国信证券：大国碳中和之新型电力系统-灵活性调节需求释放，虚拟电厂大有可为.pdf

请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 证 券 研 究 报 告 | 2023年 08月 15日 超 配大 国 碳 中 和 之 新 型 电 力 系 统 灵 活 性 调 节 需 求 释 放 ， 虚 拟 电 厂 大 有 可 为 核 心 观 点 行 业 研 究 行 业 专 题 公 用 事 业 超 配 维 持 评 级 证 券 分 析 师 黄 秀 杰 证 券 分 析 师 郑 汉 林 021-61761029 0755-81982169 huangxiujieguosen.com.cn zhenghanlinguosen.com.cn S0980521060002 S0980522090003 市场走势 资料来源Wind、国信证券经济研究所整理 相关研究报告 公用环保202308 第2 期-山西、山东完善辅助服务相关政策， 欧洲天然气价格大涨 2023-08-14 公用环保2023 年8 月投资策略-绿证全覆盖促进绿电消费，消 纳权重稳步提升 2023-08-06 公用环保202307 第5 期-23H1 光伏发电装机加速，天然气消费 量同比增长5.6 2023-07-31 绿电行业专题-多重因素边际改善，绿电板块有望迎来修复 2023-07-24 公用环保202307 第4 期-公用环保板块基金持仓梳理，全国累 计发电装机同比提高10.8 2023-07-23 新 一 轮 电 改 启 动 ， 聚 焦 新 型 电 力 系 统 建 设 ， 灵 活 调 节 需 求 释 放 。新一轮电 改聚焦于加快构建新型电力系统，而提升电力系统灵活性是重要方向， 尤其是在未来高比例新能源接入电网后，由于新能源具有间歇性、随机 性特征，将导致电力系统转动惯量减小、频率调节能力降低等问题，快 速消耗电力系统灵活调节资源，驱动灵活调节需求加快释放。 虚 拟 电 厂 聚 合 多 种 灵 活 性 资 源 ， 经 济 性 、 灵 活 性 优 势 突 出 。虚拟电厂可聚 合分布式光伏、储能、可调负荷等多种用户侧灵活性资源，通过调度灵 活性资源实现削峰填谷并提供辅助服务，保障电网安全稳定运行。与灵 活性改造后的火电机组、抽水蓄能、燃气发电等灵活性资源相比，虚拟 电厂具有爬坡速率快、可自由组合容量、投资成本低等优势。 虚 拟 电 厂 盈 利 来 源 多 元 ， 多 重 因 素 催 化 加 速 市 场 规 模 扩 张 。 虚拟电厂可通 过提供削峰填谷、辅助服务、能效管理、偏差考核补偿等服务，以及参 与电力现货市场、绿电绿证交易、CCER 交易、容量市场实现盈利。当前， 我国虚拟电厂处于发展初期阶段，主要盈利来源为需求侧响应补贴，未 来受电力体制机制改革持续推进、极端天气频发、净负荷峰谷差拉大、 用户侧可聚合资源增加以及电价变化等因素催化，虚拟电厂市场规模有 望持续扩张。据测算，到2025年虚拟电厂投资端累计市场规模为131-220 亿元，2025年虚拟电厂运营端市场规模为 129-216亿元。 虚 拟 电 厂 竞 争 格 局 及 竞 争 关 键 要 素 目前国内虚拟电厂项目多以示范性项 目为主，未出现规模较大的虚拟电厂运营商，虚拟电厂市场格局较为分 散。从虚拟电厂产业链构成、运营和盈利模式来看，虚拟电厂行业竞争 的关键要素在于聚合资源、信息预测及交易运营。 海 外 虚 拟 电 厂 发 展 回 顾 1）德国虚拟电厂主要整合分布式发电资源，可 参与批发市场、日间市场、平衡服务。德国通过平衡基团机制，使所有 能源供应商承担平衡义务，激发对灵活性资源的需求。2）美国加州虚 拟电厂主要整合需求侧资源，可参与日前和实时的能量市场、旋转/非 旋转备用市场。3）澳大利亚虚拟电厂主要整合储能资源，可参与批发 市场、批发需求响应市场、6 种 FCAS调频辅助服务市场、可靠性和应急 储备交易、提供配电网支持服务。 投 资 建 议 新型电力系统建设背景下，灵活性调节资源需求持续释放， 虚拟电厂迎来快速发展机遇期，软硬件设备供应商、运营商均显著受益。 推荐灵活性资源丰富、有序推进负荷聚合商转型的 南 网 能 源 ，灵活性资 源可开发空间较大的 芯 能 科 技 ，以配售电业务为基础发力综合能源服务 业务的 三 峡 水 利 ， 建议关注虚拟电厂业务逐步落地的 苏 文 电 能 。 风 险 提 示 政策不及预期；市场竞争加剧；电价波动风险；补贴下降。 