虛擬電廠行業(yè)研究：從虛擬電廠商業(yè)模式看千億空間

虛擬電廠行業(yè)研究：從虛擬電廠商業(yè)模式看千億空間技術(shù)角度看虛擬電廠虛擬電廠定義：核心是聚合和協(xié)調(diào)控制虛擬電廠的定義：虛擬電廠是一種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將不同空間的可調(diào)節(jié)負(fù)荷、儲能側(cè)和電源側(cè)等資源聚合起來，實(shí)現(xiàn)自主協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，聚合參與電力系統(tǒng)運(yùn)行和電力市場交易。虛擬電廠的核心功能是調(diào)節(jié)分布式電源、儲能和可控負(fù)荷。1）調(diào)節(jié)分布式電源：分布式電源規(guī)模小、分布廣、種類多，虛擬電廠通過儲能把分布式電源組織起來，平抑出力波動并進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)控。2）調(diào)節(jié)柔性負(fù)荷、儲能、電動汽車等：比如在冬夏兩季用電高峰期，虛擬電廠控制系統(tǒng)通過AI和遠(yuǎn)程控制，在不影響人體舒適度的情況下，調(diào)節(jié)空氣溫度；在不影響樓宇安全的情況下，調(diào)節(jié)電梯運(yùn)行方式；調(diào)節(jié)樓宇中的儲能設(shè)備；將周邊樓宇充電樁的充電模式由快充變成慢充等。虛擬電廠發(fā)展背景：用電尖峰負(fù)荷持續(xù)提升電能在能源消費(fèi)中所占的比例不斷增大，將由2020年的26%提升至2060年的70%。電能替代是實(shí)現(xiàn)碳中和的主要手段之一，2022年3月，國家發(fā)改委等十部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)電能替代的指導(dǎo)意見》，明確提出到2025年，電能占終端能源消費(fèi)的比重達(dá)到30%左右。根據(jù)全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織，預(yù)計(jì)到2060年電力占終端能源消費(fèi)比重將提升至70%。全社會用電量持續(xù)提升，用電尖峰負(fù)荷水漲船高。2021年，全社會用電量達(dá)到8.3萬億度，同比增長11%；全國主要電網(wǎng)最高用電負(fù)荷合計(jì)達(dá)到11.9億千瓦，隨之同比增長11%。虛擬電廠：挖掘負(fù)荷調(diào)節(jié)能力，兼具靈活性與經(jīng)濟(jì)性需求側(cè)：尖峰負(fù)荷規(guī)模持續(xù)增加，但單次持續(xù)時(shí)間短、出現(xiàn)頻次低、累計(jì)持續(xù)時(shí)間短，每年95%以上峰值負(fù)荷不超過50小時(shí)。供給側(cè)：若一味通過擴(kuò)建電廠來滿足尖峰時(shí)段的用電需求，便會在用電低谷期產(chǎn)生巨大浪費(fèi)，新型電力系統(tǒng)亟需挖掘負(fù)荷側(cè)調(diào)節(jié)能力來應(yīng)對發(fā)、用電實(shí)時(shí)平衡；虛擬電廠聚沙成塔的技術(shù)逐漸成熟。虛擬電廠能夠調(diào)動負(fù)荷側(cè)資源，兼具靈活性與經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)濟(jì)性：據(jù)國家電網(wǎng)測算，若通過建設(shè)煤電機(jī)組滿足其經(jīng)營區(qū)5%的峰值負(fù)荷需求，需要電廠及配套電網(wǎng)投資約4000億元；若建設(shè)虛擬電廠，建設(shè)、運(yùn)維和激勵的資金規(guī)模僅為400-570億元，成本僅為1/7至1/10。產(chǎn)業(yè)鏈條梳理：上游為分布式資源，下游為電網(wǎng)及其他電力需求方按功能不同，虛擬電廠可劃分為技術(shù)型虛擬電廠和商業(yè)型虛擬電廠。從商業(yè)型虛擬電廠的產(chǎn)業(yè)鏈來看：

