虚拟电厂：豹变前夜-东北证券.pdf

请务必阅读正文后的声明及说明 [Table_Info1] 计算机 [Table_Date] 发布时间 2022-07-09 [Table_Invest] 优于大势 上次评级 优于大势 [Table_PicQuote] 历史收益率曲线 [Table_Trend] 涨跌幅（ ） 1M 3M 12M 绝对收益 1 -5 -23 相对收益 -4 -10 -10 [Table_Market] 行业数据 成分股数量（只） 342 总市值（亿） 20277 流通市值（亿） 17056 市盈率（倍） 419.09 市净率（倍） 2.73 成分股总营收（亿） 1773 成分股总净利润（亿） 40 成分股资产负债率（ ） 241.90 [Table_Report] 相关报告 降准对计算机板块有普适性利好 --20220418 SWIFT_天下大势，分久必合合久必分 --20220309 东北计算机穿越周期看计算机公司业绩及 估值的锚 -美股软件及 IT 服务 25 年大复盘 --20220131 [Table_Author] 证券分析师黄净 执业证书编号 S0550522010001 18680586451 huangjingnesc.cn 研究助理吴雨萌 执业证书编号 S0550122040013 18901997197 wuymnesc.cn [Table_Title] 证券研究报告 / 行业 深度报告 虚拟电厂 豹变前夜 --- 电力信息化行业专题 [Table_Summary] 我们 为什么需要虚拟电厂 （ VPP） 碳中和背景下，各国 电力行业 产生 了新的业态和挑战 1）电力供给向风光倾斜 ，储能资源随之增长 风 电、太阳能逐渐成为发展重点，发电功率波动性高的特点 拉大了峰谷差 ， 需要信息技术 、增加储能资源 等手段进行调控 ； 2）发电资源分散化程度 提升 近年来由于分布式电源技术逐渐成熟，兼具环保与经济性，分布 式发电资源数量显著提升； 3）可控负荷资源数量增加 新能源电动车 、 工商业节能系统的普及为各国电力系统带来更多的可控负荷，加以利用 可以平衡电力供需 。 虚拟电厂能够 聚合 分布式发电 、 储能、可控负荷 资 源，利用 通信技术和软件 算法 优化电力 调度，参与需求侧响应或电力交 易从而最大化收益，较其他形式的电厂具有成本低、效率高的优势， 投 入成本约为火电厂的 1/8， 是全球智能电网发展的重要技术之一。 全球虚拟电厂 已发展出欧洲、美国两种主要模式 。 海外 虚拟电厂 以欧洲、 美国两种模式为代表 1）欧洲 以发电资源聚合为主 欧洲 是 虚拟 电厂发源地， 目前 虚拟电厂 已 进入 商业化 阶段 ，代表企业为德国的 Next Kraftwerke， 通过 三种方式实现盈利 i） 对 发电侧 进行 能源聚合 参与统 一调控，避免负电价带来的损失； ii） 参与 电网侧 灵活性 调控 和电力交 易并最大化收益； iii）参与 需求响应 并获取收益。 2）美国 以用电侧 资源聚合为主 美国 太阳能资源较多， 2021 年美国家用光伏装机容量 已 达到 22.5GW， 可实现家庭电力的自发自用 ， 需求侧响应 成为了美国 应 对 电力 供应紧张 的主要措施 ，并逐渐演化为 虚拟电厂 计划 。其中 代表企 业 为 Tesla，其 与 Powerwall 使用者签订协议，参与需求侧响应并获取补 贴收益。 我国 虚拟电厂市场空间近八百亿 。 我国虚拟电厂 目前 处于 从零到一的 起 步阶段， 参与者 通过参与 电网公司邀约 ， 获取 相应 响应补贴。 随着电力 交易 市场化 的推进，我国 虚拟电厂 将向 以现货交易为主要获益方式的交 易型 虚拟电厂 转变。从各省电力现货交易试点情况和缺电情况来看，预 计广东、浙江、江苏有望最先发展 虚拟电厂 ； 虚拟电厂 项目也将 从以聚 合可控负荷为主，逐渐向聚合多种分布式发电、储能资源的综合型 项目 发展。以 广东电力现货交易和需求侧响应的情况 为参考，我们测算， 需 求响应 退补 后 ，预计每年广东省内虚拟电厂的收益空间约为 83 亿元 ， 对应 预计全国虚拟电厂收益空间约为 870 亿元。 我国涉及虚拟电厂业务 的企业包括 1）虚拟电厂聚合商， 相关 标的 恒实科技； 2）虚拟电厂 软件平台服务商， 相关 标的 国能日新、国电南瑞、国网信通、东方电 子 、远光软件、朗新科技 。 风险提示 我国虚拟电厂推进不及预期；电力现货交易进展不及预期。 -40 -30 -20 -10 0 10 2021/7 2021/10 2022/1 2022/4 计算机 沪深 300 请务必阅读正文后的声明及说明 2 / 42 [Table_PageTop] 计算机 /行业深度 目 录 引言 虚拟电厂豹变前夜 5 1. 虚拟电厂综述电力市场化背景下调控新能源的 信息技术 6 1.1. 虚拟电厂的概念聚集发电、用电资源并进行优化调度的特殊电厂 . 6 1.2. 虚拟电厂的产生碳中和背景下电力供需平衡调整的重要手段 . 7 1.2.1. 能源供给侧新能源装机导致电力供给波动性提升 7 1.2.2. 能源需求侧电动车等可控负荷增加使得负荷端控制力逐步提升 9 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 10 2. 欧美虚拟电厂商业模式略有不同，但是均被验证 11 2.1. 虚拟电厂发源欧洲 . 11 2.2. 欧洲虚拟电厂最早开始 VPP 模式探索，商业化进程领先全球 13 2.2.1. 商业模式聚焦分布式发电资源，参与电力交易获取收益 13 2.2.2. 代表企业德国 Next-Kraftwerke，欧洲最大的虚拟电厂运营商 14 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 17 2.3.1. 商业模式聚焦用户侧资源，获取辅助服务补偿 17 2.3.2. 代表企业美国 Tesla，依靠 Powerwall 与 Utility 企业开展虚拟电厂合作 . 19 3. 中国新能源高景气 电力市场化催生八百亿虚拟电厂市场空间 . 22 3.1. 发展现状虚拟电厂尚处于起步阶段，以需求响应为主要激励方式 . 22 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 . 25 3.3. 发展趋势目前以补贴为盈利来源，未来有望从电力交易中获益 . 26 3.4. 代表企业商业化探索伊始，参与企业包含聚合商和软件服务商 . 29 3.4.1. 恒实科技国资入局，布局虚拟电厂聚合商业务 30 3.4.2. 国能日新发电侧信息化领军企业，具备虚拟电厂软件储备 33 3.4.3. 国电南瑞横跨电网生产及管理，有望承接虚拟电厂平台建设项目 34 3.4.4. 国网信通能源数字化服务提供商，已参与国网系虚拟电厂项目 35 3.4.5. 东方电子兼具园区级和城市级虚拟电厂管理平台建设经验 36 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 37 3.4.7. 朗新科技售用电侧能源数字化综合服务商，有望进军虚拟电厂 38 风险提示 . 40 图表目录 图 1我国虚拟电厂参与电力系统的模式 . 5 图 2虚拟电厂运作模式示意图 . 6 图 3虚拟电厂产业链结构 . 7 图 4 2014-2021 年全球风电、太阳能发电量占比（ ） . 8 图 5 2011-2021 年全球风电、太阳能装机量（ GW） 8 图 6全球储能装机容量（ GW） 8 请务必阅读正文后的声明及说明 3 / 42 [Table_PageTop] 计算机 /行业深度 图 7全球分布式太阳能光伏容量及预测（ GW） 9 图 8 2018 年全球分布式光伏总量前五名国家及其规模（ GW） . 9 图 9全球新能源汽车销量（万辆 /） 10 图 10 2012-2021 年中国节能服务市场规模（亿元） . 10 图 11虚拟电厂关键技术和研发探索 . 11 图 12全球虚拟电厂发展历程 . 12 图 13 FENIX 项目虚拟电厂结构 13 图 14欧洲电力产业链组成 . 14 图 15 Next-Kraftwerke 公司发展历程 . 15 图 16 2016-2020 年 Next-Kraftwerke 公司营业收入（亿欧元） 15 图 17 Next-Kraftwerke 公司虚拟电厂业务 . 16 图 18德国二级储备资源分布 . 17 图 19北美电力系统运营商区域分布（彩色部分为已经进行市场化改革的区域） . 18 图 20美国家用光伏总量及增速（ MW/） . 19 图 21 Powerwall 充电模拟 20 图 22 Powerwall 在手机 APP 上的可视化 . 20 图 23特斯拉 Powerwall 工作原理 . 20 图 24加州分布式储能容量 . 21 图 25南澳大利 “SA VPP”装机现场 21 图 26国网冀北虚拟电厂三级架构 . 