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文章来源：行业报告研究院
作者：东吴证券（曾朵红、谢哲栋）
图片来源：pixabay
根据IEC，虚拟电厂是聚合优化“源网荷储”清洁发展的新一代智能控制技术和互动商业模式。其重点对分布式电源、储能、可调负荷等未纳入电网调度的各类资源进行聚合和控制，服务电网并实现盈利。
虚拟电厂主要分为三类，我国目前主要以需求侧资源型为主。虚拟电厂主要分为需求侧资源型、供给侧资源 型和混合资源型三类，我国虚拟电厂起步较晚，试点项目主要以需求侧资源型为主。
虚拟电厂与实体电厂、微电网有何不同？
虚拟电厂是一种非实体的智能控制技术，在 电力系统的定位是参与及聚合优化，只能运 行于并网模式：虚拟电厂通过聚合和优化 DER组合达到调节资源的目的，始终与公网 相连，不能像微电网一样以离网模式独立存 在。
虚拟电厂的发展历程
海外VPP发展较早且相对成熟，国内起步较晚。欧洲以聚合分布式电源为主，北美以聚合可控 负荷为主，澳洲以聚合用户侧储能为主，日本以聚合用户侧储能和分布式电源为主。国内起步 较晚，目前处于试点阶段，江苏、上海等地陆续开展需求侧管理，冀北、深圳、山西等地区 VPP项目已投入电网调度运行和电力市场运营。
虚拟电厂的发展分为邀约型、交易型、自治型三个阶段，我国正处于邀约型到交易型的转型 升级阶段。邀约型VPP通过需求响应来削减峰荷，交易型VPP通过现货市场交易达到电力平 衡，自治型VPP能实现能源改革，项目主体逐步从政府转变为运营商，市场主体活力提升。
虚拟电厂功能与价值
虚拟电厂具有四大层面六个切入点的价值：虚拟电厂在电力生产的各个环节发挥重要作用，在 电力系统层面对“源网荷”均有积极影响，在监管侧促进竞争降低成本，在运营商侧引入新的 商业模式，从产业链来看创造综合收益、提供增值服务。
虚拟电厂的关键技术
虚拟电厂的技术中资源评估是前提，调度控制是核心，信息通信是基础，资源分配是关键。 智能计量是直观获取用电数据的工具，其他技术包含市场运营、优化运行和物联网技术。通 过加快虚拟电厂关键技术研发，实现调控模式从“源随荷动”向“源荷互动”转变。
虚拟电厂：商业模式因地区而异
不同地区虚拟电厂的商业模式有所差别：欧美等发达地区普遍采用基于社区（用户）的商业 模式，欧洲还有以发电、售电、第三方运营商和电网公司为主体进行组合的多种商业模式， 亚太地区则多采用交易或独立运营模式，具体模式因国家政策和电力系统运行特点而异。
德国：虚拟电厂高度成熟，Next Kraftwerke龙头领航
电力市场自由度高、竞争开放，存在平衡市场，利于VPP深度参与各大模块。1）发电和批发 市场方面，德国采取拍卖竞争方式，电价由供求决定，自由度高，利于VPP平等竞争，并发挥 自身灵活性优势对市场做出反应；2）输电和配电市场方面，德国存在平衡市场机制，输电系 统运营商实时购买或销售电力以保持平衡，VPP可利用自身灵活性从此运营套利。
高度注重可再生能源，契合VPP属性。1）零售市场上，德国消费者可自由选择供应商，VPP 的可再生属性使其成为大量环保消费者首选；2）德国施行可再生能源法（EEG），可再生能 源型电力生产者具有优先购电定价权，并将获得补贴，这既促进了VPP生产的电力整合入电网， 又大幅提升了VPP的盈利能力。
商业模式高度成熟，“发电侧+需求侧”双侧多核驱动收入增长。虚拟电厂依靠聚合、优化、 参与能源市场、电网服务、灵活性服务、客户服务六种主要商业模式获取收入。Next Kraftwerke在发电侧拥有强聚合能力，聚合光电沼气等多类电厂形成联动效应，以此优化电力 输出，需求侧则借德国自由市场之便利，在平衡能源市场与灵活性服务上大放异彩，发挥自身 受青睐的可再生能源属性，在客户服务上提供定制方案。
美国：深耕加州市场核心，特斯拉多点盈利
碳交易市场成熟，峰值需求广阔。1）美国具备完善的碳交易体系，多数州实施可再生能源配 额标准，而VPP具有高可再生能源发电比例，在市场上具备显著优势。2）美国国土面积广阔， 在夏冬季均有不同州会面临供冷/供暖峰值需求，需要灵活调节，而VPP的强灵活性使其能够完 美契合市场。
VPP市场一超三强格局，各有侧重差异发展。特斯拉为美国VPP龙头，深耕加州市场，利用机 器学习技术整合优化家庭电池和工业发电两类VPP。AutoGrid则注重平台服务，不运营自有 VPP，Stem利用AI优化能源利用，sunrun注重住宅能源市场。
特斯拉业务线广阔多点盈利。特斯拉业务涵盖平台、人工智能优化、小型绿色发电厂、家庭太 阳能四大VPP领域，业务涵盖其他三强总和，在加州已有超5700户家庭加入VPP，并已与政府 签订供电协议，成熟的Autobidder平台切合VPP灵活定价属性，多点盈利下VPP业务已步入星 辰大海。
澳大利亚：聚焦家庭太阳能，EnergyLocals与Tesla合作共赢
高频定价市场创设巨大套利空间。澳大利亚电力批发市场施行实时定价制，价格每5分钟依据 供求关系确定一次，VPP灵活定价能力完美匹配高频市场，可以迅速响应市场变化，达成日内 交易套利