虛擬電廠的上游為分布式電源、儲能資源和可控負(fù)荷，中游是通信、信息化技術(shù)、智能化設(shè)備等IT資源提供商以及資源聚合商（即虛擬電廠運(yùn)營方），下游是電網(wǎng)公司及參與電力市場的其他售電公司、用戶等。虛擬電廠的基本商業(yè)模式為：資源聚合商通過電力交易市場或輔助服務(wù)獲得收益，再與上游的分布式資源所有者進(jìn)行收益分成。發(fā)展趨勢1：聚合資源從負(fù)荷側(cè)向儲能、分布式光伏等推進(jìn)儲能將作為虛擬電廠中重要的靈活性資源。用戶負(fù)荷存在自身負(fù)荷特性及其可調(diào)節(jié)性方面的限制，單獨(dú)的虛擬電廠運(yùn)營主體在電力直接交易及輔助服務(wù)市場中容易出現(xiàn)偏差，可能直接導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失；而儲能作為重要的靈活性資源，是應(yīng)對這種偏差的必要手段。另外儲能能幫助虛擬電廠更好的參與峰谷電價(jià)差套利等，增強(qiáng)虛擬電廠的盈利能力。發(fā)展趨勢2：以點(diǎn)到面，參與大電網(wǎng)互動我國虛擬電廠目前總體處于試點(diǎn)示范階段。目前開展虛擬電廠試點(diǎn)最具特色的省份包括上海、冀北、廣東、山東等。上海主要以聚合商業(yè)樓宇空調(diào)資源為主開展虛擬電廠試點(diǎn)，冀北主要參與華北輔助服務(wù)市場為主，廣東主要以點(diǎn)對點(diǎn)的項(xiàng)目測試為主，山東試點(diǎn)項(xiàng)目目標(biāo)是開展現(xiàn)貨、備用和輔助服務(wù)市場三個(gè)品種交易、完成現(xiàn)貨和需求響應(yīng)兩個(gè)機(jī)制銜接及建設(shè)一個(gè)虛擬電廠運(yùn)營平臺。省級層面需要建立統(tǒng)一的虛擬電廠平臺，將分散的不同市場主體接入到統(tǒng)一虛擬電廠運(yùn)營管理平臺上，實(shí)現(xiàn)與大電網(wǎng)的互動控制。虛擬電廠運(yùn)營平臺將是一個(gè)長期演進(jìn)迭代的過程，跟隨虛擬電廠業(yè)態(tài)的不斷成熟從運(yùn)營平臺到綜合業(yè)務(wù)支撐平臺再到能源互聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展。案例：“粵能投”虛擬電廠運(yùn)營平臺“粵能投”虛擬電廠管理平臺是南方電網(wǎng)首個(gè)基于市場交易規(guī)則設(shè)計(jì)的虛擬電廠。“粵能投”虛擬電廠管理平臺按照廣東電力市場規(guī)則要求，創(chuàng)建完整商業(yè)模式，以省、地、區(qū)、站點(diǎn)的分層模式打造“網(wǎng)格式”服務(wù)，提供日前邀約、日內(nèi)可中斷、實(shí)時(shí)直控三類產(chǎn)品，依據(jù)客戶類型打造直控與非直控響應(yīng)能力，確保做到“可觀、可測、可調(diào)、可控”。目前已簽約近800個(gè)電力用戶，覆蓋儲能、工商業(yè)負(fù)荷、充電樁、智慧用電設(shè)施等各類柔性負(fù)荷資源，注冊響應(yīng)容量接近4GW，負(fù)荷聚合商及大用戶均可加入平臺。下一階段，平臺將大力推進(jìn)光伏等資源接入，預(yù)計(jì)2022年底聚合可緊急靈活調(diào)配柔性負(fù)荷資源1.18GW，全力支撐廣東電網(wǎng)構(gòu)建不低于最高負(fù)荷3%—5%的總體響應(yīng)規(guī)模目標(biāo)。平臺預(yù)計(jì)將持續(xù)孵化虛擬電廠相關(guān)產(chǎn)品，并推動在南方電網(wǎng)五省復(fù)用。虛擬電廠核心競爭力體現(xiàn)在技術(shù)與資源客戶資源：虛擬電廠本質(zhì)是化零為整，聚沙成塔；拉足夠多客戶做聚合，聚合的靈活性資源越多，調(diào)節(jié)能力就越強(qiáng)；同時(shí)客戶資源意味著數(shù)據(jù)，意味著能鎖定優(yōu)質(zhì)客戶并開展精準(zhǔn)營銷，形成一定的先發(fā)優(yōu)勢。技術(shù)層面：虛擬電廠的主要技術(shù)包括計(jì)量技術(shù)、通信技術(shù)、智能調(diào)度決策技術(shù)、信息安全防護(hù)技術(shù)等。目前大部分虛擬電廠試點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了初步的用戶用能監(jiān)測，鮮有項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)虛擬電廠的優(yōu)化調(diào)度及對分布式能源的閉環(huán)控制。02商業(yè)角度看虛擬電廠虛擬電廠業(yè)務(wù)場景虛擬電廠的主要業(yè)務(wù)場景包含輔助服務(wù)、需求響應(yīng)、市場化交易、能效管理。在現(xiàn)階段，虛擬電廠更多的是通過調(diào)度靈活性資源提供需求響應(yīng)及輔助服務(wù)。隨著電力市場機(jī)制的逐步完善以及售電市場的建設(shè)，以虛擬電廠為核心的售電公司將逐步參與電力市場化交易。需求響應(yīng)&輔助服務(wù)：通過價(jià)格補(bǔ)償機(jī)制引導(dǎo)參與市場，獲取補(bǔ)貼收益。補(bǔ)償來源方面，根據(jù)2021年新版《電力輔助服務(wù)管理辦法》，輔助服務(wù)費(fèi)用按照“誰受益、誰承擔(dān)”的原則；用戶可結(jié)合自身負(fù)荷特性，承擔(dān)必要的輔助服務(wù)費(fèi)用或按照貢獻(xiàn)獲得經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。對于不具備提供調(diào)節(jié)能力或調(diào)節(jié)能力不足的電力用戶、聚合商、虛擬電廠應(yīng)參與分?jǐn)傠娏o助服務(wù)費(fèi)用，或通過購買電力輔助服務(wù)承擔(dān)電力輔助服務(wù)責(zé)任。市場化交易：虛擬電廠可以通過虛擬電廠管理平臺參與市場化交易，獲得代理服務(wù)費(fèi)或收益分成，也可針對內(nèi)部負(fù)荷開展電量銷售、結(jié)算等。能效管理：階梯電價(jià)下，虛擬電廠作為一個(gè)聚合整體可以通過進(jìn)行內(nèi)部優(yōu)化調(diào)度為簽約的高耗能用戶節(jié)省電費(fèi)，拿取分成。虛擬電廠規(guī)?？臻g測算我們從①投資建設(shè)和②運(yùn)營兩個(gè)方面考慮虛擬電廠的市場空間。①投資建設(shè)角度：

