工业互联网行业专题研究之二：虚拟电厂-中泰证券.pdf-solarbe文库

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1 中泰证券研究所专业｜领先｜深度｜诚信｜证券研究报告｜ 2022. 09. 21 工业互联网专题研究之二虚拟电厂中泰证券·互联网研究团队韩筱辰 S0740521110002 2 核心观点工业互联网是新一代信息通信技术与工业经济深度融合的新型基础设施、应用模式和工业生态，在包括新能源行业在内的众多行业的信息化、智能化转型升级的进程中扮演者不可或缺的角色。虚拟电厂即是依托新能源技术与工业互联网技术，提升电网智能调度与消纳能力的典型案例。 2022年夏季，全球多地连续出现高温天气，各国电网用电负荷陡增。如何通过工业互联网技术实现用户侧资源与电网供需互动、缓解电网负荷压力，成为了社会各界热议的问题。在全球推动绿色能源转型的大背景下，发展虚拟电厂对于促进电网供需平衡、实现分布式能源低成本并网、推动新能源充分消纳、保障电力系统安全运行等具有重要意义。本报告以“七问七答”的形式，致力于回答以下七个关于虚拟电厂的核心问题1）我们如何定义虚拟电厂2）虚拟电厂的兴起回应了新能源行业的什么痛点3）虚拟电厂在各国如何落地4）我们如何梳理虚拟电厂的产业链5）我们如何测算虚拟电厂的盈利能力6）虚拟电厂的市场空间有多大7）虚拟电厂的核心标的有哪些 1. 我们怎么定义虚拟电厂 I. 虚拟电厂（VPP, Virtual Power Plant）是一种新型电源管理系统，通过信息技术和软件系统，将多种分布式资源聚合起来，参与电力系统运行与电力市场交易。虚拟电厂不是一个真实的物理电厂，但通过聚合海量分布式资源，它可以对外表现为一个可控电源，起到提供电能、调峰调频等电厂所具有的作用 II. 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。其中电源型虚拟电厂具有能量出售的能力，可参与能量市场，并视实际情况参与辅助服务市场；负荷型虚拟电厂具有功率调节能力，可参与辅助服务市场，但出售能量的能力不足；储能型虚拟电厂既可参与辅助服务市场，也可以在部分时段放电以出售电能；混合型虚拟电厂全能型虚拟电厂是同时具有多类虚拟电厂的特征的全能型角色 III. 虚拟电厂的核心竞争力在于技术和资源的运用，本质是通过协调控制技术、智能计量技术和信息通信技术将各类分布式发电设备与储能设施结合，对电力负荷进行协调和控制。虚拟电厂所聚合的资源越多，调节能力越强，核心竞争力也就越强 3 核心观点 2. 虚拟电厂的兴起回应了新能源行业的什么痛点 I. 供给侧光伏、风电等新能源装机量迅速提高，但受地理位置和自然条件的影响，各省份装机量差异较大，这要求电力系统实现分布式能源的聚合；并且新能源具有随机性、间歇性和波动性的特点，若直接规模化并网，将对电力系统的安全性与稳定性造成巨大冲击，这要求电力系统提升其灵活调节能力。而虚拟电厂能够聚合分布式资源、提升调节能力，从而回应能源供给侧结构性变化的需求 II. 需求侧近年来我国全社会用电总量与最高负荷屡创新高，且第三产业和居民用电占比持续提升，其需求模式的时段性特征进一步拉大了电力需求的峰谷差。特别是新能源汽车销量激增，其不均匀的充电时间分布给电网负荷带来极大负担。相较于单纯增加电源，虚拟电厂能够更灵活、更经济地实现削峰填谷，以满足新形势下的能源需求 3. 虚拟电厂在各国如何落地 I. 德国虚拟电厂已实现商业化，其主要业务是优化100kW以上中型可再生能源电厂在日前市场的售电，代表案例有Next-Kraftwerke等 II. 美国较早开展需求侧管理，需求响应（DR, Demand Response）项目最多、种类最齐全。美国虚拟电厂通过控制电力价格、电力政策的动态变化降低用电负荷，或获取电力用户手中的储能来保证电网系统稳定性。代表案例有Tesla虚拟电厂智能平台 Autobidder等 III. 中国虚拟电厂总体处于试点示范阶段，仍在探索商业模式，更多通过价格补偿或政策引导来参与市场。代表案例有国网冀北泛在电力物联网虚拟电厂示范工程、广东深圳自动化虚拟电厂等 4. 我们如何梳理虚拟电厂的产业链 I. 