（报告出品方：招商证券）

一、虚拟电厂：What & Why?

虚拟电厂是通过数字化手段聚合并协调分布式能源参与电力市场运作的软件平台系统。虚拟电厂（Virtual Power Plant，简称VPP）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，主要由发电系统、储能设备、通信系统构成。

【资料图】

“虚拟”是指其没有实体电厂的存在形式；“电厂”是指其具有电厂的某些特定属性，通过分布式能源管理系统将分散安装的清洁能源、可控负荷和储能聚合作为一个特别的电厂参与电网运行。作为电网的“智能管家”，虚拟电厂将分散式电源和负荷化零为整，既可以作为“正电厂”向电力系统供电，也可以作为“负电厂”消纳系统的电力，起到灵活的削峰填谷作用，助力电网系统保持实时平衡。

虚拟电厂依据主体资源的不同，可分为供给侧资源型、需求侧资源型和混合资源型。

供给侧资源型虚拟电厂：聚焦于发电侧，聚合资源以公用型分布式发电、发电侧和电网侧储能等资源为主。通过两种方式参与调度：①帮助新能源稳定并网，实时预测发电量，在高峰期增加发电，低谷期减少发电；②向电网侧提供灵活性储能服务。

需求侧资源型虚拟电厂：聚焦于用户侧，聚合资源以自用型分布式电源、用户侧储能、可调负荷等资源为主。通过两种方式参与：①自主调节用电负荷，进行需求侧响应，在高峰期减少用电；②高峰期通过分布式电源、储能等放电，直接将多余电力提供给电网。

混合资源型虚拟电厂：由前两者共同组成，既可聚合用户侧资源，又可聚合发电侧资源。

在“双碳”目标下，虚拟电厂对提升电力系统灵活性具有重要意义。过去十年，我国新能源装机占比大幅提升，新型电力系统的建设将进一步提升新能源发电占比。据国网能源研究院预测，在2030和2060年，我国新能源装机容量占比将分别达到41%和70%，发电量占比将分别达到22%和58%。以风能和太阳能发电为代表的新能源发电方式具有显著的间歇性和强随机波动性，同时会随时空范围的变化产生规律性改变，使得电力系统调节缺乏灵活性，供需不平衡。

传统电力能源生态系统是“源随荷动”运行模式，当用电负荷突然增高，但电源发电能力不足时，供需不平衡将严重影响电网安全运行。因此，“源随荷动”模式亟需向“源荷互动”模式转变，虚拟电厂应运而生。虚拟电厂的优势在于，兼具生产者与消费者的角色，根据需求可以改变角色身份特征，能够聚合分散在不同空间的分布式能源，在智能协同调控和决策支持下保障新能源电力的稳定输出，真正实现“源荷互动”。

虚拟电厂是实现分布式电源一体化管理，保障电网稳定运行的最佳形式。中国电力行业低碳转型呈现分布式发电逐步替代集中式发电的特点。2021年光伏发电新增装机中，分布式光伏约为29GW，占全部新增装机的55%左右。国家发改委在《“十四五”循环经济发展规划》中提到，推行分布式能源及光伏储能一体化系统应用。据埃森哲预计，到2025年，中国分布式能源市场规模将达4861.4 TWh，年复合增长率29.9%；到2040年，中国分布式能源投资金额年复合增长率将达27.9%。

保障电网稳定运行，分布式能源需要一体化管理。分布式能源的分散性、随机性使得其可观性、可测性、可控性较弱，随着分布式能源大量接入电力系统，分布式能源并网发电对电网运行的安全稳定、电网规划、电力平衡、电能质量控制等提出了更高要求。

目前，虚拟电厂和微电网是实现分布式电源并网的两种形式。微电网自身的区域性能源聚合调节有一定局限性。微电网虽然能够协调大电网与分布式电源的技术矛盾，并具备一定的能量管理功能，但微网以分布式电源与用户就地应用为主要控制目标，且受到地理区域的限制，对多区域、大规模分布式电源的有效利用及在电力市场中的规模化效益存在一定局限性。虚拟电厂可实现跨区域聚合，更有利于资源的优化配置。虚拟电厂通过先进的计量、通信、控制等技术聚合分布式能源并 通过更高层面的软件架构实现多个分布式能源的协调优化运行。它并不受区域的限制，能够聚合微网所管辖范围之外的分布式能源，为电网提供容量、有功、无功等多种服务，更有利于资源的优化配置及利用。

