海外储能、虚拟电厂案例分析

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-储能项目收入源自何处？储能在电力系统各环节均有应用盈利来源：减少支出、延缓投资、价格套利海外储能项目收入水平可观海外储能市场及案例分析海外虚拟电厂商业模式及案例分析目录-4

-资料来源：DOE/EPRI

Handbook，EEI，招商证券1.1

储能在电力系统各环节均有应用发电发电输电配电终端用户电表家庭用户工商业用户微电网（独立且与电网平行）电表前市场电表后市场发电侧电力调峰提供容量可再生能源并网可再生能源能量时移，减少弃风弃光辅助服务系统调频备用容量黑启动输配电侧缓解电网阻塞延缓输配电设备扩容升级用电侧电力自发自用峰谷价差套利（削峰填谷）容量费用管理提升供电可靠性电力流程各环节主要储能应用储能在电力系统各环节均有应用。海外市场通常将储能的下游应用分为电表前

(Front

of

the

Meter)

市场及电表后

(BehindtheMeter)市场，电表前市场包括发电侧和输配电侧，电表后包括用户侧。发电侧：一方面帮助传统发电站实现电力的削峰填谷，减少弃电、提高发电效益，另一方面帮助可再生能源发电站平滑可再生能源发电、实现可再生能源的并网，也通过电力调峰减少弃风弃光。输配电侧：包括调峰、调频、调压、备用容量、黑启动等服务，以维护电力系统安全运行，还可以缓解电网阻塞，节约新建电网投资或延缓配网扩容。用电侧：户用储能帮助终端客户实现电力自发自用及峰谷价差套利，工商业储能能够提升供电可靠性，终端微电网能实现用电侧容量费用管理等。电化学储能下游分场景主要应用-5

-资料来源：DOE/EPRI

Handbook，EEI，招商证券1.2

储能盈利来源多样应用场景主要应用 简介盈利方式（不含政府补贴）发电侧电力调峰通过储能的方式实现用电负荷的削峰填谷，即发电厂在用电负荷低谷时段对电池充电，在用电负荷高峰时段将存储的电量释放。提升发电效率以增加收入峰谷价差套利提供容量通过储能提供发电容量以应对发电尖峰负荷，提升传统发电机组的运行效率。可再生能源并网在风、光电站配置储能，基于电站出力预测和储能充放电调度，对随机性、间歇性和波动性的可再生能源发电出力进行平滑控制，满足并网要求。减少弃风弃光，提升发电效率峰谷价差套利可再生能源发电调峰将可再生能源的弃风弃光电量存储后再移至其他时段进行并网，提高可再生能源利用率。辅助服务调频频率的变化会对发电及用电设备的安全高效运行及寿命产生影响，因此频率调节至关重要。储能（特别是电化学储能）调频速度快，可以灵活地在充放电状态之间转换，因而成为优质的调频资源。市场化收入备用容量备用容量是指在满足预计负荷需求以外，针对突发情况时为保障电能质量和系统安全稳定运行而预留的有功功率储备。黑启动发生重大系统故障或全系统范围停电时，在没有电网支持的情况下重启无自启动能力的发电机组，逐渐扩大系统恢复范围，最终实现整个系统的恢复。输配电侧缓解电网阻塞将储能系统安装在线路上游，当发生线路阻塞时可以将无法输送的电能储存到储能设备中，等到线路负荷小于线路容量时，储能系统再向线路放电。提升输配电效率，延缓投资延缓输配电设备扩容升级在负荷接近设备容量的输配电系统内，可以利用储能系统通过较小的装机容量有效提高电网的输配电能力，从而延缓新建输配电设施，降低成本。延缓投资用户侧容量管理工业用户可以利用储能系统在用电低谷时储能，在高峰负荷时放电，从而降低整体负荷，达到降低容量电费的目的。收取服务费提升供电可靠性发生停电故障时，储能能够将储备的能量供应给终端用户，避免了故障修复过程中的电能中断，以保证供电可靠性。/电力自发自用安装光伏的家庭和工商业用户通过配置储能可以更好地利用光伏电力，提高自发自用水平，降低用电成本。节约用电成本峰谷价差套利在实施峰谷电价的电力市场中，通过低电价时给储能系统充电，高电价时储能系统放电，实现峰谷电价差套利，降低用电成本。 •