24 图 27满足 5峰值负荷的不同方案投资金额对比 25 图 28 2020 年我国风电、光伏装机容量占比约 24 . 26 图 29中国分布式光伏累计装机容量（ GW） 26 图 30 2021 年全国各省外受电量统计（单位亿千瓦时） 29 图 31全国电力交易试点省份批次 . 29 图 32中国虚拟电厂上市公司图鉴 . 29 图 33恒实科技发展历程 . 30 图 34恒实科技股权结构及变化 . 31 图 35恒实科技主营业务 . 32 图 36恒实科技能源聚合商运营管控平台总体架构 . 32 图 37恒实科技虚拟电厂交易运营平台总体架构 . 32 图 38 2017-2021 年恒实科技营业收入及增速（亿元 /） 33 图 39 2018-2021 年恒实科技归母净利润及增速（亿元 /） 33 图 40国能日新营业收入及增速（亿元 /） 34 图 41国能日新分项业务收入（亿元） . 34 图 42国电南瑞营业收入及增速（亿元 /） 35 图 43国电南瑞分项业务收入（亿元） . 35 图 44国网信通营业收入及增速（亿元 /） 36 图 45 2021 年国网信通分项业务收入（亿元 /） . 36 图 46东方电子营业收入及增速（亿元 /） 37 图 47东方电子分项业务收入（亿元） . 37 图 48远光软件营业收入及增速（亿元 /） 38 图 49远光软件分项业务收入及占比（亿元 /） 38 图 50朗新科 技营业收入及增速（亿元 /） 39 图 51朗新科技分项业务收入（亿元） . 39 请务必阅读正文后的声明及说明 4 / 42 [Table_PageTop] 计算机 /行业深度 图 52朗新科技核心业务架构 . 39 表 1各国能源目标汇总 . 7 表 2虚拟电厂发展阶段对比 . 22 表 3全国虚拟电厂试点项目 . 23 表 4中国、美国、欧洲虚拟电厂情况对比 . 26 表 5广东省虚拟电厂空间测算 . 27 表 6全国虚拟电厂空间测算 . 27 表 7全国各省电力现货交易试点进展 . 28 表 8虚拟电厂上市公司技术及资源壁垒情况汇总 . 30 请务必阅读正文后的声明及说明 5 / 42 [Table_PageTop] 计算机 /行业深度 引言 虚拟电厂豹变前夜 虚拟电厂指利用软件系统和信息通信技术，将分布式发电、储能和可控负荷资源聚 合并进行电力调度的协调优化，从而实现电力系统的供需平衡的电力管理系统。 能源供给 实现 “双碳”目标是我国发展虚拟电厂的大背景。 受政策推动，风电、 太阳能等新能源将逐渐占据未来我国电力系统的主导地位 ➢ 从能源结构上看， 目前我国电力装机仍以火电为主，风电、太阳能装机量占比 分别为 12.8和 11.5，而政策目标提出， 到 2030 年，风电、太阳能发电总装 机容量达到 12 亿千瓦以上，风电、光伏装机仍有较大的 上升 空间 ； ➢ 从风电、光伏特性上看， 以风电、 光伏为主的新能源在我国存在时空错配的特 征，新能源电站大规模装机并网后， 一方面将带来更多削峰填谷需求，另一方 面也催生了更多分布式电源和储能的建设 ，其中 2020 年 国家能源局 发布 关 于组织申报整县（市、区）屋顶分布式光伏开发试点方案的通知 后，整县光 伏加速推进，分布式光伏累计装机容量达到 78GW，同比增长 25， 分布式发 电资源呈现爆发式增长。 能源消费新能源电动车是电网稳定的“双刃剑”，可控负荷增多导致调度难度增 大。 受油价上涨影响，中国消费者由传统汽油车市场流入新能源车市场， 充电基础 设施 伴随新能源汽车 同步 发展 ，截至 2022 年 5 月，全国充电基础设施累计数量为 358.1 万台，同比增加 91.5。一方面，充电桩的大量接入将加剧电网负荷的波动性， 电力调度难度进一步上升；另一方面，电动车也为电网带来更多可控负荷，在供给 侧波动较大的情况下 ， 对可控负荷加以利用 ， 有助于 实现削峰填谷， 维持电力供需 的平衡。 在储能、分布式电源装机容量上升的趋势下，虚拟电厂 具备资源聚合能力，且建设 成本低，未来 将逐步受到重视，是我国智能电网建设的重要方向之一。 我们测算， 未来全国虚拟电厂年收益规模或将达到 870 亿元。 图 1我国虚拟电厂参与电力系统的模式 数据来源东北证券 请务必阅读正文后的声明及说明 6 / 42 [Table_PageTop] 计算机 /行业深度 1. 虚拟电厂 综述 电力市场化背景下 调控新能源 的 信息 技术 1.1. 