800亿市场虚拟电厂，香吗？

虚拟电厂全球智能电网发展的重要技术之一。东北证券预测，我国虚拟电厂市场空间约800亿。

这是一个怎样的赛道呢？

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产业链、需求、核心技术

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产业链

虚拟电厂，被称为“看不见的电厂”。

目前虚拟电厂被广泛的认为是一种利用软件系统和信息通信技术，将分布式发电、需求侧和储能资源聚合并统一协调控制，从而参与电力市场和电网辅助服务并获取收益的物联网技术。

虚拟电厂运作模式示意图

虚拟电厂的产业链由上游基础资源、中游系统平台和下游电力需求方共同构成。

上游：分布式电源、储能、可控负荷的发展共同构成了虚拟电厂上游的基础资源，重点应用于包括工业、建筑和居民领域。

中游：资源聚合商，主要依靠物联网、大数据等技术，整合、优化、调度、决策来自各层面的数据信息，实现虚拟电厂核心功能，即协调控制，是虚拟电厂产业链的关键环节。

下游：公共事业企业（电网公司）、能源零售商（售电公司）及一切参与电力市场化交易的主体，实现电力交易、调峰调频和需求侧响应的参与并获取收益。

虚拟电厂产业链结构

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需求分析

双碳背景下，虚拟电厂，是电力供需平衡调整的重要手段。

我国虚拟电厂参与电力系统的模式

能源供给侧

从能源供给侧来看，实现“双碳”目标是我国发展虚拟电厂的大背景。

受政策推动，风电、太阳能等新能源将逐渐占据未来我国电力系统的主导地位。

从能源结构上看，目前我国电力装机仍以火电为主，风电、太阳能装机量占比分别为12.8%和11.5%，而政策目标提出，到2030年，风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上，风电、光伏装机仍有较大的上升空间。

从风电、光伏特性上看，以风电、光伏为主的新能源在我国存在时空错配的特征，新能源电站大规模装机并网后，一方面将带来更多削峰填谷需求，另一方面也催生了更多分布式电源和储能的建设，其中2020年国家能源局发布《关于组织申报整县（市、区）屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》后，整县光伏加速推进，分布式光伏累计装机容量达到78GW，同比增长 25%，分布式发电资源呈现爆发式增长。

能源需求侧

从能源需求侧来看，电动车等可控负荷增加使得负荷端控制力逐步提升。

截至2022年5月，全国充电基础设施累计数量为358.1万台，同比增加91.5%。一方面，充电桩的大量接入将加剧电网负荷的波动性，电力调度难度进一步上升；另一方面，电动车也为电网带来更多可控负荷，在供给侧波动较大的情况下，对可控负荷加以利用，有助于实现削峰填谷，维持电力供需的平衡。

全球新能源汽车销量

（万辆/%）

此外，智慧楼宇、智能家居等节能管理技术逐渐成熟，为负荷端的灵活控制创造条件。对于工商业用户而言，节能控制系统能够实现空调、电梯、照明等系统的智能化管控，能够有效降低能耗成本；对于居民用户而言，智能家居能够在供暖、热水供应、制冷等场景下帮助家庭达到节能目的，减少居民电费支出。

2012-21年20中国节能服务市场规模

（亿元）

应用虚拟电厂技术，能够将用电时间推后，在不影响充电效果的情况下适当降低充电速度，减缓电力峰谷差。

因此，虚拟电厂能够在电能消费侧有效缓解无序充放电给电网产生的负面影响，丰富电力系统的运行和控制手段，并参与系统削峰填谷、提供频率稳定和备用容量等辅助服务。

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核心技术

总结各国虚拟电厂项目的运作模式和架构后，我们认为，各国虚拟电厂所运用的核心技术具有很强的相似性。计量、通信、智能调度决策算法以及信息安全防护技术是虚拟电厂的技术支撑。

虚拟电厂关键技术和研发探索

来源：36氪研究院，《虚拟电厂技术现状及展望》

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欧美虚拟电厂商业模式

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基于“市场驱动+独立运营”的理念，全球多国对虚拟电厂纷纷开展研究，其中欧洲、美国、日本、澳大利亚等国家目前均实施了相关项目。本章节将选取欧洲、美国为代表，研究海外成熟虚拟电厂的运作模式。

全球虚拟电厂发展历程

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典型项目

“FENIX”项目

2005年，英、法等8国20家机构启动了FENIX项目，以FENIX盒、商业型虚拟电厂和技术性虚拟电厂为创新点，分别在英国和西班牙实施，该项目为接下来虚拟电厂的设计奠定了框架基础。

