东吴证券：乘电改东风，虚拟电厂迎发展机遇期.pdf

证券研究报告 证券分析师：曾朵红、谢哲栋 执业证书编号： S0600516080001、 S0600523060001 联系邮箱： zengdh@dwzq.com.cn 联系电话： 021-60199798 2023年 8月 乘“电改”东风，虚拟电厂迎发展机遇期 ——虚拟电厂行业深度报告 2 摘要  虚拟电厂 ：聚合优化“源网荷储”，商业模式因地制宜。 虚拟电厂（ VPP）是聚合优化“源网荷储”清洁发 展的新一代智能控制技术 和互动商业模式 ，分为需求侧 /供给侧 /混合资源型三种，发展三阶段为邀约型 /交 易型 /自治型。  海外 VPP：辅助市场驱动盈利，可再生能源星辰大海。 国外 VPP起步较早，辅助市场发展成熟，电力以可再 生能源为主。 1）德国： 电力市场竞争开放， VPP主体较多， Next Kraftwerke为龙头，”发电侧 +需求侧” 双侧盈利； 2）美国： 碳交易市场成熟，峰谷调节需求广阔，呈现特斯拉为 VPP龙头的一超三强格局，发电 / 政府 /用户侧多点盈利； 3）澳大利亚： 电力市场高频定价，龙头 EnergyLocals与特斯拉合作， RECs助力辅 助市场盈利； 4）英国： 电力市场去中心化， VPP市场分散度较高，老牌厂商 Centric业务增长较快，差额合 约（政府补贴）保证盈利稳定。  国内 VPP：“电力改革 +新能源建设”加速发展，“政策加码 +政府补贴 +市场收益”协同激励。 我国 VPP应 用目前处于试点阶段，项目集中在中东部地区且多为需求侧负荷型。电改助力市场机制和监管的完善，市场 化交易占比持续提升，光、储、充的广泛接入推动能源结构转型，促进 VPP发展。支持政策引导 VPP参与现 货市场、辅助服务和需求侧响应等多类市场，但商业模式尚未理顺，市场盈利难度尚存。行业持续边际向好， 看好“电改”带动电力市场和 VPP迎来发展的质变。  市场空间：预计到 25年 VPP中游设备端 /下游运营端市场空间约为 699/112亿元 。 设备端投资包括通讯网关、 规约转换、计量终端和虚拟电厂运营平台系统等硬件和软件设备；下游运营主体以发电集团、电网公司、售 电公司以及第三方运营服务商为主，我们测算 25年中游 /下游市场空间约为 699/112亿元。  投资建议： 系统解决方案方面， 重点推荐：安科瑞、国能日新（计算机组覆盖）、南网科技、国电南瑞 ，建 议关注：东方电子、恒实科技、朗新科技、国网信通等；下游运营服务商方面， 重点推荐：南网能源（公用 事业组覆盖）， 建议关注：苏文电能、涪陵电力、芯能科技、特锐德等。  风险提示： 电力市场改革不及预期、新能源建设不及预期、政策支持不及预期 等。 3 目录 1.什么是虚拟电厂？ 2.海外虚拟电厂和电力市场 3.我国的实践和存在的问题 3 4.市场空间测算 5.相关标的及投资建议 4 什么是虚拟电厂？ 数据来源：碳排放交易， 36氪研究院，东吴证券研究所  什么是虚拟电厂？ 根据 IEC，虚拟电厂是聚合优化“源网荷储”清洁发展的新一代 智能控制技术 和 互动商业模 式 。其重点对 分布式电源、储能、可调负荷 等未纳入电网调度的各类资源进行聚合和控制，服务电网并实现 盈利。  虚拟电厂主要分为三类，我国目前主要以需求侧资源型为主。 虚拟电厂主要分为需求侧资源型、供给侧资源 型和混合资源型三类，我国虚拟电厂起步较晚，试点项目主要以需求侧资源型为主。 图 虚拟电厂运作模式 图 虚拟电厂的分类 5 虚拟电厂与实体电厂、微电网有何不同？ 数据来源：国家能源局，中国能源报，国家电网，环保设备网，综合能源服务网，北极星火力发电网，东吴证券研究 所  虚拟电厂是一种非实体的智能控制技术，在 电力系统的定位是参与及聚合优化， 只能运 行于并网模式： 虚拟电厂通过聚合和优化 DER组合达到调节资源的目的 ，始终与公网 相连 ，不能像微电网一样以离网模式独立存 在。 图 虚拟电厂与微电网的联系与区别 图 虚拟电厂与实体电厂的区别 6 虚拟电厂的发展历程  海外 VPP发展较早且相对成熟， 国内起步较晚 。 欧洲以聚合分布式电源为主，北美以聚合可控 负荷为主 ， 澳洲以聚合用户侧储能为主 ， 日本以聚合用户侧储能和分布式电源为主 。 国内起步 较晚 ，目前处于试点阶段， 江苏 、上海等地陆续开展需求侧管理， 冀北 、 深圳 、山西等地区 VPP项目已投入电网调度运行和电力市场运营。 