与电能量、辅助服务、容量等多个市场，更健全的市场 交易机制构建了海外更为完备的虚拟电厂商业模式和市场生态链。其中： ✓ 德国虚拟电厂交易机制更多为促进新能源机组（尤其是100KW以上的分布式机组）的消纳。《可再生能源法》明确规定所有100KW+可 再生能源发电项目必须参与电力市场交易销售，分布式可再生能源项目倾向于选择交由虚拟电厂运营。 ✓ 美国鼓励虚拟电厂等灵活性资源参与电网调度，从而提高综合能源利用效率。美国虚拟电厂商业模式主要是作为需求相应资源，通过社 区、工商业区等形式实现用户侧光伏、储能设施、电动汽车等能源汇集，为电网提供服务。 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 2 摘要  市场参与主体：国内以电网、发电集团为主导，海外市场已涌现出形成规模的独立第三方运营商。 在政策法规、市场机制、技术手段等方面普遍相对更完善的背景下，海外虚拟电厂运营主体更加多元化、市场化。当前海外虚拟电厂的市 场参与主体主要包括：1）虚拟电厂平台建设方：独立第三方运营商、电网公司、大型电力公司等；2）虚拟电厂参与方：包括大型电力公 司（具备发电、负荷资源）、装备制造商（具备分布式能源资源）、社区用户等。目前海外虚拟电厂已涌现成规模的独立第三方运营商， 最具代表性的分别是德国的Next Kraftwerke、美国特斯拉的Autobidder。 ✓ 德国-Next Kraftwerke：公司并网发电装机容量从2018年的4600MW增加至2022年4月的万兆瓦，目前在德国、比利时、奥地利、法国、 波兰、荷兰、瑞士、意大利运营13000多个分布式能源单元，运用的电力设备涵盖生物质、风电、太阳能、电池储能、电动汽车等。 ✓ 美国-特斯拉智慧能源平台Autobidder：2017年推出的智慧能源管理平台，旨在实现“车+桩+光+储+荷+智”生态系统整合，当前涵 盖功能包括电力交易的数字化软件、分布式能源交易管理系统、虚拟电厂交易和控制平台，开源复杂算法库等。 相较之下，现阶段国内虚拟电厂市场建设仍处初期探索阶段，形成区域级规模的市场参与主体主要为电网公司主导的示范项目。目前国网、 南网均有电网公司主导的虚拟电厂示范工程，形成了一定规模的的区域性虚拟电厂交易平台： ✓ 南网区域：2023年7月，南方电网公司分布式源荷聚合服务平台在广东广州、广东深圳、广西柳州三地同步开展虚拟电厂多功能联合调 控，在多省区同步实现了调频、直控等快速响应。目前该平台已聚合广东、广西区域内新型储能、电动汽车充换电设施、分布式光伏、 非生产性空调、风光储充微电网等各类分布式资源，聚合分布式资源规模10751MW，其中可调节能力1532MW。 ✓ 国网区域：当前国网体系下多个市场主体均已开启虚拟电厂应用（包括省级电网公司、国网子公司等），如华北电网开展了虚拟电厂参 与辅助服务市场交易、国家电网浙江综合能源公司智慧虚拟电厂平台、国网冀北公司建设的泛在电力物联网虚拟电厂示范工程等。如 23年8月，国网信通产业集团信通研究院联合高邮市政府、国网扬州供电公司、国电投中能合纵公司共同策划和参与的江苏“绿心”高 邮县域城市虚拟电厂正式投运，截至23年8月，高邮市一期“绿心”虚拟电厂已初步接入11家工商业用户，负荷总计356MW，其中楼宇 负荷41MW、工业负荷280MW、电动汽车充电桩3.3MW。 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 3 rQyRmOsRnOxPsQoMrNsNrQbRdN7NnPmMmOnOlOpPvMfQpOrQaQnMtPMYtPqQuOsPoQ 摘要  关键技术：完成各类资源的“聚合”和“解聚”，作为统调并网对象参与电力市场交易。 虚拟电厂系统主要分为三层逻辑结构：站控层、过程层和资源层，由下往上看：1）资源层：可调节资源；2）过程层：各类智能终端（包 括协议转换接口、微型纵向加密及通信模块）；3）站控层：即虚拟电厂系统管理平台。虚拟电厂参与需求侧响应、辅助服务市场等电力 市场交易，应用功能的实现需要各个逻辑层级纵向协调配合。 ✓ 上行-聚合分布式资源、对用户资源的功率及可调节能力进行预测并上报至电力调控中心，考验虚拟电厂对个用户资源的功率预测能力。 涉及技术包括机器学习和改进算法等，对电厂运行情况、 天气数据、市场价格信号、电网数据等进行预测，从而实现更准确的电力市 场预测，帮助发电机组和工业用户更灵活、更快地响应价格变化。 ✓ 下行-解聚分布式资源，分配调节功率需求并完成对用户资源设备的控制，考验虚拟电厂尽可能减少通信延时的能力，进而提高系统负 荷控制和响应能力。虚拟电厂系统站控层接收电力调控中心下发计划及需求后，若能缩短从站控层指令下发到数据返回测试时间，更快 速地执行优化计算及指令分解，可实现更快速的负荷控制、提高虚拟电厂的调频性能。  投资机会： 对比已发展多年的德国、美国市场，我国虚拟电厂当前收益模式相对更少、尚未能形成具有区域级规模的第三方独立运营商。但我们认为， 中国虚拟电厂的发展前景广阔，有望在电力市场化改革背景下加速完成商业模式探索、实现更大规模的应用： ✓ 发电端：中国分布式新能源电站数量呈快速增长趋势，虚拟电厂可以聚合分布式电站、统一调度管理，有效促进消纳、提高电网稳定性； ✓ 负荷端：从用户的需求侧引导调节电力负荷，发挥需求侧资源削峰填谷、促进电力供需平衡。 ✓ 技术层面：云计算、大数据、物联网、移动互联、人工智能、区块链技术的加速发展，将有望为虚拟电厂系统平台更高效地完成“聚合” 和“解聚”功能提供更高的技术可行性。 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 4 摘要  投资机会：增量机会包括平台运营商、智能终端供应商。 基于我们前文对虚拟电厂的市场参与主体、关键技术判断，我们认为国内虚拟电厂的加速发展，有望带动的增量机会包括：虚拟电厂站控 层——平台运营商、过程层——智能终端供应商。建议关注： 1、虚拟电厂站控层（平台运营商）： ✓ 与电网公司、发电集团等合作：【国能日新】（计算机、公用环保团队联合覆盖）、【东方电子】、【国网信通】（电力设备与新能源、 计算机团队联合覆盖）、【恒实科技】； ✓ 第三方独立运营商：【安科瑞】、【苏文电能】（建筑团队覆盖）、【朗新科技】。 2、虚拟电厂过程层（智能终端供应商）： ✓ 除了在用电信息采集终端已有相关产品布局外，公司亦布局开发了虚拟电厂站控层解决方案的【威胜信息】（通信、机械军工团队联合 覆盖）； ✓ 主要向国网和南网及相关下属成员企业提供用电信息采集系统的【新联电子】。 风险提示： ➢ 电力市场交易推进不及预期 ➢ 分布式可再生能源电站、充换电站等可调节资源投资不及预期 ➢ 虚拟电厂相关技术发展不及预期 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 5 前言：虚拟电厂——聚合可灵活调节的分布式能源， 参与电力市场交易的新方式 新能源占比提升、电力系统灵活性下降，催生电网对灵活性资源的聚合、调节需求 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 6 虚拟电厂：聚合灵活性资源、参与电力市场交易，从而提高电网调控能力、获取收益  可再生能源具备弱可观性、弱可控性、弱可测性等特性，近年装机渗透率的不断提高使得电力系统的灵活性下降，形成了电网 调控能力的加强需求。随着近年稳定的火电等优质发电资源的发电占比下降、发电功率及电能质量具有波动性的新能源发电占 比提升，我国电网出现调控能力下降的问题。新的电源结构变化下，电力系统的安全稳定运行有了加强需求。同时，某些时段 可再生能源出力过剩，弃风弃光问题同样凸显。在此背景下，为提高电网调控能力、促进新能源消纳，我国电网亟需调峰调频 等灵活资源，以保证电力系统的安全稳定运行。  目前我国发电侧集中式风电、光伏电站的消纳问题主要通过强制配 图1：虚拟电厂结构及商业模式 储、直接参与电力市场交易等方式完成，但由于分布式能源容量较 小、地理位置分散、出力间歇性等问题，电网调度机构很难直接对 其进行有效调控、达到提高电网调控能力&促进新能源消纳能力的 目的。  对分布式能源的调控需求催生具备分布式资源聚合调控能力的虚拟 电厂（VirtualPowerPlant，VPP）。虚拟电厂将风电、光伏、可控分 布式能源、储能、柔性负荷等多种分布式资源聚合为一个虚拟整体， 通过智能管理手段对外制定竞标策略、整体参与电力市场交易从而 获得市场收益，对内协调成员运行并合理分配收益。虚拟电厂因可 有效聚合分布式资源，并对地理位置与组成无特定要求，成为了一 种灵活性强、适应度高、经济性好的新兴调控方式。 资料来源：《考虑碳交易与需求响应的虚拟电厂参与电力市场调度策略》