峰谷价差套利储能在不同环节存在多种盈利模式。下表列出了储能在电力分配不同场景的主要应用，以及对应的可能盈利来源。概括来说，部署储能以增加收入的模式主要有三种：1）帮助各环节电力运营商以及终端用户降本增效，2）延缓基础设施投资，3）通过峰谷价差套利、参与辅助服务市场等方式直接获取收入。-6

-资料来源：Lazard，招商证券1.3

海外储能项目收入水平可观电价套利（调峰）需求响应（零售）调频需求响应（公用事业）备用容量账单管理（用户侧削峰填谷）容量市场政府补贴延缓配电系统升级海外储能项目收入水平可观。根据Lazard对多个地区不同环节的储能项目分析，多个储能项目IRR可达20%以上。其中，发电侧调峰、辅助服务市场以及用户侧峰谷价差套利为主要盈利来源；此外，同时提供多项服务、增加收入来源也为储能项目提升收益率的重要方式。-7

-储能项目收入源自何处？海外储能市场及案例分析全球储能市场概况：装机高速增长，美国及中国占比过半海外储能驱动因素：政策+市场驱动案例：英美储能商业模式多样，德国户储为主要应用场景海外虚拟电厂商业模式及案例分析目录-8

-2.1

全球：储能装机高速增长，美国及中国占比过半34%24%22%7%6%7%2021年全球新增投运新型储能项目地区分布美国 中国 欧洲 日韩 澳大利亚 其他资料来源：彭博新能源财经，CESA，CNESA，智研咨询，招商证券5117.12561.21587.31257.71149.8726.370006000500040003000200010000美国中国韩国英国澳大利亚日本德国2021年全球主要地区电化学储能装机规模（单位：MW）6361.7全球储能装机持续高速增长，美国及中国为最大市场。据中国化学与物理电源行业协会统计，2021年全球电化学储能项目功率累计装机规模已超过21GW，2021年单年增长首次突破7GW，YoY+55.4%。据彭博新能源财经预测，全球储能累计装机容量将在2030年达到358GW/1028GWh（2021-2030十年CAGR为33%），并将在2021年至2030年间吸引2620亿美元的投资。按地理分布看，美国和中国是储能装机最多的两个市场，在2030年底前将占全球累计装机容量的一半以上。按应用场景分布看，新能源配套储能、电源侧辅助服务及电网侧储能为装机最多的前三大应用场景。全球储能累计装机容量及预测 全球储能市场各应用场景功率装机（单位：MW）-9

-2.2

海外储能发展驱动因素美国可再生能源并网可再生能源的大规模发展自由化的电力市场联邦及各州政府发布的支持政策用户侧高昂零售电价和强劲的分布式光伏市场净计量电价制度等光伏补贴政策的调整联邦及各州政府发布的激励措施英国辅助服务可再生能源大规模并网导致电网稳定性下降用户侧分时电价机制的建立对降低高峰负荷、需求灵活电力资源的需求德国家用储能辅助服务澳大利亚可再生能源并网、辅助服务高昂零售电价、良好的分布式光伏市场基础光伏上网电价削减或取消家用光储补贴等激励措施可再生能源的大规模发展电力需求快速增长导致常规发电机组容量不足、可再生能源的大规模发展等家用储能高昂零售电价、较高的分布式光伏普及率光伏上网电价削减或取消众多区域性激励措施和电价计划韩国可再生能源并网工商业用户侧可再生能源配额制等政策推动电费折扣计划等政策激励日本用户侧电力市场的全面开放高昂零售电价、光伏上网电价削减或取消家用储能安装激励政策资料来源：派能科技招股书，招商证券储能发展驱动因素可概括为政策激励和市场推动两个方面。政策激励包括电价补贴、投资激励等；市场推动包括电力市场化程度提高、电价高涨、可再生能源大规模发展等。国家 主要应用场景 市场核心驱动因素-10

-2.3

美国：多样政策推动储能持续加速资料来源：InfoLink，美国民主党参议院网站，美国能源部网站，招商证券政策推动美国储能安装持续加速。一方面，美国设立了要在2035年使用100%绿电以及2050年达到净零排放的目标，美国各州也设定了各自的储能目标法案，推动储能安装增长。另一方面，美国还发布多项法案对储能项目进行鼓励与补贴。Connecticut300MW2024NewJersey2GW2030650MW2027California2-11GW20301000MW2030Virginia3.1GW2035州名储能目标值预定达成年州名储能目标值预定达成年Massachusetts1000MWh2025Nevada1GW20301.5GW2025300MW20256GW2030400MW2030政策时间内容简介降低通胀法案（The

