公用事业行业虚拟电厂专题报告：虚拟电厂蓄势待发，源网荷储联动是新型电力系统必然选择

虚拟电厂蓄势待发，源网荷储联动是新型电力系统必然选择——华福证券低碳研究 虚拟电厂专题报告证券研究报告|行业专题报告公用事业行业评级 强于大市（维持评级）2023年08月02日请务必阅读报告末页的重要声明证券分析师：汪磊 执业证书编号： S0210523030001研究助理 ：陈若西投资要点➢虚拟电厂的核心是分布式资源的聚合与优化。虚拟电厂并不是真实存在的电厂，而是一种智能电网技术，应用分布式电力管理系统参与电网运行调度，实现“源-荷-网”聚合优化。虚拟电厂主要可分为站控层、过程层、资源层，其中资源层的调节能力和质量决定虚拟电厂完成调度指令的能力，工商业储能作为最优质的调节资源之一，是虚拟电厂大发展的重要前提条件。➢需求侧纳入灵活性，源网荷储联动是新型电力系统必然选择。虚拟电厂建设的必要性包括：风电、光伏尤其是分布式光伏的快速增加带来的填谷需求，负荷峰值屡创新高带来的削峰需求，以及充电桩等新型负荷增加使得负荷侧管理难度加大。当前，虚拟电厂可以通过需求侧响应、辅助服务市场和电力现货市场获得收益。➢极端天气频发，电力供应偏紧，虚拟电厂蓄势待发。持续高温天气下，全国用电负荷屡创新高，电力供需呈紧平衡态势，如果出现长时段大范围极端高温天气，保供压力更甚。中电联预计，2023年正常气候情况下，夏季全国最高用电负荷约为13.7亿千瓦左右，同比增加8000万千瓦；如果出现长时段大范围极端高温天气，全国最高用电负荷可能将同比增加近1亿千瓦。电力供需紧平衡下，迫切需要需求侧调节发挥作用，尤其以虚拟电厂的形式参与电力保供。➢预计到2025年，虚拟电厂投资规模在330-550亿元，运营市场规模在百亿元级别。我们测算，虚拟电厂投资强度675元/千瓦条件下，要完成需求侧响应能力达到最大负荷3%-5%的目标，到2025年虚拟电厂/需求侧响应所需的总投资额为330/550亿元。同时我们测算，在一定假设条件下，虚拟电厂运营商通过辅助服务市场和电力现货市场获利的市场规模分别为108和111亿元。由于二者存在较大重合，综合来看，到2025年，虚拟电厂运营市场规模或将在百亿元级别。➢投资建议：电网信息化类公司有望率先受益，建议关注东方电子、国网信通、恒实科技；用电解决方案类公司形态将进一步演变，建议关注安科瑞、苏文电能；聚合运营类公司长坡厚雪，建议关注芯能科技、中新集团、南网能源、朗新科技。➢风险提示：政策推进不及预期；项目推进不及预期；市场竞争加剧；研究报告中使用的公开资料可能存在信息滞后或更新不及时的风险。2◼虚拟电厂是什么◼为什么需要虚拟电厂◼虚拟电厂如何创造收益◼虚拟电厂市场规模测算◼相关标的◼风险提示目录3虚拟电厂是什么：分布式资源的聚合与优化➢虚拟电厂概念最早起源于1997年《虚拟公共设施：新兴产业的描述、技术与竞争力》一书中对虚拟公共设施的定义，虚拟公共设施即通过独立且以市场为驱动的实体间开展灵活合作，参与合作的实体无需拥有相应资产便可为消费者提供所需服务，虚拟电厂便是在此概念基础上进行拓展延伸。4➢根据《虚拟电厂的概念和发展》一文，虚拟电厂（virtual power plant，简称VPP）是通过先进信息通信技术和软件系统，实现分布式电源、储能系统、可控负荷、电动汽车、充电桩等分布式能源的聚合和协调优化，以作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统。虚拟电厂并不是真实存在的电厂，而是一种智能电网技术，应用分布式电力管理系统参与电网运行调度，实现“源-荷-网”聚合优化。