图 虚拟电厂发展历程 数据来源：国网冀北电力，全球能源互联网发展合作组织，东吴证券研究所 虚 拟 电 厂 发 展 历 程 概念提出 研究探索 国外实践 国内实践 标准制定 1997年，虚拟 电厂（ VPP） 概念首次提出 1990S 2000~2006 2006至今2016至今2018至今 2001年起，欧 洲多国日益兴 起以中小型分 布式发电为主 要目标的 VPP 研究项目 2006至今，海外 VPP项目布局： 北美得州电动汽 车型 VPP+现货市 场、北美加州聚 合商 EDRP-VPP、 欧洲德国 Next- Kraftwerke、澳 洲等 2018年， IEC首 批 VPP国际标准 立项； IEC SC8B WG4 VPP工作组成立 2016年，江苏开 展全球规模最大 的需求响应； 2017，上海建成 世界首个商业建 筑 VPP； 2018至 今国网冀北、南 网深圳、丽水新 能源等工程建成 2022年 11月， IEC首批 VPP国 际标准获批通 过 7 虚拟电厂的发展历程 数据来源：璞跃中国，国网冀北电力，东吴证券研究所 虚拟电厂发展三阶段 三阶段具体特点 需求侧 资源型 供给侧 资源型 混合 资源型 需求响应 提升系统 灵活调节能力 成熟市场环境下 长期商业运营 邀约型 VPP 交易型 VPP 自治型 VPP 江苏VPP 上海VPP 冀北VPP 芬兰VPP 美国德州、加州VPP 英国Piclo VPP 美国纽约Edison VPP 德国Next Kraftwerke 欧洲Energy2Market 澳洲VPP  虚拟电厂的发展分为邀约型、交易型、自治型三个阶段，我国正处于邀约型到交易型的转型 升级阶段 。 邀约型 VPP通过需求响应来削减峰荷， 交易型 VPP通过现货市场交易达到电力平 衡， 自治型 VPP能实现能源改革，项目主体逐步从政府转变为运营商，市场主体活力提升。 8 虚拟电厂功能与价值 数据来源：国网冀北电力，全球能源互联网发展合作组织，东吴证券研究所  虚拟电厂具有四大层面六个切入点的价值： 虚拟电厂在电力生产的各个环节发挥重要作用，在 电力系统层面对“源网荷”均有积极影响，在监管侧促进竞争降低成本，在运营商侧引入新的 商业模式，从产业链来看创造综合收益、提供增值服务。 虚拟电厂的功能和价值 ◼发电侧：促进新能源并网消纳 ✓缓解传统火电深调压力，提升火电的利用率（减少尖峰电源投资）； ✓为新能源提供新增调节能力，降低市场总成本费用； ✓提供清洁发展思路； ◼电网侧：服务电网稳定运行 ✓提高可调资源的可控性和实时响应能力，提升系统调节能力； ✓提高设备使用效率，减少电网的投资与建设； ✓提供电网调频调峰和负荷备用服务，助力缓解电网阻塞； ◼用户侧：产销结合者，保证优质供电服务 ✓拓宽资产的盈利方式； ✓提供移动APP、微信小程序等便捷互动渠道，提供用户节能、应急电源服务； ✓用户可以远程开展交易申报、用能监测、实时控制等业务； ◼监管侧：降低系统运行成本 ✓促进市场多元竞争，保障系统价格稳定； ✓助力分布式能源监管； ◼运营商侧：引入新兴市场主体 ✓确立虚拟电厂运营商（负荷聚合商）作为新兴市场主体； ✓新商业模式业务模式； ◼产业链：创造综合产业收益 ✓创造全产业链效益； ✓提供衍生增值服务； 发电企业、电网公司、电力 用户 监管机构 虚拟电厂运营商、负荷聚合 商、辅助服务提供商 资产拥有者、技术提供商、 设备提供商、服务购买商 电力系统 电力监管 运营商 产业链 9 虚拟电厂的关键技术 数据来源： 36氪研究院，国网冀北电力，《虚拟电厂关键技术及参与电力市场模式设计研究》李淑静等，东吴证券研究所  虚拟电厂的技术中资源评估是前提，调度控制是核心，信息通信是基础，资源分配是关键。 智能计量是直观获取用电数据的工具，其他技术包含市场运营、优化运行和物联网技术。通 过加快虚拟电厂关键技术研发 ，实现调控模式从“源随荷动”向“源荷互动”转变。 虚拟电厂关键技术 资源评估 ◼冬谷期间，储存充分电量以保障居民供暖用电；夏峰期间， 预先安排需求侧响应资源参与量和预留量。