（1）最大負(fù)荷：根據(jù)中電聯(lián)預(yù)測，到2025年，全國全社會用電量為9.5萬億千瓦時(shí)，最大負(fù)荷為16.3億千瓦；（2）可調(diào)負(fù)荷需求：按照到2025年在全國構(gòu)建最大負(fù)荷約5%的可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源庫，則2025年全國可調(diào)負(fù)荷資源庫容量約為8150萬千瓦；

（3）投資成本：根據(jù)《虛擬電廠運(yùn)營管理平臺建設(shè)方案》的調(diào)研結(jié)果，發(fā)電能力為10MW的商業(yè)樓宇型虛擬電廠的投資成本約為420萬；根據(jù)國家電網(wǎng)測算（2020年），若通過建設(shè)虛擬電廠滿足其經(jīng)營區(qū)5%的峰值負(fù)荷需求，建設(shè)、運(yùn)維和激勵的資金規(guī)模約為400-570億元，則倒推得到每kW可調(diào)負(fù)荷的建設(shè)運(yùn)維資金規(guī)模約為800元。（4）根據(jù)我們的估算，到2025年，虛擬電廠的投資建設(shè)市場規(guī)模將超過300億元，平均每年投資建設(shè)規(guī)模達(dá)到105~200億元。我們從①投資建設(shè)和②運(yùn)營兩個(gè)方面考慮虛擬電廠的市場空間。②運(yùn)營角度：