FENIX项目，在电力运营商、电力市场及用户之间建立链接，实现各机组设备的全息感知和高效调配。

FENIX项目在探索适合欧洲电力系统的虚拟电厂这一目标上实现了重大突破。FENIX将分布式能源（DER）整合入大型虚拟电厂（LSVPP），并对其进行分级管理，由代理系统提供分布式能源的成本曲线和其他运行特性（发电和负荷容量、爬坡率、启停时间等），并形成竞标曲线，进一步发送至电力交易系统并参与市场交易。

FENIX包括3个核心元素：FENIX盒（FENIX box）、商业型虚拟电厂（CVPP）以及技术性虚拟电厂（TVPP）。

FENIX项目虚拟电厂结构

欧洲虚拟电厂聚焦发电侧，聚合资源参与电力交易或辅助服务实现降本增效。

欧洲在新能源发电和装机上领先全球，20世纪初，欧洲大力淘汰和限制煤炭发电，同时风电、太阳能等可再生能源发电成本持续下降并逐渐实现平价上网。根据欧盟统计局，截至2020年，欧盟可再生能源发电量占比达到 38%。由于欧洲发电资源较为分散，早期虚拟电厂主要聚焦于电力供给侧，聚合发电资源，帮助可再生能源稳定并网，协调发电功率。

从收益方式的角度看，一方面，虚拟电厂能够帮助发电企业降低不必要的发电成本或负电价带来的损失，并从中获取服务费分成；另一方面，虚拟电厂可以直接参与电力现货交易和辅助服务，优化双边交易，获取辅助服务及电力交易收益的分成。

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典型企业

德国Next-Kraftwerke公司

Next-Kraftwerke是欧洲最大的虚拟电厂运营商之一。2011年，公司研发的虚拟电厂平台首次投入测试，完成了从可再生能源到输电网运营商的储能运输控制；2020年，公司和东芝成立合资企业，拓宽虚拟电厂在日本的业务布局；2021年，公司被壳牌公司以现金全资收购。目前，Next-Kraftwerke公司在德国、比利时、奥地利、法国、波兰、荷兰、瑞士和意大利运营着13930个分布式能源单元，接入发电装机容量10613兆瓦，2019年参与电力交易量15.1TWh。

Next-Kraftwerke公司的虚拟电厂业务可以分成三种模式：面向发电侧进行能源聚合、面向电网侧进行灵活性储能供应、面向需求侧的需求响应。

Next-Kraftwerke公司虚拟电厂业务

案例1：奥地利南部Lichtenegg公司拥有1.8MW风力发电机，Next-Kraftwerke向其提供虚拟电厂的辅助交易功能，辅助其在现货市场的日常交易中出售20%的电力，而20%的电力占据了发电量60%-70%的总收入。公司将从辅助可再生能源发电厂进行现货交易中获得的分成收入。

案例2：Next-Kraftwerke公司帮助德国西部鲁尔地区OBO公司向电网提供柔性储能服务，为OBO安装了两台紧急备用发电机，当电网频率发生过度偏移时，Next-Krafttwerke虚拟电厂的控制系统将激活这两台设备，向电网输送提供高达500kW的电力。公司将从虚拟电厂解决方案和激活中获得的利润中分成。

美国特斯拉

美国电力市场运营商高度分散，虚拟电厂计划通常由公共事业企业（Utility）或能源零售商运营。

2015年5月特斯拉推出家用储能电池Powerwall。Powerwall可搭配特斯拉家用太阳能电池Solar Roof，内置电池容量7-13.5kWh。Powerwall实现了家庭用户电能的自发自用，避免电网停电时家庭断电的情况。

此外，特斯拉与Energy Locals，GreenMountain Power，PG&E等公共事业公司和电力零售商先后开展了虚拟电厂项目。项目帮助Powerwall扩大系统的安装量，同时电力零售商通过与Powerwall使用者签订协议，能够获取这些分布式电池电力的部分使用权，实现聚合需求侧的资源以及虚拟电厂的商业化扩张。

案例：2022年，特斯拉与加州公用事业公司PG&E合作开展了名为“EmergencyLoad Reduction Program”的虚拟电厂项目，拥有 Powerwall 的 PG&E 用户可以自愿通过特斯拉应用程序注册加入该虚拟电厂项目。所有参与计划的 Powerwall 所有者在电网面临巨大压力的紧急情况下，每向电网提供一度电即可获得2美元收益，远高于加州平均住宅电价25美分/度电。

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中国800亿市场空间

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我国虚拟电厂的三大上游基础资源——分布式电源、储能、可控负荷，均处于高速发展阶段，三类资源的更新升级将推动虚拟电厂调控能力的扩张。

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发展阶段

依据外围条件的不同，我国虚拟电厂的发展可以分为邀约型、交易型、自治型三个阶段。

虚拟电厂发展阶段对比

我国虚拟电厂起步“十三五”，目前已有响应细则出台并建成多个试点项目。“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。其中，江苏省率先于2015年出台官方文件《江苏省电力需求响应的实施细则》指导电力需求的调控。此后，中国虚拟电厂进入研发、探索阶段。