InflationReductionActof

2022）2022 •投资税收抵免（Investment

Tax

Credit）：允许储能项目获得ITC，包括新能源配套储能和独立储能；并将ITC的退出日期延后十年，即税收优惠将在2033年下降至26%，并在2034年下降至22%300亿美元生产税收抵免（Production

TaxCredit）：范围包括太阳能电池板及电池10年的消费税收抵免（Customer

Tax

Credit）：促进家庭使用清洁能源，补贴范围包括户用光伏等。为清洁电力和能源储存提供税收抵免，并为各州和电力公司提供大约300亿美元的定向赠款和贷款项目，以加速向清洁电力的过渡。储能大挑战路线图（ESGC）五大领域：技术开发、制造和供应链、技术转化、政策与评估、劳动力培养三大路线：美国创新、美国制造和全球部署2020 •

成本目标：到2030年，长期固定式储能的平均成本降至0.05美元/千瓦时，比2020年降低90%；到2030年，300英里续航电动汽车的电池组成本降至80美元/千瓦时，与目前143美元/千瓦时的锂离子电池相比降低44%。更好的储能技术法案（BEST

Act）投资税收减免（ITC）加速折旧（MACRS）2020 授权在5年内在联邦层面投资10亿美元用于研发和示范储能技术的创新投资2008 奖励住宅及私营单位投资再生能源项目，储能系统方面容量达5kWh以上最高可以抵免30%税额。2008 允许储能项目按5-7年的折旧期加速折旧美国储能相关政策美国各州储能目标-11

-2.3

美国：装机场景以电表前为主，获利模式多元资料来源：CESA，Wood

Mackenzie，

InfoLink，Solar

Power

World，Lazard，招商证券美国储能装机场景以电表前为主。据中国化学与物理电源行业协会统计，2021年美国电化学储能功率装机规模为6361.7MW，比2020年的2962.8MW增长115%。美国储能装机应用场景以电表前为主，装机最多的三大场景为电网侧储能，占比35.3%，其次是电源侧辅助服务，占比33.9%，以及新能源配套储能，占比31.1%。美国储能获利模式多元。除了政策支持带来的安装补贴、税收减免等收入之外，美国储能在电力市场中也有多样应用，不同的储能系统可以依照本身的功能与容量等特性参与相对应的市场模式。具体来说，美国储能一方面可以通过与政府签订长期容量合同、和客户签订长期使用合同等方式获取固定收入，也可以通过参与电力辅助服务市场、为客户提供能源管理和峰谷电价套利等服务获取可变收入。而户用储能除了能通过价差进行套利之外，还能以自发自用的方式节省电费。美国储能市场各应用场景功率装机（单位：MW）美国年度新增电化学储能装机规模持续增长47272013121114188123724241023816

163026330

05321569524

717191875620 19239

08723050100150200250400350300450CAISOPJM美国各州储能不同场景收入规模（单位：美元/kW/年）ERCOT ISO-NE电价套利 调频 资源充足性合同MISO NYISO需求响应 备用容量 用电管理-12

-2.3

美国：最大储能市场加州案例分析资料来源：彭博新能源财经，《美国电化学储能产业政策分析及对我国储能产业发展的启示与建议》，招商证券激励政策：主要围绕用户侧储能来开展，主要包含自发电激励计划、投资税收减免政策以及净电量结算制度。市场机制：联邦能源监管委员会出台一系列法令，明确储能参与容量、能量以及辅助服务的市场地位。加州系统运营商先后定义了代理需求响应资源、分布式能源以及非发电资源等3种资源模型以便其参与能量及辅助服务市场。收益模式：各类型的储能设施可同时通过参与日前和实时电力市场、调频、备用容量等多个渠道获取收益。调频与电力市场是加州电网侧储能项目获取经济收益的最有效途径；而用户侧储能主要通过分时电价、政府补贴与电力市场等方式获取收益，其中政府补贴是推动用户侧储能发展的重要因素。加州部分电池储能项目按应用划分的平准化收入构成（单位：千美元/MW）-13

-2.4

欧洲：储能装机持续增长资料来源：彭博新能源财经，招商证券欧洲储能持续增长。据彭博新能源财经预测，到2030年底，欧洲电网侧储能市场规模可从2021年底的3GW/4GWh增至33GW/95GWh，增长可达10倍。其中，英国、意大利、德国为电网侧储能装机占比最大来源，合计占比过半。具体分应用场景看，英国储能应用主要集中在电源侧辅助服务（

4

8

.

