2023能源互联网虚拟电厂

工业能源互联网虚拟电厂20231目录CONTENTS6专

业

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领

先

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深

度

｜

诚

信中泰证券研究

所Q1.我们如何定义虚拟电厂？Q2.虚拟电厂的兴起回应了新能源行业的什么痛点？Q3.虚拟电厂在各国如何落地？Q4.我们如何梳理虚拟电厂的产业链？Q5.我们如何测算虚拟电厂的盈利能力？Q6.虚拟电厂的市场空间有多大？Q7.虚拟电厂的核心标的有哪些？虚拟电厂“七问七答”Q17我们如何定义虚拟电厂？虚拟电厂（VPP,

Virtual

Power

Plant）是一种新型电源协调管理系统，虚拟电厂通过信息技术和软件系统，实现分布式电源、储能、可调负荷等多种分布式资源的聚合和协同优化。虚拟电厂三大要素什么是虚拟电厂：“通信”和“聚合”构建电力能源新生态分布式能源8储能可控负荷构成要素作用分布式电源分布式电源分布较广，种类众多，发电受自然条件等因素影响，具有随机性特征。在风能水能发电高峰，虚拟电厂可以调节减少火力发电强度，从而调节分布式电源，减少电力浪费储能电力的供给大于需求的时候，将富余的电力流向储能，稳定电网输出功率。当电力供给小于需求时，可以从附近的储能走电减少电网端的供电压力，从物理层面达到削峰填谷的作用可调负荷冬夏两季用电高峰期，虚拟电厂控制系统通过AI和远程控制，在不影响人体舒适度的情况下调节空气温度；在不影响楼宇安全情况下，调节电梯运行方式；调节楼宇中的储能设备作为一个特殊的电厂，参与电力市场和电网运行的协调管理系统。它既可以作为“正电厂”向系统供电调峰，又可作为“负电厂”加大负荷消纳配合系统填谷。在电网运行方式向源网荷储灵活互动转型和结构向清洁低碳转型的背景下，大力发展虚拟电厂对促进电网供需平衡，实现分布式能源低成本并网，充分消纳清洁能源发电量，推动绿色能源转型具有重大的现实意义。什么是虚拟电厂：“通信”和“聚合”构建电力能源新生态9虚拟电厂各地项目汇总发布时间政策名称主要内容2022.1《“十四五”现代能源体系规划》开展工业可调节负荷、楼宇空调负荷、大数据中心负荷、用户侧储能、新能源汽车与电网（V2G）能量互动等各类能源聚合的虚拟电厂示范。能2022.1 《关于完善源绿色低碳型体制机制和政策措施的拓宽电力需求响应实施范围，通过多种方式挖掘各类需求侧资源并组织其参与需求响应见》

支持用户侧储能、电动汽车充电设施、分布式发电等用户侧可调节资源，以及负荷聚合2022.1 《关于加快建设全国统一电力市场体系的指导意商、虚拟电厂运营商、综合能源服务商等参与电力市场交易和系统运行调节。引导各地区根据实际情况，建立市场化的发电容量成本回收机制，探索容量补偿机制、见》

容量市场、稀缺电价等多种方式，保障电源固定成本回收和长期电力供应安全，鼓励抽2021.7 《关于加快推动新型储能发展的指导意见》水蓄能、储能、虚拟电厂等调节能源的投资建设。鼓励聚合利用不间断电源、电动汽车、用户侧储能等分散式储能设施，依托大数据、云计算、人工智能、区块链等技术，结合体制机制综合创新，探索智慧能源、虚拟电厂等多种商业模式。力2021.3

