华福证券：虚拟电厂蓄势待发，源网荷储联动是新型电力系统必然选择.pdf

虚拟电厂蓄势待发， 源网荷储联动 是新型电力系统必然选择 华福证券低碳研究 虚拟电厂专题报告 证券研究报告 |行业专题报告 公用事业 行业评级 强于大市 （维持评级） 2023年 08月 02日 请务必阅读报告末页的重要声明 证券分析师 汪磊 执业证书 编号 S0210523030001 研究助理 陈若西 投资要点 ➢ 虚拟电厂的核心是分布式资源的聚合与优化。 虚拟电厂并不是真实存在的电厂，而是一种智能电网技术，应用分布式 电力管理系统参与电网运行调度，实现“源 -荷 -网”聚合优化 。虚拟电厂主要可分为站控层、过程层、资源层，其中 资源层的调节能力和质量决定虚拟电厂完成调度指令的能力，工商业储能作为最优质的调节资源之一，是虚拟电厂大 发展的重要前提条件。 ➢ 需求侧纳入灵活性，源网荷储联动是新型电力系统必然选择。 虚拟电厂建设的必要性包括风电、光伏尤其是分布式 光伏的快速增加带来的填谷需求，负荷峰值屡创新高带来的削峰需求，以及充电桩等新型负荷增加使得负荷侧管理难 度加大。当前，虚拟电厂可以通过需求侧响应、辅助服务市场和电力现货市场获得收益。 ➢ 极端天气频发，电力供应偏紧，虚拟电厂蓄势待发。 持续高温天气下，全国用电负荷屡创新高，电力供需呈紧平衡态 势， 如果出现长时段大范围极端高温天气， 保供压力更甚。中电联 预计， 2023年正常气候情况下，夏季全国最高用 电负荷约为 13.7亿千瓦左右，同比增加 8000万千瓦；如果出现长时段大范围极端高温天气，全国最高用电负荷可能 将同比增加近 1亿千瓦。 电力供需紧平衡下，迫切需要需求侧调节发挥作用，尤其以虚拟电厂的形式参与电力保供。 ➢ 预计到 2025年，虚拟电厂投资规模 在 330-550亿 元，运营市场规模在百亿元级别。 我们测算，虚拟电厂投资强度 675元 /千瓦条件下，要完成需求侧响应能力达到最大负荷 3-5的目标，到 2025年虚拟电厂 /需求侧响应所需的总 投资额为 330/550亿元。同时我们测算，在一定假设条件下，虚拟电厂运营商通过辅助服务市场和电力现货市场获利 的市场规模分别为 108和 111亿元。由于二者存在较大重合，综合来看，到 2025年，虚拟电厂运营市场规模或将在百 亿元级别。 ➢ 投资建议 电网信息化类公司有望率先受益，建议关注 东方电子、国网信通、恒实科技 ；用电解决方案类公司形态将 进一步演变，建议关注 安科瑞、苏文电能 ；聚合运营类公司长坡厚雪，建议关注 芯能科技、中新集团、南网能源、朗 新科技 。 ➢ 风险提示 政策推进不及预期；项目推进不及预期；市场竞争加剧；研究报告中使用的公开资料可能存在信息滞后或 更新不及时的风险。 2 ◼ 虚拟电厂是什么 ◼ 为什么需要虚拟电厂 ◼ 虚拟电厂如何创造收益 ◼ 虚拟电厂市场规模测算 ◼ 相关标的 ◼ 风险提示 目 录 3 虚拟电厂是什么分布式资源的聚合与优化 ➢ 虚拟电厂概念最早起源于 1997年虚拟公共设施新兴产业的描述、技术与竞争力一书中对虚拟公共设施的定义， 虚拟公共设施即通过独立且以市场为驱动的实体间开展灵活合作，参与合作的实体无需拥有相应资产便可为消费者提供 所需服务，虚拟电厂便是在此概念基础上进行拓展延伸。 4 ➢ 根据虚拟电厂的概念和发展一文，虚拟电 厂（ virtual power plant，简称 VPP）是通过 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、充电桩 等分布式能源的聚合和协调优化，以作为一个 特殊电厂参与电力市场和电网运行的电源协调 管理系统。 虚拟电厂并不是真实存在的电厂， 而是一种智能电网技术，应用分布式电力管理 系统参与电网运行调度，实现“源 -荷 -网”聚 合优化 。 资料来源古瑞瓦特，华福证券研究所 虚拟电厂是什么结构 站控层 过程层 资源层 ➢ 站控层虚拟电厂的大脑，与大电网连接的枢纽 虚拟电厂站控层包括 SCADA系统、优化计算模块、结算 管理模块等。对上，站控层接收大电网中电力调控中心 下发的调峰、调频等指令；对下，站控层与智能终端进 行数据通信，获取接入资源的数据，建立用户资源模型 ，基于所采集的数据实现对资源灵活性预测、聚合与解 聚的优化计算，并向智能终端下发优化结果。 ➢ 过程层实现对资源数据的采集、测量和控制 虚拟电厂过程层安装在用户资源现场的数据采集、通信 及控制设备柜，主要由数据终端组成。对上，过程层向 站控层通过通信远程传送运行数据，并接收站控层下发 的控制指令；对下，过程层实现对接入资源实时运行数 据的采集和测量，并下发控制指令。 ➢ 资源层虚拟电厂的基础单元 资源层主要包括各类具备调节能力的分布式资源，是站 控层建立虚拟电厂模型的基础，也是执行优化调度指令 的最终主体。 5 资料来源刘健等 虚拟电厂关键技术及其建设实践 ，华福证券研究所 虚拟电厂是什么结构 可调节性是资源层的核心 ➢ 资源层的调节能力和质量决定虚拟电厂完成调度指令的能力， 工商业储能作为最优质的调节资源之一，是虚拟电厂大发 展的重要前提条件。 源目前接入资源以分布式光伏为代表，自身不具备调节能力，可和工商业负荷视为整体，构成一个可调节负荷。 荷可调节负荷各有自身能力限制，工业负荷往往受生产计划强制约，且响应速度慢；空调负荷在时间维度不可平移， 基本没有填谷能力，且受用户体验和天气等因素限制，可调节范围有限；充电桩作为直接面向 C端的负荷，其调节能力 不可预测性较强。 储 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。 6 资料来源北极星电力网，华福证券研究所 资源 分类 代表资源 向上调节能力（填谷） 向下调节能力（削峰） 可调节负荷 工业 连续性工业 较弱，受生产计划限制非连续性工业 较强，受生产计划限制 建筑 公共、商用、居民建筑中 的空调资源 弱 有一定调节能力 交通 新能源汽车 /充电桩 中等，受用户行为限制 储能 机械储能 抽水蓄能、飞轮储能 强 强化学储能 铅酸电池、钠硫电池电磁储能 超级电容、超导储能 相变储能 分布式电源 小型燃机、小型光伏和小型风电、水电、生物质、燃料 电池 新能源几乎无调节能力 图表虚拟电厂常见资源情况 虚拟电厂是什么技术 协调控制 智能计量 信息通信 ➢ 虚拟电厂 所需核心技术主要包括协调控制技术、智能计量技术和信息通信技术。 7 资料来源吴晓刚等 “ 双碳 ” 目标下虚拟电厂关键技术与建设现状 ，王宣元等 虚拟电厂参与电网调控与市场运营的发展与实践 ，华福证券研究所 协调控制技术 持续优化 建模聚合、调控优化、分析 预测 等方面技术，深化研究 交易模型 、出清、结算 等技术 预测及风险管理 调度 控制 内部结算机制 智能计量技术 对 精细化 智能计量技术进行研 究，提升虚拟电厂实际调节量 的准确性 自动抄表技术 智能计量管理技术 数字孪生技术 信息通信技术 随着可调节资源接入规模的增长，需 要建立 安全、高效 的信息通信体系 边缘计算 云计算 D2D（设备到设备）通信 时延控制技术 ◼ 虚拟电厂是什么 ◼ 为什么需要虚拟电厂 ◼ 虚拟电厂如何创造收益 ◼ 虚拟电厂市场规模测算 ◼ 相关标的 ◼ 风险提示 目 录 8 为什么需要虚拟电厂风光快速增加带来的填谷需求 ➢ 风光装机快速增长，加剧电力系统不可控性。 截至 2023H1，我国风电装机 389.21GW，太阳能装机 470.67GW，风光 合计占总装机的 31.76。其中， 2023年 H1我国风电新增装机 22.99GW，对比 22年同期新增 12.94GW，同比 77.67 ；太阳能新增装机 78.42GW，对比 22年同期新增 30.88GW，同比 153.95，风、光均加速增长。新能源出力主要受 来风、来光影响，人为干预作用小。因此，当新能源出力与负荷用电特性不吻合时，便存在新能源电力消纳问题，处理 不当会引发电力系统安全事故，且造成投资的浪费。 ➢ 光伏建设速度远超风电，分布式光伏成为主力。 2022年我国光伏装机首次超过风电，其中分布式功不可没。 2022年分 布式光伏新增装机 51.11GW，占当年全部光伏新增的 58.48；截至 23H1，分布累计装机达 198.23GW。分布式建设 、选址简单，项目周期短，装机提升快。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， 山东、河南等分布式装机大省已出台分布式配储文件。 9 资料来源国家能源局， Wind，北极星电力网。华福证券研究所 图表 2018-2023H1风光累计装机 图表 2018-2023Q1新增分布式光伏装机 为什么需要虚拟电厂风光快速增加带来的填谷需求 ➢ “鸭子曲线”变“峡谷曲线”，光伏增加带来填谷需求。 “鸭子曲线”最早由美国加州电网运营商 CAISO提出，即在光 伏出力高峰的中午，净负荷曲线下降，随后在晚上光伏发电量下降时净负荷急剧上升。随着光伏装机增加， CAISO的净 负荷曲线出现了向“峡谷曲线”的转变，即中午净需求更低，跌至零值甚至负值；傍晚负荷增加更加陡峭，其他电源必 须快速爬坡出力以适应负荷的急剧攀升。 ➢ 国内以山东为代表的部分省份同样有明显的填谷需求。 山东 装机结构与 CAISO相似，截至 22年底，光伏装机占比达到 22.5。在 2023年五一假期期间，山东省内用电负荷下降约 15，引发连续负电价现象。 值得注意的是， 4月 29日 -5月 1日现货价格曲线形状类似鸭子曲线，期间 10时 -15时负电价出现尤为频繁，而该时段为光伏发电高峰 。结合此前山东 将中午时段划分为电价深谷时段，新能源装机增加改变了原有的负荷曲线，使得新能源集中大发时段，电网净负荷出现 了一个深谷，需要对负荷进行时间上的转移（填谷）以平滑变化、促进新能源消纳。 10 资料来源山东电力交易中心，中和储能，华福证券研究所 图表 CAISO“鸭子曲线”和“峡谷曲线” 图表 山东 4月 29日 -5月 3日实时现货价格曲线（元 /MWh） 为什么需要虚拟电厂负荷峰值屡创新高带来的削峰需求 ➢ 第三产业和居民用电增速快于工业，负荷峰值增速大于用电量增速。 近十年 以来，我国第二产业增速相对较低，在用电结构占比明显降低，从 2013年的 73下降至 2022年的 66，第三产业和城乡居民生活用电占比之和则由 2013年的 25提高至 2022年的 33。 ➢ 用电结构变化带来负荷新变化 1）日负荷峰谷差更大； 2）受极端天气和消 费能力等因素影响，年负荷曲线呈现夏、冬双高峰特征 ； 3）第二产业用电 负荷稳定、持续，第三产业和居民用电波动性较强且时段集中效应明显，对 于固定时段最大负荷的拉动效果强于对全时段用电量的拉动效果，因此用电 结构变化下，全社会最大负荷增速将显著高于用电量增速，需要负荷进行时 间上的转移（削峰）以保障电力供应。中电联 预计 2023年正常气候情况下， 夏季全国最高用电负荷为 13.7亿千瓦左右，同比增加 8000万千瓦 ， 如果出现 长时段大范围极端高温天气，全国最高用电负荷可能同比增加近 1亿千瓦 。 11 图表 2013-2022我国各产业用电量增速（ ） 图表 2022年我国用电结构 图表四川省化学纤维业、住宿餐饮业、居 民生活用电（由上至下）典型日负荷曲线 资料来源国家能源局， Wind，任志超等 三次产业用电特性及负荷结构研究 ，华福证券研究所 为什么需要虚拟电厂充电桩等新型负荷使得负荷侧复杂程度提升 ➢ 充电桩保有量随新能源汽车快速提升，改变配电网形态。 截至 2023H1，我国公共充电桩保有量为 214.86万台，同比 40.63。 2023H1，新能源汽车销量同比 44.13，保持快速增长，可以预见未来随新能源汽车销量继续快速提升， 充电桩保有量将持续增加。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。 ➢ 充电桩加剧居民生活用电负荷峰值提升。 充电桩对配电网的影响主要包括 （ 1）充电桩用电高峰同样是居民原有用电 高峰，会导致原有负荷峰值继续提升，产生时间短、量级高的尖峰负荷；（ 2）按尖峰负荷配置变压器容量，导致其余 时间资源闲置；（ 3）充电负荷波动带来网络损耗等。 ➢ 因此， 充电桩的发展导致了削峰填谷需求的增加，但同时充电桩和新能源汽车本身是良好的可调节负荷， 如能通过虚拟 电厂进行聚合和优化，是降低充电成本和降低电网投资的双赢之选。 12 资料来源 Wind，袁蓓等 分散式充电桩接入对低压配电网运行及规划影响分析 ，华福证券研究所 图表 2016-2023H1新能源汽车销量 图表 2016-2023H1公共充电桩保有量 图表 不同数量新能源汽车接入对配 变日负荷的影响 为什么需要虚拟电厂实现用户侧和电力系统高度灵活互动的远期目标 ➢ 2023年 6月，国家能源局发布 新型电 力系统发展蓝皮书 ，标志着新型电力 系统建设进入全面启动和加速推进的重 要阶段。 ➢ 蓝皮书 提出“柔性灵活”是新型 电力系统四大基本特征之一， 是构建新 型电力系统的重要支撑 ，随着分布式电 源、多元负荷和储能的广泛应用，大量 用户侧主体兼具发电和用电双重属性， 终端负荷特性由传统的刚性、纯消费型 ，向柔性、生产与消费兼具型转变， 源 网荷储灵活互动和需求侧响应能力不断 提升。 ➢ 蓝皮书提出新型电力系统转型加速期（ 当前 -2030年）用户侧目标之一为电力 消费新模式不断涌现， 分散化需求响应 资源进一步整合，用户侧灵活调节和响 应能力提升至 5 以上，促进新能源就 近就地开发利用和高效消纳 。远期，将 实现用户侧与电力系统高度灵活互动。 13 资料来源国家能源局，华福证券研究所 图表新型电力系统演变路径 为什么需要虚拟电厂需求侧响应能力力争达到最大负荷的 3-5 ➢ 需求侧响应能力建设目标明确。 十四五前， 虚拟电厂停留在个别地区、项目试点阶段， 一是新能源装机占比不高，电力系统对灵活 性资源需求不强；二是缺乏量化目标。 2022年， “ 十四五”现代能源体系规划 提出，力争到 2025 年，电力需求侧响应 能力达到最大负荷的 3～ 5，其中华东 、华中、南方等地区达到最大负荷的 5左 右。 ➢ 虚拟电厂政策密集发布，成为新型电力系统 建设的重要一环，政策力度有望持续加大。 7月 11日，全面深化改革委员会第二次会议 召开，审议通过了 关于深化电力体制改革 加快构建新型电力系统的指导意见 。会议 强调，要健全适应新型电力系统的体制机制 ，推动加强电力技术创新、市场机制创新、 商业模式创新。虚拟电厂作为促进新能源消 纳的重要环节和电力商业模式创新的重要形 式，后续政策支持力度有望持续加大。 14 资料来源政府网站，华福证券研究所 时间 政策文件 部门 主要内容 2021 关于推进电力源网荷储 一体化和多能互补发展的 指导意见 发改委、能源 局 充分发挥负荷侧的调节能力。依托“云大物移智链”等技术，进一步 加强源网荷储多向互动，通过虚拟电厂等一体化聚合模式，参与电力 中长期、辅助服务、现货等市场交易，为系统提供调节支撑能力。 2021 关于加快推动新型储能发展的指导意见 发改委、能源局 积极支持用户侧储能多元化发展。鼓励围绕分布式新能源、微电网、 大数据中心、 5G基站、充电设施、工业园区等其他终端用户，结合体 制机制综合创新，探索智慧能源、虚拟电厂等多种商业模式。 2021 能源领域 5G应用实施方案 发改委、能源局等四部门 依托 5G网络实现电、气、冷、热多种能源灵活接入，重点开展生产控 制、分布式能源管理、虚拟电厂、智能巡检与运维等典型业务场景 5G 深度应用，支撑构建灵活互动、开放共享的综合能源创新服务体系。 2021 电力系统辅助服务管理办法（征求意见稿） 能源局 有偿电力辅助服务可通过固定补偿或市场化方式提供，鼓励采用竞争 方式确定承担电力辅助服务的并网主体。积极推进新型储能、用户可 调节负荷、聚合商、虚拟电厂等资源参与电力辅助服务。 2022 “十四五”现代能源体系规划 发改委、能源局 开展工业可调节负荷、楼宇空调负荷、大数据中心负荷、用户侧储能、 新能源汽车与电网（ V2G）能量互动等各类资源聚合的虚拟电厂示范。 力争到 2025 年，电力需求侧响应能力达到最大负荷的 3～ 5，其 中华东、华中、南方等地区达到最大负荷的 5左右。 2022 2022年能源工作指导意见 能源局 提升能源需求侧响应能力。健全分时电价、峰谷电价，支持用户侧储 能多元化发展，充分挖掘需求侧潜力，引导电力用户参与虚拟电厂、 移峰填谷、需求响应。 2022 2022年能源监管工作要点 能源局 深化电力市场机制建设，建立用户参与的辅助服务分担共享机制，全 面推动高载能工业负荷、工商业可调节负荷、新型储能、电动汽车充 电网络、虚拟电厂等参与提供辅助服务。 2022 关于完善能源绿色低碳 转型体制机制和政策措施 的意见 发改委、能源 局 完善电力需求响应机制。拓宽电力需求响应实施范围，通过多种方式 挖掘各类需求侧资源并组织其参与需求响应，支持用户侧储能、电动 汽车充电设施、分布式发电等用户侧可调节资源，以及负荷聚合商、 虚拟电厂运营商、综合能源服务商等参与电力市场交易和系统运行调 节。 2022 关于进一步推进电能替代的指导意见 发改委、能源局、等十部门 推进“电能替代 综合能源服务”模式，鼓励电动车 V2G、大数据中心、5G数据通讯基站等利用虚拟电厂参与系统互动。 