人工智能、大数 据等可提升决策精准度和实时性 ◼单体参与分配方案体现公平分摊原则，提高用户认可度和满 意度，但结算较复杂；响应容量最多方案选取每个用户最大 响应容量档位，影响用户舒适度，但结算较简单 资源分配 智能计量 调度控制 ◼加强储能、电源、可控负荷之间配合，实现满足系统高质量 要求的电能输出，并提高发电经济性；包括集中、集中-分 散及完全分散控制三类技术 ◼预测电网不同运行场景下多种资源响应的可信容量；自动分 解为每种资源的调控指令；建立负荷响应可信容量与调峰指 令方案对应关系，自动形成出力调度指令 ◼源网荷互动运行控制技术、分布式电源灵活并网装备及优化 调度系统、需求侧可调负荷资源建模与互动技术、千万千瓦 级风光电集群源网协调控制关键技术 ◼自动测量和读取用户状态，远程测量实时用户信息，方便用 户直观获取自身消费或生产的电能以及相应费用等信息；包 括自动计量管理（AMM）和高级计量体系（AMI）等 ◼基于低压智能开关的智慧物联计量箱技术、直流电能计量检 测技术、数字化电能计量检测技术、新能源领域精密测量技 术 ◼虚拟电厂市场运营技术：虚拟电厂潜力评估技术、竞标决策 技术 ◼虚拟电厂协调优化运行技术：虚拟电厂预测及风险管理技术 、资源聚合技术、多维效益评估技术、内部结算机制 ◼虚拟电厂物联网技术：边缘计算、控制技术 其他技术 信息通信 ◼主要包括基于互联网协议的服务、虚拟专用网络、电力线路 载波技术和无线技术、区块链、云计算、大数据、物联网、 网络与信息安全等 ◼ 5G通信技术、高速载波通信技术、电力光纤专网、电力无 线专网 10 虚拟电厂：商业模式因地区而异 数据来源：全球能源互联网发展合作组织，东吴证券研究所  不同地区虚拟电厂的商业模式有所差别： 欧美等发达地区普遍采用基于社区（ 用户 ）的商业 模式 ，欧洲还有以发电、 售电 、第三方运营商和电网公司为主体进行组合的多种商业模式， 亚太地区则多采用交易或独立运营模式，具体模式因国家政策和电力系统运行特点而异。 虚拟电厂的商业模式 ◼ 基于社区（用户）的商业模式 ✓ 代表地区：欧洲英国、法国、北美 ✓ 盈利逻辑： 1）居民用户：电网平衡服务收益 、降低电费开支； 2）技术开发商：分享电网 平衡服务收益； 3）电力公司：获得政府资助 、实现技术积累 ◼ 发电企业模式 ✓ 代表地区：欧洲英国 ✓ 盈利逻辑： 1）发电企业：卖电 +电网平衡服 务收益； 2）平台运营商：技术服务费 ◼ 发电商 +售电商混合型 ✓ 代表地区：欧洲法国 ✓ 盈利逻辑： 1）发电售电企业：卖电 +电网平 衡服务收益； ◼ 第三方运营的混合型模式 ✓ 代表地区：欧洲德国 ✓ 盈利逻辑： 1）参与用户：售电 +电网平衡服 务收益； 2）平台运营商：分享电网平衡服务 收益 +技术服务费 ◼ 售电企业运营的混合模式 ✓ 代表地区：欧洲德国 ✓ 盈利逻辑： 1）用户：降低用能成本； 2）公司：购售电 +电网平衡服务收益 ◼ 基于电网公司的平台模式（英国特有） ✓ 盈利逻辑：配网侧获得电网公司所支付 平衡费用的部分收益 ◼ 电网发起采购的模式（法国特有） ✓ 盈利逻辑：电网公司实现技术积累、 减少新增投资、降低平衡成本 ◼ 交易型 VPP模式 ✓ 代表地区：日本 ◼ 可再生能源集约化 VPP ✓ 代表地区：日本 ◼ 本地生产、本地消费型 ✓ 代表地区：日本 ◼ 独立运营模式 ✓ 代表地区：澳大利亚 11 目录 1.什么是虚拟电厂？ 2.海外虚拟电厂和电力市场 3.我国的实践和存在的问题 11 4.市场空间测算 5.相关标的及投资建议 12  电力市场自由度高、 竞争开放 ， 存在平衡市场 ， 利于 VPP深度参与各大模块。 1） 发电和批发 市场 方面 ，德国采取拍卖竞争方式，电价由供求决定，自由度高， 利于 VPP平等竞争，并发挥 自身灵活性优势对市场做出反应； 2）输电和配电市场 方面 ，德国存在 平衡市场 机制 ，输电系 统运营商实时购买或销售电力以保持平衡， VPP可利用自身灵活性从此运营套利  高度注重可再生能源， 契合 VPP属性 。 1）零售市场上， 德国消费者可自由选择供应商， VPP 的可再生属性使其成为大量环保消费者首选； 2） 德国施行 可再生能源法（ EEG） ，可再生能 源型电力生产者具有优先购电定价权，并将获得补贴，这既促进了 VPP生产的电力整合入电网， 又大幅提升了 VPP的盈利能力。 表 德国电力市场机制核心点概述 德国：虚拟电厂高度成熟， Next Kraftwerke龙头领航 电 力 市 场 主 要 模 块 各 模 块 核 心 内 容 对 虚 拟 电 厂 利 好 点 发 电 和 批 发 市 场 发电公司利用煤炭、天然气、核能以及越来越多的可再生能源（如风能和 太阳能）等多种能源生产电力。这些公司将他们的电力在批发市场上销售 。