1

%

）

及电网侧储能（45.1%），而德国储能应用主要为电源侧辅助服务（61.8%）。欧洲电网侧储能装机预测英国储能市场各应用场景功率装机（单位：MW）德国储能市场各应用场景功率装机（单位：MW）-14

-2.5

英国：政策及市场化收益驱动储能发展资料来源：《全球储能市场新动向及趋势分析（2022）》，《英国储能相关政策机制与商业模式及对我国的启示》，招商证券政策支持创新资金支持法拉第挑战：划拨2.46亿英镑开展法拉第挑战计划(Faraday

challenge)，旨在全面推动电池技术从研发走向市场。“净零创新组合”项目：启动1亿英镑用于支持储能和电力灵活性创新过程中的挑战。政策及市场机制改革消除涉及储能系统并网的制度障碍、电网使用费用的核算、储能的法律定义和身份等多方面制度改革。Triads补贴针对每年11月至次年2月中的三个用电高峰时段而设计的，在这三个用电高峰时段能够发电或者减少用电的机组/用户可获得补贴。储能通过输配电成本节约服务获得Triads补贴。市场化收益来源辅助服务主要为调频服务，其中2020年10月推出的动态遏制服务收入是其他调频服务的2到3倍。容量市场英国的容量市场于2020年重新启动，并且BEIS鼓励在预审竞标中将储能项目作为需求侧响应（DSR）资产，而需求侧响应运营商有机会被授予最长可达15年的合同，从而为储能项目带来稳定的收入流。电价套利日前市场：每天开展电力交易以满足第二天的电力供应。平衡市场：主要以半个小时为时间窗口开展交易，以满足接近于实时的电力平衡（2021年1月，受低温、风电出力低迷的影响，英国平衡市场价格暴涨到4000英镑/兆瓦时的高位，进一步加速电池储能系统进入平衡机制市场。）英国电力市场化程度高，储能收入来源多样。从收益渠道来看，储能在英国电力市场中的收益来源广泛，包括价值相对较高的调频服务市场及备用市场，以及价值相对不高的容量市场等。英国目前储能项目大部分采取效益叠加的方式，主要收入来源包括调频辅助服务、容量市场、平衡市场及Triads补贴等。英国储能收入来源类型 收入来源 简介-15

-2.5

英国：政策及市场化收益驱动储能发展资料来源：彭博新能源财经，招商证券英国储能项目收入可观，收入来源以调频服务为主。据彭博新能源财经测算，英国一个2021年启动的持续时间为1小时的100MW/100MWh英国电池项目IRR可达到19.3%。分收入类型看，目前固定式储能电池项目的大部分收入来自调频，2021年英国调频服务价格高达17英磅/MW/小时，测算该项目在2021年仅从调频服务中就可以获得1350万英镑的收入，占其年收入的96%。假设随着储能项目增多，未来英国市场调频服务价格将出现下降，彭博新能源财经模型预计频率响应仍将占该项目总收入的69%；除调频服务外，该项目还将通过电价套利和容量市场扩大收入来源。根据模型测算，该项目在15年运行时间内的总收入为9800万英镑，实现NPV

3840万英镑，IRR为19.3%。英国储能开发商和投资商也在积极探索新的商业模式。由于市场预期调频服务的价格将出现下降，英国2小时储能项目增多。2小时项目主要依靠电价套利及可再生能源配储获利，据彭博新能源财经测算，到2024年英国2小时储能项目的IRR将达到8.1%。2021年启动的1小时100MW/100MWh英国电池项目经济效益测算（假设采用低辅助服务价格情景）-16

