2023虛擬電廠新型電力系統(tǒng)

虛擬電廠

——新型電力系統(tǒng)

核心觀點

虛擬電廠本質(zhì)是通過數(shù)字化手段聚合分布式能源的軟件平臺系統(tǒng)，通過統(tǒng)一調(diào)度參與電力市場。新能源裝機比例及用戶

側間歇性負荷的進一步增長，對電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力進一步提升，傳統(tǒng)“源隨荷動”的運行模式亟須向“源荷互動”

轉(zhuǎn)變，“虛擬電廠”應運而生。虛擬電廠可以把各類分散能源、可控負荷、儲能聚合起來，通過數(shù)字化的手段形成一個

虛擬的電廠來做統(tǒng)一的管理和調(diào)度。虛擬電廠是需求側響應的延伸版，兼顧削峰和填谷，部分具有儲能特征。

■成熟的電力市場是虛擬電廠商業(yè)化的基礎。德國和美國電力現(xiàn)貨市場/輔助服務市場已比較成熟，虛擬電廠已完全實現(xiàn)商

業(yè)化c其中，德國由于分布式電源裝機占比較高（2020年分布式光伏裝機占比74黝，因此虛擬電廠資源以發(fā)電側為主

；而美國由于高電價導致戶用光伏裝機占比較高，虛擬電廠資源以負荷側為主。歐美虛擬電廠收入模式為：參與電力現(xiàn)

貨/輔助服務市場，提供需求側響應或容量服務賺取削峰填谷收入，或通過優(yōu)化管轄內(nèi)用戶用電計劃，獲取溢價分成。

目前我國虛擬電廠處于邀約型向市場化過渡的階段，國家電投深圳能源虛擬電廠已參與電力現(xiàn)貨市場盈利。我國虛擬電

廠還處于發(fā)展初期，主要由政策引導來參與市場。目前江蘇、浙江、上海、冀北等地區(qū)已開展虛擬電廠實踐，主要響應

資源包括儲能設施、充電樁、居民、樓宇等。其中，2022年5月，國家電投深圳能源為我國首個虛擬電廠調(diào)度用戶負荷參

與電力現(xiàn)貨市場盈利的案例，平均度電收益0.274元。據(jù)中電聯(lián)預計，2025年全社會用電量達9.5萬億千瓦時，而最大負荷

將達到16.3億千瓦，假設可調(diào)節(jié)能力為5%、投資成本為1000元/千瓦，預計到2025年虛擬電廠投資規(guī)模有望達815億元。

投資建議：行業(yè)方面，虛擬電廠是電力系統(tǒng)靈活性資源的重要組成部分，我國虛擬電廠還處于發(fā)展初期，但隨著新能源

滲透率的提升以及新型電力系統(tǒng)的逐步完善，虛擬電廠市場空間有望打開。維持行業(yè)“推薦”評級。個股方面，建議關

注朗新科技、國能口新、恒實科技、南網(wǎng)能源、東方電子、萬勝智能、遠光軟件、國網(wǎng)信通。

■風險提示；政策變動風險；電力市場建設進度不及預期；新能源裝機不及預期；重點關注公司業(yè)績不及預期：行業(yè)競爭

加?。褐袊c國際同行并不具備完全可比性，相關數(shù)據(jù)僅供參考。

目錄

1虛擬電廠：需求側響應的延伸................................................................................6

1.1背景：能源綠色轉(zhuǎn)型，電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力要求提升.......................................................7

1.2定義：通過數(shù)字化手段聚合分布式能源的軟件平臺系統(tǒng)...................................................8

1.3原理：聚合分布式能源，削峰填谷、參與電力市場........................................................9

1.4分類：電源型、負荷型'儲能型、混合型..............................................................10

2歐美電力市場成熟，虛擬電廠已實現(xiàn)商業(yè)化..................................................................11

2.1收入模式：削峰填谷收入'用戶用電成本優(yōu)化分成........................................................12

2.2德國：發(fā)電側分布式能源聚合為主，獨立虛擬電廠是主要參與方...........................................13

2.3美國：負荷側資源聚合為主............................................................................15