重 点 公 司 盈 利 预 测 及 投 资 评 级 公 司 公 司 投 资 昨 收 盘 总 市 值 EPS PE 代 码 名 称 评 级 （ 元 ） （ 百 万 元 ） 2022A 2023E 2022A 2023E 003035.SZ 南网能源 买入 6.12 231.82 0.15 0.27 40.8 22.7 603105.SH 芯能科技 买入 15.08 75.40 0.38 0.54 39.7 27.9 600116.SH 三峡水利 买入 8.44 161.38 0.25 0.45 33.8 18.8 资料来源Wind、国信证券经济研究所预测 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 证 券 研 究 报 告 2 内 容 目 录 新 一 轮 电 改 启 动 ， 聚 焦 新 型 电 力 系 统 建 设 6 新 型 电 力 系 统 建 设 推 进 ， 虚 拟 电 厂 迎 发 展 机 遇 9 新型电力系统建设加快推进，灵活调节性资源需求释放 . .9 虚拟电厂聚合多种灵活性资源，经济性、灵活性优势突出 . 12 多重因素催化，虚拟电厂发展提速 .16 虚拟电厂产业链、市场竞争格局及市场规模测算 .24 海 外 虚 拟 电 厂 发 展 回 顾 . 32 欧洲聚焦电源侧，平衡责任向下分派，激发灵活性资源需求 .32 美国聚焦负荷侧，挖潜居民端灵活性资源 .38 澳大利亚聚焦储能侧，户用光储规模大，调频服务交易品种多 . 46 海外虚拟电厂发展总结因地制宜聚合资源，多种市场机制推动虚拟电厂发展 . 52 投 资 建 议 . 54 南网能源负荷聚合商转型有序推进，未来发展潜力较大 .54 苏文电能发展光伏储能充电桩业务，虚拟电厂逐步落地 .61 芯能科技基于分布式光伏拓展用户侧储能充电桩业务，灵活性资源可开发空间较大 63 三峡水利以配售电业务为基础，发力综合能源服务业务，具备发展虚拟电厂的基础 .65 风 险 提 示 . 68 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 证 券 研 究 报 告 3 图 表 目 录 图1 新型电力系统四大基本特征 7 图2 新型电力系统建设“三步走”发展路径 . . 8 图3 新型电力系统图景展望 8 图4 国内风电光伏装机容量及占比情况（万千瓦） 9 图5 国内风光新能源发电量及占全社会用电量比例的情况（亿千瓦时） . . 9 图6 高比例新能源接入电网导致系统电力转动惯量减小 . 10 图7 新能源占比越高，调频能力越差（K为常规同步机组占比） 10 图8 电力系统灵活性维持电力系统供需平衡示意图 . 10 图9 电力市场建设释放灵活性示意图 . 11 图10 虚拟电厂运营示意图 12 图11 虚拟电厂发展的三个阶段 13 图12 国内冀北虚拟电厂架构示意图 13 图13 需求侧资源优化负荷曲线示意图 . . 15 图14 虚拟电厂调峰能力示意图 15 图15 国内用电量结构变化情况 16 图16 2012年至 2020年美国加州鸭型曲线示意图 . 17 图17 2021年江苏某县光伏处理及净负荷曲线 17 图18 2023年 H1全国高温日数距平分布图 . 19 图19 1961-2022年中国极端高温事件频次 . 20 图20 1961-2023年 H1全国平均高温日数历年变化 . .20 图21 国内公共充电桩保有量情况 . . 20 图22 国内新型储能累计装机规模（GW） . . 20 图23 中国新能源汽车销量及增长率情况 21 图24 V2G适用于峰谷调节、旋转备用、频率调节等场景 .21 图25 2023年 1-6月部分省份 1-10KV 工商业用户电网代理购电最大价差（元/kwh） .22 图26 第三监管周期前后 1-10（20）KV单一制工商业用户输配电价比较（元/kwh） . 23 图27 23年 5 月 1-3日山东现货日前市场电价（元/MWh） . .23 图28 23年 5 月 1-3日山东现货实时市场电价（元/MWh） . .23 图29 8月 2日山东电力现货市场电价走势（元/MWh） .24 图30 虚拟电厂产业链示意图 . . 24 图31 虚拟电厂主要业务主体 . . 26 图32 虚拟电厂业务运营模式示意图 26 图33 虚拟电厂主要盈利模式 . . 27 图34 虚拟燃料电池电厂项目（VFCPP）示意图 . 