-2.6

德国：商业模式以辅助服务及电力自发自用为主资料来源：《德国储能发展现状及对中国的借鉴意义》，北极星储能网，招商证券德国储能的应用领域以辅助服务及电力自发自用为主。当前德国储能服务多样，重点集中在辅助服务以及增加太阳能光伏的自发自用。商业模式1：一次调频德国一次调频系统收益测算一次调频的容量价格高，在2020年季度支付的一次备用容量价格约为每季度1.5万欧元/兆瓦（约每年6万欧元/兆瓦），15兆瓦/20兆瓦时大型电池的成本估算在400至600欧元/千瓦时之间，整个系统的总投资大约每兆瓦约60万欧元，按生命周期13年计算，年度总成本（包括保养成本和资本成本）约为5.5万欧元/兆瓦，预期将来随着电池成本下降，总成本将进一步降低，投资一次调频电池系统收益预期会进一步提高。商业模式2：电力自发自用德国是欧洲最大的户用储能市场，2021年德国新增户用储能1.48GWh，YoY

+45%，占全球的34%；累计装机3.92GWh，YoY

+60.6%，占全球的32%。部署家用电池系统可以提高屋顶光伏设备的自发自用水平，从而减少从电网当中的购电量，同时还可以将多余电力反馈给电网，以及从需求响应等服务中获得收益。-17

-2.6

德国：案例1——博登肖姆电池储能资料来源：《德国储能发展现状及对中国的借鉴意义》，招商证券大型电池储能案例：博登肖姆储能博登肖姆所存储的电力几乎完全来自可再生能源，包括一座沼气电厂、八座热电联产电厂和260座光伏电站。支撑这个供电网络的储能系统包含48000块电池，最大输出功率为10兆瓦，容量为15兆瓦时，储电量可供4000户家庭使用两小时。建设时间：2019年5月投运。项目运营商：博登肖姆市政公用事业公司。所提供的服务：调频调峰、电压支撑、黑启动等辅助服务，系统稳定服务，微网。投资及收益：投资1000万欧元，年营业额100万欧元，年净收益20万欧元。项目特点：为了能在100%使用可再生能源的情况下保证稳定和实现供电自给自足，建设了具有孤网供电能力的20千伏的供电网络，并且伴随部门耦合和光纤入户。此外，客户能源需求与分布式发电机供电可以通过这些网络实现平衡。建设生物质电厂的同时，建造了一个新的电池快速储能设施，并为网络服务提供帮助。德国博登肖姆储能项目-18

-2.6

德国：案例2——亚尔德伦德电池储能资料来源：《德国储能发展现状及对中国的借鉴意义》

，招商证券大型电池储能案例：亚尔德伦德电池储能为了通过一次控制电力减少石勒苏益格－荷尔斯泰因州的弃风，德国亚尔德伦德市建设了48兆瓦/50兆瓦时电池储能系统，包含约1万块锂离子电池组，足以满足5300户家庭日用电量。建设时间：2018年5月投运。项目参与方：Eneco公司和三菱公司。所提供的服务：大容量及零售能源管理服务、参与电力平衡市场等。投资及收益：投资3000万欧元，收入来自平衡市场。项目特点：电池中存储的电力可在德国一次备用控制市场每周一次的拍卖中出售给电网运营商，电网运营商随后将其用于提供平衡电力，接下来这些电池将会取代长期以来负责提供平衡电力的常规化石燃料电厂。电池也作为当地风电的缓冲，防止在发电高峰时段出现过载，避免弃风。德国亚尔德伦德电池储能项目-19

-储能项目收入源自何处？海外储能市场及案例分析海外虚拟电厂商业模式及案例分析虚拟电厂聚合分布式资源参与电力市场虚拟电厂的四种盈利来源欧洲虚拟电厂注重分布式能源接入美国虚拟电厂注重用户侧需求响应目录-20

-3.1

虚拟电厂：聚合分布式资源参与电力市场资料来源：

Next

Kraftwerke官网，36Kr，Fortune

Business

Insights，招商证券电网电力市场需要弹性需要弹性提供弹性提供弹性虚拟电厂聚合各类分布式能源虚拟电厂通过信息技术和软件系统聚合并优化分布式电力资源，从而参与电力市场和和电网运行。虚拟电厂本身并不发电，而是通过聚合风电、光伏、储能、可控负荷、电动汽车等分布式资源，将电网中大量散落的、可调节的电力负荷整合起来，加入电网调度，实现有效削峰填谷，同时提供调频、调压、备用等电力辅助服务，增强电网安全性。预测2028年全球虚拟电厂市场空间将达67.4亿美元。根据Fortune