3國內(nèi)現(xiàn)狀：邀約型向市場化過渡.............................................................................17

3.1政策支持：鼓勵虛擬電廠建設，增強電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力...................................................18

3.2運作機制：邀約一響應一激勵...........................................................................19

3.3實踐：國家電投-首個虛擬電廠參與電力現(xiàn)貨市場盈利案例.................................................20

3.4前景：到2025年虛擬電廠投資有望達815億元...........................................................22

1.1背景：能源綠色轉(zhuǎn)型，電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力要求提升

新能源裝機比例提升，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)“源隨荷動”的運行模式歪須向“源荷互動”轉(zhuǎn)變。在碳中和、碳達峰目標的驅(qū)動下，我

國能源綠色轉(zhuǎn)型進度加速。然而，新能源發(fā)電嚴重依賴于光照強度、風力強度等自然因素指標，總體上具有隨機性、間歇性和

波動性的特點：與此同時，新能源裝機比例及用戶側間歇性負荷的進一步增長，對電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力提出了越來越高的要

求。傳統(tǒng)“源隨荷動”的運行模式亟須向“源荷互動”轉(zhuǎn)變，“虛擬電廠”應運而生。

圖表1:我國非化石能源消費比重及未來預期目標(%)

資料來源：e虛擬電廠市場發(fā)展前第及實踐思考3出紅麗等.WIND,中國政府網(wǎng).國海證券研究所

1.2定義：通過數(shù)字化手段聚合分布式能源的軟件平臺系統(tǒng)

?虛擬電廠顧名思義就是虛擬化的電廠，起到發(fā)出電能，參與能量市場：通過調(diào)節(jié)功率來參與輔助服務市場調(diào)峰、調(diào)頻等作用。

?其核心思想就是把各類分散可調(diào)電源、可控負荷、儲能聚合起來，通過數(shù)字化的手段形成一個虛擬的電廠來做統(tǒng)一的管理和調(diào)

度。所以，虛擬電廠本質(zhì)上是一套軟件平臺系統(tǒng)，它聚合了現(xiàn)有的分布式資源，并通過協(xié)同控制，參與電力市場。

圖表2:傳統(tǒng)電力能源生態(tài)系統(tǒng)和虛擬電廠能源生態(tài)系統(tǒng)示意圖

發(fā)電例

甘南0夙⑥鼬青高青

麻償i發(fā)電儲能版核電水電?*t.影W電廠觸電M擠切笫電梯

傳統(tǒng)電加酶生態(tài)系統(tǒng)：發(fā)輸配用界限濟麻；海隙荷動：生產(chǎn)者、消能者關系明確。

虛擬電1鵬源生態(tài)系統(tǒng):發(fā)輸配用界限貨叉：源荷互動：生產(chǎn)者、消焚擰關系兼具.

虛擬電廠系統(tǒng)和服務平臺

Bli金日發(fā)電里元嘛建

苴

到他,

d也守’：沙，,盤'''、'、

禽H祈出

2@/向空薛朝施、命

__——I__?

腳ml償必.出

南0昱2HBB

資料來源：4虛擬電J.基礎特征內(nèi)涵與發(fā)展現(xiàn)狀概述》_鐘永潔等

1.3原理：聚合分布式能源，削峰填谷、參與電力市場

虛擬電廠可以看作需求側響應的延伸版。需求側響應主要是削峰，主要鋁對用戶負荷：虛擬電廠則是削嶺和填谷兼顧，部分

具有儲能特征，源、網(wǎng)、荷、儲都包含在內(nèi)。

圖表3:虛擬電廠結構示意圖圖表4:虛擬電廠平臺架構示意圖

調(diào)控中心電力市場交易管理中心

嚶燃氣柴油發(fā)電風力發(fā)電區(qū)域電網(wǎng)

能量傳輸

4

—-lb-西-亶Y

誨

多信號板發(fā)：；:止

元

葭:出

儲林調(diào)控制/W）、g小冊管理平臺

i力

能

—電力物聯(lián)網(wǎng)

6>-O-O

電r-O-；

動瓦，間

6-00

今酮優(yōu)化、二」/產(chǎn)名'集控系統(tǒng)