该市场上的电力价格由供求关系决定，并通过拍卖在主要的电力交易所 （主要是位于莱比锡的欧洲能源交易所，EEX）上确定 VPP可以通过聚合其控制的各个分散单元的输出来参与批发市场。这使它们 能够像传统发电厂一样在市场上销售电力。市场的自由化性质和拍卖机制 使VPP能够与其他发电厂家平等竞争。这种自由化和去中心化性质对虚拟电 厂（VPP）是有益的。VPP拥有着灵活的用电消费者和储能系统，使其能够 根据市场信号作出反应 输 电 和 配 电 高压输电网由四家输电系统运营商（TSOs）管理。他们负责维持电网平衡 （即确保供应满足需求），并将电力从发电厂传输到配电网络。配电网络 由众多的配电系统运营商（DSOs）管理，然后将电力分配给终端消费者。 无论是TSOs还是DSOs都受到联邦网络局（Bundesnetzagentur）的监管 VPP可以通过根据电网情况调整其输出来帮助输电系统操作商（TSO）和配 电系统操作商（DSO）维持电网稳定。例如，如果电网中有电力过剩，VPP 可以减少输出或增加消耗（例如通过充电电池）。这种灵活性对电网运营 商非常有价值，并可以为VPP提供额外的收入来源。 零 售 市 场 零售电力供应商从批发市场购买电力，并将其销售给终端消费者。德国消 费者可以自由选择他们的电力供应商，并且如果他们找到更好的供应商， 可以进行切换 许多VPP包括可再生能源，在这个相对自由零售市场上，VPP对希望支持可 再生能源的消费者有很强的吸引力 可 再 生 能 源 法 （ EEG） 为了促进可再生能源的使用，德国政府实施了EEG法案，保证可再生能源生 产者向电网输送的电力享受固定的上网电价补贴。这些上网电价补贴的成 本通过EEG附加费传递给消费者 EEG的优先购电定价为可再生能源的运营提供了经济激励。由于许多VPP包 括可再生能源，这可以增加它们的盈利能力。EEG还促进了可再生能源的整 合到电网中，这是VPP的主要目标之一 平 衡 市 场 平衡市场是TSOs在实时环境中购买或销售电力，以确保供求平衡。如果发 电厂未能生产承诺的电力量，或者出现了需求意外增长，TSOs可以在平衡 市场购买所需的电力 VPP可以通过在需要时提供或消耗额外的电力来参与平衡市场，帮助实时平 衡供求。这在生产可能不可预测的可再生能源密集型电网中尤为重要 容 量 市 场 与 纯 能 源 市 场 德国运营的是纯能源市场，这意味着发电商只会为他们销售的电力获得收 入，而不会为他们可提供的电力容量获得收入。这与容量市场形成对比， 容量市场中，发电商会获得为高峰需求时期保留一定容量的付款 在像德国这样的纯能源市场中，VPP可以优化其运营以最大化收入。例如， 它们可以在价格低时储存能源，并在价格高时出售。这可以增加这些单元 的盈利能力，并使可再生能源更具竞争力 数据来源： BMWK， IEA， DENA，东吴证券研究所 13  虚拟电厂群雄并起：新兴公司蓬勃发展，老牌厂商扩展新业务。 德国虚拟电厂市场发展较早，目 前已有多个主要虚拟电厂主体开展成熟服务， 分为 1） 以 Next Kraftwerke为代表的新兴以虚拟 电厂为核心业务的运营主体，和 2） 以 Lichtblick为代表的老牌绿色电力供应商拓展新业务两类 主体 。两类虚拟电厂均以整合小型分散的可再生能源发电厂为主，聚合形成大型 VPP，针对企业 和家庭均开展服务。  Next Kraftwerke龙头领航。 Next Kraftwerke创立于 2009年，于 2021年被壳牌收购，十余年 间发展迅速，具备高产能、多能源单元、强能源平衡能力， 截止 2022年底总产能达 12.29GW， 位列德国第一，已成为 VPP市场龙头。 主 要 虚 拟 电 厂 主 体 主 营 业 务 Next Kraftwerke 截至2022年底，Next Kraftwerke拥有15346个能源生产和能源消费单元，电网容量达到1 2294MW，2019 年的交易量达到15.1TWh。Next Kraftwerke经营着一个连接数千个能源生产和能源消费单元 的VPP。通 过智能控制这些单元，他们可以实时应对电力供需的波动，并提供一系列产品和服务，包括电力交易 、电力调度和平衡能源。这些服务帮助能源生产者、消费者和市场商最大化他们的收益潜力，并更有 效地管理他们的能源，是德国VPP龙头 Lichtblick Lichtblick连接数千个小型和分散的绿色发电厂，形成一个庞大的VPP。