招商研究碳中和研究小组出品

刘玉萍  计算机行业首席分析师

周翔宇  计算机行业分析师

核心观点

虚拟电厂将成为我国解决能源变革问题的重要手段。虚拟电厂能够通过先进信息通信技术，聚合并协调各种跨区域分布式能源，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，优化资源的配置和利用。同时，虚拟电厂作为电力需求响应的延伸，将极大提升能源电力精细化管理水平，兼具经济性和环保性。

政策助力虚拟电厂迎来发展，国内试点项目持续推进。在双碳背景下，国家和地方发布多项虚拟电厂相关政策，截止目前共有天津、安徽、北京、河南、广东等14个省市将虚拟电厂纳入“十四五”电力发展规划或能源发展规划中。国内已有广东、上海、浙江、河北等地开展虚拟电厂试点项目。

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。随着虚拟电厂“十四五”政策持续出台，全国各地项目持续落地，信息化需求有望进一步释放，虚拟电厂的发展将使得电力用户和负荷聚合商、虚拟电厂技术软件平台服务商受益。

投资建议

伴随电力现货交易等市场化机制的完善，国内虚拟电厂发展有望提速。

电力现货市场建设规则公开征求意见，市场化机制的完善有望提速国内虚拟电厂建设。

11月25日，国家能源局综合司就《电力现货市场基本规则（征求意见稿）》、《电力现货市场监管办法（征求意见稿）》公开征求意见，推动储能、分布式发电、负荷聚合商、虚拟电厂和新能源微电网等新兴市场主体参与交易。我国虚拟电厂处于邀约型向市场型过渡阶段，电力现货市场推进将加速虚拟电厂建设。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；市场化阶段，在电力现货市场、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。

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。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。

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。

2021年以来，我国不断发布虚拟电厂支持政策，虚拟电厂建设进入黄金期。

2021年3月，国家发改委、国家能源局联合发布《关于推进电力源网荷储一体化和多能互补发展的指导意见》，指出依托“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。

截止目前，已有天津、安徽、北京、河南、广东等14个省市将虚拟电厂建设纳入“十四五”时期电力发展规划或能源发展规划中，政策主要涉及虚拟电厂需求响应、辅助服务等，支持举措包括推动虚拟电厂示范项目建设、探索商业模式、鼓励参与市场交易等，预计未来将有更多专项政策和实施方案发布。

2021年8月，深圳虚拟电厂管理中心成立。作为国内首家虚拟电厂管理中心，目前已接入分布式储能、数据中心、充电站、地铁等类型负荷聚合商14家，接入容量达87万千瓦，接近一座大型煤电厂的装机容量。

2021年7月，广州市出台《广州市虚拟电厂实施细则》，明确了虚拟电厂参与电网调节的补贴标准。

2022年6月，山西发布首份省级虚拟电厂实施方案，明确虚拟电厂的类型、入市流程、技术规范等要求。

2022年7月，山东明确虚拟电厂可作为独立市场主体参与现货市场交易，规定虚拟电厂参与方式、基本权利与义务、接入技术要求、注册要求、参与现货市场组织流程等交易机制。

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。

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。

风险提示：

虚拟电厂行业发展不及预期；电力市场化改革不及预期；虚拟电厂技术发展缓慢。

特别提示：

本文摘录于2022年11月28日公开发布的研究报告《虚拟电厂，星火燎原——计算机行业碳中和研究系列（四）》，完整内容以研究报告为准。

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