政府设立定额可再生能源交付义务，辅助市场收益显著。澳大利亚政府规定零售商等实体每年 必须交付一定数量的可再生能源证书（RECs），而VPP所整合的大量中小绿色电厂是RECs的 生产者，VPP通过在辅助市场销售大量RECs获取可观收入。
专注整合住宅太阳能，聚焦电池储能系统技术。与美国、德国不同，澳大利亚的几大VPP厂商 多关注住宅太阳能与电池业务，从家庭中整合绿色能源构建VPP，而多家庭整合的基础为电池 储能系统技术。
老牌企业进军VPP，核心南澳大利亚市场。EnergyAustralia, Origin Energy,Tesla 等均为老牌 能源强企进军VPP市场。由于地理因素，澳大利亚人口大多分布于南澳大利亚地区，导致住宅 太阳能市场也聚焦于此，南澳市场竞争激烈，EnergyLocals通过与特斯拉合作市占率超50% 一骑绝尘。
英国：差额合约下多类企业协同布局，VPP正处高速增长期
去中心化自由市场鼓励竞争。英国市场允许厂商自由进入，整体呈现去中心化特质，价格由供 求关系决定，使VPP可以积极介入生产侧市场，利用灵活性低买高卖竞争获利。 差额合约机制保证稳定收益，VPP现金流平稳前景大好。低碳能源生产商与英国政府可签订差 额合约，合约设定了一个保证价格，当市价低于保证价格时，政府会给予厂商补贴；市价高于 保证价格时厂商给予政府一定的利润偿还。差额合约机制使VPP拥有较为稳定的现金流和稳健 的财务状况，保证未来投资发展与业务扩大。
电池储能增长迅速，电动车携屋顶太阳能合力推动VPP发展。英国VPP市场始于2009年，超过 50%的VPP容量来自电池储能，近五年受以特斯拉为代表的科技厂商在电池储能技术的突破， 以及屋顶太阳能、家庭/电网电池、电动车等分布式能源资产渗透率的提高推动，市场增长迅猛。 预计2025年市场总产能将增长到20GW。 多类公司齐力布局，市场分散度较高。英国VPP市场主要参与者以Centrica为代表的大型公用 事业公司、以Limejump为代表的独立聚合商，以及以Flexitricity为代表的科技公司。但由于 市场尚处于高速增长期，22年市占最高的Centrica也只有25%左右市占率，整体分散度较高。
负荷侧由“消费者”转变为“产销者”
“刚性消费者”转向“柔性产销者”，光储充协同加快虚拟电厂建设脚步。18-22年中国公 共充电桩年新增量由7.5万座增加至65.1万座，CAGR达72%。新增分布式光伏装机由 20.96GW增加至51.11GW，CAGR为25%。21Q1以来季度弃光率维持在2%左右。新能源 广泛接入加速虚拟电厂发展， 消纳需求进一步推动项目落地。
新能源建设推动我国能源结构转型升级
能源结构快速升级，新型电力系统建设全面启动：2010-2022年能源结构从“火电74%+太 阳能0% ”转为“火电52%+太阳能16%”，新能源的接入增加了电网的波动性，系统升级 迫在眉睫。6月2日国家能源局发布《新型电力系统发展蓝皮书》，电力系统全面加速发展。
我国“电改”已初具成效
自2015年第三轮“电改” 以来，我国电力市场化探索步入第9个年头，以2~3年为一个阶段 ，不断试错、纠错、创新和完善，逐步打开市场化交易局面，到现在已初步形成规模庞大、 运行平稳的市场体系。
全国市场交易电量占比持续增加
市场交易电量占比持续提升。根据中电联数据，19-22年市场交易电量占比持续提升，22年市场 交易电量高达52543亿千瓦时，同比+39%，占比达到60.8%，23H1市场交易电量同比+7%， 占比约为61.5%。 市场交易以中长期交易为主，现货直接交易为辅。19年以来，中长期电力直接交易量持续增加 ，22年达到41408亿千瓦时，CAGR约24%。从交易类型来看，市场交易电量是以中长期交易 为主，23H1约占市场化交易电量80%。
VPP参与电力市场：桩/车市场应用举例
VPP应用场景灵活，桩/车市场虚拟电厂、电网企业和用户均获益。根据《新型电力系统环 境下的虚拟电厂辅助调峰市场机制及其商业模式设计》，大部分电车用户充电时间与居民用 电高负荷期有85%的重合率，倘若维持现有方式就需要扩容改造供电网络，单就北京改造投 资额将高达64亿元，虚拟电厂有望成为破解难题的重要思路。
中游参与者众多，下游尚无明确主体
虚拟电厂产业链可分为三大部分：上游能源包括可控负荷&分布式能源&储能，中游为软件 供应商&硬件供应商&解决方案供应商，下游含发电集团&电网公司&售电公司&大用户。整合、优化、调度、决策来自各层面的数据信息，是虚拟电厂产业链的关键环节。
市场空间测算：中游设备端
从设备和系统投资角度，虚拟电厂运营商需要投资包括通讯网关、规约转换、计量终端和 虚拟电厂运营平台系统等硬件和软件设备。我们假设： 22年全系统投资成本约为1000元/kWh，23-25年随着技术成熟和降本，成本年降5%测算 价格； 22年全国最大用电负荷为12.9亿千瓦，根据中电联《中国电力行业年度发展报告2022》预 测到25年我国最大负荷约为16.3亿千瓦； 需求侧响应能力从22年的3%发展到25年5%，并且全都由虚拟电厂完成响应。 经过测算，我们预计到25年虚拟电厂中游设备端市场空间约为699亿元。
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