《关于推进电体源网荷储一化和多功能互补发展的指充分发挥负荷侧的调节能力。依托“云大物移智链”等技术，进一步加强源网荷储多向意见》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。2015.7 《关于促进智能电网发展的指导意见》依托示范工程开展电动汽车智能充电服务、可再生能源发电与储能协调运行、智能用电一站式服务、虚拟电厂等重点领域的商业模式创新。省份10项目名称运行时间公司详细内容河北国网冀北泛在电力物联网虚拟电厂示范工程2019/12/11国网冀北电力首个实时接入与控制蓄热式电采暖，可调节工商业、智能楼宇、智能家居、储能、电动汽车充电站、分布式光伏等11类19家泛在可调资源，容量约16万千瓦，涵盖张家口、秦皇岛、廊坊三个地市。广东广东深圳自动化“虚拟电厂”2020/10/26深圳供电局首套虚拟电厂系统在深圳110千伏投控变电站投入试运行，承载系统装置占地不足1平方米，却可凭借前沿的通信和自动化聚合技术，发挥与大型电厂等效的调峰、电压控制等功能。华北华北国网综能“虚拟电厂”2020/12/1国网综合能源服务集团有限公司聚合15.4万千瓦可调资源参与华北电力辅助服务市场；该虚拟电厂累计对接筛查负荷20余万千瓦，成功接入可调负荷10万千瓦。江苏江北新区智慧能源协调控制系统“虚拟电厂”2021/1/5转江苏南京供电公司意通过串联分布式光伏、储能设备及各类可控负荷，参与电网调峰辅助服务市场、按需调减各类能源使用比例。安徽安徽合肥“虚拟电厂”2021/1/25合肥供电公司实现光伏、储能、充（换）电、微电网等多种电力能源形式互联互动；合肥虚拟电厂接入光伏电站达120兆瓦，预计三年内合肥区域虚拟电厂总容量占比将达到夏季降温负荷400万千瓦的近两成。浙江浙江丽水绿色能源“虚拟电厂”2021/3/22浙江电网丽水绿色能源虚拟电厂由全市境内800多座水电站组成、利用光纤、北斗通信等新技术，将全域水电发电信息聚合、进行智慧调度；可参与辅助电网调峰工作。上海上海“虚拟电厂”2021/5/1国网上海电力通过开展规模化的“削峰”和“填谷”，虚拟电厂需求响应行动在不到两天内，累计调节电网负荷56.2万千瓦、消纳清洁能源123.6万千瓦时，减少碳排放约336吨。湖北武汉市“虚拟电厂”试点项目2021/6/1物湖北电网武汉供电公司可在武汉市东西湖、黄陂、汉口后湖、百步亭、徐东、南湖、东湖高新等区域局部降低监控符合70万千瓦，折合电网基建投资12.8亿，减少碳排放300万吨。浙江浙江平湖县城“虚拟电厂”2021/6/21国网平湖市供电公司汇聚分布式发电、储能、工业、综合园区、商业、居民等6大类18小类用户侧资源，建成包含日前、日内、实时可调资源共计200兆瓦导以上。广东广州市虚拟电厂2021/9/13广州供电局已注册各类用户30家，完成签约15家，邀约响应能力约250兆瓦，实时响应能力约15兆瓦。广东深圳网地一体虚拟电厂平台2022/11深圳供电局、南网科研院部署于南网调度云、网省两级均可直接调度；负荷侧资源在接到调度下发的调控需求后，10分钟内负荷功率即下调至目标值，为电网提供备用辅助服务。广东国电投深圳能源发展有限公司虚拟电厂平台2022/6/8国电投深圳能源发展有限公司由国家电投集团上海发电设备成套涉及研究院牵头研发，参与广东现货市场交易并获利，平均度电收益0.274亿元。浙江国网浙江综合能源公司智慧虚拟电厂平台2022/6/30国网浙江综合能源公司聚合3.38万千瓦响应资源参与省级电力需求响应市场、所有参与企业均达到补贴最大区间。虚拟电厂分类：电源型、负荷型、储能型、混合型特征：具有功率调节能力，可以参与辅助服务市场，能量出售属性不足。负荷型特征：具有能量出售的能力，可以参与能量市场，并视实际情形参与辅助服务市场。电源型虚拟电厂由可控机组、不可控机组，如风、光等分布式能源、储能、可控负荷、电动汽车、通信设备等聚合而成，并进一步考虑需求响应、不确定性等要素，通过与控制中心、云中心、电力交易中心等进行信息通信，实现与大电网的能量互换。根据虚拟电厂对外特征，不同类型特征的虚拟电厂具有不同的服务能力，虚拟电厂可以分为电源型虚拟电厂、负荷型虚拟电厂、储能型虚拟电厂、混合型虚拟电厂等类型。特征：可参与辅助服务市场，也可以部分时段通过放电来出售电能。储能型特征：全能型角色。混合型11日本和德国以储能和分布式电源作为虚拟电厂的主体，美国则是以可控负荷为主，规模已占尖峰负荷的5%以上。虚拟电厂关键技术虚拟电厂关键技术：协调控制、信息通信、智能计量协调控制技术信息通信技术125G通信技术高速载波通信技术电力光纤专网电力无线专网………实现分布式能源聚合的关键源网荷互动运行控制技术分布式电源灵活并网装备及优化调度系统需求侧可调负荷资源建模与互动技术千万千瓦级风光电集群源网协调控制关键技术………基于低压智能开关的智慧物联计量箱技术直流电能计量检测技术数字化电能计量检测技术新能源领域精密测量技术………智能计量技术虚拟电厂优化和控制的重要基础实现分布式能源协调优化达到对系统高要求的电能输出虚拟电厂的核心竞争力在于技术和资源的运用。本质是通过协调控制技术、智能计量技术和信息通信技术将各类分布式发电设备与储能设施结合，对电力负荷进行协调和控制，聚合资源越多，调节能力越强。虚拟电厂关键技术：聚合建模技术源网荷储可调资源灵活聚合出清计划向多市场提交竞价制定市场竞价策略评估市场竞争性预测响应能力聚合分布式资源优化投资组合模型状态监测安全管理确认发电计划提供辅助服务状态参数分配发电计划运行特性发电授权13运行特性技术确认聚合建模技术可以对所有可调资源进行处理，在处理过程中不是对资源进行简单相加，而是考虑网络约束、设备运行约束以及经济特性下聚合的响应能力。聚合时不同聚合方式、资源容量将得到不同的功率范围以及成本函数。通过聚合建模技术选择适当容量比率可以发挥虚拟电厂的经济性和灵活性。虚拟电厂关键技术：数据驱动技术CVPPDER信息管理量测信息预测数据市场交易管理制定市场竞标策略签订交易合同投资组合管理优化投资组合确定DER出力电能交易市场电力系统平衡市场TVPP资源技术特性计算整体外特性的参数表征对本地网络的实时影响资源管理资源实时监测资源信息可视化签订交易合同资源优化调控市场信息多类分布式能源参数、成本信息输入信息本地网络状态及约束信息传统发电机组数据驱动技术是虚拟电厂关键技术，根据具体功能不同，虚拟电厂分为商业型虚拟电厂（CVPP,Commercial

Virtual

Power

Plant）和技术型虚拟电厂（TVPP,

Technical

Virtual

Power

Plant）。CVPP通过获取分布式能源的运行参数、边际成本、

量测及预测结果，结合电价预测结果等市场信息，

实现内部聚合分布式能源的投资组合，并参与市场竞标，获取授权后制定合同提供系统平衡、辅助服务等市场服务，并向TVPP提供分布式可再生能源

(DER,

Distributed

Energy

Resource)的调度计划及成本信息。TVPP侧重系统管理角度，结合获取信息，计算内部资源聚合整体的技术特性，关注DER聚合后对本地网络的影响，为配电网运营商

(DSO,Distribution

Network

Operator)