32 图37 平衡基团机制示意图 34 图38 IGCC发展示意图 34 图39 IGCC成员分布 . .34 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 证 券 研 究 报 告 4 图40 IGCC成员国每月净不平衡电量（GWh） . 35 图41 IGCC成员国每月净不平衡电量的平衡费用（百万欧元） . .35 图42 Next Kraftwerke 公司营收（亿欧元） .35 图43 Next Kraftwerke 公司营业利润和净利润（万欧元） .35 图44 Next Kraftwerke 公司分业务收入（亿欧元） . 36 图45 Next Kraftwerke 公司发展史与管理装机规模 . 36 图46 NK公司优化客户负荷曲线，降低客户用电成本 37 图47 美国各类型能源发电量（十亿千瓦时） 38 图48 美国各类型发电机组夏季净容量（GW） . . 38 图50 CAISO管辖区域内可再生能源发电容量（MW 39 图51 2022年 CAISO辖区内大型储能电池的总功率和电池容量全美第一 . .40 图52 2021年加州小型储能电池总功率全美第一（占全美的 71） 40 图54 CAISO管辖区域内年度峰值负荷波动上升（MW） . 41 图55 2022年 CAISO需求响应调度情况（MW），调度集中在夏季 17-21点 . .42 图56 PGE“家庭能源报告”示意图 43 图57 特斯拉 Power Wall产品图示及规格情况 . 44 图58 特斯拉加州虚拟电厂涵盖的家庭数 44 图59 特斯拉 Autobidder能源管理交易示意图 . 44 图60 特斯拉 Autobidder新能源生态示意图 . 45 图61 澳洲三大电网相互独立，NEM内部五大区域相互联通 . 46 图62 2022年澳洲可再生能源发电量占比 32. . 46 图63 2021年 NEM装机容量（MW，屋顶光伏仅次于黑煤 . 46 图64 2021年 NEM发电结构 . .46 图65 澳洲不同容量大小的光伏系统安装数量，近年小型光伏安装数量明显增长 . . 47 图66 AEMO的虚拟电厂论证计划中各虚拟电厂分布 48 图67 AEMO虚拟电厂论证计划中虚拟电厂储能充放电情况并不完全取决于实时电价 49 图68 AEMO虚拟电厂论证计划中虚拟电厂运营商参与 FCAS市场的收入（澳元） .50 图69 2019.9-2021.1期间 AEMO的虚拟电厂论证计划中运营商获得的 FCAS收入（万澳元） . 50 图70 AEMO对 7家虚拟电厂运营商的客户发起的问卷调查参加 VPP项目的原因 50 图71 Enel X 聚合的工商业资源类型和为客户创造的年均收入（澳元，截至 2022年） . 51 图72 分布式光伏及光伏聚合平台接入虚拟电厂的方式及架构 . . 54 图73 南网能源分布式光伏装机容量情况 55 图74 南网能源拟投资节能服务项目新增分布式光伏装机容量（万千瓦） 55 图75 南网能源代表性的部分分布式光伏项目 56 图76 商业建筑可调负荷接入虚拟电厂架构图示 . . 56 图77 酒店建筑虚拟发电执行情况 . . 57 图78 办公楼建筑虚拟发电执行情况 57 图79 既有建筑节能服务示意图 57 图80 新建建筑节能服务示意图 57 图81 公司代表性的部分建筑节能项目 . . 58 图82 南网能源建筑节能业务服务面积情况 . . 58 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 证 券 研 究 报 告 5 图83 南方电网虚拟电厂发展过程 . . 59 图84 南网能源股权结构图 60 图85 南方电网公司架构图 60 图86 苏文电能主要业务及应用场景图示 61 图87 苏文电能主要客户分布情况 . . 62 图88 苏文电能获得电力需求侧管理服务机构能力评定证书（一级） 62 图89 苏文电能“电能侠”云平台架构 . . 63 图90 芯能科技自持分布式光伏装机容量（MW . 64 图91 芯能科技工商业分布式光伏客户数量 . . 64 图92 芯能科技“光伏储能充电”智慧电动汽车充电站示意图 . . 64 图93 三峡水利发电、供电业务发展布局情况 65 图94 三峡水利公司市场化售电区域分布情况 66 表1 电力体制改革主要政策文件梳理 6 表2 灵活性资源实现电力系统供需平衡的调节方式 . 11 表3 虚拟电厂可分为电源型、负荷型、储能型、混合型四类 . 12 表4 不同调节资源灵活性特征比较 . 