目前为170万客户提供服务， 是德国最大的绿色电力供应商，但是在VPP该细分领域略逊色于Next Kraftwerke。自1998年 以来，他 们一直是可再生能源领域的先驱，并已提供可靠的服务超过25年。典型产品为 koStrom：提供固定和 浮动价格的100%风能和太阳能电力 Statkraft Statkraft在德国运营着一个规模庞大的VPP，整合了超过1,500个风力、太阳能、生物质和水力发电厂 Sonnen Sonnen运营一个整合住宅太阳能光伏和电池系统的VPP，为家庭提供sonnenBatterie，一种 智能家庭能源存储系统 Vattenfall Vattenfall在德国运营一个整合了风力发电、太阳能和电池储能的VPP 表 德国主要虚拟电厂主体及其主营业务 德国：虚拟电厂高度成熟， Next Kraftwerke龙头领航 数据来源：各公司官网，东吴证券研究所 14  浓郁创新氛围催生完善软件控制系统，为 VPP创设强平衡与优化能力。 德国完善的 IT产业与监 管方对创新商业模式的支持提供了深厚人才基础， 提供 VPP灵活平衡能源市场和优化整合能源 资源的强劲能力 ，使 VPP 1） 能够积极响应市场动态， 从频率调节等电网稳定服务的辅助市场 盈利 ， 2） 还可以获取 TSOs的平衡市场利润，并从纯能源市场套利。  大面积小型分布式能源资源创设整合基础 ， 积极响应能源转型政策构筑竞争优势 。 德国可再生 能源发电发展成熟，但受地域风光资源分布原因，整体分布较为分散，为 VPP聚合整理创设基 础， 提高 VPP调节灵活度。由于整合的大部分均为可再生能源， VPP积极响应德国能源转型计 划，推动能源系统去碳化，获取政府补贴，相较传统电厂构筑竞争优势。 德 国 电 力 市 场 特 点 对 虚 拟 电 厂 影 响 分 布 式 能 源 资 源 （ DER） 的 聚 合 德国的VPP将各种DER聚合在一起，包括小型可再生能源发电设备、储能系统和需求响应资源。德国拥 有较高水平的可再生能源容量，尤其是太阳能光伏和风能，这些可以纳入VPP中 先 进 的 软 件 和 控 制 系 统 德国IT产业发达，VPP使用复杂的软件和控制系统来管理这些多样化的资源。这包括能够预测能源产量和需求的预测系统，以及根据当前市场条件和电网需求确定DER运行方式的优化算法。 参 与 能 源 市 场 德国拥有自由化的能源市场，这使得VPP可以将其聚合容量销售给各种市场。这包括整体电力市场和平 衡市场。德国还设有专门的辅助服务市场，包括频率调节和其他电网稳定服务 支 持 能 源 转 型 （ Energiewende） VPP在德国的运营支持该国的能源转型（Energiewende）计划，该计划旨在显著增加来自可再生能源 的 能源比例。通过整合可再生能源并为电网提供灵活性，VPP可以帮助管理可再生能源的变化性，并支持 能源系统的去碳化 监 管 支 持 德国政府和联邦网络局（Bundesnetzagentur），负责监管能源市场，对VPP和其他创新商业模式表示支持。这包括提供允许VPP参与各种能源市场的监管框架 创 新 与 研 究 德国是能源创新与研究的领导者，其中包括VPP的开发。许多德国公司和研究机构参与开发和测试新的 VPP技术和商业模式。 与 能 源 用 户 的 合 作 伙 伴 关 系 德国销售市场高度自由化，VPP运营商通常与拥有其组合中DER的企业或家庭建立合作伙伴关系或签订合同。这些参与者可能会因允许VPP运营商控制他们的能源产生或消耗而获得支付或减少能源费用。 表 德国电力市场特点及其对VPP影响 德国：虚拟电厂高度成熟， Next Kraftwerke龙头领航 数据来源： Energiepartnerschaft， BMWK， IEA， DENA，东吴证券研究所 15  商业模式高度成熟，“ 发电侧 +需求侧”双侧多核驱动收入增长。 虚拟电厂依靠 聚合 、 优化 、 参与能源市场、电网服务、灵活性服务、客户服务 六种主要商业模式获取收入。 Next Kraftwerke在发电侧拥有强聚合能力，聚合光电沼气等多类电厂形成联动效应，以此优化电力 输出 ， 需求侧则借德国自由市场之便利 ， 在平衡能源市场与灵活性服务上大放异彩 ， 发挥自身 受青睐的可再生能源属性，在客户服务上提供定制方案。 