提供可视化信息，获取满足配网安全稳定的调控指令，制定内部调控方案，实现所聚合的配电网资源主动管理。14虚拟电厂技术难点虚拟电厂推广存在的技术难点软件开发语言优化调度算法问题功能定位、接入规模及范围研究区块链技术的应用难题透明可信的交易环境高性能的共识算法高效智能合约引擎新型共识机制匿名性结构优雅语法清晰丰富的第三方库应用领域广泛功能定位接入新能源规模与配置占比新能源接入的合理地域范围参与电网运行的控制范围内部调度外部调度网络约束目标函数如何利用大数据参与协调控制云平台支持智能算法算法之间验证15虚拟电厂涉及的分布式电源虚拟电厂三大业务板块划分虚拟电厂业务板块：注源控流+电力储备+商业板块“注源控流”业务板块“电力储备”业务板块使分布式发电有组织、有规律地接入系统和服务平台，进行统一协调运维管理，形成一定规模合力，相对可调可控，最终实现并网运行。与此同时，控制调节负荷侧的电力流向及流量。尽可能多地接入可调节用电负荷，使其有序、有规律地按计划用电，并提升综合能效管理，在最大限度地不影响生产生活用电的情况下，综合考虑外部电网供电情况、内部自发电情况、各类用电成本、电网需求侧智能管控等因素，科学合理并按最优经济性安排用电计划。多元化储能是实现“注源控流”的关键支撑。对分散的分布式小型新能源发电进行聚合，实现

“小溪入大河、大河入大海”，实现聚合多元化资源更有力量、更易调控、更具操作空间。同时，聚合资源统一服从上级调令在聚合资源圈内配套需要的储能系统。对于“控流业务”同样需要配置配套的储能系统才能更灵活、便捷地制定最佳用电方案。在聚合多类资源后，最终要参与到电力市场中来才能获得收益。商业业务模式主要有2种：其一，电力交易，虚拟电厂可作为售电企业与用户直接交易，或从火电厂购买发电权；其二，辅助服务市场，虚拟电厂通过负荷低谷时减少出力或增加负荷、在负荷高峰时增加出力或削减负荷来参与调峰服务交易，以及类似参与调频等服务市场。商业业务板块发电设备储能设备节电设备屋顶光伏、燃料电池发电机、热电联产系统可再生能源发电设备家用蓄电池、车载蓄电池、电子热水器固定式蓄电池、热泵、蓄热空调、电子热水机空调和照明设备空调、通风设备、风扇、压缩机、冷却器16虚拟电厂发展趋势：从邀约型向市场型17阶段类型主要特征目的工具市场关键主体场景第一阶段邀约型通过需求响应激励资金池推动削减峰荷需求响应政府机构供冷供热第二阶段交易型通过电力交易引导主体加入电力市场电力平衡现货市场交易机构调峰调需第三阶段自治型通过信息强化市场主体参与度能源改革智能算法运营机构有源负荷虚拟电厂发展分为三个阶段，邀约型，交易型和自治型。邀约型阶段：在没有电力市场情况下，由政府机构牵头，各个聚合商参与，共同完成邀约、响应和激励流程。交易型阶段：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电厂的形式，参与市场获取收益。自治型阶段：跨空间自主调度型虚拟电厂。随着电厂聚合的资源种类越来越多，数量越来越大，空间越来越广，形成“虚拟电力系统”，既包括可调负荷、储能和分布式电源等基础资源，也包括这些基础资源整合而成的微网、局域能源互联网。当前，由于我国目前储能和分布式电源以及电力交易市场尚未发展成熟，虚拟电厂主要处于邀约型向市场型过渡的阶段。虚拟电厂发展趋势：储能、分布式光伏加速推进安全稳定灵活经济市场前景未来方向储能是虚拟电厂推进的重要方向。储能自身特征：储能发展能够实现电力市场调频调压及暂态稳定。在不同时间根据分布式电源的特征及用户用电特征进行短期功率的灵活调节，实现灵活性应急的作用。稳定的储能技术能够在电力短缺时释放电能，达到应对中长期能量短缺的效果。市场发展前景：云储能市场和分布式储能P2P市场是未来的重点发展方向。云储能通过在云端聚合分布式储能资源，为大量的用户提供储能服务。作为共享经济与电力系统储能融合的产物，是未来电网的一个新形态。在能源交互机制基础上，以点对点技术(P2P,

(Peer-to-peer)