Business

Insights，2020年全球虚拟电厂市场价值

7.1

亿美元，预计到

2028

年将达到

67.4

亿美元，

2021-2028

年的CAGR为

32.89%。此外，随着云计算和物联网等技术在电力行业的运用逐渐推广，以及新能源发电成本和储能成本的下降，虚拟电厂市场有望得到进一步发展。虚拟电厂聚合各类分布式能源为电网及电力市场提供弹性-21

-3.2

虚拟电厂盈利来源：可再生能源发电的预测和监控资料来源：NEXT官网，招商证券待解决的问题：可再生能源的进给难以控制，导致电力现货市场价格变动时公用事业公司难以及时调整电力投资组合，从而导致

1）现货市场电价转为负值时，可再生能源供给不能及时削减，从而带来亏损，2）电力平衡机构的需求变动大，公用事业公司依靠传统手段难以了解和预测可再生能源发电水平，导致因事后修正电力投资组合而承受昂贵的平衡成本。虚拟电厂提供的解决方案：公用事业公司投资组合中的所有可再生能源通过远程控制单元联网，以实时显示不同发电站的发电总量，从而能够直接控制特定可再生能源发电的交易。此外，虚拟电厂还能够综合不同发电站的发电数据和外部导入的气象数据来帮助预测可再生能源的发电量。盈利方式：1）增强了对电力投资组合的预测能力和控制，帮助公用事业公司节省因投资组合和实际需要不同带来的平衡成本。2）当可再生能源电价降到负值时，公用事业公司可以及时削减售电组合中可再生能源发电的占比。3）如果可再生能源投资组合包含生物能源或水电（或地热等其他可调度的可再生能源），公用事业公司可以使用虚拟电厂来优化和控制这些资产的发电计划，例如在预计电价上涨时增加这些资产的发电，从而在短期市场上击败平均价格，带来额外收入。4）在可再生能源份额较高的能源市场中，电价往往由光伏和风电驱动，因此通过更好地了解自己的可再生能源投资组合，公用事业公司可以更多地了解整个电力市场的情况以及现货市场价格走向，从而提高交易安全性和盈利能力。虚拟电厂盈利来源——可再生能源发电的预测和监控虚拟电厂运营商相关发电技术虚拟电厂的作用主要应用地点盈利方式公用事业公司，

独立运营商，

大型新能源管理公司太阳能，

风能，

生物能，

水力发电，其他分布式能源协调可再生能源组合，

提高可再生能源发电量预测的准确性，

按需控制可再生能源发电量主要应用于欧洲减少电力平衡成本，削减负价格时的电力供应，

基于价格优化电力投资组合-22

-3.2

虚拟电厂盈利来源：电网弹性聚合、需求响应、户用VPP资料来源：NEXT官网，招商证券虚拟电厂参与电网辅助服务，提高电网弹性。在收到来自电网运营商的增加或减少发电量的信号后，虚拟电厂的中央控制系统结合各个可调度的可再生能源电厂的响应时间限制、运行状态等因素，将运营商的信号拆分为多个单独的子信号，发送到各个可再生能源电厂。这些信号会进一步被自动发送到电厂中的各个联网单元，通过综合调控虚拟电厂下的不同发电单元的，从而实现总体的调峰调频效果。在这个过程中，虚拟电厂运营商通过容量招标及辅助服务盈利。虚拟电厂盈利来源——电网弹性聚合虚拟电厂运营商相关电力技术虚拟电厂的作用主要应用地点盈利方式公用事业公司，独立电网聚合商，输电网运营商生物能源、水电、小型天然气热电联产、地热能提高可调度的可再生能源的灵活性欧洲、北美、东亚、澳大利亚通过提供辅助服务盈利虚拟电厂聚合需求侧能源进行需求响应。虚拟电厂聚合需求侧的电力消耗单元，统一进行负荷管理，从而提供需求响应服务，获取辅助服务收入。此外，在部分市场，虚拟电厂还参与容量招标，获得中标容量的结算费用。虚拟电厂盈利来源——需求响应聚合虚拟电厂运营商相关电力技术虚拟电厂的作用主要应用地点盈利方式公用事业公司，独立聚合商，输电网运营商电加热、电冷却、泵送电解、热解、压缩机、电池、提高电力消费的灵活性北美、澳大利亚、欧洲通过辅助服务市场竞标收入、降低电力采购成本盈利户用虚拟电厂：将电池储能、户用光伏和电动汽车充电连接到一个综合的家庭能源系统中，实现户用能源调配。虚拟电厂盈利来源——户用虚拟电厂虚拟电厂运营商相关电力技术虚拟电厂的作用主要应用地点盈利方式公用事业公司，独立聚合商，配电网运营商户用光伏、储能、智能加热系统、电动车充电站降低电网使用，