虚拟电厂的上游为由可控负荷、分布式能源与储能构成的基础资源，中游为提供虚拟电厂运营服务与技术支持的系统平台，下游为由电网公司、售电公司、大用户构成的电力需求方 4 核心观点 5. 我们如何测算虚拟电厂的盈利能力 I. 电价机制改革峰谷电价差越大，用户购买辅助服务和需求侧响应的激励也就越大；电价平均水平越高，用户购买能效优化服务、虚拟电厂进行现货交易的收益也就越大。因此，电价机制改革进程是虚拟电厂盈利能力的重要影响因素。我们预计，随着新型电力系统的加快构建，电价机制改革将不断深化，推动电力回归商品本质，并持续拉大电价峰谷价差、推高电价平均水平 II. 电力市场建设电力现货交易与中长期交易互为补充，其中现货市场具有重要的价格发现功能，中长期市场的店里价格往往根据现货市场价格而定；对基础资源的聚合能力是决定虚拟电厂竞争力的重要因素，而统一的电力市场将为虚拟电厂提升跨空间资源聚合的能力打开空间，奠定虚拟电厂商业模式向跨空间自主调度型阶段发展的基础。我们预计，随着全国统一电力市场和电力现货市场的建设在未来进一步推进，电力市场交易总量与市场主体的数量将进一步增加，对电力系统综合调节能力的要求将随之提升，从而带动对虚拟电厂辅助服务的需求 III. 商业模式顶层设计是虚拟电厂盈利能力的重要影响因素我国虚拟电厂多数试点项目涉及的业务场景较为有限，并且省级层面缺乏统一的虚拟电厂平台。因此我们认为，虚拟电厂盈利能力的提升，需要国家层面和更多省级层面的专项政策的出台，以及顶层设计提供统一的省级/市级/区域及虚拟电厂平台，开辟应用模式拓展的新空间。我们预计，随着国家层面顶层设计的完善与统一的虚拟电厂平台的建设，虚拟电厂涉及的业务场景与盈利方式将进一步多样化发展 6. 虚拟电厂的市场空间有多大 I. 投资市场规模根据全球能源互联网发展合作组织的预测，2025年、2030年最大负荷则将分别达到15.7、18.2亿千瓦。我们根据国家电网的数据测算得到，虚拟电厂可调负荷资源库的投资成本约为914元/千瓦，由此预计2025年、2030年虚拟电厂投资规模将分别达到 718、998亿元 5 核心观点 II. 运营市场规模我们认为虚拟电厂的核心服务为平抑峰值负荷，因此通过测算虚拟电厂用可调负荷资源库解决峰值负荷调节问题所带来的平抑负荷的价值，作为虚拟电厂运营市场规模的估计。我们预计2025年、2030年虚拟电厂的运营市场规模将分别达到932.19亿元、 1,283.10亿元 7. 虚拟电厂的核心标的有哪些 I. 国能日新、朗新科技、恒实科技、国电南瑞、国网信通、远光软件、南网科技、东方电子、万胜智能、南网能源等风险提示“双碳”政策推进不及预期的风险，虚拟电厂相关技术发展不及预期的风险，电价机制改革推进不及预期的风险，电力市场发展不及预期的风险，行业规模测算偏差的风险，研报使用的信息数据更新不及时的风险等 6 目录 CONTENTS 专业｜领先｜深度｜诚信中泰证券研究所 Q1.我们如何定义虚拟电厂 Q2.虚拟电厂的兴起回应了新能源行业的什么痛点 Q3.虚拟电厂在各国如何落地 Q4.我们如何梳理虚拟电厂的产业链 Q5.我们如何测算虚拟电厂的盈利能力 Q6.虚拟电厂的市场空间有多大 Q7.虚拟电厂的核心标的有哪些虚拟电厂“七问七答” 7 CONTENTS 目录 CCONTENT S 专业｜领先｜深度｜诚信中泰证券研究所 Q1 我们如何定义虚拟电厂 8 虚拟电厂（VPP, Virtual Power Plant）是一种新型电源协调管理系统，虚拟电厂通过信息技术和软件系统，实现分布式电源、储能、可调负荷等多种分布式资源的聚合和协同优化。什么是虚拟电厂“通信”和“聚合”构建电力能源新生态资料来源优特科技，中泰证券研究所虚拟电厂三大要素分布式能源储能可控负荷构成要素作用分布式电源分布式电源分布较广，种类众多，发电受自然条件等因素影响，具有随机性特征。在风能水能发电高峰，虚拟电厂可以调节减少火力发电强度，从而调节分布式电源，减少电力浪费储能电力的供给大于需求的时候，将富余的电力流向储能，稳定电网输出功率。