2023 电力需求侧管理办法 （修订版） （征求意见 稿） 发改委 逐步形成占年度最大用电负荷 3左右的需求侧机动调峰能力，保障非严重缺电情况下的电力供需平衡。 2023 中央全面深化改革委员会第二次会议 深改委 要健全适应新型电力系统的体制机制，推动加强电力技术创新、市场机制创新、商业模式创新。 ◼ 虚拟电厂是什么 ◼ 为什么需要虚拟电厂 ◼ 虚拟电厂如何创造收益 ◼ 虚拟电厂市场规模测算 ◼ 相关标的 ◼ 风险提示 目 录 15 虚拟电厂如何创造收益需求侧响应 ➢ 虚拟电厂的三个收益来源需求侧响应、辅助服务市场、电力现货市场 ➢ 当前我国虚拟电厂处于邀约型向市场型过渡阶段。 邀约型阶段主要由政府部门或调度机构牵头组织，发出邀约信号，虚 拟电厂组织资源进行响应，并获得容量 /电量补贴。我国多个省份出台了需求响应细则，其中以江苏、上海、广东等省 市开展得较好。 ➢ 需求侧响应补贴单价高但频率低，市场化程度低。 需求响应以削峰为主，主要发生在迎峰度夏期间，主要目的在于保供 。以广东省为例， 2022年全年开展 9次日前邀约型市场化需求响应（均发生在 7月和 8月）；最大削峰负荷 277万千瓦， 最大响应申报量 609万千瓦；有效响应调用收益 1.63亿元。可以看到，虽然补贴最高达到 5元 /千瓦时（可中断负荷）， 但需求响应并非常态化进行，发生频率较低，有很强的计划色彩。因此随着我国电力市场体制建设逐渐完善，虚拟电厂 也正从邀约型阶段向市场型阶段过渡。 16 资料来源人民日报，北极星电力网，各省政府网站，华福证券研究所 阶段 邀约型阶段 市场型阶段 跨空间自主调度型阶段 特点 在没有电力市场的情况下， 由政府部门或调度机构牵 头组织，各个聚合商参与， 共同完成邀约、响应和激 励流程。 虚拟电厂聚合商以类 似于实体电厂的模式， 参与电力市场获得收 益。同时也会存在邀 约型模式，其邀约发 出的主体是系统运行 机构。 随着虚拟电厂聚合的资源 种类越来越多、数量越来 越大、空间越来越广，此 时可称之为“虚拟电力系 统”，其中既包含可调负 荷、储能和分布式电源等 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。 获利渠道 需求侧响应 电能量现货市场、辅 助服务市场和容量市 场 电能量现货市场、辅助服 务市场和容量市场等 代表项目 江苏、上海、广东等地开展的需求侧响应 国网冀北虚拟电厂 德国 Next Kraftwerke 时间 省份 文件 补偿标准 2022/10 江苏 江苏省电力需求响应实 施细则（修订征求意见 稿） 对通过需求响应临时性减少（错避峰）的负荷按 照其响应调控时间和响应速度执行可中断负荷电 价，响应速度系数取值为 0.8-3，调控时长对应 电价标准为 10-15元 /kW；对通过需求响应临时 性增加（填谷）负荷，约定响应谷时段可再生能 源消纳补贴为 5元 /千瓦，平时段补贴为 8元 /千瓦。 2022/6 山东 2022年全省电力可中断负荷需求响应工作方案 紧急型需求响应按响应速度分三档，容量补偿每 响应 1千瓦负荷不超过 2/3/4元 /千瓦 .月，电量补 偿根据实际响应量和现货市场价格计算。 2022/4 广东 广东省市场化需求响应实施细则（试行） 日前邀约申报价格上限为 3500元 /MWh，申报可 响应容量下限 0.3MW；可中断负荷申报价格上限 为 5000元 /MWh，申报可响应容量下限为 0.3MW。 2021/6 浙江 关于开展 2021年度电力需求响应工作的通知 日前削峰电量补贴 4元 /千瓦时封顶，日内削峰电 量补贴固定 4元 /千瓦时，容量补贴 0.1-1元 /千瓦 . 月；填谷容量补贴 5元 /千瓦 .日。 图表虚拟电厂的三个发展阶段 图表部分沿海省份需求响应细则 虚拟电厂如何创造收益辅助服务市场 ➢ 新型电力系统持续催生对辅助服务的需求。 传统电源（火电、水电等）具备一定的调节能力，而新能源存在出力波动、 无功缺失等特性，导致高比例新能源装机电力系统对电力辅助服务的需求提升。根据国家能源局数据， 2019H1我国辅 助服务费用占总电费比例为 1.47；根据中国能源报，这一比例在近两年上升至 2.5；根据国际经验，辅助服务费用一 般占社会总电费的 3以上，随着新能源大规模接入还将不断增加。因此，预计辅助服务市场规模将以高于用电量增速 的速度增长。 ➢ 虚拟电厂主要发挥调峰、调频作用。 2021年 12月，国家能源局修订发布电力辅助服务管理办法，确指出电力用户 可通过委托虚拟电厂代理的形式参与电力辅助服务市场 ，此后 多地在电力辅助服务细则中对虚拟电厂 /负荷聚合商参与 辅助服务的条件、补偿方式予以明确 。当前，虚拟电厂主要功能是电能量的时间转移，对应调峰服务；未来随着工商业 储能渗透率提升，虚拟电厂有望在调频服务取得更大突破。从 2023H1全国辅助服务运行数据看，调峰、调频是辅助服 务费用的主体，费用合计占比达到 80。 17 资料来源国家能源局，中国能源报，华福证券研究所 图表 辅助服务费用占总电费比例 图表 2023H1各类 辅助服务费用结构 虚拟电厂如何创造收益电力现货市场 ➢ 现货试点不断推进，全国推行大势所趋。 2017年，南方、蒙西、浙江、山西、山东、福建、四川、甘肃等八个地区成 为第一批现货试点地区，目前首批试点地区均已完成长周期结算试运行； 2022年，第二批 6个试点地区启动试运行；此 外，宁夏、陕西、河北南网等非试点地区也出台现货方案，推动现货市场建设。目前，国家电网公司经营区已有 20个省 级电网开展现货市场试运行，南方区域电力现货市场也已进入五省区全模型试运行。 ➢ 现货模式下收益波动性更强，对虚拟电厂交易能力提出要求。 现货市场全天 96个报价时点，报价上下限幅度相对较宽， 价格波动频次高、幅度大，较难进行预测。从山东省 2022年 2月 -2023年 1月共 1年的现货价格情况看，连续四小时区间 内，最低价和最高价出现最多的分别是 10-13时和 17-20时，但最低价和最高价落在这两个区间外的概率分别为 46和 45，即如果采用固定的 4小时区间调峰策略，有近半的概率无法获得完整价差套利。因此，虚拟电厂参与现货套利获 得收益，需要有较强的计算能力、预测能力和交易能力。 18资料来源北极星电力网，储能与电力市场，华福证券研究所 图表山东 2022年 2月 -2023年 1月现货高低电价 出现时段及频次 图表省级现货市场推进情况 虚拟电厂案例冀北虚拟电厂 国内首个市场型项目 ➢ 冀北虚拟电厂系国内首个 虚拟电厂市场化交易 落地项目，该项目 由国 网冀北电力有限公司建设， 2019年 12月正式投运 。 冀北虚拟电厂累 计聚合蓄热式电采暖、智慧楼宇、可调节工商业等 11类可调节资源， 总容量 358MW，最大调节能力 204MW。 ➢ 虚拟电厂采用工业物联网云管边端体系架构 云部署 VPP智能管控平台，研发了资源建模、智能聚合、调 控优化、市场交易、运营评估等功能算法， 与调度、电力交易 、营销系统建立接口 管通过 4G、 5G等移动通信网络实现信息闭环安全传输 边设置即插即用的边缘网关，实现资源通过物联网标准协议 接入平台 端设用用户侧智能终端 /用户侧管理平台，包括直控和分控两 种控制模式 ➢ 目前冀北虚拟电厂商业运营主要参与华北调峰辅助服务市场， 截至 2022年 11月初，冀北虚拟电厂已在线连续提供调峰服务超过 4800小 时，累计增发新能源电量 3701万千瓦时；虚拟电厂运营商和用户总收 益达 673.70万元，平均度电收益 182元 /兆瓦时。 19 资料来源王宣元等 虚拟电厂参与电网调控与市场运营的发展与实践 ，华福证券研究所 图表冀北虚拟电厂架构 图表冀北虚拟电厂典型日运行曲线 虚拟电厂案例南方区域虚拟电厂 首个跨省区域级项目 ➢ 近日，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， 标志着我国首个区域级虚拟电厂投入运行。 南方电网虚拟电厂由“粤能投”虚拟电厂升级而来 “粤能投”虚拟电厂管理平台于 2022年 4月开放上线，是作为南方电网第一个实用化负荷聚合虚拟电厂和广东首 个虚拟电厂商业性运转平台。该平台聚合光伏、储能、充换电站、空调、工商业负荷等各类用户侧资源，参与广 东省交易中心市场化 需求响应市场 。 升级后的南方电网分布式源荷聚合服务平台，现已聚合广东、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。 该平台实现大范围、多资源参与直控型需求响应、车网互动调节、二次调频辅助服务等新突破， 同 时还面向用户提供数字代维、智慧能管、市场交易等用能服务。 