我們認(rèn)為虛擬電廠的核心是解決95%以上峰值負(fù)荷的問題，則核心是計(jì)算全社會5%最大負(fù)荷的價(jià)值。（1）可調(diào)負(fù)荷規(guī)模：我們假設(shè)到2025年能在全國構(gòu)建最大負(fù)荷約5%的可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源庫，可以解決95%以上峰值負(fù)荷的調(diào)節(jié)問題。（2）虛擬電廠平抑的用電量：我們假設(shè)到2025年，95%以上峰值負(fù)荷約為50小時(shí)，且到2025年最大負(fù)荷為16.3億千瓦（中電聯(lián)預(yù)測），則虛擬電廠可平抑的用電量將超過：95%*16.3億*50=774.25億kWh；

（3）虛擬電廠平抑負(fù)荷的價(jià)值：我們預(yù)計(jì)，到2025年，尖峰負(fù)荷的平均電價(jià)約為2.5元/kWh（根據(jù)各省需求響應(yīng)補(bǔ)貼政策估算）；

（4）若假設(shè)虛擬電廠與可調(diào)負(fù)荷對其平抑的用電負(fù)荷價(jià)值按1:1進(jìn)行收益分成，則根據(jù)我們的估算，預(yù)計(jì)2025年虛擬電廠的運(yùn)營市場規(guī)模將達(dá)到968億元。（5）進(jìn)一步，由于2030年新能源發(fā)電量占比將進(jìn)一步提升到48%（中電聯(lián)預(yù)測），發(fā)電端不穩(wěn)定性進(jìn)一步提升，我們預(yù)計(jì)可調(diào)負(fù)荷需求升至8%，虛擬電廠參與平抑的用電峰值負(fù)荷時(shí)長進(jìn)一步提升。另外，由于全國統(tǒng)一電力市場的基本建成，市場化電價(jià)機(jī)制進(jìn)一步放開，尖峰負(fù)荷的平均電價(jià)達(dá)到度電3.5元。則根據(jù)我們的估算，預(yù)計(jì)2030年虛擬電廠的運(yùn)營市場規(guī)模將超過4500億元。03投資分析1）東方電子：電力IT小巨人，業(yè)務(wù)全面對標(biāo)國電南瑞。虛擬電廠方面，公司的核心競爭力在于【調(diào)度】。公司在調(diào)度領(lǐng)域國網(wǎng)份額第二，僅次于南瑞，南網(wǎng)份額與南瑞并駕齊驅(qū)；我們看好公司核心調(diào)度能力在虛擬電廠場景中的復(fù)用。公司已經(jīng)有多個(gè)虛擬電廠的項(xiàng)目實(shí)施案例，其中

“粵能投”虛擬電廠管理項(xiàng)目是南網(wǎng)首個(gè)基于市場交易規(guī)則設(shè)計(jì)的虛擬電廠，我們判斷下一階段將在南方電網(wǎng)的五省進(jìn)行復(fù)用。2）國能日新：發(fā)電功率預(yù)測龍頭，電力交易市場有望拉動公司第二成長曲線。虛擬電廠方面，公司的核心競爭力在于【預(yù)測】。公司自2020起開展虛擬電廠業(yè)務(wù)，虛擬電廠亦離不開對分布式光伏等資源的精準(zhǔn)預(yù)測能力；同時(shí)，結(jié)合發(fā)電功率預(yù)測產(chǎn)品及電力交易策略產(chǎn)品，公司能形成發(fā)電側(cè)與負(fù)荷側(cè)數(shù)據(jù)的打通與良性互動，為相關(guān)業(yè)務(wù)運(yùn)營主體提升經(jīng)濟(jì)效益等。3）HYPE