为典型代表的分布式多边交易形式应运而生。这种交易形式可实现配电网能量的就地平衡，在挖掘用户的自主互动特性，减少集中管理模式下的计算压力等方面有诸多优势。电网云储能分布式储能P2P市场18虚拟电厂发展趋势：储能、分布式光伏加速推进目前虚拟电厂发展着重于负荷调节方面，下一步虚拟电厂发展将围绕推进分布式光伏接入聚合展开。分布式光伏接入后，可以显著增强虚拟电厂调控的灵活性，使虚拟电厂更好参与电力交易市场。分布式光伏加速接入可以助推“源网荷储一体化”的落地，将有效解决新能源与传统能源和储能之间协同难、消纳难等制约新能源行业发展的突出“痛点”，助力加快构建以新能源为主体的新型电力系统。荷网源网荷储一体化风电水电分布式光伏储能负荷设备负荷需求侧感知及调控元件物理层信息层应用层蓄冷虚拟电厂类型内容负荷型虚拟电厂指虚拟电厂运营商聚合其绑定的具备负荷调节能力的市场化电力用户（包括电动汽车、可调节负荷、可中断负荷等），作为一个整体（呈现为负荷状态）组建成虚拟电厂，对外提供负荷侧灵活响应调节服务。源网荷储一体化虚拟电厂指列入“源网荷储一体化”试点项目，建成后新能源、用户及配套储能项目通过虚拟电厂一体化聚合，作为独立市场主体参与电力市场，原则上不占用系统调峰能力，具备自主调峰、调节能力，并可以为公共电网提供调节服务。源网荷储一体化示意图源网荷储一体化虚拟电厂源储19虚拟电厂发展趋势：从运营平台到能源互联网虚拟电厂在我国仍处于试点示范阶段，随着虚拟电厂发展的逐渐成熟，虚拟电厂产业链将会进一步完善，从聚合平台逐步向能源互联网发展。能源互联网是运用信息通信技术，将分布式能量采集装置，储存装置和各类负载等能源节点互联起来,实现能量双向流动的交换与共享网络。随着新一代能源技术与移动互联网、大数据等新兴技术的发展，传统能源行业的结构、市场环境和商业模式也在逐渐发生着变化，带动资金、技术和产业，形成集聚效应。虚拟电厂从运营平台向能源互联网方向发展将成为投资领域的新亮点。用户应用系统能源结算与交易平台实时监测与运维系统中央控制系统智能并网终端1智能并网终端2智能并网终端n分布

分布式发

式发电系

电系统11

统12分布式发电系统21分布式发电系统22分布

分布式发

式发电系

电系统n1

统n2数据分析与服务平台20虚拟电厂相关政策梳理：电力市场持续开放，培育多元市场主体发布时间政策名称主要内容2022.1《“十四五”现代能源体系规划》开展工业可调节负荷、楼宇空调负荷、大数据中心负荷、用户侧储能、新能源汽车与电网（V2G,

Vehicle-to-Grid）能量互动等各类能源聚合的虚拟电厂示范。2022.1《关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见》拓宽电力需求响应实施范围，通过多种方式挖掘各类需求侧资源并组织其参与需求响应，支持用户侧储能、电动汽车充电设施、分布式发电等用户侧可调节资源，以及负荷聚合商、虚拟电厂运营商、综合能源服务商等参与电力市场交易和系统运行调节。2022.1《关于加快建设全国统一电力市场体系的指导意见》引导各地区根据实际情况，建立市场化的发电容量成本回收机制，探索容量补偿机制、容量市场、稀缺电价等多种方式，保障电源固定成本回收和长期电力供应安全，鼓励抽水蓄能、储能、虚拟电厂等调节能源的投资建设。2021.7《关于加快推动新型储能发展的指导意见》鼓励聚合利用不间断电源、电动汽车、用户侧储能等分散式储能设施，依托大数据、云计算、人工智能、区块链等技术，结合体制机制综合创新，探索智慧能源、虚拟电厂等多种商业模式。2021.3《关于推进电力源网荷储一体化和多功能互补发展的指导意见》充分发挥负荷侧的调节能力。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。2015.7《关于促进智能电网发展的指导意见》依托示范工程开展电动汽车智能充电服务、可再生能源发电与储能协调运行、智能用电一站式服务、虚拟电厂等重点领域的商业模式创新。21Q222虚拟电厂的兴起回应了新能源行业的什么痛点？虚拟电厂建设缓解能源保供压力“十四五”现代能源体系规划开展工业可调节负荷、楼宇空调负荷、大数据中心负荷、用户侧储能、新能源汽车与电网(V2G)能量互动等各类资源聚合的虚拟电厂示范。“双碳”目标推动能源结构转型2022年8月，科技部、国家发展改革委、工业和信息化部等9部门印发《科技支撑碳达峰碳中和实施方案（2022—2030年）》，统筹提出支撑2030年前实现碳达峰目标的科技创新行动和保障举措，并为2060年前实现碳中和目标做好技术研发储备。十部委发布《关于推进电能替代的指导意见》“十三五”期间，将全面推进电能替代，实现能源终端消费环节替代散烧煤、燃油消费约1.3亿吨标煤，带动电煤占煤炭消费比重提高约1.9%，带动电能占终端能源消费比重提高约1.5%，促进电能消费比重达到约27%。预计可新增电量消费约4500亿千瓦时，减排烟尘、二氧化硫、氮氧化物约30、210、70万吨。“限电令”难解电力保供压力8月份以来，四川、重庆和部分长江中下游省份(如浙江、安徽、江苏、湖北等)相继发布了限电或者号召节约用电的通知。全社会用电负荷持续攀升，在发电机组应发尽发、外送通道全部满送的情况下，电力供应仍存在较大缺口。用电需求增长，社会用电量提高据国家能源局全社会用电量数据，1~7月，全社会用电量累计49303亿千瓦时，同比增长3.4%。分产业看，第一产业用电量634亿千瓦时，同比增长11.1%；第二产业用电量32552亿千瓦时，同比增长1.1%；第三产业用电量8531亿千瓦时，同比增长4.6%；城乡居民生活用电量7586亿千瓦时，同比增长12.5%。虚拟电网发展背景：能源需求转型，用电供需矛盾突出23围绕电力的产生和消耗，大体分为发电测、电网侧和用电测。电网对运行安全有严格要求，电网安全的首要目标就是保证发用电的实时平衡，需要发电侧的不断调节去拟合负荷曲线。新能源发电严重依赖于自然资源（光照强度、风力强度），具有随机性、间歇性和波动性的特点，对负荷的支撑能力不足。若规模化直接并入电网发电，将会对电网造成巨大冲击，威胁电力系统安全以及供电的稳定性。另外，由于小型分布式新能源发电设施、储能设施、可控制用电设备、电动汽车等的持续发展普及，在用电侧，很多电力用户也从单一的消费者转变为混合形态的产销者，并且各类激增的大功率用电设备（如充电桩）“吃”起电来，也是让电网直呼压力山大，显然不能任由其“胃口大开”一哄而上。因而，新的发用电势态下，“虚拟电厂”应运而生。虚拟电网发展背景：能源需求转型，用电供需矛盾突出发电侧用电侧输配电侧储能系统传统发电厂新能源电力强随机波动性随机不确定性用电负荷输配电241184057703407556671837火力发电量风力发电量水力发电量核能发电量太阳能发电量14.60%71.13%6.99%5.02%2.26%火力发电量风力发电量水力发电量核能发电量太阳能发电量供给侧：火力发电仍占主导，水力、风能发电量不稳定电力发电结构：我国电力发电仍以火力发电为主，2021年火力发电占比71.13%，水力发电占比14.6%，风力发电占比6.99%，核能发电占比5.02%，太阳能发电量占比2.26%。随着煤炭价格的上涨，发电成本增加，火力发电厂发电意愿下降。工业发电量走势：工业发电量走势与工业景气程度紧密相关。2022年上半年受疫情影响较大月份，工业发电量有所下降。随着生产的恢复，工业发电量逐步增长。2022年1-7月中国规模以上工业发电量月度走势2021年我国电力发电结构（亿千瓦小时）202.9206.8236.3260222.47.0%

