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（報告出品方：招商證券）

一、虛擬電廠：What & Why?

虛擬電廠是通過數字化手段聚合并協調分布式能源參與電力市場運作的軟件平臺系統。虛擬電廠（Virtual Power Plant，簡稱VPP）是一種通過先進信息通信技術和軟件系統，實現分布式電源、儲能系統、可控負荷、微網、電動汽車等分布式能源的聚合和協調協同優化，以作為一個特殊電廠參與電力市場和電網運行的電源協調管理系統，主要由發電系統、儲能設備、通信系統構成。

【資料圖】

“虛擬”是指其沒有實體電廠的存在形式；“電廠”是指其具有電廠的某些特定屬性，通過分布式能源管理系統將分散安裝的清潔能源、可控負荷和儲能聚合作為一個特別的電廠參與電網運行。作為電網的“智能管家”，虛擬電廠將分散式電源和負荷化零為整，既可以作為“正電廠”向電力系統供電，也可以作為“負電廠”消納系統的電力，起到靈活的削峰填谷作用，助力電網系統保持實時平衡。

虛擬電廠依據主體資源的不同，可分為供給側資源型、需求側資源型和混合資源型。

供給側資源型虛擬電廠：聚焦于發電側，聚合資源以公用型分布式發電、發電側和電網側儲能等資源為主。通過兩種方式參與調度：①幫助新能源穩定并網，實時預測發電量，在高峰期增加發電，低谷期減少發電；②向電網側提供靈活性儲能服務。

需求側資源型虛擬電廠：聚焦于用戶側，聚合資源以自用型分布式電源、用戶側儲能、可調負荷等資源為主。通過兩種方式參與：①自主調節用電負荷，進行需求側響應，在高峰期減少用電；②高峰期通過分布式電源、儲能等放電，直接將多余電力提供給電網。

混合資源型虛擬電廠：由前兩者共同組成，既可聚合用戶側資源，又可聚合發電側資源。

在“雙碳”目標下，虛擬電廠對提升電力系統靈活性具有重要意義。過去十年，我國新能源裝機占比大幅提升，新型電力系統的建設將進一步提升新能源發電占比。據國網能源研究院預測，在2030和2060年，我國新能源裝機容量占比將分別達到41%和70%，發電量占比將分別達到22%和58%。以風能和太陽能發電為代表的新能源發電方式具有顯著的間歇性和強隨機波動性，同時會隨時空范圍的變化產生規律性改變，使得電力系統調節缺乏靈活性，供需不平衡。

傳統電力能源生態系統是“源隨荷動”運行模式，當用電負荷突然增高，但電源發電能力不足時，供需不平衡將嚴重影響電網安全運行。因此，“源隨荷動”模式亟需向“源荷互動”模式轉變，虛擬電廠應運而生。虛擬電廠的優勢在于，兼具生產者與消費者的角色，根據需求可以改變角色身份特征，能夠聚合分散在不同空間的分布式能源，在智能協同調控和決策支持下保障新能源電力的穩定輸出，真正實現“源荷互動”。

虛擬電廠是實現分布式電源一體化管理，保障電網穩定運行的最佳形式。中國電力行業低碳轉型呈現分布式發電逐步替代集中式發電的特點。2021年光伏發電新增裝機中，分布式光伏約為29GW，占全部新增裝機的55%左右。國家發改委在《“十四五”循環經濟發展規劃》中提到，推行分布式能源及光伏儲能一體化系統應用。據埃森哲預計，到2025年，中國分布式能源市場規模將達4861.4 TWh，年復合增長率29.9%；到2040年，中國分布式能源投資金額年復合增長率將達27.9%。

保障電網穩定運行，分布式能源需要一體化管理。分布式能源的分散性、隨機性使得其可觀性、可測性、可控性較弱，隨著分布式能源大量接入電力系統，分布式能源并網發電對電網運行的安全穩定、電網規劃、電力平衡、電能質量控制等提出了更高要求。

目前，虛擬電廠和微電網是實現分布式電源并網的兩種形式。微電網自身的區域性能源聚合調節有一定局限性。微電網雖然能夠協調大電網與分布式電源的技術矛盾，并具備一定的能量管理功能，但微網以分布式電源與用戶就地應用為主要控制目標，且受到地理區域的限制，對多區域、大規模分布式電源的有效利用及在電力市場中的規模化效益存在一定局限性。虛擬電廠可實現跨區域聚合，更有利于資源的優化配置。虛擬電廠通過先進的計量、通信、控制等技術聚合分布式能源并 通過更高層面的軟件架構實現多個分布式能源的協調優化運行。它并不受區域的限制，能夠聚合微網所管轄范圍之外的分布式能源，為電網提供容量、有功、無功等多種服務，更有利于資源的優化配置及利用。