避免配电堵塞，调峰，增加电网独立性，增加电表后资产灵活性，提高对电网使用的控制北美、澳大利亚、欧洲用户增加电力自用，聚合商提供辅助服务盈利公用事业公司通过减少电网升级费用增加收入，3.3

虚拟电厂商业模式：欧洲VS

美国欧洲虚拟电厂应用更注重分布式能源的接入。2007年，卡塞尔大学将遍布德国的风力涡轮机、太阳能系统、沼气电站和水电站组成最大的VPP项目。2005-2009年，欧盟的FENIX项目将分布式能源资源聚合成大型虚拟电厂，以提高其对电力系统的贡献。2012年德国菜茵集团（RWE）开始运营第一家商用规模的虚拟电厂，采用西门子设计的能量管理系统对绿色能源设备进行组合管理，实现了稳定供电，并获得政府补贴。从这些欧洲早期的虚拟电厂案例可以看出，欧洲虚拟电厂应用历史上主要集中在分布式能源的接入与管理。欧洲虚拟电厂案例：独立虚拟电厂运营商Next

Kraftwerke，大型电力公司E.ON的虚拟电厂，电池储能供应商Sonnen等均参与虚拟电厂建设美国虚拟电厂应用以用户侧的需求响应为主。美国电力市场环境开放，目前是世界上实施需求响应项目最多、种类最齐全的国家，也是较早开展需求侧管理的国家之一。美国电力批发市场约有28GW的需求侧资源参与需求响应业务，约占高峰需求的6%。虚拟电厂在美国的主要应用也是推进利用用户侧可控负荷的需求响应与电网互动，并已取得显著成效。当前，美国许多州都在试验家庭虚拟电厂技术，以将更多的户用光伏和储能整合利用起来，同时也在扩大基于时间的费率试点，尤其是与电动汽车非高峰充电相关的应用场景。美国虚拟电厂案例：特斯拉Powerwall资料来源：《中国电力企业管理》，《考虑需求响应的虚拟电厂商业机制研究综述》，招商证券-

23

--24

-3.4

欧洲虚拟电厂代表案例——德国资料来源：《德国虚拟电厂的商业模式》，招商证券特征NextKraftwerkee2mEnteliosGETECEnergieMVVEnergieBayWa.reSonnen应用环节发电侧、需求侧、储能发电侧、需求侧、储能需求侧发电侧、需求侧发电侧、需求侧发电侧储能电厂规模9016MW（2021年）3.26MW（2021年）>1GW（2018年）>3000MW500MW（2015年）3.30MW（2019年）资源管理与优化√√√√√√√平衡服务√√√√√√√直接售电√√√√√√电力公司白标解决方案√√√需求响应（工商业）√√√√√√需求响应（家庭）√向消费者/产业供电√√√德国虚拟电厂运营商主要分为独立虚拟电厂运营商、大型电力公司和新型市场参与者。独立虚拟电厂运营商：独立聚合商，不隶属于传统电力供应商。大型电力公司：将自己的发电资源以及可能的负荷用户和发电机组聚合到虚拟电厂当中。新型市场参与者：例如小规模分布式能源资源的制造商，主要将其用户的资源聚合到虚拟电厂当中。德国不同类型的虚拟电厂运营商案例独立虚拟电厂电力公司虚拟电厂新型市场参与者虚拟电厂-25

-3.4

德国独立虚拟电厂运营商案例：NEXT资料来源：

Next

Kraftwerke官网，碳交易网，招商证券Next

Kraftwerke（NEXT）成立于2009年，是欧洲建立最早、规模最大的虚拟电厂之一，同时也是欧洲电力现货市场认证的能源交易商，参与能源的现货市场交易。截至2022年Q3，公司已有14841个聚合单元，11182兆瓦联网装机容量，其中包括沼气电厂、热电联产厂、水电、光伏、电池储能、电转气、电动汽车、参与需求侧响应的工业负荷。2019年参与电力交易规模达到15.1TWh，2020年营业收入5.95亿欧元，并于2021年被壳牌公司收购，壳牌预计将帮助NEXT实现到2030年每年销售约560TWh电力的目标。NEXT提供的产品及服务包括