虚拟电厂 的 概念 聚集发电、用电资源并进行优化调度的特殊电厂 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 。 图 2虚拟电厂运作模式示意图 数据来源 国网上海经研院， 36 氪研究院， 东北证券 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 。 请务必阅读正文后的声明及说明 7 / 42 [Table_PageTop] 计算机 /行业深度 图 3虚拟电厂产业链结构 数据来源东北证券 1.2. 虚拟电厂的产生碳中和背景下电力供需平衡调整 的重要手段 1.2.1. 能源 供给侧 新能源装机导致电力供给波动性 提升 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。 表 1各国能源目标汇总 国家 目标 美国 加利福尼亚州 2045 年前实现电力 100可再生； 2030 年“碳排放”将在 2005 年 的基础上减少 52，并要在 2050 年彻底实现“零排放”。 欧盟 2030 年温室气体减排 60，到 2050 年实现碳中和。 中国 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。 日本 2030 年温室气体排放量较 2013 年减排 46，在 2050 年实现碳中和； 计划 2030 年非化石能源在一次能源结构中占比 31。 澳大利亚 2030 年温室气体减排 30-35， 2050 年实现净零排放。 数据来源东北证券 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 请务必阅读正文后的声明及说明 8 / 42 [Table_PageTop] 计算机 /行业深度 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。 图 4 2014-2021年全球风电、太阳能发电量占比（ ） 图 5 2011-2021 年全球风电、太阳能装机量（ GW） 数据来源 ember Global Electricity， 东北证券 数据来源 REN21， GWEC， IEA PVPS， 东北证券 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。 图 6全球储能装机 容 量（ GW） 数据来源 前瞻产业研究院， 东北证券 0.84 1.08 1.36 1.78 2.20 2.64 3.20 3.72 3.08 3.52 3.97 4.57 4.91 5.40 6.08 6.59 0 1 2 3 4 5 6 7 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 太阳能发电占比 风电发电占比 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 太阳能装机量（ GW） 风电装机量（ GW） 0 50 100 150 200 250 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 抽水储能（ GW） 电化学储能（ GW） 其他储能（ GW） 请务必阅读正文后的声明及说明 9 / 42 [Table_PageTop] 计算机 /行业深度 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 。 图 7全球分布式太阳能光伏容量及预测（ GW） 图 8 2018 年全球分布式光伏总量前五名国家及其 规模（ GW） 数据来源 国际能源署， 东北证券 数据来源 国际能源署， 东北证券 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 。 1.2.2. 能源 需求侧 电动车等可控 负荷增加 使得负荷端控制力逐步提升 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 33 16 51 26 34 0 10 20 30 40 50 60 德国 意大利 中国 美国 日本 分布式光伏规模（ GW 请务必阅读正文后的声明及说明 10 / 42 [Table_PageTop] 计算机 /行业深度 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，能够有效降低能耗成本； 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。 