20 资料来源东方电子，南方电网，华福证券研究所 图表广州虚拟电厂管理平台 图表南方电网首个 V2G示范项目 ◼ 虚拟电厂是什么 ◼ 为什么需要虚拟电厂 ◼ 虚拟电厂如何创造收益 ◼ 虚拟电厂市场规模测算 ◼ 相关标的 ◼ 风险提示 目 录 21 虚拟电厂市场空间测算预计到 2025年投资规模为 330-550亿元 ➢ 从投资端看虚拟电厂规模 计算逻辑假设需求侧响应投资和虚拟电厂投资等效，投资规模 全社会最大用电负荷 *需求侧响应能力占比 *需 求侧响应能力单位投资 （ 1）根据中电联预测，到 2025年全社会最大用电负荷为 16.3亿千瓦； （ 2）根据 “ 十四五”现代能源体系规划 ，力争到 2025 年，电力需求侧响应能力达到最大负荷的 3～ 5 ，假设保守情况下 2025年需求侧响应能力达到最大负荷的 3，乐观情况下达到最大负荷的 5； （ 3）根据国家电网测算，如果通过火电厂满足 5的峰值负荷需要投资 4000亿元，而通过虚拟电厂实现这一目 标仅需投资 500亿 -600亿元。假设满足 5的峰值负荷需要虚拟电厂投资 550亿元，倒算得到需求侧响应单位投资 为 675元 /千瓦。 ➢ 测算得到，到 2025年，保守情况下虚拟电厂 /需求侧响应总投资额为 330亿元，乐观情况下总投资额为 550亿元。 22 资料来源国家能源局，中电联，国家电网，华福证券研究所 图表满足 5峰值负荷所需火电 vs虚拟电厂投资（亿元） 图表测算到 2025年虚拟电厂投资规模 保守情况 乐观情况 全社会最大用电负荷（ GW） 1630 1630 需求侧响应能力占比 3 5 需求侧响应单位投资（元 /千瓦 675 675 需求侧响应总投资（亿元） 330 550 虚拟电厂市场空间测算预计 2025年运营规模在百亿元级别 ➢ 从运营端看虚拟电厂规模 辅助服务市场下 （ 1）根据中电联预测，到 2025年全社会用电量为 9.5亿千瓦时； （ 2）假设平均用电价格为 0.65元 /千瓦时； （ 3）根据中国能源报，我国近两年辅助服务费用占全社会用电费比重上升至 2.5，假设该比例未来随新能源装机 增加进一步提高，到 2025年提升到 3.5； （ 4）假设虚拟电厂收入占辅助服务市场的 10； （ 5）虚拟电厂运营商分成比例取 20-80。 ➢ 测算得到，通过辅助服务市场获利模式下，当虚拟电厂运营商分成比例为 50时，虚拟电厂 2025年运营市场规模为 108 亿元。 23 资料来源国家能源局，中电联，华福证券研究所 图表测算辅助服务市场 2025年虚拟电厂运营收益规模 虚拟电厂运营商分成比例 20 30 40 50 60 70 80 全社会用电量（亿千瓦时） 95000 95000 95000 95000 95000 95000 95000 平均用电价格（元 /千瓦时） 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 辅助服务费用占电费比重 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 辅助服务费用（亿元） 2161 2161 2161 2161 2161 2161 2161 虚拟电厂占比 10 10 10 10 10 10 10 虚拟电厂收益规模（亿元） 216 216 216 216 216 216 216 虚拟电厂运营商收益规模（亿元） 43 65 86 108 130 151 173 虚拟电厂市场空间测算预计 2025年运营规模在百亿元级别 ➢ 从运营端看虚拟电厂规模 电力现货市场下 （ 1）根据中电联预测，到 2025年全社会用电量为 9.5亿千瓦时； （ 2）假设现货交易电量占全社会用电量的 10； （ 3）现货市场并非时时存在价差，假设虚拟电厂单日可进行 4小时电量的套利（参考工商业 2h储能系统两充两放 策略），参考近期代理购电峰谷价差，假设平均峰谷价差为 0.7元 /千瓦时； （ 4）假设虚拟电厂套利电量占现货市场可套利电量的 20； （ 5）假设虚拟电厂运营商分成比例取 20-80。 ➢ 测算得到，通过电力现货市场获利模式下，当虚拟电厂运营商分成比例为 50时，虚拟电厂 2025年运营市场规模为 111 亿元。 ➢ 辅助服务和电力现货两种获利途径存在部分重合关系，电力现货基本对最大的辅助服务品种 调峰服务形成替代。