216.20.2%-4.3%-3.3%3.3%2.0%0.0%-2.0%-4.0%-6.0%4.5%

4.0%6.0%3002502001501005001-2月7月3月

4月

5月日均发电量（亿千万时）6月增速（%）25供给侧：火力发电仍占主导，水力、风能发电量不稳定截至3月底部分地区累计光伏发电装机（万千 截至3月底部分地区累计风电装机（万千瓦）瓦）光伏发电装机量分布不均：2022年一季度，全国光伏新增并网装机1321万千瓦，同比提高138%。新增装机规模较大的省份包括河北180万千瓦、浙江164万千瓦、山东150万千瓦。受地理位置和自然条件影响，光能资源分布不均匀，各省份装机量差异较大。风电装机量分布不均：2022年一季度，全国风电新增并网790万千瓦，同比增加16.7%。新增并网规模较大的省区主要有吉林163万千瓦、甘肃90万千瓦、山西68万千瓦。截至3月底，全国风电累计并网3.37亿千瓦，同比增加17.6%。一季度海上风电新增并网36万千瓦，受2021年底海上风电国家补贴到期影响，海上风电新增装机规模放缓，同比下降79%。349316561638

142512721019479422407148654000350030002500200015001000500039872624181959

186196289186483275217429010002000300040005000供给侧：火力发电仍占主导，水力、风能发电量不稳定风力发电量月度数据（亿千瓦小时） 光伏发电量月度数据（亿千瓦小时）风力发电量季节分布不均，夏季发电压力大：受自然条件影响，我国风能资源的季节性较强，规律性大风主要出现在秋冬春三季，小风出现在夏季，夏季风能资源贫乏，风能发电量较低。2021年8月和9月为2021年全年风能发电量的低值。2022年受持续高温干旱天气影响，夏季风能发电压力较大。光伏发电量增长：根据国家统计局数据显示，2022年7月份我国太阳能发电量累计值为1319.0亿千瓦时，累计增速为13.0%。在装机规模不断增长的情况下，光伏发电量也不断增加。1-6月，我国光伏发电量约2050亿千瓦时，同比增长30%，平均利用率约97%。162.2158.9148.3186.5205.5206.7205.6210.812.1%8.5%4.5%

0.4% 22.7%135.9141.9141.188.8%16.8%24.9%8.3%

9.9%13.0%10%5%0%15%30%25%20%200150100500250当期值（亿千瓦时）同比增长（%）379.7322.1340.3464.9516.2571.2672.6524.3456.425.4%7.0%19.7%27.7%23.5%30.1%23.8%14.5%-0.7%627.8594.616.7%35%30%25%20%15%5.7%

10%5%0%-5%80070060050040030020010007月8月9月10月11月12月2022年3月4月5月6月7月当期值（亿千瓦时）同比增长（%）27需求侧：用电侧总量与结构变化提高负荷峰值6944636267167451832480006000400020000全社会用电量（亿千瓦时）15.3%14.1%15.2%19.5%22.9%14.6%12.1%11.8%15.1%21.3%0%10%20%010002000

30%2022年3月

2022年4月

2022年5月2022年6月

2022年7月第三产业用电量（亿千瓦时）第三产业用电量占全社会用电量之比（%）城乡居民生活用电量（亿千瓦时）城乡居民生活用电量占全社会用电量之比（%）用电负荷总量屡创新高：当前社会用电短期峰值负荷不断攀升，加之极端天气的冲击，2022年夏季我国部分地区区域电力供需紧张，国家电网5个区域电网和19个省级电网负荷屡创新高，四川等省份启动了限电措施用电需求结构变化，电力负荷特性恶化：近年第三产业及城乡居民用电的增长形成了“日内双峰”的特征，同时拉大了用电负荷峰谷差，使能源电力保供形势更为复杂严峻。以上海为例，2020年夏季的最大峰谷差率高达43%，导致本地发电机组频繁启停，对机组安全性造成了负面影响中国全社会用电总量（亿千瓦 中国第三产业与城乡居民生活用电量（亿千瓦时） 时）1000028需求侧：节能服务市场持续扩大，新能源汽车销量激增加强电网负荷节能服务市场规模持续扩大：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。2021年，中国节能服务市场规模达到6069亿元，保持持续增长态势。新能源汽车销量激增：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%。2021年，中国新能源汽车销量达到352万辆，同比增长157.7%，新能源汽车销量激增在助力“双碳”目标实现的同时给电力供应带来了较大压力。2016-2021中国新能源汽车销量（万辆）2012-2021年中国节能服务市场规模（亿元）215616532650356731274148477452225916

