虚拟电厂行业分析报告-产业链、商业模式及相关公司
近期新能源汽车巨头特斯拉宣布与太平洋燃气电力公司联合推出虚拟电厂试点项目，加上日前多地高温炙热，居民用电需求猛增从而拉升用电负荷飙升，电力调度等一系列问题出现，更是引发市场对于虚拟电厂的高度关注。下面我们就虚拟电厂行业从概念、我国发展现状、相关政策环境、发展产业链、竞争环境、相关龙头企业以及未来展望等几方面进行了分析，希望对感兴趣的朋友有所助益。
01
什么是虚拟电厂
虚拟电厂是将不同空间的可调负荷、储能、微电网、电动汽车、分布式电源等一种或多种可控资源聚合起来，实现自主协调优化控制，参与电力系统运行和电力市场交易的智慧能源系统。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。
虚拟电厂其核心思想就是把各类分散可调电源、可控负荷、储能聚合起来，通过数字化的手段形成一个虚拟的电厂来做统一的管理和调度。所以，虚拟电厂本质上是一套软件平台系统，它聚合了现有的分布式资源，并通过协同控制，参与电力市场。
虚拟电厂原理：聚合分布式能源，削峰填谷、参与电力市场。
虚拟电厂可以看作需求侧响应的延伸版。需求侧响应主要是削峰，主要针对用户负荷；虚拟电厂则是削峰和填谷兼顾，部分具有储能特征，源、网、荷、储都包含在内。
02
我国虚拟电厂发展现状
从虚拟电厂的行业发展现状来看，欧美电力市场较为成熟，虚拟电厂已实现商业化，德国：发电侧分布式能源聚合为主，独立虚拟电厂是主要参与方；美国：负荷侧资源聚合为主；而我国尚处于邀约型向市场化的过渡。
什么是邀约型虚拟电厂呢？依据外围市场条件的不同，我们可以把虚拟电厂的发展分为三个阶段：邀约型虚拟电厂、市场型虚拟电厂和自由调度型虚拟电厂。
1.邀约型虚拟电厂
邀约型虚拟电厂是在没有电力市场的情况下，由政府部门或调度机构牵头组织，各个聚合商参与组织资源以可控负荷为主进行响应，共同完成邀约、响应和激励流程，当前我国各省试点的虚拟电厂以邀约型为主。
2.市场型虚拟电厂
市场型虚拟电厂是在电能量现货市场、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实体电厂的模式，分别参与这些市场获得收益。在此期间，虚拟电厂以电力市场配置电力资源运行驱动，通过协调、优化和控制可控负荷、分布式电源和储能三大资源聚合而成的分布式能源集群，作为一个整体参与各类电力市场交易并为电力系统运行提供调峰、调频、紧急控制等辅助服务的分布式能源聚合商。在第二阶段，也会同时存在邀约型模式，其邀约发出的主体是系统运行机构。
3.自由调度型虚拟电厂
将在市场性虚拟电厂的基础上，实现跨空间自主调度。随着虚拟电厂所整合资源的种类逐步增多，“虚拟电力系统”雏形初显。该阶段，除可调负荷、储能和分布式能源等基础资源外，也将包含由该类基础资源所整合而成的微电网、局域能源互联网等。自由调度型虚拟电厂主要参与者以国外为主，如德国的Next Kraftwerke公司等。
从上面的分类角度来讲，我国试点的虚拟电厂多为邀约型，那么作为成熟的虚拟电厂而言，需要具备哪些条件呢？我们不妨参考下欧洲最大的虚拟电厂NextKra ftwerke的成功经验。
Next Kraftwerke的成功基于德国市场化的电价交易机制，为虚拟电厂的盈利提供了非常好的商业模式。
