中国虚拟电厂行业简析-甲子光年.pdf

出品机构：甲子光年智库 研究指导：陈宗珩 研究团队：王瑞飞 发布时间： 10月 21日 目 录 Part 01 碳中和战略推动新能源的广泛使用 Part 02 虚拟电厂相关概念解析 Part 04 虚拟电厂行业发展现状 Part 03 虚拟电厂 ——完善电网的削峰填谷 Part 05 虚拟电厂市场规模分析 Part 07 甲子光年智库介绍 Part 06 虚拟电厂产业链现状 1 碳中和战略推动新能源的广泛使用 “双碳”目标对清洁能源的大力开发与广泛使用进一步提出要求  随着“双碳”目标的提出，电力作为清洁、高效的二次能源，将在支撑社会经济发展，服务民生用能需求，构建清洁低碳、安全高效能源体系 中发挥更加重要的作用。推动 电力 的大规模应用 构建清洁低碳安全高效能源体系。 碳排放 碳移除 碳管理 能源供给 能源消费 传统能源 清洁能源 工业 建筑 交通 电力 碳汇 技术固碳 加快 推进煤炭 清洁利用和转型替代 加快现役煤电机组节能升级和灵活性改造 碳核算监测、碳交易、碳金融等 构建清洁低碳安全高效能源体系 碳达峰 碳中和 石油消费 到“十五五”进入 峰值平台期 加快推进页岩气、煤层气、致密油气资源的规模化开发 坚持集中式与分布式并举 开发风能太阳能 因地制宜开发 水能 积极安全有序发展 核能 合理利用 生物质能 推动 氢能 “制储输用”全链条发展 生产生活方式的绿色变革 图：中国“双碳”目标实现路径 25.9 30.2 38.9 42.1 45.5 2017 2018 2019 2020 2021 全社会用电量 市场交易电量 占全社会用电比重（ %） 1 碳中和战略推动新能源的广泛使用 电力市场化程度不断加深，多地试点推进建设电力现货市场 图 1：电力现货市场建设稳步推进  在近五年间，多地开始试点建设电力现货市场。中国电力市场交易电总量快速增加， 2021年市场交易电量占全社会用电量已经来到 45.5%，电 力市场化程度进一步加深。 图 2：中国全社会用电量与市场交易电量对比（单位： %） 第一批试点：南方 (以广东起 步 )、蒙西、浙江、山西、山 东、福建、四川、甘肃 第二批试点 ： 上海、江苏、 安徽、辽宁、河南、湖北 2 虚拟电厂相关概念解析 整合发电端和用电端，灵活调节负载端和运输端；参与电力市场运行全过程 光伏发电 电 动 汽 车 居民负荷 多 元 储 能 火力发电 协调控制 协同优化 聚合路由 风力发电 电网 商业负荷 工业负荷 碳市场、电力市场 市场出清 信号收发 管理平台 集控 系统 辅 助 服 务 稳 定 电 网 市 场 交 易 需 求 响 应 能量传输线 图：虚拟电厂结构示意图 能量流 信息流 表：虚拟电厂功能划分 能量出售 -参与市场 - 服 务 市 场 功 率 调 节 是 否 是 混合型虚拟电厂、储能型虚拟电厂 负荷型虚拟电厂 否 电源型虚拟电厂  虚拟电厂顾名思义就是 虚拟化 的电厂，是一种通过先 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、微网、电动汽车等分布式能源资源的聚 合和协调 协同优化 ，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 。  根据虚拟电厂对外特征，我们可将虚拟电厂分为 电源 型 虚拟电厂、 负荷型 虚拟电厂、 储能型 虚拟电厂、 混合 型 虚拟电厂等类型。 3 虚拟电厂 ——完善电网的削峰填谷 风光电的波动性与随机性，始终追求提高电网稳定性  国家能源局在 3月 29日下发的 《 2022年能源工作指导意见 》 文件中指出，今年 能源结构目标 风电、光伏发电发电量占全社会用电量的比重达到 12.2%左右；此前习近平总书记还提出 2030年 非化石能源占一次能源消费比重将达到 25%左右的总目标，届时将进一步对我国 电网的稳定性 形 成挑战。  2021年我国风电、光伏发电量占全社会用电量的比重首次突破 10%，到达 11.7%，以对我国电网稳定性形成一定的挑战。 低于 15% 对电网冲击较小，可直接并入 15%-25% 对电网冲击较大，需接入储能设备 25%以上 对电网冲击更大，需要更多储能设备  据国际能源署（ IEA）的指导意见，间 歇性能源（风光电）的发电占比低于 15%的时候，对电网冲击较小；  占比在 15%-25%的时候，对电网冲击 较大，需通过引入储能电源来调峰调频；  占比超过 25%，为保证电网稳定性，所 有电厂都必须配置储能系统。 