14 表5 不同资源提供平灵活性的成本构成 . 14 表6 国内部分虚拟电厂项目梳理 . 15 表7 近年来国家支持虚拟电厂发展的政策梳理 . 17 表8 各地政府支持虚拟电厂发展的政策梳理 . 18 表9 虚拟电厂主要上市公司梳理 . 25 表10 虚拟电厂可参与的电力市场类型及其优质资源 . . 27 表11 各省虚拟电厂价格政策梳理 . . 28 表12 部分省份需求响应补贴标准情况梳理 . . 29 表13 200万千瓦容量虚拟电厂建设投入（亿元） . 30 表14 200万千瓦容量虚拟电厂年运营收入（亿元） .31 表15 加州三大公用事业公司辖区内被纳入 PSR 计划的家庭 . . 43 表16 特斯拉能源软件功能与运营情况 . . 45 表17 澳大利亚能源市场委员会AEMC推动分布式能源发展和参与市场的政策 . . 47 表18 AEMO的虚拟电厂论证计划中各运营商信息 . .48 表19 德国、美国、澳大利亚虚拟电厂发展情况梳理 . . 52 表20 近年来南网区域推动虚拟电厂发展的相关政策梳理 . . 59 表21 苏文电能 100MWh 虚拟电厂项目建设时间安排 . 61 表22 三峡水利公司分布式光伏项目情况 66 表23 2023年以来公司新获独立储能项目情况 67 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 证 券 研 究 报 告 6 新 一 轮 电 改 启 动 ， 聚 焦 新 型 电 力 系 统 建 设 自 2002 年 5 号文发布以来，电力体制改革持续推进，在电力市场、电力市场主体 多元化、电价市场化、电力交易市场化、输配电价改革等方面取得积极进展。站 在当前时点，随着“双碳”目标政策推进，新能源装机容量和发电量占比持续提 升，对电力系统平衡带来挑战，亟需采取市场化机制促进电力系统平衡，保障新 能源消纳和“双碳”目标政策有效落地。 2023 年 7 月 11 日，中央深改委第二次会议召开，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（以下简称意见）等文件，会议 强调要深化电力体制改革，加快构建清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、 灵活智能的新型电力系统，保障国家能源安全。此次意见出台意味着新一轮 电改启动，主要任务聚焦于构建新型电力系统。 表1电力体制改革主要政策文件梳理 时 间 文 件 发 布 机 构 主 要 内 容 2002 年 2 月 关于印发电力体制改 革方案的通知（国发 〔2002〕5 号） 国务院 实施厂网分开，重组发电和电网企业；实行竞价上网，建 立电力市场运行规则和政府监管体系，初步建立竞争、开 放的区域电力市场，实行新的电价机制；制定发电排放的 环保折价标准，形成激励清洁电源发展的新机制；开展发 电企业向大用户直接供电的试点工作，改变电网企业独家 购买电力的格局；继续推进农村电力管理体制的改革。 2015 年 3 月 关于进一步深化电力 体制改革的若干意见 （中发〔2015〕9 号） 中共中央、 国务院 在进一步完善政企分开、厂网分开、主辅分开的基础上， 按照管住中间、放开两头的体制架构，有序放开输配以外 的竞争性环节电价，有序向社会资本放开配售电业务，有 序放开公益性和调节性以外的发用电计划；推进交易机构 相对独立，规范运行；继续深化对区域电网建设和适合我 国国情的输配体制研究。 2023 年 7 月 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 中央深改 委 加快构建清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵 活智能的新型电力系统，更好推动能源生产和消费革命， 保障国家能源安全。 科学合理设计新型电力系统建设路径，在新能源安全可靠 替代的基础上，有计划分步骤逐步降低传统能源比重。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。要推动有效市场同有 为政府更好结合，不断完善政策体系，做好电力基本公共 服务供给。 