606930002000100006000500040007000201220132014201520162017201820192020

2021517812653.3%61.6%-4.0%12113.3%137157.7%352-50%0%50%100%150%200%01002003004002016

2017

2018

2019新能源汽车销量（万辆）2020

2021增速（%）29新能源汽车一日内充电时间分布不均匀：根据南方电网科研院测算，理想情况下，3000台快速充电机可满足10万辆电动汽车的快充需求。实际上，考虑到用户充电的便利性以及16-18点时间段的高充电需求，对发电供给和电力负荷的调节存在较大需求，其数量应在此最小数量基础考虑一定冗余。电网负荷负担重：根据南方电网科研院测算，考虑误差上限，慢速充电模式下，最大充电负荷为13.4万kW；快速充电模式下，最大充电负荷为10.1万kW。这意味着，为应对10万辆电动车，最高需要设计14万kW的电网负荷。根据艾瑞咨询，2025年中国新能源汽车保有量将达3,284万辆，对应所需的电网负荷应在328.4*14万kW=4597.6万kW，这将是对电网的极大考验。1日中正在充电的电动汽车数量（辆） 10万辆电动汽车的总体日充电负荷曲线（万千瓦）（以10万辆电动汽车为样本仿真模拟结果）需求侧：节能服务市场持续扩大，新能源汽车销量激增加强电网负荷30虚拟电厂兼具灵活性和经济性灵活性：把负荷侧的这些资源，包括用电负荷、储能，以及分布式的资源，通过信息化手段和技术自动化手段集合起来，使其具备一个电厂的特性。它既可作为“正电厂”向系统供电或控制可调负荷调峰，又可作为“负电厂”加大负荷消纳，配合填谷，能够实现配电网侧新能源的聚合管理、就地消纳及灵活运行。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，满足其经营区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。火电厂和虚拟电厂投资成本比较（亿元）虚拟电厂削峰填谷示意图4000030002000100050004000

550 火电厂 虚拟电厂31目录CONTENTCONTENTS中

泰 所｜领先｜深

度Q3虚拟电厂在各国如何落地？颁发《能源政策法案》，大力支持需求响应建设。欧美虚拟电厂发展历程德国、荷兰、西班牙等5国启动全球首个虚拟电厂项目VFCPP丹麦、德国等国家7家公司启动EDISON项目，以电动车系统为核心比利时、德国、法国启动TWENTIES项目，提高海上风电的电能质量。挪威公司Statkraft在德国建立第一个商业虚拟发电厂英国、法国、西班牙等8国启动FENIX项目，搭建首个连合欧洲电力系统的虚拟电厂模型2010启动WEB2ENERGEY项目。采用智能计量、智能能量管理和智能配电自动化为支柱技术，聚合多种不同形式电力资源颁布《需求响应国家行动计划》，将需求响应上升到国家层面。

美国纽约州ConEdison公司启动CEVPP计划，首次探索虚拟电厂。虚拟电厂开始大规模商业化应用。33欧洲2005美国颁布《美国复苏与再投资法案》，划拨45亿美元用于整合需求响应设备和实现智能电网技术。

德国：虚拟电厂已实现商业化德国现状介绍德国的虚拟电厂已实现商业化。其主要业务是在批发市场销售100kW以上中型可再生能源电厂生产的电量，在日前市场优化其售电，使这些电厂成为虚拟电厂资源。虚拟电厂有利于灵活性较高的机组获利。除可再生能源电厂外，燃气热电联产、电池储能、应急发电机和需求响应等都可作为虚拟电厂资源。其主要应用场景是通过电力市场的灵活电价，引导电厂管辖内系统优化发用电成本，优化交易收益。在德国，虚拟电厂上中下游产品已经逐渐完备，虚拟电厂可直接参与电力市场进行交易之外，还参与电网系统辅助服务（二次、三次调频）来收取服务佣金，以及针对不同用户都有相应的售电套餐。根据运营商不同，德国的虚拟电厂大致可分为三种类型：独立虚拟电厂运营商、大型电力公司（跨国、地区和市级企业）以及新型市场参与者。010,00020,00030,00040,00050,000电力消耗量（交通）电力消耗量（工业）电力消耗量（生活）电力消耗量（商业及公共服务）德国1995-2018电力消耗34（单位：千吨石油当量）德国：虚拟电厂以实现碳中和目标普遍情况碳中和背景下，各国电力行业产生了新的业态和挑战。电力供给向风光倾斜，储能资源随之增长：风电、太阳能逐渐成为发展重点，发电功率波动性高的特点增加峰谷差，需要从技术或资源层面进行调控。发电资源分散化程度提升：由于分布式电源技术逐渐成熟，兼具环保与经济性，分布式发电资源数量显著提升。可控负荷资源数量增加：新能源电动车、工商业节能系统的普及为系统带来更多的可控负荷，加以利用可以平衡电力供需。虚拟电厂能够聚合发电、储能、可控负荷资源，利用算法优化电力调度。其参与需求侧响应或电力交易从而最大化收益，较其他形式的电厂具有成本低、效率高的优势，投入成本约为火电厂的