汽

車交互終端。邊緣計算“AV邊緣計算口交互終端

％需：市

?求：場

響,*交智能監(jiān)QS2監(jiān)控

應7易控終端WW終端

畬V，，一

入電力能1電力能團

商業(yè)負荷工業(yè)負荷股市場、電力市場

.逝1ty_統(tǒng)二叫育警的

聒3發(fā)電電修電動汽不0$智健求居

送料來源I《虛擬電廠薦礎特征內(nèi)涵與發(fā)展現(xiàn)狀概述》_鐘永清等

1.4分類：電源型、負荷型、儲能型、混合型

?虛擬電廠聚集r分布式能源（發(fā)電）、儲能（充電/放電）、可控負荷（用電）等，可根據(jù)實際的組成將其劃分為以下4類：

1電源型虛擬電廠：具有能量出售的能力，可以參與能量市場，并視實際情況參與輔助服務市場：

2復合型虛擬電廠：具有功率調(diào)節(jié)能力，可以參與輔助服務市場，能量出售屬性不足：

3儲能型虛擬電廠：可參與輔助服務市場：也可部分時段通過放電來出售電能；

4混合型虛擬電廠：全能型角色。在國外案例中，日本和德國以儲能和分布式電源作為虛擬電廠的主體，美國則是以可控負荷為

主，規(guī)模已占尖峰負荷的5%以上。

圖表5：蒯以電廠對外特征示意

靈活佻血

資料來源：《虛擬電廠范礎特征內(nèi)涵與發(fā)展現(xiàn)狀概達》鐘永沽等

一、歐美電力市場成熟，虛擬電廠已實現(xiàn)商業(yè)化

2.1收入模式：削峰填谷收入、用戶用電成本優(yōu)化分成

?虛擬電廠商業(yè)模式是參與現(xiàn)貨市場、輔助服務市場,提供需求側響應或容量服務賺取削峰填谷收入，或為通過優(yōu)化管

轄內(nèi)用戶用電計劃，獲取溢價分成。

?歐洲和美國電力現(xiàn)貨市場/輔助服務市場已比較成熟,虛擬電廠已完全實現(xiàn)商業(yè)化。我國新型電力市場還處于完善中,

虛擬電廠主要由政策引導來參與市場，

圖表6:虛擬電廠收入模式圖表7:山東省需求側響應資金來源

年份相關文件補償費用來源

’參與現(xiàn)貨市場，優(yōu)化用戶用電、

■,一‘電能量收入■>《2020年全省電緊急型削峰、填谷需求響應補償費用計入供電成本，經(jīng)濟型削

計劃，獲得溢價部分分成

2020年力需求函應工作峰、填谷需求響應補償費用暫從電網(wǎng)公司參與跨省區(qū)可再生能

方案》源現(xiàn)貨市場試點形成的資金空間支出。

土自電箱總型削町、堀仆求喇屈下卜仇賈川拉照國豕自天故堪迓門

虛擬電廠4m7T

輔助服務收入*提供調(diào)降調(diào)翔艮務2021印力需求響應工作攤疏導；經(jīng)濟型削峰響應補償待電力現(xiàn)貨市場連續(xù)長周期結算

收入模式

方案》運行時予以明確?經(jīng)濟型填谷需求響應無補僑費用.

需求響應資金由全省工商業(yè)用戶、相關發(fā)電企業(yè)進行分攤.削

《2022年全省電峰需求響應補償筑用按全省工商業(yè)用戶在需求響應執(zhí)行時段的

I容星收益————>提供容量服務2022年力可中斷負荷需用電量進行分施.填行需求咱應補償費用按省內(nèi)核電機組、集

求響應工作方案》中式新能源廠站、火電機組在需求響應執(zhí)行時段上網(wǎng)電扯進行

分播。

資料來源：￡虛擬電一效益評價揖標體系構建及其范例分析》_毛田滔￡虛擬電廠市場發(fā)展前景及實踐思考》殳紅麗等，泰安市能源局，山東省能源局，國海正券研究所

2.2德國：發(fā)電側分布式能源聚合為主，獨立虛擬電廠是主要參與方

?歐洲新能源發(fā)電量占比位居全球首位。2020年，歐洲風光發(fā)電占比達19.58%,位居全球首位。其中，德國是全球新

能源轉(zhuǎn)型翹楚，2021年，德國風光裝機量占比55.81%,風光發(fā)電量占比達28.85%。

圖表8:2020年歐洲風電光伏發(fā)電量占比位居仝球首位圖表9:2021件德國風光裝機量占比55.81%圖表10:2021年第國風光發(fā)電量占比28.85%