当电力供给小于需求时，可以从附近的储能走电，减少电网端的供电压力，从物理层面达到削峰填谷的作用可调负荷冬夏两季用电高峰期，虚拟电厂控制系统通过AI和远程控制，在不影响人体舒适度的情况下调节空气温度；在不影响楼宇安全情况下，调节电梯运行方式；调节楼宇中的储能设备 9 作为一个特殊的电厂，参与电力市场和电网运行的协调管理系统。它既可以作为“正电厂”向系统供电调峰，又可作为“负电厂”加大负荷消纳配合系统填谷。在电网运行方式向源网荷储灵活互动转型和结构向清洁低碳转型的背景下，大力发展虚拟电厂对促进电网供需平衡，实现分布式能源低成本并网，充分消纳清洁能源发电量，推动绿色能源转型具有重大的现实意义。什么是虚拟电厂“通信”和“聚合”构建电力能源新生态资料来源国网上海经研院，中泰证券研究所 10 虚拟电厂各地项目汇总资料来源舍得低碳，中泰证券研究所发布时间政策名称主要内容 2022.1 “十四五”现代能源体系规划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）能量互动等各类能源聚合的虚拟电厂示范。 2022.1 关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见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。 2022.1 关于加快建设全国统一电力市场体系的指导意见引导各地区根据实际情况，建立市场化的发电容量成本回收机制，探索容量补偿机制、容量市场、稀缺电价等多种方式，保障电源固定成本回收和长期电力供应安全，鼓励抽水蓄能、储能、虚拟电厂等调节能源的投资建设。 2021.7 关于加快推动新型储能发展的指导意见鼓励聚合利用不间断电源、电动汽车、用户侧储能等分散式储能设施，依托大数据、云计算、人工智能、区块链等技术，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。 2021.3 关于推进电力源网荷储一体化和多功能互补发展的指导意见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。 2015.7 关于促进智能电网发展的指导意见依托示范工程开展电动汽车智能充电服务、可再生能源发电与储能协调运行、智能用电一站式服务、虚拟电厂等重点领域的商业模式创新。省份项目名称运行时间公司详细内容河北国网冀北泛在电力物联网虚拟电厂示范工程 2019/12/11 国网冀北电力首个实时接入与控制蓄热式电采暖，可调节工商业、智能楼宇、智能家居、储能、电动汽车充电站、分布式光伏等11类19家泛在可调资源，容量约16万千瓦，涵盖张家口、秦皇岛、廊坊三个地市。广东广东深圳自动化“虚拟电厂” 2020/10/26 深圳供电局首套虚拟电厂系统在深圳110千伏投控变电站投入试运行，承载系统装置占地不足1平方米，却可凭借前沿的通信和自动化聚合技术，发挥与大型电厂等效的调峰、电压控制等功能。华北华北国网综能“虚拟电厂” 2020/12/1 国网综合能源服务集团有限公司聚合15.4万千瓦可调资源参与华北电力辅助服务市场；该虚拟电厂累计对接筛查负荷20余万千瓦，成功接入可调负荷10万千瓦。江苏江北新区智慧能源协调控制系统“虚拟电厂” 2021/1/5 江苏南京供电公司通过串联分布式光伏、储能设备及各类可控负荷，参与电网调峰辅助服务市场、按需调减各类能源使用比例。安徽安徽合肥“虚拟电厂” 2021/1/25 合肥供电公司实现光伏、储能、充（换）电、微电网等多种电力能源形式互联互动；合肥虚拟电厂接入光伏电站达120兆瓦，预计三年内合肥区域虚拟电厂总容量占比将达到夏季降温负荷400万千瓦的近两成。浙江浙江丽水绿色能源“虚拟电厂” 2021/3/22 浙江电网丽水绿色能源虚拟电厂由全市境内800多座水电站组成、利用光纤、北斗通信等新技术，将全域水电发电信息聚合、进行智慧调度；可参与辅助电网调峰工作。上海上海“虚拟电厂” 2021/5/1 国网上海电力通过开展规模化的“削峰”和“填谷”，虚拟电厂需求响应行动在不到两天内，累计调节电网负荷56.2万千瓦、消纳清洁能源123.6万千瓦时，减少碳排放约336吨。湖北武汉市“虚拟电厂”试点项目 2021/6/1 物湖北电网武汉供电公司可在武汉市东西湖、黄陂、汉口后湖、百步亭、徐东、南湖、东湖高新等区域局部降低监控符合70万千瓦，折合电网基建投资12.8亿，减少碳排放300万吨。