德国：虚拟电厂高度成熟， Next Kraftwerke龙头领航 表 虚拟电厂主要商业模式及Next Kraftwerke代表案例 商 业 模 式 种 类 商 业 模 式 简 析 Next Kraftwerke近 期 的 代 表 性 案 例 聚 合 VPP的主要目标是将风电场、太阳能电站和热电联产（CHP）装置等分布 式能源资源进行网络连接。通过聚合多个装置的电力，VPP能够提供与 大型中央发电厂或工业用户相同的服务和冗余，并在相同的市场上进行 交易。这是因为个别小型发电厂的发电曲线变化太大，或者它们根本无 法达到市场的最小竞标规模 Next Kraftwerke的VPP通过聚合各种分散的能源资源来运 营，如太阳能电厂，风电场，沼气厂，甚至可控负载。他 们将位于巴伐利亚的沼气厂，位于下萨克森的风电场和位 于巴登-符腾堡的太阳能公园连接在一个虚拟网络中，以提 高他们的联合效率和电力输送 优 化 VPP监控、预测、优化和交易网络化装置的电力。可控装置的功率发电 和功率消耗可以通过调整来平衡可再生能源的波动。VPP的控制系统存 储了计算电力生产者和消费者的最佳运行计划所需的所有数据。例如， 风能和太阳能发电装置的馈入，以及消耗数据和电力储存的充电水平， 可以用于生成电力交易的精确预测和可控电厂的调度 Next Kraftwerke使用先进的算法和机器学习来优化他们的 VPP内电厂的运行。通过使用先进的分析和预测工具，Next Kraftwerke优化了聚合资产的运营。例如，他们可以预测 何时北海风力强劲，在此期间优化该地区风电场的运作， 并减少其他资源的输出，确保可再生能源的有效利用 参 与 能 源 市 场 VPP不仅有助于稳定电网，还为将可再生能源整合到市场中创造了前提 条件。中央控制系统使用特殊算法根据输电系统运营商的平衡备用命令 进行调整，就像大型传统发电厂一样 一旦能源资源被聚合并优化，Next Kraftwerke就在各种市 场上交易这些能源，如日前和日内电力市场。一个例子是 他们参与EPEX SPOT，在那里他们根据预期的需求和供应交 易预测产量的聚合单位 电 网 服 务 VPP在稳定电网方面起着至关重要的作用。个别装置与VPP之间的双向数据交换可以传输控制命令，并提供网络化装置容量利用率的实时数据 Next Kraftwerke提供电网服务，如频率响应和电压支持。 例如，他们可能会迅速提高沼气厂的产出，以应对电网频 率的突然下降，帮助稳定电网并防止停电 灵 活 性 服 务 VPP的灵活性来自于它对聚合装置的馈入和消耗的控制能力。这种灵活 性可以用于应对能源市场中的需求或供应条件的变化 通过利用聚合单位的灵活性，Next Kraftwerke提供了诸如 需求响应之类的服务，其中消耗可以根据电网条件进行调 整。他们可以在电价高或电网供应低的时期降低大工厂的 能源消耗，并在条件更有利时再次增加 客 户 服 务 一些VPP运营商还向他们管理的能源资源的拥有者提供服务。这些服务 可以包括维护、数据分析和能源管理建议 Next Kraftwerke向客户提供各种服务，包括运行监测和维 护服务，从而减轻了资产所有者的运行负担。他们可以警 告位于Schleswig-Holstein的风电场运营商设备可能出现 故障，允许早期干预和最小的停机时间 数据来源： Energiepartnerschaft ， Next Kraftwerke官网， BMWK，东吴证券研究所 16  经营能力稳步增长 ， 电厂产能突飞猛进 。 Next Kraftwerke拥有的 总能源单元数 从 2019年 9月 的 8100个迅速增长至 2023年 6月的 15300个， CAGR为 17.8%，并网绿色电厂数稳步增长； 总 产能 从 2019年 9月的 7100MW增长到 2023年 6月的 12300MW， CAGR为 15.8%， 产能增长迅 猛， 市场份额巨大。  收入增长迅疾，度过前期投资阶段后利润进入高速增长阶段。 Next Kraftwerke的收入从 2015 年的 2.73亿欧元迅疾增长至 2021年的 172亿欧元 ， CAGR达 99.5%，收入增长迅猛，市场份额 大幅攀升。由于虚拟电厂前期需要投入较多， Next Kraftwerke在 2020年前利润极低或亏损， 但 2020年后已进入盈利阶段， 2021年利润为 9490万欧元，同比增长 286%，盈利能力强，利 润已开始高速增长 。 