资料来源中国政府网，国信证券经济研究所整理 新 型 电 力 系 统 含 义 及 特 征 根据新型电力系统发展蓝皮书，新型电力系统是 以确保能源电力安全为基本前提，以满足经济社会高质量发展的电力需求为首要 目标，以高比例新能源供给消纳体系建设为主线任务，以源网荷储多向协同、灵 活互动为坚强支撑，以坚强、智能、柔性电网为枢纽平台，以技术创新和体制机 制创新为基础保障的新时代电力系统，具备安全高效、清洁低碳、柔性灵活、智 慧融合四大基本特征。 安 全 高 效 煤电为保障电力安全的“压舱石”，新能源发电通过可靠支撑能力提 升转变为主体电源，多时间尺度储能协同运行为电力系统动态平衡提供支撑。 清 洁 低 碳 以风光新能源为主的可再生能源将逐步成为主体电源，终端能源消费 主体将逐步向电能转变，逐步完善绿电消费激励约束机制，扩大绿电、绿证交易 规模，体现绿电环境价值。 柔 性 灵 活 灵活发电技术、灵活储能技术、柔性交直流等新型输电技术广泛应用， 骨干网架柔性灵活性提高，为高比例新能源接入系统和外送消纳提供支撑；用户 侧主体具有源、荷双重属性，终端负荷特性转变为柔性、产销属性兼具，提升源 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 证 券 研 究 报 告 7 网荷储灵活互动和需求侧响应能力；辅助服务市场、现货市场、容量市场持续完 善并衔接融合，灵活调节性资源市场价值得到体现。 智 慧 融 合 在电力系统各环节，广泛应用“云大物移智链边”等信息技术，逐步 实现电力系统数字化、智慧化和网络化发展。 根据新型电力系统的内涵及特征，我们认为新型电力系统相较于以化石能源为主 的传统电力系统的变化主要体现在一是电源端风光可再生能源发电成为主体电 源；二是电网端形态将向多元双向结构层次转变；三是负荷端转变为柔性、源荷 属性兼具方向发展；四是运行特性由“源随荷动”向“源网荷储”互动转变。整 体来看，新型电力系统带来的变化在新能源发展、安全、柔性灵活、智能化等方 面对电力系统建设提出了新要求。 图1新型电力系统四大基本特征 资料来源新型电力系统发展蓝皮书，国信证券经济研究所整理 新型电力系统发展蓝皮书提出，新型电力系统建设分为加速转型期（当前-2030 年）、总体形成期（2030-2045年）、巩固完善期（2045-2060 年）三个阶段，根 据新型电力系统发展蓝皮书，对新型电力系统建设三个阶段的主要路径整理 如下 加 速 转 型 期 （ 当 前 -2030 年 ） 电源侧非化石能源发电快速发展，新能源逐步成 为发电量增量主体，同时煤电向基础保障性和系统调节性电源并重转型；电网侧 以西电东送为代表的跨省跨区通道规模进一步扩大，配电网有源化发展以及分布 式智能电网快速发展；用户侧终端用能电气化水平持续增长，灵活调节和响应能 力提升；储能侧多应用场景多技术路线规模化发展，重点满足系统日内平衡调节 需求。此外，全国统一电力市场体系基本形成，促进新能源发展，并激发各类灵 活性资源调节能力。 总 体 形 成 期 （ 2030-2045 年 ） 电源侧新能源逐渐成为主体电源，煤电加快清洁 低碳转型；电网侧柔性化、智能化、数字化发展转型，常规直流柔性化改造、柔 性交直流输电、直流组网等新型输电技术广泛应用，大电网、分布式智能电网等 融合发展；用户侧低碳化、电气化、灵活化、智能化变革，全社会各领域电能替 代广泛普及，虚拟电厂等用户侧优质调节资源参与电力需求响应市场化交易；储 能侧规模化长时储能技术取得重大突破，满足日以上平衡调节需求。 巩 固 完 善 期 （ 2045-2060 年 ） 电源侧新能源逐步成为发电量结构主体电源，电 能与氢能等二次能源深度融合利用，煤电等传统电源转型为系统调节性电源，新 一代先进核电技术实现规模化应用；电网侧低频输电、超导直流输电等新型技术 实现规模化发展，交直流互联的大电网与主动平衡区域电力供需、支撑能源综合 利用的分布式智能电网等多种电网形态广泛并存，打造出输电输气一体化的“超 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 证 券 研 究 报 告 8 导能源管道”；用户侧构建以电氢协同为主的终端用能形态，与电力系统高度灵 活互动；储能侧储电、储热、储气、储氢等覆盖全周期的多类型储能协同运行， 大幅提升能源系统运行灵活性。 预计未来新型电力系统成型后，电源侧以新能源为主体、多种电源协同互补发展， 电网侧柔性化、智能化、大电网与分布式电网并存融合发展，用电侧负荷柔性、 绿电消费比例高及灵活调节能力强，储能侧多时间尺度、多类型储能协同运行， 保障电力系统动态平衡。 