浙江浙江平湖县城“虚拟电厂” 2021/6/21 国网平湖市供电公司汇聚分布式发电、储能、工业、综合园区、商业、居民等6大类18小类用户侧资源，建成包含日前、日内、实时可调资源共计200兆瓦以上。广东广州市虚拟电厂 2021/9/13 广州供电局已注册各类用户30家，完成签约15家，邀约响应能力约250兆瓦，实时响应能力约15兆瓦。广东深圳网地一体虚拟电厂平台 2022/11 深圳供电局、南网科研院部署于南网调度云、网省两级均可直接调度；负荷侧资源在接到调度下发的调控需求后，10分钟内负荷功率即下调至目标值，为电网提供备用辅助服务。广东国电投深圳能源发展有限公司虚拟电厂平台 2022/6/8 国电投深圳能源发展有限公司由国家电投集团上海发电设备成套涉及研究院牵头研发，参与广东现货市场交易并获利，平均度电收益0.274亿元。浙江国网浙江综合能源公司智慧虚拟电厂平台 2022/6/30 国网浙江综合能源公司聚合3.38万千瓦响应资源参与省级电力需求响应市场、所有参与企业均达到补贴最大区间。 11 虚拟电厂分类电源型、负荷型、储能型、混合型特征具有功率调节能力，可以参与辅助服务市场，能量出售属性不足。负荷型特征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。电源型资料来源能源情报，中泰证券研究所虚拟电厂由可控机组、不可控机组，如风、光等分布式能源、储能、可控负荷、电动汽车、通信设备等聚合而成，并进一步考虑需求响应、不确定性等要素，通过与控制中心、云中心、电力交易中心等进行信息通信，实现与大电网的能量互换。根据虚拟电厂对外特征，不同类型特征的虚拟电厂具有不同的服务能力，虚拟电厂可以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。特征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。储能型特征全能型角色。混合型日本和德国以储能和分布式电源作为虚拟电厂的主体，美国则是以可控负荷为主，规模已占尖峰负荷的5以上。 12 虚拟电厂关键技术资料来源36氪研究院，中泰证券研究所虚拟电厂关键技术协调控制、信息通信、智能计量协调控制技术智能计量技术信息通信技术 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实现分布式能源聚合的关键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实现分布式能源协调优化达到对系统高要求的电能输出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优化和控制的重要基础虚拟电厂的核心竞争力在于技术和资源的运用。本质是通过协调控制技术、智能计量技术和信息通信技术将各类分布式发电设备与储能设施结合，对电力负荷进行协调和控制，聚合资源越多，调节能力越强。 13资料来源36氪研究院，中泰证券研究所虚拟电厂关键技术聚合建模技术源网荷储可调资源灵活聚合出清计划向多市场提交竞价制定市场竞价策略评估市场竞争性预测响应能力聚合分布式资源优化投资组合模型状态监测安全管理确认发电计划提供辅助服务状态参数分配发电计划发电授权运行特性技术确认运行特性聚合建模技术可以对所有可调资源进行处理，在处理过程中不是对资源进行简单相加，而是考虑网络约束、设备运行约束以及经济特性下聚合的响应能力。聚合时不同聚合方式、资源容量将得到不同的功率范围以及成本函数。通过聚合建模技术选择适当容量比率可以发挥虚拟电厂的经济性和灵活性。 14资料来源数据驱动技术在虚拟电厂中的应用综述，中泰证券研究所虚拟电厂关键技术数据驱动技术 CVPP DER信息管理量测信息预测数据市场交易管理制定市场竞标策略签订交易合同投资组合管理优化投资组合确定DER出力电能交易市场电力系统平衡市场 TVPP 资源技术特性计算整体外特性的参数表征对本地网络的实时影响资源管理资源实时监测资源信息可视化签订交易合同资源优化调控本地网络状态及约束信息市场信息多类分布式能源参数、成本信息输入信息传统发电机组数据驱动技术是虚拟电厂关键技术，根据具体功能不同，虚拟电厂分为商业型虚拟电厂（CVPP, Commercial Virtual Power Plant）和技术型虚拟电厂（TVPP, Technical Virtual Power Plant）。 