德国：虚拟电厂高度成熟， Next Kraftwerke龙头领航 表 Next Kraftwerke部分财务数据 图 Next Kraftwerke电网容量变化 表 Next Kraftwerke部分经营数据 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 收 入 （ 百 万 欧 元 ） 273 300 400 600 700 5500 17200 收 入 增 长 率 / 10% 33% 50% 17% 682% 213% EBITDA（ 百 万 欧 元 ） / 1 4 3 3 5 71.2 利 润 （ 百 万 欧 元 ） / / / 1 1 24.6 94.9 利 润 增 长 率 / / / / / / 286% 数据来源：公司年报，公司官网，东吴证券研究所 2019.9 2020.2 2023.6 总 能 源 单 元 数 （ 个 ） 8100 8700 15300 售 出 电 量 （ GWh) 12100 15100 15100 总 产 能 (MW) 7100 7600 12300 17  碳交易市场成熟，峰值需求广阔。 1） 美国具备完善的碳交易体系，多数州实施可再生能源配 额标准，而 VPP具有高可再生能源发电比例，在市场上具备显著优势。 2） 美国国土面积广阔， 在夏冬季均有不同州会面临供冷 /供暖峰值需求 ， 需要灵活调节 ，而 VPP的强灵活性使其能够完 美契合市场 。 电 力 市 场 主 要 模 块 各 模 块 核 心 内 容 对 虚 拟 电 厂 利 好 点 输 电 和 配 电 输 电 ： 高压输电线路将电力从发电厂输送到靠近需求中心的变 电站。这些线路通常由输电公司或公用事业公司拥有，它们的 使用受到联邦能源监管委员会（ FERC）的监管。 配 电 ： 从变电站，电力通过低压线路分配给家庭、企业和其他 终端用户。这些线路通常由当地公用事业公司拥有和运营，受 到州公用事业委员会的监管。 输 电 ：虽然 VPPs通常不拥有输电基础设施，但它们可以通过在接近消 费地点发电来帮助减少输电拥塞和相关成本。这可以提高输电系统的 效率，并可能降低总体电力成本。 配 电 ： VPPs可以对配电系统产生重要影响。通过管理分布式能源资源 的输出， VPPs可以帮助平衡本地电网的供需关系，减少峰值需求，并 提供其他增强电网可靠性和效率的服务。 零 售 市 场 终端用户从零售电力供应商购买电力。在一些州，消费者可以 从竞争市场中选择他们的电力供应商。在其他州，一个单一的 公用事业公司提供发电、输电和配电服务。 在竞争性零售市场中，VPPs可以向终端用户提供创新的产品和服务。 例如，VPPs可以提供需求响应计划，为在高需求期间减少用电的客户 提供财务激励。 可 再 生 能 源 配 额 标 准 （ RPS） 许多州实施了可再生能源组合标准，要求公用事业从可再生能 源中获取一定比例的电力。这推动了可再生能源部门的增长 包括可再生能源资源的VPPs可以帮助公用事业公司达到其可再生能源 配额标准的要求。此外，由RPS推动的可再生能源部门的增长可以增 加VPPs进行集合的资源数量。 碳 排 放 配 额 交 易 和 碳 定 价 一些地区实施了市场化的减少温室气体排放的方法，如排放配 额交易系统或碳定价。这些机制为减少排放和投资于清洁能源 提供了经济激励 这些以市场为基础的减少温室气体排放的方法可以为包括低碳或零碳 资源的VPPs提供经济激励。通过减少排放，VPPs可以获得碳信用额 度，可以在碳排放配额交易市场出售，提供额外的收入来源。 监 管 电力市场受到严格的监管，以确保公平竞争、可靠服务和合理 价格。联邦能源监管委员会（FERC）监管跨州输电和批发电力 市场，而州公用事业委员会监管零售电力销售和当地配电服务 联邦能源监管委员会（FERC）和州公用事业委员会等监管机构越来越 认识到分布式能源资源的价值和其提供的服务。支持将这些资源整合 到电网中并为其提供公平补偿的政策可以极大地惠及VPPs 发 电 与 批 发 市 场 发 电 ： 电力由多种来源发电，包括煤炭、天然气、核能、水力 、风力和太阳能发电厂。这些发电厂由独立发电厂、公用事业 和私营公司拥有和运营。 批 发 ： 发电产生的电力在批发市场上销售。在美国的许多地 区，这些市场由独立系统运营商（ISOs）或区域输电组织 （RTOs）管理。这些实体协调从发电厂到满足需求的电力调 度，管理电网的可靠性，并促进电力供应的竞争性投标。 发 电 ： VPPs将分布式能源资源（ DERs）如太阳能电池板、风力涡轮机 和储能系统进行集合。