截至目前，北京、上海、广东、江苏、浙江等地先后开展虚拟电厂项目试点。2022年6月，《北京市“十四五”时期电力发展规划》首次将虚拟电厂的建设纳入电力发展规划中。今年6月，山西能源局印发首份省级虚拟电厂建设运营实施方案，明确了虚拟电厂的类型、技术要求、参与市场、建设及入市流程等。

虚拟电厂政策

2009年至今虚拟电厂项目案例集进展

从市场机制看，我国电力交易市场尚处于试点起，虚拟电厂的运营仍以邀约制下的需求侧响应为主要模式，因此当前情况下更接近于美国模式。

欧洲虚拟电厂利用软件算法设定电力现货市场的竞价策略，实现交易收益的最大化。但我国电力市场处于起步阶段，目前仅有广东省对电力现货交易实行了试点，当电力供给出现缺口或存在调峰调频需求时，通常依靠电网公司牵头邀约，实现需求侧响应或辅助服务，因此目前用户侧资源以参与需求侧响应为主，与美国模式更为接近。

中国、美国、欧洲虚拟电厂情况对比

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市场空间

我国可供参与虚拟电厂运营的控制资源体量庞大，可调负荷资源超过5000万千瓦，虚拟电厂也随基础资源的快速发展而受到重视。

虚拟电厂兼具环保性与经济性，投入成本约为火电厂的1/8。

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。峰谷差问题可以依靠多种手段缓解，但总体来看，随着虚拟电厂技术的日渐成熟，虚拟电厂将成为削峰填谷投资成本最低的手段。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500-600亿元，既满足环保要求，又能够降低投入成本。

我国虚拟电厂仍处在邀约型阶段，以需求侧响应、调峰调频为主要的收益来源。目前广东省作为缺电大省，每年30%左右电量来自于外省输送，是我国电力市场化需求最为迫切、也是市场化进展领先的地区。

以广东省的情况为例，测算了虚拟电厂的市场空间：《广州市虚拟电厂实施细则（征求意见稿）》中提出，通过开展需求响应实现削峰填谷，逐步形成约占广州市统调最高负荷3%左右的需求响应能力，对参与响应的用户或聚合商给予补贴，削峰补贴最高5元/度，填谷补贴最高2元/度。根据测算，补贴环境下，预计每年广东省虚拟电厂的收益空间有望达到294亿元；若考虑日后退补的情况，参考广东电力现货交易试点的价格，预计每年广东省内虚拟电厂的收益空间约为83亿元；按照同样的测算方法，市场化情况下，预计全国虚拟电厂收益空间约为870亿元。

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发展趋势探讨

广东、浙江、江苏等地或成为我国虚拟电厂发展最快的地区。虚拟电厂商业模式与需求侧响应和电力现货交易具有很强的关联性。

伴随电力现货交易试点的推进，虚拟电厂的商业模式将得到持续优化。从试点进展来看，广东、江苏、蒙西已率先进入现货交易结算试运行的阶段，其余试点省份则已完成模拟试运行，预计将陆续进行连续现货交易结算试点。结合外受电量、电力现货交易试点以及虚拟电厂项目试点情况，我们认为目前广东、浙江、江苏更具备发展商业化虚拟电厂的条件，有望成为引领全国电力交易和虚拟电厂建设的地区。全国虚拟电厂建设或将以缺电省及电力现货交易试点省份为起始点，从需求侧响应和可控负荷的聚合出发，逐步向供电省和发电侧扩展覆盖，最终形成更多聚合多种“源-荷-储”资源的综合型虚拟电厂。

全国各省电力现货交易试点进展

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参与企业

中国虚拟电厂仍处于初级邀约型阶段，从目前试点运行的项目来看，虚拟电厂普遍由电网公司和科研院所负责搭建运行。

我国上市公司中，参与虚拟电厂项目的企业包含两种：

1）以虚拟电厂聚合商身份参与，聚合长尾需求侧资源，提供需求侧的电力预测曲线，并参与电网的需求侧响应获取补贴分成，相关标的为：恒实科技；

2）虚拟电厂软件平台服务商，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，相关标的为：国能日新、国电南瑞、国网信通、东方电子、远光软件、朗新科技。

中国虚拟电厂上市公司图鉴

虚拟电厂上市公司技术及资源壁垒情况汇总

我国虚拟电厂目前处于从零到一的起步阶段，参与者通过参与电网公司邀约，获取相应响应补贴。随着电力交易市场化的推进，我国虚拟电厂将向以现货交易为主要获益方式的交易型虚拟电厂转变。

从各省电力现货交易试点情况和缺电情况来看，预计广东、浙江、江苏有望最先发展虚拟电厂；虚拟电厂项目也将从以聚合可控负荷为主，逐渐向聚合多种分布式发电、储能资源的综合型项目发展。