虚拟电厂有助于提升电网调度的灵活性同时聚合分布式电源参与电力市场交易，近期山西省印发《虚拟电厂建设与运营管理实施方案》，明确了虚拟电厂的类型、技术要求、建设及入市流程等。我国政策端积极推进虚拟电厂建设，我们认为我国虚拟电厂方兴未艾，我们看好产业链相关公司。摘要
何为虚拟电厂？VPP（Virtual Power Plant）通过控制中心将微电网内源网荷储有机聚合，作为整体单元参与主网运行。虚拟电厂打破了电厂的实体属性，根据Next Kraftwerke，虚拟电厂以控制系统为核心，整合了气象预测数据、负荷数据等，首先通过算法进行功率预测与负荷预测，然后基于多维数据智能决策，做出资源配置判断，在主网内发挥电厂的调节作用。
宏观电网调度灵活性需求与微观分布式电网利润最大化需求驱动VPP建设。宏观来看，伴随分布式新能源的崛起，传统集中式调度系统的调控对象与调度决策难度快速上升，VPP以微电网的模式促进新能源就近消纳，减轻主网调度压力同时保证微电网供电稳定性。微观来看，通过构建虚拟电厂经济模型，我们认为虚拟电网推动微电网开源节流，扩大其利润空间，“开源”包括聚合中小分布式电厂参与电力交易、通过参与需求侧响应获取辅助服务补贴、基于功率与负荷预测等进行智能决策扩大电力市场交易的利润空间。“节流”包括降低电能量采购成本与功率预测罚款等。
我国VPP有望触达千亿元级市场空间，兼具资源与技术的厂商有望成为行业龙头。当前我国VPP主要通过需求侧响应、辅助服务补贴获取收益，而VPP聚合商基于辅助服务收入进行分成盈利，我们测算我国VPP聚合商2021年理论市场空间约为659亿元，伴随VPP的渗透以及多元盈利途径的探索，我们预计我国VPP2030年有望触达1,320亿元潜在市场空间。VPP为资源的聚合体，初期建立VPP过程需要聚合商打通分布式电源、储能装置、充电桩、家庭等多元的主体，我们认为VPP行业具有较高的资源整合能力门槛，同时虚拟电厂以调度控制系统为核心，将多元的需求侧资源引入调控的范畴，且考虑经济性，调度技术的门槛提升。对标英国VPP行业，当前VPP的主导厂商包括Shell、ABB、西门子、施耐德等能源电气巨头以及Kiwi Power等VPP垂类厂商，两大派系在产业资源与技术维度建立护城河，因此我们认为兼具资源与技术的VPP聚合商有望成为行业龙头。
风险
虚拟电厂政策推进不及预期。
正文
何为虚拟电厂？
虚拟电厂将微电网内部源网荷储聚合为集合单元参与主网运行。虚拟发电厂VPP（Virtual Power Plant）是通过一个控制中心将一定区域内的传统发电厂、分布式电源、可控负荷和储能系统有机结合，通过算法分析微电网内部电力供给、需求情况，进行综合的发电、用电、储能、物联终端能耗决策驱动区域微电网内部实现平衡，之后VPP整体作为集合单元参与主网的运行与电力市场交易[1]。
图表1：虚拟电厂的运作模式
资料来源：国网上海经研院，36氪研究院，中金公司研究部
相较于实体电厂，虚拟电厂打破了物理电厂重资产的形态，中枢控制IT系统为虚拟电厂的核心。不同于物理形态的电厂，虚拟电厂通过将源网荷储聚合为统一的整体，在主电网中扮演发电厂的角色。根据Next Kraftwerke，虚拟电厂以控制系统为核心，控制系统整合了气象预测数据、电力零售市场交易价格、历史发电量以及负荷数据等，首先通过算法进行发电功率预测与负荷预测，然后基于发电功率预测、负荷预测、电力市场交易价格、用能终端等实时数据，进行综合的运维决策，进行电力资源配置。
图表2：Next Kraftwerke控制系统运作机制
资料来源：Next Kraftwerke官网，中金公司研究部
为何发展虚拟电厂？
宏观来看，虚拟电厂增强电网调度的灵活性。传统电网是集中发电、远距离输电的大型网络，随着分布式电站的发展，并网电站数迅速增长，集中式电网的调度对象以及调度决策的分析难度同步增长，电网的灵活性下降。与此同时，新能源高波动、高间歇性的特点使得电力体系远距离大容量输电更加频繁，影响电网的安全稳定运行。因此，伴随分布式新能源的渗透，我们预计电网有望从集中式演变为虚拟电厂的模式，微电网内部实现平衡之后参与主网的运行，可以减轻主网的调度压力，同时保证微电网内部供电的稳定性。
图表3：新型电力系统主网与微电网并行
资料来源：ERR能研微讯，中金公司研究部
微观来看，通过构建虚拟电厂经济模型，我们认为虚拟电厂扩大了微电网各参与方的利润空间。收入侧，（1）虚拟电厂使得中小分布式电厂参与电力交易。中小企业聚合中小分布式电源，使得单体容量小且发电不稳定的发电厂可以参与电力市场交易获取收入；（2）虚拟电厂使得微电网聚合单元参与辅助服务市场交易。利用储能装置、可控负荷以及出力灵活的微燃机等向主网释放调峰能力，通过参与辅助服务市场获取辅助服务收入；（3）虚拟电厂通过电力交易辅助决策扩大厂商利润空间。虚拟电厂通过对功率预测、负荷预测、用能终端以及市场行情的综合分析，做出购售电以及用能决策，最大化微电网的利润空间。成本侧，虚拟电厂充分激活自身的负荷调节能力，降低电能量采购成本，通过精准的功率与负荷预测，降低调度中心的罚款。