图2新型电力系统建设“三步走”发展路径 资料来源新型电力系统发展蓝皮书，国信证券经济研究所整理 图3新型电力系统图景展望 资料来源新型电力系统发展蓝皮书，国信证券经济研究所整理 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 证 券 研 究 报 告 9 新 型 电 力 系 统 建 设 推 进 ， 虚 拟 电 厂 迎 发 展 机 遇 新 型 电 力 系 统 建 设 加 快 推 进 ， 灵 活 调 节 性 资 源 需 求 释 放 风 光 新 能 源 装 机 规 模 持 续 增 长 。 “双碳”目标政策推进，国内风光新能源装规模 不断增长，国家能源局数据显示，截至 2023年 6 月，国内风光新能源装机容量合 计 85988 万千瓦，占国内发电装机容量的比例为 31.76；从发电量数据来看， 2023H1 国内风光发电量为 0.73 万亿 kwh，占全社会用电量的 16.9，较 2022 年 底增加 3.1pct。展望未来，“双碳”目标政策驱动下，风光新能源装机规模将持 续增长并成为主体电源，根据2030 年前碳达峰行动方案，到 2030 年国内风 电和太阳能发电总装机容量达12亿千瓦以上，非化石能源消费比重达到25左右。 图4国内风电光伏装机容量及占比情况（万千瓦） 资料来源国家能源局，中电联，国信证券经济研究所整理 图5国内风光新能源发电量及占全社会用电量比例的情况（亿千瓦时） 资料来源国家能源局，中电联，国信证券经济研究所整理 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 证 券 研 究 报 告 10 为 适 应 新 能 源 逐 步 成 为 主 体 电 源 ， 新 型 电 力 系 统 建 设 提 速 。 由于新能源具有波动 性、随机性特征，高比例新能源电量接入电网后，将导致电力系统转动惯量减小、 频率调节能力降低等问题，快速消耗电力系统灵活调节资源，且新能源发电设备 易产生脱网问题，电力系统平衡和安全问题更加突出，影响新能源消纳。为有效 支撑新能源发展，预计源网荷储一体化发展的新型电力系统建设进程有望加快。 从新型电力系统建设目标、任务、支撑因素来看，我们认为，为有效提升电力系 统的安全性以及为电力系统提供柔性灵活支撑，推动源网荷储灵活互动和需求侧 响应能力不断提升具有必要性和迫切性，因而加快建设灵活调节性资源对于建设 新型电力系统意义重大。 图6高比例新能源接入电网导致系统电力转动惯量减小 图7新能源占比越高，调频能力越差（K为常规同步机组占比） 资料来源新型电力系统发展蓝皮书，国信证券经济研究所 整理 资料来源张剑云、李明节，新能源高渗透的电力系统频率特性分 析，中国电机工程学报，2020（11），国信证券经济研究所整理 电 力 系 统 灵 活 性 有 助 于 实 现 电 力 系 统 供 需 平 衡 。 根据电力系统灵活性提升技 术路径、经济性与政策建议，电力系统灵活性指的是电力系统的各类资源快速 改变自身发用电特性以维持系统有功功率平衡的能力。常见的灵活性调节资源包 括灵活性改造后的火电机组、燃气发电机组、抽水蓄能、储能、需求侧响应等， 灵活性资源通过提供供给向上/需求向下、供给向下/需求向上的调节实现电力系 统供需平衡，保障电网安全稳定运行。 图8电力系统灵活性维持电力系统供需平衡示意图 资料来源中国电力圆桌项目课题组电力系统灵活性提升技术路径、经济性与政策建议，国信证券 经济研究所整理 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 证 券 研 究 报 告 11 表2灵活性资源实现电力系统供需平衡的调节方式 调 节 方 式 应 用 场 景 实 现 方 式 示 例 供给向上灵活性 电力供给 小于需求 电源提高出力 火电提高出力、储能放电、抽蓄发电 需求向下灵活性 用户减少需求 需求响应中断或转移负荷需求、电动汽车放电 供给向下灵活性 电力供给 大于需求 电源压减出力 火电深度调峰、水电减少出力等 需求向上灵活性 用户提高需求 需求响应转移的负荷需求、电动汽车有序充电、储能充电等 资料来源中国电力圆桌项目课题组电力系统灵活性提升技术路径、经济性与政策建议，国信证 券经济研究所整理 新 能 源 装 机 持 续 增 加 释 放 灵 活 调 节 资 源 需 求 。随着新能源接入电网比例不断提升， 灵活性调节资源容量逐步短缺，灵活调节资源需求有望加快释放，推动灵活调节 资源市场规模扩张。