图 9全球新能源汽车销量（万辆 /） 图 10 2012-2021 年中国 节能服务市场规模 （亿元） 数据来源 前瞻产业研究院， 东北证券 数据来源 中国节能协会， 前瞻产业研究院， 东北证券 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 ； 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00 0 100 200 300 400 500 600 700 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 全球新能源汽车销量（万辆） YOY 1653 2156 2650 3127 3567 4148 4774 5222 5916 6069 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 节能服务行业总产值（亿元） 请务必阅读正文后的声明及说明 11 / 42 [Table_PageTop] 计算机 /行业深度 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。 图 11虚拟电厂关键技术和研发探索 数据来源 36 氪研究院， 虚拟电厂技术现状及展望 ， 东北证券 2. 欧美虚拟电厂 商业模式略有不同，但是均被验证 2.1. 虚拟电厂发源欧洲 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。 请务必阅读正文后的声明及说明 12 / 42 [Table_PageTop] 计算机 /行业深度 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 。 图 12全球虚拟电厂发展历程 数据来源东北证券 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）。 ➢ FENIX box 与 DER 控制系统相连接 ， 以实现远程监测和控制 ； ➢ TVPP 在配电管理系统 （ DMS） 中运行 ， 主要功能包括实施发电调度、管理 DER，并 控制电压和缓解电网阻塞 。 TVPP 主要为所在地区的 配电网运营商 （ DSO） 和 输电网运营商（ TSO） 提供平衡服务和其他配套服务 ，其 功能 包括 为 VPP 运营者 提供可视化的 DER 信息 ， 优化 DER 运行 ， 并根据当地电网的运 行约束提供配套服务 。 ➢ CVPP 负责 DER 的调度和能源优化 ， 提供的服务包括在电力批发市场中进行 交易 ， 平衡交易组合 ， 以及通过提交出价和要价 ， 为 TSO 提供辅助服务 ，其 功 能 包括 对用户需求和发电潜力进行预测 ， 以优化和调度用电量。 FENIX 是全球首个集成了技术目标和市场目标的虚拟电厂项目， 开发了 可扩展和分 请务必阅读正文后的声明及说明 13 / 42 [Table_PageTop] 计算机 /行业深度 层流动的信息和通信架构，提供了成本收益分析，量化了 VPP 的经济效益，证明了 欧洲应用 VPP 的可行性， 为完善现行的 大型虚拟电厂 提供了宝贵的经验 。 图 13 FENIX 项目虚拟电厂结构 数据来源 虚拟电厂发展的国际经验及启示， 东北证券 2.2. 欧洲 虚拟电厂 最早开始 VPP 模式探索，商业化进程领先全球 2.2.1. 商业模式聚焦分布式发电资源，参与电力交易获取收益 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 。 ➢ 以德国为例，德国四家 TSO（ TenneT， 50Hertz， Amprion 和 TransnetBW）分 别负责德国四部分区域输电网的运营，同时四家运营商通过参与欧洲互联电网 （ ENTSO-E）的方 式进行跨国电力交易 ； 德国 DSO 数量超过 900 个，分别负 责德国 900 多个配电网区域 。随着分布式可再生能源（ DER）直接输入配电网， 以及 DER 的间歇性和随机性，配电网负载压力越来越大，因此上游运营商主 导的 虚拟电厂 应运而生。