2.2德國：發(fā)電側分布式能源聚合為主，獨立虛擬電廠是主要參與方

?德國虛擬電廠資源來源于發(fā)電側、需求側和儲能，但其高分布式能源占比的特點決定了其以分布式電源的聚合為主。

?收入來源：其主要應用場景為參與電力現(xiàn)貨市場，并通過靈活電價來引導電廠管轄內(nèi)系統(tǒng)優(yōu)化發(fā)用電成本，優(yōu)化交易

收益，溢價部分與客戶分成；或參與輔助服務（調(diào)頻、備用等）來收取服務傭金。

?從市場參與主體來看，其包括獨立虛雙電廠運營商、電力公司虛擬電廠、新型市場參與者，其中，獨立虛擬電廠是主

要參與方。NextKraft-werke是歐洲規(guī)模最大的虛擬電廠之一，2021年其電廠規(guī)模已達9800MW（來源于官網(wǎng)）。

圖表11:德國分布式光伏占光伏裝機量比重74.2%圖表12:德國虛擬電廠類型

GETECEner-

特征NextKraft-MWEnergieBayWa.re

werkeEnteliosgieSonnen

分由Ml發(fā)電側、需求發(fā)電則、

今帝式老次紫禮名于（GW）——今4只老伏冬貨占比能源資源組合需求惻發(fā)電惻儲能

需求側，儲能他需求則

4571.21~~播

9800MW>1GW500再3300MW

電廠規(guī)模3000MW以上

（2021年）（2018年）（2015年）（2。19年）

資源管理與優(yōu)化JJJ

平衡服務J■J■J

直接銷售-JJ

需求響應（工商業(yè)）

需求響應（家庭）■J

向消費者/產(chǎn)消者供電J

電力公司新型市場參與者

獨立虛擬電廠

虛擬電廠虛擬中.廠

資料來源：NextKnii-wSe官網(wǎng),IEA.德國能源經(jīng)濟研究中心20.9數(shù)據(jù),￡虛擬電廠基礎特征內(nèi)涵與發(fā)展現(xiàn)狀繳述》鐘永沽等，￡德國虛擬電廠的商業(yè)極式3_中德能源與能效合作伙伴項