Next Kraftwerke是德国一家大型虚拟电厂运营商，也是欧洲最大的虚拟电厂运营商。它创立于2009年，是欧洲电力交易市场(EPEX)认证的能源交易商，在EPEXSPOT和EEX等欧洲交易所可以参与能源的现货市场交易，在七个欧洲输电系统运营商（Transmission System Operator）TSO地区提供平衡服务。Next Kraftwerke通过中央控制系统的M2M实时通信，将来自沼气、风能、太阳能、垃圾等可再生能源与商业和工业电力用户以及储能系统汇集在一起。截至2020年6月，Next Kraftwerke已有9516个聚合单元，8179兆瓦联网装机容量，627.7百万欧元营业额，15.1T瓦时能源交易量。
德国虚拟电厂已大范围商业化，主要应用场景为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。已形成了完整的市场生态链和商业模式，并已经历了第一轮市场整合。德国虚拟电厂配套的上中下游产品已逐渐完备，虚拟电厂除直接参与电力市场进行交易之外，溢价部分与客户分成参与电网系统辅助服务（二次、三次调频）来收取服务佣金，与此同时：针对城市供电公司、大型工业用户、部分针对小用户的都有相应的售电套餐。
由此可见，成熟的电力现货市场为虚拟电厂的商业模式提供经济性、分布式电源+配电网的大发展为虚拟电厂的发展提供必要性。
除此之外，由国家电投牵头研发的深圳虚拟电厂作为我国首个参与电力现货市场盈利的案例也能够带给我们一些启发。
国家电投深圳能源采用“虚拟电厂+电力现货”模式，能够精准预测电力现货市场价格，并根据价格信号自动调节用户可控负荷，在不影响用户正常生产的情况下，将用户负荷从现货高价转移至现货低价时段，从而提高售电公司的电力现货盈利。根据5月26日广东电力现货市场数据，深圳能源调度位于东莞的尚呈新能源蛤地智能充电站，将50千瓦时电量从0时转移至4时，平均度电收益0.274元，实现了电网、用户、售电公司和虚拟电厂运营方的多方共赢，成为我国首个虚拟电厂调度用户负荷参与电力现货市场盈利的案例。
虽然我国虚拟电厂尚处于初级极端，但是随着国家政策扶植力度加大，我国虚拟电厂市场有望跑步进入成熟期。
03
虚拟电厂相关政策环境
根据36氪研究院的研究，我国虚拟电厂目前仍处于起步阶段。而根据《虚拟电厂基础特征内涵与发展现状概述》，2019年起，我国陆续有虚拟电厂示范项目落地。
2021年以来，我国出台大量虚拟电厂支持发展政策，部分省市也出台了明确的落地方案或补贴标准。例如，2021年7月，广州市出台《广州市虚拟电厂实施细则》，明确了虚拟电厂参与电网调节的补贴标准，从辅助服务市场角度加速了虚拟电厂的市场认知。而在2022年6月，山西省能源局发布《虚拟电厂建设与运营管理实施方案》，明确虚拟电厂的类型、入市流程、技术规范等要求，成为首份省级虚拟电厂实施方案。
随着虚拟电厂政策支持力度的加大，电力信息化相关标的将随虚拟电厂发展广泛受益。从政策环境来看，近年来诸多省份在政府引导下，由两大电网开展系列示范项目，并以参与需求侧响应为主要运营和盈利模式，持续推进虚拟电厂发展。各地已普遍出台辅助服务市场政策，引导虚拟电厂参与系统调峰调频，在此背景下，各示范项目积极主动探索市场化运营、创新可行商业模式，有望带动国内虚拟电厂快速可持续发展。
04
虚拟电厂产业链及相关公司
虚拟电厂产业链
下面来了解下虚拟电厂产业链构成。虚拟电厂产业链包括：上游基础资源、中游系统平台和下游电力需求方。
1.上游基础资源