1/8。德国碳中和目标德国将气候中和目标提前到了2045年，具体计划到2030年德国较1990年温室气体排放量减少65%、到2040年减少88%、到2045年实现温室气体排放中和、到2050年实现负排放。德国大力发展可再生能源据统计，德国2020年通过发展可再生能源共减少2.27亿吨的温室气体排放，而2020年德国的温室气体总排放量为7.39亿吨，因此大力发展可再生能源是实现德国气候目标路径的重点。2030年德国可再生能源占比计划从目前的46%提高到80%，占一次能源的比例从目前的20%提高到30%。35欧洲：产业链分工明确，商业模式聚焦发电侧产业链上下游分工明确欧洲虚拟电厂通常由独立虚拟电厂运营商、发电企业或部分输电网运营商

(TSO,

Transmission

System

Operator)

提供服务。从产业链角度：欧洲的电力系统分为发电、输电、配电和售用电环节，而电网运营主体可以划分为输电网运营商和配电网运营商

(DSO,Distribution

Network

Operator)

。输电网运营商负责控制和运行输电网，包括监测和控制电网内断路器、开关以及输电网的电压。配电网运营商负责将能源进行分配和管理，并输送给终端消费者，属于竞争性业务。欧洲各国根据区域划分输电网运营商的管辖范围，并依靠跨国电网链接，属于区域性垄断业务。基于以上分工，目前商业化欧洲虚拟电厂主要由独立第三方运营商、发电公司或TSO

提供服务。德国四家运营商通过参与欧洲互联电网的方式进行跨国电力交易。德国

DSO

数量超过

900

个，分别负责德国

900

多个配电网区域。随着分布式可再生能源

(DER,

Distributed

Energy

Resource)

直接输入配电网，以及DER的间歇性和随机性，配电网负载压力增大，因此上游运营商主导的虚拟电厂应运而生。聚焦发电测，实现降本增效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。20

世纪初，欧洲开始利用可再生能源发电。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：一方面，虚拟电厂能够帮助发电企业降本增效，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，获取辅助服务及电力交易收益的分成。欧洲部分输电运营商36欧洲：最大的虚拟电厂运营商Next-KraftwerkeNext-Kraftwerke是欧洲最大的虚拟电厂运营商之一。Next-Kraftwerke成立于

2009年，主营业务为应急发电机、风力涡轮机和沼气发电厂的聚合工作，从而弥补电网波动。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。2021年，公司被壳牌公司以现金全资收购。2018年，NextKraftwerke管理了

6854

个客户资产，包括生物质发电装置、热电联产、水电站、灵活可控负荷、风能和太阳能光伏电站等，容量超

5987MW；2019

年参与电力交易量

15.1TWh，2020

年实现营业收入5.95

亿欧元，交易电量140GWh；目前，Next-Kraftwerke公司在欧洲多地运营着

13930

个分布式能源单元，接入发电装机容量

10613

兆瓦。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以及面向需求侧的需求响应。虚拟平台向可再生能源发电企业提供服务可再生能源发电的不稳定性，导致发电商可能无法准时向输电网运营商(TSO,

Transmission

System

Operator)

运送电量，并承担违约成本。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。

虚拟电厂实时监测发电情况，避免此类情况，节省成本。此外，虚拟电厂实时监控可再生能源价格，优化电力产品结构，帮助发电商盈利。虚拟平台向电网侧提供短期柔性储能服务在接收到调整发电量的信号后，虚拟电厂将该信号传递给可再生能源发电厂，发电量进行调整并抵消虚拟电厂中其他单元（光伏太阳能和风能）造成的波动。虚拟电厂通过向TSO提供来自发电侧的调峰、调频服务来赚取收益。虚拟平台通过控制需求侧的用电量来服务电网侧发电量的增加和用电量的减小的效果相同，虚拟平台可以通过对需求侧的控制来对电网侧进行辅助服务，进而赚取辅助费用。此外，虚拟电厂可以将电网侧的消耗分配到低价时段，降低电力的采购成本。Next-Kraftwerke介绍 Next-Kraftwerke运营模式Next-Kraftwerke运营模式37欧洲：最大的虚拟电厂运营商Next-KraftwerkeNext

Kraftwerke盈利在于资源聚合能力，虚拟电厂通过市场、技术手段并用，既包含“量”上的整合，更具有“质”上的提升，实现了分布式资源拥有方、虚拟电厂运营方甚至电网方的各方利益共赢。Next

Kraftwerke一方面在可再生资源上安装远程控制装置NextBox，对聚合的各个电源进行检测。另一方面，利用生物质发电和水电启动速度快、灵活的特点，参与电网的二次调频和三次调频，获取附加收益。分布式燃机、生物质等同步发电机输出形式，具有灵活、可调的优势。但边际成本偏高。虚拟电厂可以实现其与大电网的整合，扬长避短，获取最大收益。虚拟电厂通过聚合资源，量变上升为质变，提高竞争力，在获取最大收益的同时为电网安全稳定运行贡献力量。目前，Next

Kraftwerke公司占据了德国二次调频市场10%的份额。Next-Kraftwerke优势Next-Kraftwerke欧洲合作伙伴38壳牌收购Next-Kraftwerke壳牌收购Next

Kraftwerke，将有助于加速实现能源体系的脱碳目标。壳牌旗下Limejump经营虚拟电厂业务以及收购德国制造商Sonnen，强势进军储能和虚拟电厂市场。美国：虚拟电厂发展早美国现状介绍美国目前是世界上实施需求响应（DR,