CVPP通过获取分布式能源的运行参数、边际成本、量测及预测结果，结合电价预测结果等市场信息，实现内部聚合分布式能源的投资组合，并参与市场竞标，获取授权后制定合同提供系统平衡、辅助服务等市场服务，并向TVPP提供分布式可再生能源 DER, Distributed Energy Resource的调度计划及成本信息。 TVPP侧重系统管理角度，结合获取信息，计算内部资源聚合整体的技术特性，关注DER聚合后对本地网络的影响，为配电网运营商 DSO, Distribution Network Operator 提供可视化信息，获取满足配网安全稳定的调控指令，制定内部调控方案，实现所聚合的配电网资源主动管理。 15 虚拟电厂技术难点资料来源发展虚拟电厂技术促进新能源优化配置与消纳，中泰证券研究所虚拟电厂推广存在的技术难点软件开发语言优化调度算法问题功能定位、接入规模及范围研究区块链技术的应用难题如何利用大数据参与协调控制  透明可信的交易环境  高性能的共识算法  高效智能合约引擎  新型共识机制  匿名性  结构优雅  语法清晰  丰富的第三方库  应用领域广泛  功能定位  接入新能源规模与配置占比  新能源接入的合理地域范围  参与电网运行的控制范围  内部调度  外部调度  网络约束  目标函数  云平台支持  智能算法  算法之间验证 16 虚拟电厂涉及的分布式电源资料来源36氪研究院，能源电力说，中泰证券研究所虚拟电厂三大业务板块划分虚拟电厂业务板块注源控流电力储备商业板块 “注源控流”业务板块 “电力储备”业务板块使分布式发电有组织、有规律地接入系统和服务平台，进行统一协调运维管理，形成一定规模合力，相对可调可控，最终实现并网运行。与此同时，控制调节负荷侧的电力流向及流量。尽可能多地接入可调节用电负荷，使其有序、有规律地按计划用电，并提升综合能效管理，在最大限度地不影响生产生活用电的情况下，综合考虑外部电网供电情况、内部自发电情况、各类用电成本、电网需求侧智能管控等因素，科学合理并按最优经济性安排用电计划。多元化储能是实现“注源控流”的关键支撑。对分散的分布式小型新能源发电进行聚合，实现 “小溪入大河、大河入大海”，实现聚合多元化资源更有力量、更易调控、更具操作空间。同时，聚合资源统一服从上级调令在聚合资源圈内配套需要的储能系统。对于“控流业务”同样需要配置配套的储能系统才能更灵活、便捷地制定最佳用电方案。在聚合多类资源后，最终要参与到电力市场中来才能获得收益。商业业务模式主要有2种其一，电力交易，虚拟电厂可作为售电企业与用户直接交易，或从火电厂购买发电权；其二，辅助服务市场，虚拟电厂通过负荷低谷时减少出力或增加负荷、在负荷高峰时增加出力或削减负荷来参与调峰服务交易，以及类似参与调频等服务市场。商业业务板块发电设备储能设备节电设备屋顶光伏、燃料电池发电机、热电联产系统可再生能源发电设备家用蓄电池、车载蓄电池、电子热水器固定式蓄电池、热泵、蓄热空调、电子热水机空调和照明设备空调、通风设备、风扇、压缩机、冷却器 17资料来源能源情报，中泰证券研究所虚拟电厂发展趋势从邀约型向市场型阶段类型主要特征目的工具市场关键主体场景第一阶段邀约型通过需求响应激励资金池推动削减峰荷需求响应政府机构供冷供热第二阶段交易型通过电力交易引导主体加入电力市场电力平衡现货市场交易机构调峰调需第三阶段自治型通过信息强化市场主体参与度能源改革智能算法运营机构有源负荷虚拟电厂发展分为三个阶段，邀约型，交易型和自治型。邀约型阶段在没有电力市场情况下，由政府机构牵头，各个聚合商参与，共同完成邀约、响应和激励流程。交易型阶段电能量现货市场、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电厂的形式，参与市场获取收益。自治型阶段跨空间自主调度型虚拟电厂。