主要包括可调负荷、分布式电源和储能设备。1）可调负荷的重点领域主要包括工业、建筑和居民等。根据36氪研究院，不同应用场景负荷可调潜力差异较大，商业和公共建筑可调负荷主要是空调、照明、动力，约占楼宇负荷的25%。居民可调负荷分布散、单点容量小、聚合难度较大。2）分布式电源指用户现场及附近配臵较小的发电机组，包括小型燃机、小型光伏和小型风电、水电、生物质、燃料电池等一种或几种组合。3）储能设备包括机械储能、化学储能、电磁储能等。在实践中各类资源经常混合，特别是可调负荷中掺杂越来越多自用型分布式能源和储能，或组合为微网、局域能源互联网等，嵌套在虚拟电厂当中。3）根据36氪研究院，我国虚拟电厂可调资源巨大，可调负荷资源超5000万千瓦，分布式电源装机容量超6000万千瓦，用户侧储能能力约100万千瓦，电动汽车储能达3000万千瓦，且以上资源规模仍处快速上升期。
2.中游资源聚合商
依靠互联网、大数据等，整合、优化、调度、决策来自各层面的数据信息，增强虚拟电厂的统一协调控制能力，为产业链关键环节。我国虚拟电厂尚处于起步阶段，但市场需求量巨大，因此资源聚合商综合采取多种路线。1）向电网侧：获得提供辅助服务并取得补偿的合约，通过调节用户负荷提供削峰填谷等辅助服务，调配可控资源提供发电容量；2）向用电侧：对电力市场价格波动进行预测，决策可调负荷的用电行为，代理购电业务，为用户提供智能用电方案；3）向发电侧：引导分布式电源以最佳方式参与市场交易，包括签订交易合约、确定竞价方式等。
3.下游为电力需求方
由电网公司、售电公司和大用户构成。1）电网公司：作为电网运营商，是电力市场的重要买方。2）售电公司：包括独立售电公司、拥有配网运营权的售电公司和电网领域的售电公司。3）大用户：主要指B端可直接参与电力批发市场交易的工商业电力大用户。
虚拟电厂相关公司
信息技术是虚拟电厂的核心技术，电力IT企业核心受益。相关公司包括：东方电子、国能日新、朗新科技、恒实科技、远光软件、国电南瑞、国网信通等。
1.东方电子：电力IT小巨人，配网、调度、电表行业领先。公司虚拟电厂业务涵盖城市级虚拟电厂运行管理平台、负荷聚合商级负荷聚合管控平台和园区级虚拟电厂等三级虚拟电厂范围，已有诸多项目实施案例，包括广州明珠工业园和广州市虚拟电厂管理平台等。2022Q1符合预期，盈利能力稳健，实现营业收入9.44亿元，同比增长24.95%，归母净利润6079.56万元，同比增长24.17%。
2.国能日新：发电功率预测龙头，电力交易市场有望拉动公司第二成长曲线。公司自2020起开展虚拟电厂业务，结合发电功率预测产品及电力交易策略产品，能形成发电侧与负荷侧数据的打通与良性互动，为相关业务运营主体提升经济效益等。2022Q1，实现营业收入0.61亿元，同比增长25.97%，归母净利润0.05亿元，同比增长199.36%。
3.朗新科技：用户侧能源数字化领先龙头+能源互联网唯一平台企业。公司深耕用户侧电力IT20年，服务电网等核心客户，运营“生活缴费”、“充电桩”等场景，并发展电力大数据平台。虚拟电厂是负荷侧核心场景，公司具备相关储备能力，目前正积极考虑和规划虚拟电厂、需求响应等电力辅助服务方面的业务发展。2022Q1，实现营业收入8.4亿元，同比增长39.87%，超过预期，实现归母净利润5139.83万元，同比增长4.67%。
4.远光软件：综合能源服务平台聚合电网侧及终端用户资源，已有VPP平台产品应用，2022Q1，实现营业收入3.66亿元，同比增长24.84%，归母净利润为0.07亿元，同比增长2.76%。
5.南网科技：实现“储能+试验+设备”布局，相关业务与技术可应用于虚拟电厂，2022Q1，公实现营业收入2.44亿元，同比增长67.70%，归母净利润为0.05亿元，同比增长141.41%。
05
虚拟电厂商业模式
商业模式一：电网体系内软件系统平台建设