Demand

Response）项目最多、种类最齐全的国家，也是较早开展需求侧管理的国家之一。约有28GW的需求侧资源参与其中，约占高峰需求的6%。家庭虚拟电厂技术兴起，有助于整合更多的屋顶光伏和储能，同时扩大基于时间的费率试点美国虚拟电厂通过控制电力价格、电力政策的动态变化降低用电负荷或获取电力用户手中的储能来保证电网系统稳定性。美国发展过程2005

年，美国颁发《能源政策法案》，大力支持对需求响应的建设，将需求响应上升到国家发展层面，逐步建立了完善的需求响应管理系统；2006年颁发《需求响应年度报告》，系统分析需求响应的实施背景与现状、需求响应对系统的影响；2009年颁发《美国复苏与再投资法案》划拨45亿元用于整合需求响应设备和实现智能电网技术；2010年，颁发《需求响应国家行动计划》将需求响应上升到国家层面；2016

年，

美国纽约州Con

Edison公司启动清洁虚拟电厂

(CVPP,Clean

Virtual

Power

Plant)

计划，该项目是美国首个虚拟电厂计划；2017

年，美国佛蒙特州、纽约州、德克萨斯州及加利福尼亚州的公共事业公司相继开展虚拟电厂计划，邀请业主参与计划并给予补偿费用；2021年，Tesla与PE&G在加州推出了虚拟电厂的测试，探索新的商业模式201510502020-07-312020-08-312020-09-302020-10-312020-11-302020-12-312021-01-312021-02-282021-03-312021-04-302021-05-312021-06-302021-07-312021-08-312021-09-302021-10-312021-11-302021-12-312022-01-312022-02-282022-03-312022-04-302022-05-312022-06-30美国电价（所有部门）美国电价（商业）美国电价（住宅）美国电价（工业）39美国电价（单位：美分/千瓦时）美国：发展虚拟电厂应对电力供需不匹配问题美国电价过去

20

年上涨59%，且美国太阳能资源丰富，因此在激励政策下，家用光伏系统逐渐成为替代选择，实现电力的自发自用。根据Statista，2021年美国家用光伏装机容量达到

22.5GW，同比增长

20.9%。随着户用光伏等需求量的增长，美国逐渐开始实行需求侧响应并将需求侧响应演化为虚拟电厂计划。具体表现：能源零售商换取家庭一部分电力的控制权，必要时给零售商提供电力；零售商的虚拟电厂聚合这些储能并在用电峰期提供给需要的用户。美国情况在全球范围内，电力需求不会恒定。在无法大量储存电力的情况下，量出为入才是关键。相比风力和日照，火电机组能一定程度调整自身的发电量。2010年-2020年，德州风力发电的份额增加两倍，占到当地日常发电量约25%，而在最严重寒潮来袭的前一周，风电占了当地发电量的42%，风电大幅减产将造成“电灾”。在“碳中和”目标下，风电和光电受人追捧，发电波动性问题日益凸显：发电环节不一定能满足所有用电高峰期需求。为了解决供需不匹配的问题，虚拟电厂供应“弹性电力”，成为其中最环保、经济的方案。共享经济范畴内，Uber、Airbnb等公司的重点是在于对闲置资源剩余价值的再利用，提高资源的复用率。虚拟电厂通过信息化协调，将资源高效优化利用。美国情况40美国：资源分布与经济发展不一致美国风力发电量及光伏资源不均衡，总体呈现出中部风力发电量多但东西部发电量少的情况美国东部的太阳能资源与西部差距较大，相比经济东部比西部发达。阿拉斯加州作为孤立地区，因为联网困难、因此最需要新能源来作为主流能源供应的地区，但太阳能资源情差。东部新能源资源不足，对虚拟电厂的需求更加迫切。41美国风电发电量分布图美国光伏资源分布图美国：商业模式区域差异化高，充分利用资源优势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或能源零售商运营。长期的私有化、市场化改革：约40%的区域（中西部为主）由公共事业企业垄断一体化运营，即发输配售垂直管理。约60%的区域由七大独立系统运营商（ISO,

Independent

System

Operator）管理，电力产业链分散为发电主体、输配电主体和能源零售商三个环节。ISO打破了公共事业企业对发电和输配电环节的垄断，允许各独立储电主体参与到与输配电网的交易中，为虚拟电厂奠定基础。美国七大ISO负责调度、发电、输电规划以及系统的运行安全和发电端-输配电端（批发市场）、输配电端-零售端（零售市场）市场运行的管辖。其打破了公共事业企业对发电-输配电环节的垄断，允许各独立储电主体参与到与输配电网的交易中。现有美国虚拟电厂计划由公共事业公司或能源零售商承担运营职能。区域差异化，集中度低 利用资源优势，大力发展虚拟电网42在过去的几年中，由于受到政府的大力扶持以及自身太阳能资源充沛，美国的光伏发电得到了高速的发展。巨大的光伏装机容量，使得其利用的太阳能不仅可以满足用户自己的需要，还可以在必要时输入电网进行售卖。在这种情况下，需求侧响应，即用户根据市场需求来调剂其电量的活动进行服务的业务就有了很大的市场。而在这个过程中，虚拟电厂必不可少。美国

Tesla：借助智能平台

Autobidder，搭建新能源生态体系Tesla虚拟电厂智能平台

Autobidder实现在交易端与公用电网的连接，成为特斯拉构建新能源生态体系的基本依托，完成了在能源消费、能源生产和能源交易三大领域的系统化布局，形成“车+

桩

+

光

+储+

荷

+