图：风电光伏发电量占全社会用电量比重（单位： %） 3 虚拟电厂 ——完善电网的削峰填谷 虚拟电厂更能适应发电、储能、可控负荷资源分散化布局  电力资源具有瞬时性，发电、 供电、用电在同一时间内完成，而风电光伏的发电高峰与我们的用电高峰是不匹配的， 而且 我国风力、太阳 能资源分布时间空间上不均匀，在风电光伏大发展的过程中，用电发电的供需矛盾、电网的调峰调频问题也会愈发严峻。通过先进信息通信技 术和软件系统，虚拟电厂可以实现 DG、储能系统、可控负荷、电动汽车等 DER的聚合和协调优化，从而实现 削峰填谷、减轻电网负荷。  电网侧：为电网提供削峰填谷、减轻电网负荷。  碳中和的大背景下，随着风电和光伏的大量接入、 电力 电子装备增加、对电力系统的平衡调节造成了 巨大压力，将需求侧分散资源聚沙成塔，发展虚拟 电厂，与电 网进行灵活、精准、智能化互动响应， 有助于平抑电网峰谷差，提升电网安全保障水平。  发电侧：促进新能源消纳。  部分时段部分地区的弃风弃光现象仍 比较严重，发展虚拟电厂，将大大提 升 系统调节能力，降低“三弃”电量。  用户侧：降低用户侧用能成本。  从江苏等地试点看，参与虚拟电厂后用户用能效率大幅 提升，在降低电 费的同时，还可以获取需求响应收益。 如江苏南京试点项目平均提升用户能效 20%；无锡试点 项目提高园区 整体综合能源利用率约 3个百分点，降低用 能成本 2%，年收益约 300万元。 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。  国家大力发展充电桩行业，提出非化石能源占一次能源消费比重将达到 25%左右， 风电、太阳能发电总装机容量将达到 12亿千瓦以上的 目标。各 类企业积极入局，后续将迎来爆发增长。目前我国正处于由 政府邀约型 阶段到 市场化转变 的重要阶段，是行业的发展关键期。 4 虚拟电厂行业发展现状 同美国对比中国虚拟电厂建设起步时间较晚但是发展迅速 颁布 《 能源政 策法案 》 《 需求响应年 度报告 》 ， 系统分析需求 响应的实施背 景和现状 《 需求响应国家行动计 划 》 ，对需求响应相关 技术上升至国家层面。 纽约州 Con Edison 公司启动 CEVPP计 划，首次探索虚拟 电厂 美国佛蒙特州 Green Mountain Power公司， 搭建虚拟电厂平台并接 入 2000余家用户 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 江苏最先出台相 关政策支持虚拟 电厂发展 电力市场化 -选定八个省 份和地区作 为第一批试 点 加速虚拟电厂 相关建设 ; 第二批电力市 场化试点省份 研发探索期 发展关键期 成熟期研发探索期 目标：非化石能源占 一次能源消费比重将 达到 25%左右， 风电、 太阳能发电总装机容 量将达到 12亿千瓦以 上 2006 2010 20152005 2009 20172016 2019 20302021 颁布 《 美国复苏与 再投资法案 》 ，划 拨 45亿美金用于需 求相应设备和实现 智能电网技术 中 国 美 国 Tesla与 PE而当电网负荷低时，用来存储电网过剩的发电量，避免造成浪费。 • 分布式电源： 分布式电源装置是指功率为数千瓦至 50 MW小型模块式的、与环境兼容的独立电源。这些电源由电力部门、电力用户或第 3方 所有，用以满足电力系统和用户特定的要求。如调峰、为边远用户或商业区和居民区供电，节省输变电投资、提高供电可靠性等等。 • 储能系统： 现有的储能系统主要分为五类：机械储能、电气储能、电化学储能、热储能和化学储能。它包括能量和物质的输入和输出、能量的 转换和储存设备。 • 可控负荷： 指在供电部门要求下，按合同可以限制用电一段时间的特定用户的负荷。 附录：名词解释页 • 电源型虚拟电厂： 具有能量出售的能力，可以参与能量市场，并视实际情形参与辅助服务市场。 • 负荷型虚拟电厂： 具有功率调节能力，可以参与辅助服务市场，能量出售属性不足。 • 储能型虚拟电厂： 可参与辅助服务市场，也可以部分时段通过放电来出售电能。 商务合作 赵静蕊 ： jingrui.zhao@jazzyear.com 智库院长 宋涛微信（ stgg_6406） 分析师 北京甲子光年科技服务有限公司是一家科技智库 ， 包含智库 、 媒体 、 社群 、 企业服务版块 ， 立足于中国科技创新前沿阵地 ， 动态 跟踪头部科技企业发展和传统产业技术升级案例 ， 致力于推动人工智能 、 大数据 、 物联网 、 云计算 、 AR/VR交互技术 、 信息安全 、 金融科技 、 大健康等科技创新在产业之中的应用与落地 王瑞飞（ wrf18519791665）