以软件为基础在电网体系内搭建虚拟电厂云平台，链接电力系统，通过物联网技术和分布式能源控制技术，链接用电侧消费端（居民、工商业）、储能设备、发电侧可再生能源等。
商业模式二：填谷削峰电费补贴运营分成
运营分成市场测算方式：以2021年2月《广州市虚拟电厂实施细则（征求意见稿）》为例①响应电量目标：目标是引导用户通过开展需求响应，实现削峰填谷，逐步形成约占我市统调最高负荷3%左右的需求响应能力。②响应补贴：电力用户、负荷聚合商应可申请参与需求响应，需求响应分为邀约、实时两种类型，补贴费用=有效响应电量×补贴标准×响应系数，削峰补贴最高5元/度，填谷补贴最高2元/度。
商业模式三：市场化闭环，作为大电网的外部补充
未来虚拟电厂或形成链接发电和用电的市场化闭环，成为大电网体系外在电力市场中的重要参与方。虚拟电厂通过虚拟聚合、参与市场报价、市场出清、下达市场指令、虚拟电厂跟随、参与市场结算等流程参与电力市场。未来若结合配电网、微电网、分布式光伏的市场化体系发电，有望形成大电网体系外的“配电”+“售电”市场化闭环。
06
虚拟电厂竞争环境
虚拟电厂作为资本、资源和技术高度密集型行业，具有一定进入壁垒，但由于行业发展潜力大，吸引了众多领域企业入局，企业类型多样，但市场集中度不高，竞争还是较为激烈的。
下面我们主要从中游资源聚合商角度分析虚拟电厂产业链相关企业。
1.电网领域信息化板块企业
依托在电力、通信领域经验技术和电网公司丰富的信息通信资源，具有开展虚拟电厂业务的先天优势，成为当前示范项目主力，如国网信通、国电南瑞、远光软件等。
2.智慧能源和IT领域方案提供商
主要依托能源领域系统开发、控制计量、数字化转型等技术储备实现虚拟电厂系统优化，通过与能源领域企业合作实现资源整合与业务拓展，如恒实科技、国能日新、华为、易事特、金智科技、科陆电子等。
3.新能源、新型储能等领域企业：开展虚拟电厂技术研发和布局，如中国天楹、电享科技等。
对于虚拟电厂参与者，在行业发展初期的核心在于客户资源的开发，在行业成熟期在于运营实力的打造。在虚拟电厂发展初期，用户侧与发电侧资源参与意愿均不强，且商业模式不够清晰，因此虚拟电厂参与者的核心在于“做大”，核心竞争要素在于客户资源的开发；而随着市场的成熟，虚拟电厂开始与电力市场实现对接，运营商的竞争力将逐步由资源开发向运营实力切换。
07
虚拟电厂发展展望
电网调峰压力持续增加。截至2021年底，全国最大负荷约12亿千瓦，按照5%的可调节能力测算约为6000万千瓦可调负荷能力。电力系统时段性、灵活性调节能力不足现象进一步加剧，需要多措并举提升系统调节能力，保障供需平衡。
据中电联预计，2025年全社会用电量达9.5万亿千瓦时，而最大负荷将达到16.3亿千瓦。考虑项目可行性，虚拟电厂可构建的可调资源潜力按照响应能力需求容量、投资成本按1000元/千瓦计算，国海证券认为预计到2025年，虚拟电厂投资规模有望达815亿元。
天风证券认为电网最高用电负荷连年攀高，电力供需“平时充裕、尖峰紧张”矛盾日益凸显，虚拟电厂成为经济性最优解决方案，满足5%的峰值负荷仅需投资500-600亿元，仅约为火电投资的1/8。伴随政策助力，中国虚拟电厂市场有望跑步进入成熟期，多领域企业纷纷布局，客户资源开发能力、运营实力或将构筑虚拟电厂行业壁垒。
中金公司认为伴随VPP的快速渗透以及多元盈利途径的探索，我国虚拟电厂行业有望在2030年触达1320亿元的理论市场空间。
民生证券认为虚拟电厂成为电力信息化的重点建设方向之一，有望成为实现“双碳”的重要抓手，未来行业景气度有望不断提升。