虚拟电厂作为需求响应的延伸，将极大提升能源电力精细化管理水平。需求响应在削峰填谷、促进清洁能源消纳、保障系统功率平衡等方面的作用日益凸显。我国电力需求响应发展迅速，据国网能源研究院预计，2060年我国需求响应规模有望达到3.6亿千瓦左右。目前，已有广西、安徽、山东、浙江、河北 等14省发布电力需求响应政策，并开展响应试点，鼓励电能替代、储能、电动汽车充电设施等具有可调节能力的用户、运营商参与需求响应，并给予一定的削峰填谷补贴。

需求响应的实施正逐步向提升能源电力精细化管理水平和电网运行灵活性、促进清洁能源消纳等作用转变。随着数字化技术的发展，虚拟电厂参与负荷和响应手段更加多元，负荷调控更为精准，使需求响应能够实现迅速、高效和精准的电力实时动态调控，能有效解决电力供给侧可再生能源发电带来的巨大不确定性。江苏电网建成的世界规模最大的“虚拟电厂”，全省毫秒级实时响应规模已达200万千瓦。这套系统通过“互联网+电网” 的技术，实现调控电厂发电的同时，也能调控用户用电，让供需两端达到毫秒级的瞬时平衡。

虚拟电厂不仅能够节约电厂和电网投资成本，同时具有节能和减碳效益。虚拟电厂能够有效节约投资成本。我国能源资源和需求中心逆向分布，因此形成了“西电东送”的资源配置格局。随着东部地区用电比例不断上升，我国东西部电力供需关系趋紧，电力峰谷差矛盾日益突出，各地年最高负荷 95%以上峰值负荷累计不足50小时。根据国家电网测算，通过火电厂实现电力系统削峰填谷，满足5%的峰值负荷需要投资4000亿； 而通过虚拟电厂，在建设、运营、激励等环节投资仅需400-570亿元。

虚拟电厂在使用过程中有较大的节能和减碳效益。虚拟电厂节电过程中对环境无污染，且成本较低，能获得显著的碳减排效益和更高的经济效益。2021年5月，国家电网在上海开展了国内首次基于虚拟电厂技术的电力需求响应行动，仅一个小时的测试，产生了15万千瓦时的电量。在这次测试中，累计调节电网负荷56.2万千瓦，消纳清洁能源电量123.6万千瓦时，减少碳排放量约336吨。

二、发展现状：国内各地试点项目持续落地

虚拟电厂的发展阶段可分为邀约型阶段、市场化阶段、自主调度阶段。在邀约型阶段，由于没有成熟的电力市场下，主要通过政府机构或电力调度机构发出邀约信号，由负荷聚合商、虚拟电厂组织资源进行削峰、填谷等需求响应。我国各省开展的虚拟电厂项目以试点示范为主并由政府引导、电网实施，尚未形成一套成熟的技术解决方案，仅有山西省发布了虚拟电厂具体实施方案。在市场化阶段，在电能量现货市场、辅助服务市场和容量市场建成后，虚拟电厂聚合商以类似于实体电厂的模式，分别参与这些市场并获得收益。例如欧洲Next Kraftwerke和澳大利亚AGL的虚拟电厂项目。在自主调度型阶段，该阶段也可称为“虚拟综合电力系统”，既包含分布式能源、储能系统和可控负荷等基础资源，也囊括由这些基础资源组合而成的微网、主动配电网、多能互补多能源系统、局域能源互联网等。该阶段可以灵活制定运行策略、参与能够跨区域的电力市场交易获得利润分成，或参与需求响应、二次调频等电力辅助获取补偿收益。例如Tesla在美国德州正积极主动开展该阶段的探索。

在电力市场化定价背景下，电价将随着电力供需波动，电价峰谷差和电价弹性变大，由此带来了虚拟电厂两种商业模式。参与辅助服务市场，获得削峰填谷的电价补贴。电价峰谷差变大使得相关部门有平抑电价的需求，但是这需要电力供需均衡的方式来实现，所以可以看到各省在积极推进电力需求侧响应，并对参与到削峰填谷的用户或聚合商给予补贴。