(1)

能源服务：电力交易、电力调度、电力平衡；(2)

虚拟电厂：VPP

SaaS、优化资产运营、发电预测、发电控制、辅助服务、需求响应；(3)新能源相关咨询服务。NEXT提供的业务模式主要包括前述的可再生能源发电的预测和监控、电网弹性聚合和需求响应聚合。NEXT使用基于大数据（例如电厂运行情况、天气数据、市场价格信号、电网数据）的智能算法，提高可再生能源发电机组和工业用户对价格信号的响应速度；在发电机组上安装远程控制装置Next

Box，通过虚拟电厂平台对聚合的各个电源进行控制，从而参与电力市场交易并获取利润分成；利用生物质发电和水电启动速度快、出力灵活的特点，参与电网的二次调频和三次调频，从而获取附加收益。NEXT虚拟电厂发展历程-26

-3.4

德国电力公司虚拟电厂和新型市场参与者案例资料来源：

E.ON官网，《德国虚拟电厂的商业模式》

，《德国储能发展现状及对中国的借鉴意义》，能源网，招商证券电力公司模式的虚拟电厂聚合管理电力公司自身的的发电资源。德国有五家主要的能源电力公司（E.onSE、Uniper、EnBW

AG、RWE

AG、VattenfallGmbH），这五家公司多属于在发电方面占据主导地位的跨国公司，旗下拥有多家区域性配电系统运营商和供电子公司。此外，德国还有约900家中小型由市政所有的市级电力公司，提供包括供能在内的当地基本公共服务。电力公司模式的虚拟电厂和独立虚拟电厂运营商的差异在于，电力公司模式的虚拟电厂拥有自己的发电资源，而独立虚拟电厂运营商没有自己的分布式能源资源。大型电力公司案例：E.ONE.ON在德国和英国开发的虚拟电厂业务包括150家电厂（600MW）。E.ON为其所拥有的包括发电机组、能源用户（工业负荷、水泵、热电联产）和储能设施（如电池）等提供控制设备，从而实现对电厂的远程管理，以优化电厂的收入，并帮助电厂参与平衡市场增加收入。E.ON还与工业企业合作，让其参与电力市场。例如，E.ON和thyssenkrupp合作，将其制氢工厂通过虚拟电厂连接到德国电力市场中。在E.ON虚拟电厂的自动控制下，如果电网有高需求，thyssenkrupp的工厂将关闭氢气生产，将电解所需的能量提供给电网；相反，如果电网中的电能超过配电需求，那么工厂就会增加氢气产量，以此获得平衡服务和辅助服务收入。新型虚拟电厂市场参与者：分布式能源供应商。由于分布式能源资源是虚拟电厂灵活性的重要来源，家庭电池储能设施、热泵、电池电动汽车等分布式能源供应商也通过聚合其客户的分布式能源资源，推出虚拟电厂服务。新型市场参与者案例：SonnenSonnen是德国家用电池储能供应商。自2018年11月起，由住宅太阳能+储能项目构建的虚拟电厂获得批准，可以为德国主要的电力平衡市场提供电力服务，Sonnen公司为此推出了由住宅太阳能+储能项目构建的虚拟电厂管理软件。Sonnen为使用光伏系统和电池的业主建群，形成虚拟能源池，共享电力。群成员间通过基于区块链的集中式软件平台和智能电表实现连接，把多余的电力输送入能源池，也能够从能源池中获取需要的电力。用Sonnen电池提供平衡服务的成员均可获得一定的免费电量。2020年，Sonnen的虚拟电厂在欧洲拥有约3万个电池系统，整个电网的容量高达300兆瓦时，能为12万家庭供电大约一小时。-27

-3.5

美国虚拟电厂代表案例——特斯拉虚拟电厂资料来源：

特斯拉官网，36Kr

，招商证券美国虚拟电厂标杆案例——特斯拉Powerwall。Powerwall是特斯拉和太阳能面板安装商Solar

City于2015年5月联合推出的家用储能电池，它可以储能、检测断电情况，并在停电时为住宅供电。Powerwall存储的电力来自电网或太阳能，当搭配户用光伏使用时，

Powerwall可以在白天利用太阳能充电，充电完成后可以向家庭供电或接入电网售电。Powerwall是特斯拉组建虚拟电厂的基础。在未组网前，Powerwall就可在家庭中实