目,國海證券研究所

2.3美國：負荷側資源聚合為主

?2021年，美國風光發(fā)電占比為12.6$,略高于中國。

?雖然美國新能源滲透率與我國相差不大，但美國居民持續(xù)上漲的高電價提升了對戶用光伏的需求。據(jù)EIA統(tǒng)計數(shù)據(jù)，

在過去20年，美國零售電價上漲了59%,目前加州的電價為0.256美元/kWh（約RMB1.73元/KWh）。在光伏單位

投資成本持續(xù)下行的背景下，通過建設戶用光伏自發(fā)自用的經(jīng)濟性進一步凸顯。

?負荷側電源的大規(guī)模接入對電網(wǎng)靈活性需求進一步提升，提升了對分布式能源聚合商的需求。

圖表112021年美國風電光伏發(fā)電量占比為126%圖表14-021年美國風電光伏裝機房占比為162%圖表15-2021年美國戶用光伏新增裝機占全

美光伏新增裝機比重的17.8%

■風電光伏裝機加（萬千瓦）——此電老次裝乜+占比

6000

5000

4000

3000

2000

1000

0

C一2J45c7m9K

資料來源：WIXD.SEIA.IEA.EIA.6中國“十四五”新能源發(fā)原研判及需要關注的向時3,國海證券研究所

2.3美國：負荷側資源聚合為主

?美國虛擬電廠主要以負荷側靈活性資源為主，規(guī)模已占尖峰負荷的4%以上（來源于能源研究俱樂部

收入來源：以美國加州為例，其虛擬電廠可參加能量市場、旋轉(zhuǎn)/非旋轉(zhuǎn)備用市場。在能?市場中邊際出清價格結算,

參與備用市場可得到中標容■與調(diào)用電■兩部分組成的結算費用（實際響應量》中標容量的90%時）。

圖表16:美國加州虛擬電廠參與市場方式

參與市場的資源模型代理需求響應資源（PDR）分布式能源（DER）

爾匚卡總根據(jù)價格信號自主降低負荷，并在電力批發(fā)和輔多個分布式能源以聚合的形式作為一個單獨的

爹與市場1助服務市場參與競標'虛擬”單元參與電力市場交易

能量市場：最低聚合容量不小于0.5MW；

能量市場：故低100k*的容依，并在競標時段

旋轉(zhuǎn)備用市場：最低聚合容量不小于20

內(nèi)可持續(xù)輸出（單個分布式資源容量不超過1MW）

容量聚合要求

輔助服務市場：最低500kW容量.在口前能量

市場能夠林續(xù)輸出60min,在實時能顯和施傳

備用/非旋轉(zhuǎn)備用市場能筋持續(xù)輸出30min

能量市場：1）10以下無需遙測：

2每4s提供狀態(tài)信息；能量市場：10的以下無需遙測

3每5min更新狀態(tài)

計量與遙測要求輔助服務市場（旋轉(zhuǎn)和非旋轉(zhuǎn)備用）：

輔助服務市場：

1無論任何容量都需要遙測：

1無論任何容量都需要遙測：

2每4s提供狀態(tài)信息：

3每1min更新狀總2每4s提供狀態(tài)信息

資料來海：能源研究俱樂部，立美國加州分布式儲能參與電力市場分析》宋安琪等，長虛擬電廠參與調(diào)峰調(diào)領服務的市場機制與國外經(jīng)驗借鑒》李嘉端等，國海證券研究所

三、國內(nèi)現(xiàn)狀：邀約型向市場化過渡

3.1政策支持：鼓勵虛擬電廠建設，增強電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力

?2021年以來，國家發(fā)改委、北京發(fā)改委、山西能源局等陸續(xù)出臺指導意見，加快推進虛擬電廠建設，提高電力需求響應

能力，為電力系統(tǒng)提供調(diào)節(jié)支撐能力。

V山西：印發(fā)首份省級《虛擬電廠建設與運營管理實施方案》，提出加快推進虛擬電廠建設，擴大需求側（儲能）響應規(guī)模。

V北京：發(fā)揮電力在能源互聯(lián)網(wǎng)中的紐帶作用，挖掘需求響應資源，聚集大型商務樓宇、電動汽車和儲能設施等資源，建

設虛擬電廠。

圖表17:虛擬電廠建設相關政策

發(fā)布時間政策發(fā)布單位具體內(nèi)容

2022.6.21山西能源局加快推進虛擬電廠建設，擴大需求側（儲能）響應規(guī)模

《北京市"十四五”時期能源發(fā)展觀

北京發(fā)改委提高電力需求1W響應能力。發(fā)揮電力在能源互聯(lián)網(wǎng)中的紐帶作用，挖熱隔求響應資

2022.2.22劃》源,聚集大型商務樓宇、電動汽車和儲能設施等資源,建設虛擬電廠.

《關于完善能源綠色低碳轉(zhuǎn)型體制機支持用戶惻儲能、電動汽車充電設施、分布式發(fā)電等用戶（可調(diào)節(jié)資源，以及負荷

國家發(fā)改委W

2022.1.30制和政策措施的意見》聚合商、虛擬電廠運營商、綜合能源服務商等參與電力市場交易和系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)。