图表4：虚拟电厂经营模型
资料来源：Next Kraftwerke官网，Jingjing Luo.etc, Optimal Operation Modes of Virtual Power Plants Based on Typical Scenarios Considering Output Evaluation Criteria（2018），中金公司研究部
我国虚拟电厂有望在2030年触达千亿元级市场
当前我国虚拟电厂聚合商主要通过与VPP集合单元分成辅助服务收入盈利，2021年虚拟电厂利润市场空间约为659亿元。当前我国虚拟电厂尚处于初级阶段，VPP聚合单元以需求侧响应以及参与电力市场辅助服务调峰调频获取收入，聚合商以虚拟电厂总收入的一定比例分成作为收益。以广州市为例，虚拟电厂聚合商/电力用户可以参与电力市场交易，需求响应分为邀约、实时两种类型，在广州供电局在虚拟电厂管理平台发布响应邀约后，在次日/4小时后进行需求响应的模式为邀约需求响应，而在1分钟内即开始调整负荷的类型为实时需求响应，由于实时需求响应的时效性更强、调控难度更高，实时需求响应的补贴价格往往比邀约需求响应更高。补贴费用=有效响应电量×补贴标准×响应系数，根据我们测算，VPP聚合商在2021年理论市场空间约为659亿元。
伴随VPP的快速渗透以及多元盈利途径的探索，我们预计我国VPP有望在2030年达到千亿元级市场空间。伴随虚拟电厂的渗透，我们预计VPP调节负荷量占比有望在2030年达到5%。同时，对标海外，我们预计虚拟电厂有望通过聚合使得分布式VPP具有参与电力市场电能量交易的能力，基于对区域微电网电力供需的预测以及电力市场多维数据的分析，VPP有望以更优的决策分析带来微电网电力交易利润的边际增长，VPP聚合商将通过边际利润的分成获取收入。我们测算，我国虚拟电厂行业有望在2030年触达1,320亿元的理论市场空间。
图表5：虚拟电厂市场空间测算
资料来源：国家能源局，广东省电力交易中心，广东省虚拟电厂实施细则，Next Kraftwerke官网，中金公司研究部
兼具产业积淀与技术禀赋的厂商有望成为VPP龙头
资源整合能力构成当前虚拟电厂核心壁垒。虚拟电厂为资源的聚合体，需要打通区域内部的分布式光伏、风电厂、主网、家庭、工业企业、充电站场站、储能装置、电动汽车等多元化的资源，同时虚拟电厂控制系统需要建立起虚拟电厂内部的协同机制，因此我们认为虚拟电厂对厂商的资源整合能力具有较高的要求，行业门槛高筑，带有电力产业资源的厂商竞争优势凸显。
图表6：虚拟电厂需聚合多样化的资源
资料来源：Jianfang Li.etc, A ‘spatial‐temporal’ bi‐layer optimal control strategy of large‐scale electric vehicles (EVs) in a multi‐area Virtual Power Plant (VPP) oriented to dual carbon target(2022)，中金公司研究部
虚拟电厂调度环节引入储能与需求侧资源，同时考虑经济性，调度技术门槛提升。虚拟电厂投入运行后，我们认为行业长期的竞争关键在于技术侧。相比于传统电网调度，虚拟电厂将储能装置以及需求侧资源引入调控的范畴，调度的难度提升。根据恒实科技公告，虚拟电厂的核心技术在于源网荷储协同调度技术，将需求侧资源作为常态化资源纳入电网调度系统，实现源网荷储协同调度，包含大规模源网荷储多维度协调优化控制方法、可中断负荷精准控制技术、基于安全约束的大规模精准负荷恢复技术、负荷优化实时建模技术等。
对标英国市场，我们认为兼具技术与资源的厂商有望成为虚拟电厂龙头。在虚拟电厂行业相对成熟的英国，当前VPP的主导厂商分为Shell、ABB、西门子、施耐德等能源电气巨头与Kiwi Power等VPP垂类厂商为主，我们认为电气龙头厂商初期优势在于能源产业资源的整合能力，后期通过收购等手段增强技术实力，比如Shell收购Next Kraftwerke。而垂类厂商在行业初期切入赛道，首先在VPP调度技术端建立壁垒，通过协同调度中心等开拓虚拟电厂业务，后通过扩大市场份额形成龙头优势，积累产业资源。因此，我们认为兼具技术与资源的厂商有望成为虚拟电厂行业龙头。
图表7：英国虚拟电厂行业发展历程
资料来源：INSTA Associates，中金公司研究部
我们认为兼具产业积淀与技术禀赋的厂商有望成长为我国VPP行业龙头。
风险提示
虚拟电厂政策推进不及预期：当前我国虚拟电厂发展节奏主要由国家政策驱动， 2022年上半年在疫情冲击以及宏观经济疲软的背景下，国家可能放缓推动虚拟电厂建设的政策补贴力度，行业可能面临风险。
[1]刘吉臻,李明扬,房方,牛玉广《虚拟发电厂研究综述》（2014年）
文章来源
本文摘自：2022年7月13日已经发布的《电力IT系列：虚拟电厂方兴未艾》
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