当前，国内已有地区出现电力系统调节能力不能满足实际需 求的情况，如山东电力爬坡辅助服务市场交易规则编制说明指出，当前系统 的调节能力已不能满足实际需求，在现货市场运行中，部分时段已出现系统调节 能力不足的情况，2022年实时市场共出现爬坡能力不足 219次，时段占比 0.625， 其中顶峰爬坡 179次，主要集中在 1-5月份，调峰爬坡（新能源弃电后仍不平衡） 40 次，发生在 2 月份。 市 场 机 制 调 整 可 释 放 系 统 的 灵 活 性 潜 力 ， 促 进 电 力 系 统 灵 活 性 提 升 。 通过持续完 善辅助服务市场、电力现货市场、容量市场体制机制，为灵活性资源参与电力系 统调节提供补偿、激励和保障合理收益，激发不同时间尺度的灵活性资源潜力充 分释放。我们认为，通过完善电力市场体制机制，充分挖潜用户侧灵活性资源， 亦是本轮电改的应有之意。 图9电力市场建设释放灵活性示意图 资料来源中国电力圆桌项目课题组电力系统灵活性提升技术路径、经济性与政策建议，国信证券 经济研究所整理 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 证 券 研 究 报 告 12 虚 拟 电 厂 聚 合 多 种 灵 活 性 资 源 ， 经 济 性 、 灵 活 性 优 势 突 出 虚 拟 电 厂 的 定 义 根据 IEC虚拟电厂标准及山西省虚拟电厂建设与运营管理实 施方案，虚拟电厂是将不同空间的可调节负荷、储能侧和电源侧等一种或多种 资源聚合起来，形成可调控、可交易单元，采用信息通信技术实现自主协调优化 控制，参与电力系统运行和电力市场交易的智慧能源系统。 图10虚拟电厂运营示意图 资料来源国网上海经研院，国信证券经济研究所整理 虚 拟 电 厂 聚 合 的 资 源 包 括 电 源 、 负 荷 、 储 能 三 类 资 源 。 其中，电源侧资源为并网 运行的光伏、风电、生物质发电等，负荷侧资源为商业楼宇、工业负荷中的可调 节负荷，储能侧资源为电源侧、电网侧、用户侧等各类储能系统资源。根据虚拟 电厂聚合的资源不同，可将虚拟电厂分为电源型虚拟电厂、负荷型虚拟电厂、储 能型虚拟电厂以及混合型虚拟电厂（源网荷储一体化虚拟电厂）四大类别。 表3虚拟电厂可分为电源型、负荷型、储能型、混合型四类 类 别 聚 合 的 资 源 运 营 模 式 电源型虚拟电厂 光伏、风电、生物质发 电等电源 可进行电能量出售，参与电力交易市场，并视实际情形参与辅助服务市场。 负荷型虚拟电厂 商业楼宇、工业负荷中 的可调节负荷 可进行功率调节，参与辅助服务市场和进行需求侧响应 储能型虚拟电厂 电源侧、电网侧、用户侧等各类储能系统资源 参与辅助服务市场，也可以部分时段放电来出售电能，参与电力市场交易 混合型虚拟电厂 电源、负荷、储能等多 种灵活性资源 可进行电能量出售，参与电力交易市场；可进行功率调节，参与辅助服务市场和进行需求侧响应 资料来源钟永洁等，虚拟电厂基础特征内涵与发展现状概述，综合智慧能源，2022 年 6月，44 （6）25-36，国信证券经济研究所整理 虚 拟 电 厂 发 展 可 分 为 邀 约 型 、 市 场 型 、 自 主 调 度 型 3 个 阶 段 ，不同阶段的参与的 灵活性性资源、可参与的市场类别以及收益来源存在差异。当前，我国虚拟电厂 主要以邀约型阶段为主，主要由政府机构或电力调度机构发出邀约信号，负荷聚 合商、虚拟电厂组织灵活性调节资源进行削峰、填谷等需求响应，获得补贴激励。 但同时应看到的是，部分虚拟电厂发展模式已逐步向市场型虚拟电厂进行转型， 如国网冀北虚拟电厂、深圳虚拟电厂等。 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 证 券 研 究 报 告 13 图11虚拟电厂发展的三个阶段 资料来源钟永洁等，虚拟电厂基础特征内涵与发展现状概述，综合智慧能源，2022年6月，44（6） 25-36，国信证券经济研究所整理 虚 拟 电 厂 主 要 技 术 虚拟电厂采用“云、管、边、端”架构体系，“云侧”为虚 拟电厂管控平台，“管侧”运营商通信网络，“边侧”为边缘智能网关，“端侧” 为分布式光伏、可调负荷、储能等用户侧终端。根据虚拟电厂架构体系，虚拟电 厂发展所需的主要技术为协调控制技术、智能计量技术、智能通信技术、信息预 测与容量估计技术等。当前，虚拟电厂发展相关技术较为成熟，未来随着人工智 能技术发展，将有助于处理虚拟电厂系统中的海量异构数据资源，提升对电价、 负荷、功率等关键要素的预测能力，为调度策略和市场交易策略制定提供有效支 撑，实现资源调度优化和运营效率提升。 