这些资源可以由各种实体拥有，包括房主、企 业和独立发电商。通过将这些资源作为一个统一系统进行管理， VPPs 可以有效地参与电力市场的发电方面。 批 发 市 场 ： VPPs可以通过出售其集合资源的综合发电量参与批发市场 。管理这些市场的独立系统运营商（ ISOs）或区域输电组织（ RTOs） 通常会制定允许集合资源参与的项目或规则，这为 VPPs提供了重要的 收入机会 表 美国电力市场机制核心点概述 美国：深耕加州市场核心，特斯拉多点盈利 数据来源： US EPA， EIA， RFF， FERC， NGA，东吴证券研究所 18 代表厂商：特斯拉 •战略：特斯拉利用其Autobidder平台来整合和控制分布式能源资源。包括他们自己的Powerwall家 用电池，截至2022年全球安装量已超过20万台。 •技术：特斯拉的Autobidder平台利用机器学习来预测能源需求并优化分布式能源资源的利用。它已 成功应用于澳大利亚的Hornsdale Power Reserve，其容量为150兆瓦。 •市场：特斯拉在全球范围内运营，在美国加州已有超5700户家庭加入VPP。其在澳大利亚拥有重要 的VPP运营，2020年，特斯拉逐步进入英国电力市场。 •战略：整合其住宅太阳能和电池储能 客户所产生和存储的电力，创建VPP 。 •技术：住宅太阳能电池板和储能系统 。 •市场：Sunrun主要在美国住宅太阳能 市场运营。2020年，Sunrun宣布与南 加州爱迪生公司签订合同，以提供5兆 瓦的住宅太阳能和电池储能作为VPP 。 •战略：利用人工智能来优化能源利用并创 建VPP。 •技术：Stem的Athena AI平台能够自动在电 池电力、现场发电和电网电力之间切换， 以最大程度提高效率并提供电网服务。 •市场：Stem主要在美国运营，向企业、公 用事业和其他能源服务提供商提供解决方 案。截至2022年，Stem拥有1000多个运营 地点。 •战略：提供平台使其他公司能够管理分布 式能源资源并创建VPP。并不拥有或运营 自己的资源，而是为其他公司提供技术支 持。 •技术：AutoGrid的旗舰应用套件AutoGrid Flex™利用机器学习来优化分布式能源资源 的利用并提供电网服务。 •市场：全球管理超过5000兆瓦的灵活容量 。  VPP市场一超三强格局，各有侧重差异发展。 特斯拉为美国 VPP龙头 ，深耕加州市场，利用机 器学习技术整合优化家庭电池和工业发电两类 VPP。 AutoGrid则注重平台服务 ， 不运营自有 VPP， Stem利用 AI优化能源利用， sunrun注重住宅能源市场。  特斯拉业务线广阔多点盈利 。 特斯拉业务涵盖平台 、 人工智能优化 、 小型绿色发电厂 、 家庭太 阳能四大 VPP领域 ，业务涵盖其他三强总和，在加州已有超 5700户家庭加入 VPP，并已与政府 签订供电协议， 成熟的 Autobidder平台切合 VPP灵活定价属性， 多点盈利下 VPP业务已步入星 辰大海。 表 美国VPP核心玩家概述 美国：深耕加州市场核心，特斯拉多点盈利 数据来源：各公司官网，东吴证券研究所 19 图 特斯拉在加州纳入电网家庭数变化(个）  深耕加州核心业务，广泛布局全国市场。 特斯拉在 加利福尼亚 的 VPP参与的 Powerwall业主数 激增 ， 22年 6月参与家庭数为 1262个， 23年 6月增长为 7303个， 同比 +478%，现 输出能力已 达 50MW， 在 22年贡献了 577MWh的电量 。 此外 ，特斯拉还进军其他州，布局全国市场： 22 年 12月， 特斯拉获得批准在 德克萨斯州 创建一个“全州市场设计试点”虚拟电厂。  业务增长创新纪录 ， 市场规模增速喜人 。 业务表现 ：特斯拉的电池储能系统 （ BEES） 储能量在 22Q4同比增长 152％， 创下新的季度记录 。 市场规模 ：全球虚拟电厂市场在 22年市场规模达 12亿美元， 预计到 2028年将达到 46.3亿美元， CAGR为 25.63％，美国为核心市场之一。 图 特斯拉PG分 布式新能源监管 争夺全球 VPP产业 话语权；吸引社 会力量参与分布 式新能源发展 虚拟电厂各层面的发展必要性 -100% -50% 0% 50% 100% 150% 200% 250% 300% 0 20 40 60 80 100 120 140 2018 2019 2020 2021 2022 新增公共