随着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，形成“虚拟电力系统”，既包括可调负荷、储能和分布式电源等基础资源，也包括这些基础资源整合而成的微网、局域能源互联网。当前，由于我国目前储能和分布式电源以及电力交易市场尚未发展成熟，虚拟电厂主要处于邀约型向市场型过渡的阶段。 18 虚拟电厂发展趋势储能、分布式光伏加速推进资料来源多元分布式储能在新型电力系统配电侧的灵活调控研究综述，中泰证券研究所安全稳定灵活经济市场前景未来方向储能是虚拟电厂推进的重要方向。储能自身特征储能发展能够实现电力市场调频调压及暂态稳定。在不同时间根据分布式电源的特征及用户用电特征进行短期功率的灵活调节，实现灵活性应急的作用。稳定的储能技术能够在电力短缺时释放电能，达到应对中长期能量短缺的效果。市场发展前景云储能市场和分布式储能P2P市场是未来的重点发展方向。云储能通过在云端聚合分布式储能资源，为大量的用户提供储能服务。作为共享经济与电力系统储能融合的产物，是未来电网的一个新形态。在能源交互机制基础上，以点对点技术P2P, Peer-to-peer 为典型代表的分布式多边交易形式应运而生。这种交易形式可实现配电网能量的就地平衡，在挖掘用户的自主互动特性，减少集中管理模式下的计算压力等方面有诸多优势。电网云储能分布式储能P2P市场 19 虚拟电厂发展趋势储能、分布式光伏加速推进资料来源多元分布式储能在新型电力系统配电侧的灵活调控研究综述，北极星储能网，中泰证券研究所目前虚拟电厂发展着重于负荷调节方面，下一步虚拟电厂发展将围绕推进分布式光伏接入聚合展开。分布式光伏接入后，可以显著增强虚拟电厂调控的灵活性，使虚拟电厂更好参与电力交易市场。分布式光伏加速接入可以助推“源网荷储一体化”的落地，将有效解决新能源与传统能源和储能之间协同难、消纳难等制约新能源行业发展的突出“痛点”，助力加快构建以新能源为主体的新型电力系统。荷网源网荷储一体化分布式光伏风电水电储能负荷需求侧负荷设备感知及调控元件物理层信息层应用层蓄冷虚拟电厂类型内容负荷型虚拟电厂指虚拟电厂运营商聚合其绑定的具备负荷调节能力的市场化电力用户（包括电动汽车、可调节负荷、可中断负荷等），作为一个整体（呈现为负荷状态）组建成虚拟电厂，对外提供负荷侧灵活响应调节服务。源网荷储一体化虚拟电厂指列入“源网荷储一体化”试点项目，建成后新能源、用户及配套储能项目通过虚拟电厂一体化聚合，作为独立市场主体参与电力市场，原则上不占用系统调峰能力，具备自主调峰、调节能力，并可以为公共电网提供调节服务。源网荷储一体化示意图源网荷储一体化虚拟电厂源储 20 虚拟电厂发展趋势从运营平台到能源互联网资料来源基于分布式光伏发电的能源互联网平台研究，中泰证券研究所虚拟电厂在我国仍处于试点示范阶段，随着虚拟电厂发展的逐渐成熟，虚拟电厂产业链将会进一步完善，从聚合平台逐步向能源互联网发展。能源互联网是运用信息通信技术，将分布式能量采集装置，储存装置和各类负载等能源节点互联起来,实现能量双向流动的交换与共享网络。随着新一代能源技术与移动互联网、大数据等新兴技术的发展，传统能源行业的结构、市场环境和商业模式也在逐渐发生着变化，带动资金、技术和产业，形成集聚效应。虚拟电厂从运营平台向能源互联网方向发展将成为投资领域的新亮点。用户应用系统能源结算与交易平台实时监测与运维系统中央控制系统智能并网终端1 智能并网终端2 智能并网终端n 分布式发电系统11 分布式发电系统12 分布式发电系统21 分布式发电系统22 分布式发电系统n1 分布式发电系统n2 数据分析与服务平台 21 虚拟电厂相关政策梳理电力市场持续开放，培育多元市场主体资料来源36氪研究院，中泰证券研究所发布时间政策名称主要内容 2022.1 “十四五”现代能源体系规划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, Vehicle ）能量互动等各类能源聚合的虚拟电厂示范。 2022.1 关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见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。 