资料来源：古瑞瓦特，华福证券研究所虚拟电厂是什么：结构——站控层+过程层+资源层➢站控层：虚拟电厂的大脑，与大电网连接的枢纽•虚拟电厂站控层包括SCADA系统、优化计算模块、结算管理模块等。对上，站控层接收大电网中电力调控中心下发的调峰、调频等指令；对下，站控层与智能终端进行数据通信，获取接入资源的数据，建立用户资源模型，基于所采集的数据实现对资源灵活性预测、聚合与解聚的优化计算，并向智能终端下发优化结果。➢过程层：实现对资源数据的采集、测量和控制•虚拟电厂过程层安装在用户资源现场的数据采集、通信及控制设备柜，主要由数据终端组成。对上，过程层向站控层通过通信远程传送运行数据，并接收站控层下发的控制指令；对下，过程层实现对接入资源实时运行数据的采集和测量，并下发控制指令。➢资源层：虚拟电厂的基础单元•资源层主要包括各类具备调节能力的分布式资源，是站控层建立虚拟电厂模型的基础，也是执行优化调度指令的最终主体。5资料来源：刘健等《虚拟电厂关键技术及其建设实践》，华福证券研究所虚拟电厂是什么：结构——可调节性是资源层的核心➢资源层的调节能力和质量决定虚拟电厂完成调度指令的能力，工商业储能作为最优质的调节资源之一，是虚拟电厂大发展的重要前提条件。•源：目前接入资源以分布式光伏为代表，自身不具备调节能力，可和工商业负荷视为整体，构成一个可调节负荷。•荷：可调节负荷各有自身能力限制，工业负荷往往受生产计划强制约，且响应速度慢；空调负荷在时间维度不可平移，基本没有填谷能力，且受用户体验和天气等因素限制，可调节范围有限；充电桩作为直接面向C端的负荷，其调节能力不可预测性较强。•储 ：可调节能力、响应速度和可靠性都较为优质的调节资源，同时具备削峰和填谷能力，虚拟电厂进行高频次大幅度响应的必备资源。6资料来源：北极星电力网，华福证券研究所资源分类代表资源向上调节能力（填谷）向下调节能力（削峰）可调节负荷工业连续性工业较弱，受生产计划限制非连续性工业较强，受生产计划限制建筑公共、商用、居民建筑中的空调资源弱有一定调节能力交通新能源汽车/充电桩中等，受用户行为限制储能机械储能抽水蓄能、飞轮储能强强化学储能铅酸电池、钠硫电池电磁储能超级电容、超导储能相变储能分布式电源小型燃机、小型光伏和小型风电、水电、生物质、燃料电池新能源几乎无调节能力图表：虚拟电厂常见资源情况虚拟电厂是什么：技术——协调控制+智能计量+信息通信➢虚拟电厂所需核心技术主要包括协调控制技术、智能计量技术和信息通信技术。7资料来源：吴晓刚等《“双碳”目标下虚拟电厂关键技术与建设现状》，王宣元等《虚拟电厂参与电网调控与市场运营的发展与实践》，华福证券研究所协调控制技术持续优化建模聚合、调控优化、分析预测等方面技术，深化研究交易模型、出清、结算等技术•预测及风险管理•调度•控制•内部结算机制智能计量技术对精细化智能计量技术进行研究，提升虚拟电厂实际调节量的准确性•自动抄表技术•智能计量管理技术•数字孪生技术信息通信技术随着可调节资源接入规模的增长，需要建立安全、高效的信息通信体系•边缘计算•云计算•D2D（设备到设备）通信•时延控制技术◼虚拟电厂是什么◼为什么需要虚拟电厂◼虚拟电厂如何创造收益◼虚拟电厂市场规模测算◼相关标的◼风险提示目录8为什么需要虚拟电厂：风光快速增加带来的填谷需求➢风光装机快速增长，加剧电力系统不可控性。截至2023H1，我国风电装机389.21GW，太阳能装机470.67GW，风光合计占总装机的31.76%。其中，2023年H1我国风电新增装机22.99GW，对比22年同期新增12.94GW，同比+77.67%；太阳能新增装机78.42GW，对比22年同期新增30.88GW