虛擬電廠作為需求響應的延伸，將極大提升能源電力精細化管理水平。需求響應在削峰填谷、促進清潔能源消納、保障系統功率平衡等方面的作用日益凸顯。我國電力需求響應發展迅速，據國網能源研究院預計，2060年我國需求響應規模有望達到3.6億千瓦左右。目前，已有廣西、安徽、山東、浙江、河北 等14省發布電力需求響應政策，并開展響應試點，鼓勵電能替代、儲能、電動汽車充電設施等具有可調節能力的用戶、運營商參與需求響應，并給予一定的削峰填谷補貼。

需求響應的實施正逐步向提升能源電力精細化管理水平和電網運行靈活性、促進清潔能源消納等作用轉變。隨著數字化技術的發展，虛擬電廠參與負荷和響應手段更加多元，負荷調控更為精準，使需求響應能夠實現迅速、高效和精準的電力實時動態調控，能有效解決電力供給側可再生能源發電帶來的巨大不確定性。江蘇電網建成的世界規模最大的“虛擬電廠”，全省毫秒級實時響應規模已達200萬千瓦。這套系統通過“互聯網+電網” 的技術，實現調控電廠發電的同時，也能調控用戶用電，讓供需兩端達到毫秒級的瞬時平衡。

虛擬電廠不僅能夠節約電廠和電網投資成本，同時具有節能和減碳效益。虛擬電廠能夠有效節約投資成本。我國能源資源和需求中心逆向分布，因此形成了“西電東送”的資源配置格局。隨著東部地區用電比例不斷上升，我國東西部電力供需關系趨緊，電力峰谷差矛盾日益突出，各地年最高負荷 95%以上峰值負荷累計不足50小時。根據國家電網測算，通過火電廠實現電力系統削峰填谷，滿足5%的峰值負荷需要投資4000億； 而通過虛擬電廠，在建設、運營、激勵等環節投資僅需400-570億元。

虛擬電廠在使用過程中有較大的節能和減碳效益。虛擬電廠節電過程中對環境無污染，且成本較低，能獲得顯著的碳減排效益和更高的經濟效益。2021年5月，國家電網在上海開展了國內首次基于虛擬電廠技術的電力需求響應行動，僅一個小時的測試，產生了15萬千瓦時的電量。在這次測試中，累計調節電網負荷56.2萬千瓦，消納清潔能源電量123.6萬千瓦時，減少碳排放量約336噸。

二、發展現狀：國內各地試點項目持續落地

虛擬電廠的發展階段可分為邀約型階段、市場化階段、自主調度階段。在邀約型階段，由于沒有成熟的電力市場下，主要通過政府機構或電力調度機構發出邀約信號，由負荷聚合商、虛擬電廠組織資源進行削峰、填谷等需求響應。我國各省開展的虛擬電廠項目以試點示范為主并由政府引導、電網實施，尚未形成一套成熟的技術解決方案，僅有山西省發布了虛擬電廠具體實施方案。在市場化階段，在電能量現貨市場、輔助服務市場和容量市場建成后，虛擬電廠聚合商以類似于實體電廠的模式，分別參與這些市場并獲得收益。例如歐洲Next Kraftwerke和澳大利亞AGL的虛擬電廠項目。在自主調度型階段，該階段也可稱為“虛擬綜合電力系統”，既包含分布式能源、儲能系統和可控負荷等基礎資源，也囊括由這些基礎資源組合而成的微網、主動配電網、多能互補多能源系統、局域能源互聯網等。該階段可以靈活制定運行策略、參與能夠跨區域的電力市場交易獲得利潤分成，或參與需求響應、二次調頻等電力輔助獲取補償收益。例如Tesla在美國德州正積極主動開展該階段的探索。

在電力市場化定價背景下，電價將隨著電力供需波動，電價峰谷差和電價彈性變大，由此帶來了虛擬電廠兩種商業模式。參與輔助服務市場，獲得削峰填谷的電價補貼。電價峰谷差變大使得相關部門有平抑電價的需求，但是這需要電力供需均衡的方式來實現，所以可以看到各省在積極推進電力需求側響應，并對參與到削峰填谷的用戶或聚合商給予補貼。