4關于加快建設全國統(tǒng)一電力市場體

2022.1.18國家發(fā)改委鼓勵抽水蓄能、儲能、虛擬電廠等調(diào)節(jié)電源的投資建設。

系的指導意見B

《關于加快推動新型儲能發(fā)展的指尋鼓勵聚合利用不但斷電源、電動汽車、用戶不儲能等分散式儲能設施,探索智念熊

國家發(fā)改委

2021.7.15意見》源、虛擬電廠等多種商業(yè)模式。

?關于推進電力源網(wǎng)荷儲一體化和多進一步加強源M荷諸多向互動，通過虛擬電廠等一體化聚合模式，參與電力中長期、

2021.2.25國家發(fā)改委

能互補發(fā)展的指9意見》輔助服務、現(xiàn)貨等市場交易，為系統(tǒng)提供調(diào)節(jié)支推能力。

資料來源：山西能源局、北京發(fā)現(xiàn)委、國家發(fā)改委、國家能海局、國海證券研尢所

3.2運作機制：邀約一響應一激勵

?依據(jù)外圍條件的不同，虛擬電廠的發(fā)展可分為邀約型階段、市場化階段、自主調(diào)度型階段，我國虛擬電廠處于邀約型向市場化

過渡的階段。

?邀約型階段運作機制：“邀約一響應一激勵”模式：（1）政府部門或電力調(diào)度機構發(fā)出邀約信號；（2）虛擬電廠組織資源進

行需求響應，激勵電力用戶調(diào)整其用電行為。

?目前江蘇、浙江、上海、冀北等地區(qū)已開展虛擬電廠實踐，主要響應資源包括儲能設施、充電樁、居民、樓宇等。

圖表18:虛擬電廠的發(fā)展階段圖表19:我國虛擬電廠實踐案例

主要響應資

地區(qū)主要場景試點項目恃點

源

得求響應.新能卸“大爆銀網(wǎng)及衣妊互￡1系統(tǒng)”、可中斷了調(diào)海-網(wǎng)-荷控制系統(tǒng)、

江”

消協(xié)等大現(xiàn)模網(wǎng)荷示的I：程等節(jié)負荷國內(nèi)規(guī)模以大

麗水模擬電廠、寧海鹿擬電廠試儲能設施、

痢求病應、削峰埴國內(nèi)單次響應體最

淅江點項目、，波離網(wǎng)光儲系統(tǒng)式虛充電樁、居

谷等城大

擬電J.等民、樓宇等

城區(qū)（黃浦）商業(yè)建筑遜似管

商業(yè)樓宇能源管理、二商業(yè)負荷、以商業(yè)樓宇為主的

上海理示他項目、成擬甩廠運苗項目

削昨填谷等儲能等

試點等虛擬電廠體系

抵能源污納、廣域冀北泛在電力物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)擬電F.示光伏、電來

冀北多主體參與

需求響應等范工程等暖等

資料來海：e虛擬電廠基礎特征內(nèi)涵與發(fā)展現(xiàn)狀概述％鐘永潔等.g虛擬電廠參與調(diào)埠調(diào)嫉服務的市場機制與國外經(jīng)驗借鑒％李嘉陽等.36氮，電網(wǎng)技術雜志，國海證券研究所

3.3實踐：上海虛擬電廠-累計調(diào)度超27.8萬千瓦

?上海黃浦商業(yè)建筑虛擬電廠于2021年投運，依靠能源互聯(lián)網(wǎng)管理體系，精細化調(diào)解用戶用電，實現(xiàn)柔性負荷控制和在線實施調(diào)

頻。黃浦區(qū)有大型商業(yè)建筑數(shù)量超過200幢，年耗電量約13億千瓦時，峰值負荷近50萬千瓦，樓宇能耗占全區(qū)總能耗65%以上。

?黃浦區(qū)虛擬電廠總體架構上實現(xiàn)了“物聯(lián)網(wǎng)通信”+“互聯(lián)網(wǎng)聚合”+“人工智能調(diào)度”+“智慧樓宇控制”，精準有效管理每棟

建筑的每小時能源消費。每個建筑均具備約200kW的柔性負荷調(diào)節(jié)能力，即虛擬發(fā)電能力。該虛擬電廠作為上海電力需求響應

II常調(diào)度資源，截至2021年11月累計調(diào)度超1700幢次/27.8萬千瓦，單次最大削減負荷50.5MW,柔性負荷調(diào)度能力超