2022.1 关于加快建设全国统一电力市场体系的指导意见引导各地区根据实际情况，建立市场化的发电容量成本回收机制，探索容量补偿机制、容量市场、稀缺电价等多种方式，保障电源固定成本回收和长期电力供应安全，鼓励抽水蓄能、储能、虚拟电厂等调节能源的投资建设。 2021.7 关于加快推动新型储能发展的指导意见鼓励聚合利用不间断电源、电动汽车、用户侧储能等分散式储能设施，依托大数据、云计算、人工智能、区块链等技术，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。 2021.3 关于推进电力源网荷储一体化和多功能互补发展的指导意见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。 2015.7 关于促进智能电网发展的指导意见依托示范工程开展电动汽车智能充电服务、可再生能源发电与储能协调运行、智能用电一站式服务、虚拟电厂等重点领域的商业模式创新。 22 CONTENTS 目录 CCONTENT S 专业｜领先｜深度｜诚信中泰证券研究所 Q2 虚拟电厂的兴起回应了新能源行业的什么痛点 23资料来源国家能源局，中泰证券研究所虚拟电厂建设缓解能源保供压力 “十四五”现代能源体系规划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。 “双碳”目标推动能源结构转型  2022年8月，科技部、国家发展改革委、工业和信息化部等9部门印发科技支撑碳达峰碳中和实施方案（20222030年），统筹提出支撑2030年前实现碳达峰目标的科技创新行动和保障举措，并为 2060年前实现碳中和目标做好技术研发储备。  “十三五”期间，将全面推进电能替代，实现能源终端消费环节替代散烧煤、燃油消费约1.3亿吨标煤，带动电煤占煤炭消费比重提高约1.9，带动电能占终端能源消费比重提高约1.5，促进电能消费比重达到约27。预计可新增电量消费约4500亿千瓦时，减排烟尘、二氧化硫、氮氧化物约30、210、70万吨。 “限电令”难解电力保供压力  8月份以来，四川、重庆和部分长江中下游省份如浙江、安徽、江苏、湖北等相继发布了限电或者号召节约用电的通知。全社会用电负荷持续攀升，在发电机组应发尽发、外送通道全部满送的情况下，电力供应仍存在较大缺口。用电需求增长，社会用电量提高  据国家能源局全社会用电量数据，17月，全社会用电量累计49303亿千瓦时，同比增长 3.4。分产业看，第一产业用电量634亿千瓦时，同比增长11.1；第二产业用电量32552 亿千瓦时，同比增长1.1；第三产业用电量 8531亿千瓦时，同比增长4.6；城乡居民生活用电量7586亿千瓦时，同比增长12.5。十部委发布关于推进电能替代的指导意见虚拟电网发展背景能源需求转型，用电供需矛盾突出 24 围绕电力的产生和消耗，大体分为发电测、电网侧和用电测。电网对运行安全有严格要求，电网安全的首要目标就是保证发用电的实时平衡，需要发电侧的不断调节去拟合负荷曲线。新能源发电严重依赖于自然资源（光照强度、风力强度），具有随机性、间歇性和波动性的特点，对负荷的支撑能力不足。若规模化直接并入电网发电，将会对电网造成巨大冲击，威胁电力系统安全以及供电的稳定性。另外，由于小型分布式新能源发电设施、储能设施、可控制用电设备、电动汽车等的持续发展普及，在用电侧，很多电力用户也从单一的消费者转变为混合形态的产销者，并且各类激增的大功率用电设备（如充电桩）“吃”起电来，也是让电网直呼压力山大，显然不能任由其“胃口大开”一哄而上。因而，新的发用电势态下，“虚拟电厂”应运而生。虚拟电网发展背景能源需求转型，用电供需矛盾突出资料来源Robot公众号，中泰证券研究所发电侧用电侧输配电侧储能系统传统发电厂新能源电力强随机波动性随机不确定性用电负荷输配电 25 1184 0 5770 3 5667 4075 1837 水力发电量火力发电量核能发电量风力发电量太阳能发电量 14.60 71.13 5.02 6.99 2.26 水力发电量火力发电量核能发电量风力发电量太阳能发电量供给侧火力发电仍占主导，水力、风能发电量不稳定资料来源国家统计局，中商情报网，中泰证券研究所电力发电结构我国电力发电仍以火力发电为主，2021年火力发电占比71.13，水力发电占比14.6，风力发电占比6.99，核能发电占比 5.02，太阳能发电量占比2.26。