根據廣州虛擬電廠實施細則，廣州市削峰補貼最高5元/度，填谷補貼最高2元/度。因此，虛擬電廠可以通過負荷低谷時減少出力（增加負荷）或在負荷高峰時增加出力（削減負荷）來參與調峰調頻服務交易獲得補貼收益。

參與電力現貨市場交易，獲得電價差價收益。市場化定價下，電力現貨價格波動幅度不受限，虛擬電廠可以根據價格信號自動調節用戶可控負荷，在不影響用戶正常生產的情況下將用戶負荷從現貨高價轉移至低價時段；或在電價低時買電，電價高時售電，通過電價差獲得收益。例如今年5月，國電投深圳能源發展有限公司的虛擬電廠平臺在參與電力現貨市場的功能試驗中，平均度電收益0.274元，是國內首個虛擬電廠參與電力現貨市場盈利的案例。

三、重點關注相關布局企業

虛擬電廠產業鏈由上游基礎資源、中游資源聚合商和系統平臺服務商、下游電力需求方構成

上游基礎資源主要包括可調負荷、分布式電源和儲能系統，如工業園區、商場、大型用電設備等。隨著可調負荷中摻雜越來越多自用型分布式能源和儲能，逐漸發展出微網、局域能源互聯網等形態，成為虛擬電廠的次級控制單元。中游資源聚合商主要依靠互聯網、大數據等工具，對各層面的數據信息進行整合、優化、調度和決策，從而增強虛擬電廠的統一協調控制能力；中游系統平臺服務商主要是為虛擬電廠提供軟件或硬件服務，搭建調度系統。下游為電力需求方，主要由電網公司、售電公司和其他參與電力市場化交易的大用戶構成。

虛擬電廠的競爭要點在于資源聚合能力、可靠通信能力、實時協調能力，信息防護能力。

智能計量技術：控制中心需要收集和處理大量的需求信息、各子系統運行信息、電網調度信息、電力市場價格信息以及影響分布式電廠的天氣、風能、太陽能等信息，以對發電機組的出力和運行效率、用電負荷變化做出較準確的預測，為電力調度和生產提供依據。

信息通信技術：安全可靠的通信是虛擬電廠穩定運行的條件。聚合能源的范圍以及市場的交互取決于通信技術, 控制中心需要基于融合能源流與信息流的雙向通信技術，接收各子系統的狀態信息、電力市場信息、用戶側信息等進行決策、調度、優化，從物理層、數據鏈路層等各個層面保證數據通信的快捷與通暢。

協調控制技術：對每個分布式資源進行快速響應和實時協調控制，是虛擬電廠發揮作用的保證。該技術可分為集中控制方式、分散控制方式和完全控制方式，從而能夠參與多種電力市場的運營模式及調度框架。

信息安全技術：信息安全是未來虛擬電廠發展中必須重視的問題。虛擬電廠的調控功能依賴通信技術進行傳輸，而數據大多數涉及狀態采集和控制類模塊，對實時性、可靠性和安全性的要求比較嚴格。由于聚合海量可調資源，海量終端也給虛擬電廠提出了高容量的信息傳輸要求。同時，虛擬電廠由于主體不一，需要對用戶隱私進行加密與保護。

虛擬電廠的核心競爭力體現在聚集資源數量、可調容量、協調算法能力、供需預測準確度等。因此，我們認為虛擬電廠的發展將使得兩大主體受益：

電力用戶和負荷聚合商：需要具備一定規模的響應能力，并通過供電局資格審核通過，才能參與虛擬電廠。根據廣州市公開征集情況，對于電力用戶，大工業電力用戶的響應能力不低于500千瓦，一般工商業電力用戶的響應能力不低于200千瓦；對于負荷聚合商，總響應能力不低于2000千瓦。參與者主要是售電公司或具有工業領域電力需求側管理服務機構資質的公司。

虛擬電廠技術軟件平臺服務商：依托能源領域系統開發、控制計量、數字化轉型等技術儲備為電網公司虛擬電廠搭建軟件平臺，實現數據的采集、分析、處理、可視化等，以實現電力調度的最優化。參與者主要有電網信息化板塊企業和智慧能源和IT領域方案提供商。

報告節選：

關鍵詞： 電力市場 電力系統 削峰填谷