图12国内冀北虚拟电厂架构示意图 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，电力系统自动化，2022年9 月，46（18）158-168，国信证券经济研究所整理 虚 拟 电 厂 相 较 于 其 他 灵 活 性 调 节 资 源 ， 主 要 优 势 体 系 在 灵 活 性 、 经 济 性 两 个 方 面 。 灵 活 性 虚拟发电厂的各可调节资源多样且可自由组合，容量可依据调节需求进 行供应，而其他灵活调节资源的装机容量固定；同时，从响应速度来看，虚拟电 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 证 券 研 究 报 告 14 厂功率爬坡速率较快，未来可做到分钟级、秒级响应，而其他灵活调节资源多数 从启动到达到要求的功率时间较长，响应速度相对较慢。 表4不同调节资源灵活性特征比较 灵 活 性 调 节 资 源 类 别 运 行 范 围 （ ） 爬 坡 速 率 （ Pn/min） 启 停 时 间 （ h） 电源侧 常规煤电 未改造 50-100 1-2 6-10已改造 30-100 3-6 4-5 燃煤热电 联产 未改造 80-100 1-2 6-10 已改造 50-100 3-6 4-5 气电 20-100 8 2 常规可调节水电 0-100 20 ＜1 核电 30-100 2.5-5 - 储能 抽水蓄能 -100-100 10-50 ＜0.1 电化学储能 -100-100 100 ＜0.1 绿氢 - - - 需求侧 需求响应 用电负荷 3-5 瞬时 0 微电网 - - - 电动汽车 - - - 资料来源中国电力圆桌项目课题组电力系统灵活性提升技术路径、经济性与政策建议，国信证 券经济研究所整理 经 济 性 根据国家电网 2020 年的测算结果，通过火电厂实现削峰填谷、满足 5 的峰值负荷需要投资 4000 亿；同时，尖峰负荷时间短、频次低，以南方电网为例， 2016-2019 年 5尖峰负荷单次持续时间最长为 3-6小时，全年出现频次 10-40 次， 为满足几次尖峰而建设的煤电机组实际上利用率较低；通过建设虚拟电厂，在建 设、运营等环节投资仅需 400-570亿元，成本仅为火电的 1/7-1/10。虚拟电厂通 过对存量资产的再开发利用，实现需求侧灵活性资源挖潜增效，经济性优势突出。 表5不同资源提供平灵活性的成本构成 资 源 类 别 固 定 成 本 投 入 成 本 增 量 机 会 成 本 电源 侧 灵活 性改 造煤 电 常规 煤电 灵活性改造投资成本 600-700 元/千瓦 低负载运行产生的 可变成本增量 14-20 克/kwh 机组的加速折旧 和部件磨损、更换 成本增量 损失部分发 电收益 燃煤 热电 联产 灵活性改造投资成本 300-500 元/千瓦 低负载运行产生的 可变成本增量 机组的加速折旧 和部件磨损、更换 成本增量 损失部分发 电收益 燃气电厂 建设投资成本 气电置换煤电7013 -9457 元/千瓦 运行维护成本低负载运行时高于 0.56 -0.58 元/kwh - 常规水电 - 频繁变水流量导致水轮机叶片寿命损耗 损失部分发电收益 核电 无 燃料循环成本增量 设备维护更换成本增量 损失部分发电收益 储能 侧 抽水蓄能 投资建设成本6300-7200 元/kw 运行维护成本 - 电化学储能 投资建设成本 1.5 元 /Wh 运行维护成本 退役处置成本 - 绿氢 投资建设成本1.71元 /Nm3 生产成本 20-65 元/kg 运输成本 3.9-13元/kg 损失部分发电收益 需求 侧 需求响应 前期平台建设、设备 更换等投入200-400 元/kw 运行维护成本 中断、转移生 产的机会成 本 微电网 主、微网连接的平台建设、设备更换投入 运行维护成本 中断、转移生 产的机会成 本 电动汽车 平台建设和设备更换 投入，充电桩，其他 成本约 70 元/m 2 运行维护成本 - 资料来源中国电力圆桌项目课题组电力系统灵活性提升技术路径、经济性与政策建议，国信证 券经济研究所整理 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 证 券 研 究 报 告 15 虚拟电厂发展提升用户侧灵活性资源利用水平，有助于保障电网安全稳定运行、 降低工商业企业用电用能成本、缓解极端天气下电力供需紧张、促进新能源消纳 水平提升以及节约电源、电网投资，对于建设以新能源为主体电源的新