无 论通过哪种途径获得收益，我们测算当运营商分成比例为 50时， 2025年虚拟电厂运营市场规模均在百亿元级别。 24 资料来源国家能源局，中电联，华福证券研究所 图表测算电力现货市场 2025年虚拟电厂运营收益规模 虚拟电厂运营商分成比例 20 30 40 50 60 70 80 全社会用电量（亿千瓦时） 95000 95000 95000 95000 95000 95000 95000 现货交易占比 10 10 10 10 10 10 10 单日可套利时段（ h） 4 4 4 4 4 4 4 平均峰谷价差（元 /千瓦时） 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 虚拟电厂占比 20 20 20 20 20 20 20 虚拟电厂收益规模（亿元） 222 222 222 222 222 222 222 虚拟电厂运营商收益规模（亿元） 44 67 89 111 133 155 177 ◼ 虚拟电厂是什么 ◼ 为什么需要虚拟电厂 ◼ 虚拟电厂如何创造收益 ◼ 虚拟电厂市场规模测算 ◼ 相关标的 ◼ 风险提示 目 录 25 谁从虚拟电厂建设中受益 ➢ 我们把虚拟电厂相关企业分为三类 ➢ 1）电网信息化类有望率先受益 该类公司面向电网长期从事电力信息化业务，对电力调度、交易、营销有较为深刻的 理解，在站控层面的和 【 聚合调控设计 】 和 【 打通大电网 】 上较有优势。此外，该类公司有望直接受益于电网虚拟电厂 试点项目建设和虚拟电厂调度平台建设，预计电网侧虚拟电厂业务推进相对更快，但该类业务往往为项目制，有一定波 动性。建议关注 东方电子、国网信通、恒实科技 。 ➢ 2）用电解决方案类 形态有望进一步 演变 该类公司作为用电解决方案供应商，深耕用电侧，有一定的技术实力和丰富 的工商企业资源，其优势在控制层面的 【 智能终端 】 和资源层面的 【 用户侧资源 】 。建议关注 安科瑞、苏文电能 。 ➢ 3）聚合运营类长坡厚雪 该类公司原为用户侧分布式能源运营商（分布式光伏、工商业储能、充电桩等），向前可围 绕已有的工商业客户资源拓展运营品种和服务类型，并在技术实力加持下进行跨用户聚合，形成虚拟电厂运营商。该类 企业优势主要在资源层面的 【 用户侧资源 】 和 【 运维能力 】 。建议关注 芯能科技、中新集团、南网能源、朗新科技 。 26 东方电子 电力自动化代表企业，已有多个虚拟电厂案例 ➢ 深耕电力自动化多年，国内最早进入配电领域的企业之一。 公司产品体系覆盖发、输、变、配、用电全环节，培育出了 涵盖调度自动化、集控站、变电站保护及综合自动化、配电自动化、配电一二次融合、网络安全装置、综合能源、电力 电子设备、电能表及计量系统等系列产品和全面解决方案，在电力行业“源 -网 -荷 -储”等各个环节形成了完整的产业链 布局。公司实控人为烟台市国资委， 2007-2022年持续保持营收、利润双增长。 ➢ 南方电网虚拟电厂建设者，已有多个层级虚拟电厂案例。 公司目前在园区级、负荷聚合商级和城市级三个层级开展虚拟 电厂业务 1）园区级典型项目广州明珠工业园虚拟电厂管理平台，为国家重点研发计划项目 “工业园区多元用户 互动的配用电系统关键技术研究与示范”低碳绿色项目的一部分，该项目被工信部评为国际领先水平； 2）“粤能投”虚 拟电厂管理平台，在 2022年升级为南方电网虚拟电厂，为目前国内规模最大的市场化运营的虚拟电厂； 3）广州市虚拟 电厂管理平台，与广州供电局共同设计研发，于 2021年 8月完成首次运行，目前已接入负荷聚合商 33家，邀约响应能力 约 1333MW。目前公司虚拟电厂的项目主要包括为客户提供能源管控系统、相应设备、工程实施和后期运维服务。 27 资料来源公司官网，公司财报，华福证券研究所 图表 广州虚拟电厂管理平台情况 图表公司 2022年营业收入结构 国网信通背靠国家电网，推动信息通信与能源深度融合 ➢ 背靠国家电网，提供云网融合一体化服务。 公司定位于“ 数字底座 能源应用”，以成为能源互联网领域国内领先 的云网融合技术产品提供商和运营服务商为目标，提供覆 盖电力数字化应用、企业数字化应用、云网基础设施在内 的“云网融合”运营一体化服务，依托电力市场，积极拓 展能源、金融、政务等行业用户，助力能源互联网建设和 企业数字化转型。 ➢ 牵头建设国网“营销 2.0