随着煤炭价格的上涨，发电成本增加，火力发电厂发电意愿下降。工业发电量走势工业发电量走势与工业景气程度紧密相关。2022年上半年受疫情影响较大月份，工业发电量有所下降。随着生产的恢复，工业发电量逐步增长。 2022年1-7月中国规模以上工业发电量月度走势2021年我国电力发电结构（亿千瓦小时） 222.7 216.2 202.9 206.8 236.3 260 4.0 0.2 -4.3 -3.3 3.3 4.5 -6.0 -4.0 -2.0 0.0 2.0 4.0 6.0 0 50 100 150 200 250 300 1-2月 3月 4月 5月 6月 7月日均发电量（亿千万时）增速（） 26 供给侧火力发电仍占主导，水力、风能发电量不稳定资料来源全国新能源消纳监测预警中心，中泰证券研究所截至3月底部分地区累计风电装机（万千瓦）截至3月底部分地区累计光伏发电装机（万千瓦）光伏发电装机量分布不均2022年一季度，全国光伏新增并网装机1321万千瓦，同比提高138。新增装机规模较大的省份包括河北180万千瓦、浙江164万千瓦、山东150万千瓦。受地理位置和自然条件影响，光能资源分布不均匀，各省份装机量差异较大。风电装机量分布不均2022年一季度，全国风电新增并网790万千瓦，同比增加16.7。新增并网规模较大的省区主要有吉林163万千瓦、甘肃90 万千瓦、山西68万千瓦。截至3月底，全国风电累计并网3.37亿千瓦，同比增加17.6。一季度海上风电新增并网36万千瓦，受2021年底海上风电国家补贴到期影响，海上风电新增装机规模放缓，同比下降79。 3493 1656 1638 1425 1272 1019 479 422 407 148 65 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 2418 1959 1861 962 891 864 832 752 174 29 0 1000 2000 3000 4000 5000 27 供给侧火力发电仍占主导，水力、风能发电量不稳定资料来源国家能源局，观研报告网，中泰证券研究所光伏发电量月度数据（亿千瓦小时）风力发电量月度数据（亿千瓦小时）风力发电量季节分布不均，夏季发电压力大受自然条件影响，我国风能资源的季节性较强，规律性大风主要出现在秋冬春三季，小风出现在夏季，夏季风能资源贫乏，风能发电量较低。2021年8月和9月为2021年全年风能发电量的低值。2022年受持续高温干旱天气影响，夏季风能发电压力较大。光伏发电量增长根据国家统计局数据显示，2022年7月份我国太阳能发电量累计值为1319.0亿千瓦时，累计增速为13.0。在装机规模不断增长的情况下，光伏发电量也不断增加。1-6月，我国光伏发电量约2050亿千瓦时，同比增长30，平均利用率约97。 162.2158.9148.3 135.9141.9141.8 186.5205.5 206.7205.6210.8 12.1 8.5 4.5 0.4 22.7 18.816.8 24.9 8.3 9.9 13.0 0 5 10 15 20 25 30 0 50 100 150 200 250 当期值（亿千瓦时）同比增长（） 379.7 322.1340.3 464.9516.2 571.2 672.6627.8 594.6 524.3 456.4 25.4 7.0 19.7 23.5 27.730.1 23.8 14.5 -0.7 16.7 5.7 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 0 100 200 300 400 500 600 700 800 7月 8月 9月 10月 11月 12月 2022 年 3月 4月 5月 6月 7月当期值（亿千瓦时）同比增长（） 28 用电负荷总量屡创新高当前社会用电短期峰值负荷不断攀升，加之极端天气的冲击，2022年夏季我国部分地区区域电力供