汇融研究 2023-12-30 09:01 河南虚拟电厂并不是真正意义上的发电厂，而是一种智能电网技术，在虚拟电厂聚合下，企业、居民等用户均可参与电力市场交易，灵活性更高。作为能源智慧化的关键技术，虚拟电厂应用前景广泛，全球都在抢占发展先机。02 为什么需要虚拟电厂（一）新能源快速增长带来填谷需求风光装机快速增长，加剧电力系统的不可控性。截至2023年上半年，我国风电累计装机389.21GW，光伏发电累计装机470.67GW，风光发电装机合计占总装机的31.76%。其中，2023年上半年我国风电新增装机22.99GW，对比2022年同期新增12.94GW，同比增长77.67%；光伏发电新增装机78.42GW，对比2022年同期新增30.88GW，同比增长153.95%。新能源出力主要受来风、来光影响，人为干预作用小。因此，当新能源出力与负荷用电特性不吻合时，便存在新能源电力消纳问题，处理不当会引发电力系统安全事故，且造成项目投资浪费。
图表6：2018-2023年上半年我国分布式光伏新增装机
净负荷曲线由“鸭子曲线”变“峡谷曲线”，光伏发电陡增带来填谷需求。净负荷曲线“鸭子曲线”最早由美国加州电网运营商CAISO提出，即在光伏发电出力高峰的中午，净负荷曲线下降，随后在晚上光伏发电量下降时净负荷急剧上升。随着光伏发电装机迅速增加，CAISO的净负荷曲线出现了向“峡谷曲线”的转变，即中午净负荷需求更低，跌至零值甚至负值，傍晚净负荷增加更加陡峭，其他电源必须快速爬坡出力以适应负荷的急剧攀升。 图表7：净负荷曲线“鸭子曲线”和“峡谷曲线”
我国部分光伏发电装机占比较高的省份同样出现明显的填谷需求。以山东省为例。截至2022年底，山东省光伏发电装机占比达到22.5%。在2023年“五一”假期期间，山东省内用电负荷下降约15%，引发连续负电价现象。值得注意的是，2023年4月29日-5月1日现货价格曲线形状类似“鸭子曲线”，期间10时-15时负电价出现尤为频繁，而该时段为光伏发电高峰。结合此前山东省将中午时段划分为电价深谷时段，新能源装机增加改变了原有负荷曲线，使得新能源集中大发时段，电网净负荷出现了一个深谷，需要对负荷进行时间上的转移（填谷）以平滑变化、促进新能源消纳。 图表8：山东2023年4月29日-5月3日实时现货价格曲线（单位：元/MWh）
（二）负荷峰值屡创新高带来削峰需求第三产业和居民生活用电增速快于工业用电增速，负荷峰值增速大于用电量增速。近十年来，我国第二产业增速相对较低，在用电量结构中占比明显降低，从2013年的73%下降至2022年的66%，第三产业和城乡居民生活用电占比之和则由2013年的25%提升至2022年的33%。
用电量结构变化带来用电负荷新变化。一是日负荷曲线峰谷差更大；二是受极端天气和消费能力等因素影响，年负荷曲线呈现夏、冬双高峰特征；三是第二产业用电负荷稳定、持续，第三产业和居民生活用电波动性较强且时段集中效应明显，对于固定时段最大负荷的拉动效果强于对全时段用电量的拉动效果，因此在用电量结构变化中，全社会最大负荷增速将显著高于用电量增速，需要负荷进行时间上的转移（削峰）以保障电力供应。根据中电联数据，2023年正常气候情况下，夏季全国最高用电负荷为13.7亿千瓦左右，同比增加8000万千瓦，如果出现长时段大范围极端高温天气，全国最高用电负荷可能同比增加近1亿千瓦。（三）充电桩等新型负荷使得负荷侧复杂程度提升随着新能源汽车销量快速提升，充电桩保有量也快速提升，一定程度上改变配电网形态。截至2023年上半年，我国公共充电桩保有量为214.86万台，同比增加40.63%。2023年上半年，新能源汽车销量同比增加44.13%，可以预见未来随新能源汽车销量继续快速提升，充电桩保有量也将持续增加。充电桩的大量增加将对配电网产生冲击，并且相比于交流慢充充电桩，快充直流充电桩由于功率更大、充电时间更短，对配电网产生的冲击更大。充电桩剧增对配电网还有其他诸多影响。充电桩用电高峰同样是居民生活原有用电高峰，会导致原有负荷峰值继续提升，产生时间短、量级高的尖峰负荷；按尖峰负荷配置变压器容量，导致其余时间变压器容量资源闲置；充电负荷波动带来网络损耗等。因此，充电桩的高速增长导致削峰填谷需求的增加，但同时充电桩和新能源汽车本身是良好的可调节负荷，如能通过虚拟电厂进行聚合和优化，是降低充电成本和降低电网投资的双赢之选。
（四）新型电力系统实现用户侧和电力系统高度灵活互动的远期目标2021年3月，中央财经委员会第九次会议首次提出新型电力系统概念，明确提出“构建以新能源为主体的新型电力系统”。2023年6月，国家能源局发布《新型电力系统发展蓝皮书》（简称“《蓝皮书》”），标志着我国新型电力系统建设进入全面启动和加速推进的重要阶段。《蓝皮书》提出“柔性灵活”是新型电力系统四大基本特征之一，是构建新型电力系统的重要支撑。随着分布式电源、多元负荷和储能的广泛应用，大量用户侧主体兼具发电和用电双重属性，终端负荷特性由传统的刚性、纯消费型向柔性、生产与消费兼具型转变，源网荷储灵活互动和需求侧响应能力的需求不断提升。《蓝皮书》提出新型电力系统转型加速期（当前-2030年），用户侧目标之一为电力消费新模式不断涌现，分散化需求响应资源进一步整合，用户侧灵活调节和响应能力提升至5%以上，促进新能源就近就地开发利用和高效消纳；新型电力系统巩固完善期（2045-2060年），将实现用户侧与电力系统高度灵活互动。
04 虚拟电厂市场规模测算（一）投资端虚拟电厂规模：预计到2025年投资规模为330-550亿元
（二）运营端虚拟电厂规模：预计到2025年运营规模约为百亿级
在电力现货市场模式下，根据中电联预测，到2025年全社会用电量为9.5亿千瓦时；假设现货交易电量占全社会用电量的10%；现货市场并非时时存在价差，假设虚拟电厂单日可进行4小时电量套利（参考工商业2h储能系统两充两放策略），参考近期代理购电峰谷价差，假设平均峰谷价差为0.7元/千瓦时；假设虚拟电厂套利电量占现货市场可套利电量的20%；假设虚拟电厂运营商分成比例取20%-80%。测算得到，通过电力现货市场获利模式，当虚拟电厂运营商分成比例为50%时，虚拟电厂2025年运营市场规模为111亿元。图表22：电力现货市场2025年虚拟电厂运营收益规模测算
辅助服务和电力现货两种获利途径存在部分重合关系，电力现货基本对最大的辅助服务品类调峰服务形成替代。无论通过哪种途径获得收益，测算当运营商分成比例为50%时，2025年虚拟电厂运营市场规模均在百亿元级别。 电话：0371-69155955  |
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