根据广州虚拟电厂实施细则，广州市削峰补贴最高5元/度，填谷补贴最高2元/度。因此，虚拟电厂可以通过负荷低谷时减少出力（增加负荷）或在负荷高峰时增加出力（削减负荷）来参与调峰调频服务交易获得补贴收益。

参与电力现货市场交易，获得电价差价收益。市场化定价下，电力现货价格波动幅度不受限，虚拟电厂可以根据价格信号自动调节用户可控负荷，在不影响用户正常生产的情况下将用户负荷从现货高价转移至低价时段；或在电价低时买电，电价高时售电，通过电价差获得收益。例如今年5月，国电投深圳能源发展有限公司的虚拟电厂平台在参与电力现货市场的功能试验中，平均度电收益0.274元，是国内首个虚拟电厂参与电力现货市场盈利的案例。

三、重点关注相关布局企业

虚拟电厂产业链由上游基础资源、中游资源聚合商和系统平台服务商、下游电力需求方构成

上游基础资源主要包括可调负荷、分布式电源和储能系统，如工业园区、商场、大型用电设备等。随着可调负荷中掺杂越来越多自用型分布式能源和储能，逐渐发展出微网、局域能源互联网等形态，成为虚拟电厂的次级控制单元。中游资源聚合商主要依靠互联网、大数据等工具，对各层面的数据信息进行整合、优化、调度和决策，从而增强虚拟电厂的统一协调控制能力；中游系统平台服务商主要是为虚拟电厂提供软件或硬件服务，搭建调度系统。下游为电力需求方，主要由电网公司、售电公司和其他参与电力市场化交易的大用户构成。

虚拟电厂的竞争要点在于资源聚合能力、可靠通信能力、实时协调能力，信息防护能力。

智能计量技术：控制中心需要收集和处理大量的需求信息、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，以对发电机组的出力和运行效率、用电负荷变化做出较准确的预测，为电力调度和生产提供依据。

信息通信技术：安全可靠的通信是虚拟电厂稳定运行的条件。聚合能源的范围以及市场的交互取决于通信技术, 控制中心需要基于融合能源流与信息流的双向通信技术，接收各子系统的状态信息、电力市场信息、用户侧信息等进行决策、调度、优化，从物理层、数据链路层等各个层面保证数据通信的快捷与通畅。

协调控制技术：对每个分布式资源进行快速响应和实时协调控制，是虚拟电厂发挥作用的保证。该技术可分为集中控制方式、分散控制方式和完全控制方式，从而能够参与多种电力市场的运营模式及调度框架。

信息安全技术：信息安全是未来虚拟电厂发展中必须重视的问题。虚拟电厂的调控功能依赖通信技术进行传输，而数据大多数涉及状态采集和控制类模块，对实时性、可靠性和安全性的要求比较严格。由于聚合海量可调资源，海量终端也给虚拟电厂提出了高容量的信息传输要求。同时，虚拟电厂由于主体不一，需要对用户隐私进行加密与保护。

虚拟电厂的核心竞争力体现在聚集资源数量、可调容量、协调算法能力、供需预测准确度等。因此，我们认为虚拟电厂的发展将使得两大主体受益：

电力用户和负荷聚合商：需要具备一定规模的响应能力，并通过供电局资格审核通过，才能参与虚拟电厂。根据广州市公开征集情况，对于电力用户，大工业电力用户的响应能力不低于500千瓦，一般工商业电力用户的响应能力不低于200千瓦；对于负荷聚合商，总响应能力不低于2000千瓦。参与者主要是售电公司或具有工业领域电力需求侧管理服务机构资质的公司。

虚拟电厂技术软件平台服务商：依托能源领域系统开发、控制计量、数字化转型等技术储备为电网公司虚拟电厂搭建软件平台，实现数据的采集、分析、处理、可视化等，以实现电力调度的最优化。参与者主要有电网信息化板块企业和智慧能源和IT领域方案提供商。

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关键词： 电力市场 电力系统 削峰填谷