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36氪研究院 2022年中國虛擬電廠行業洞察報告

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2022年6月14日

虛擬電廠(Virtual power plant,VPP)是一種通過資訊技術和軟體系統,實現分佈式電源、儲能、可調負荷等多種分佈式資源的聚合和協同優化,作為一個特殊的電廠,參與電力市場和電網運作的協調管理系統。它既可以作為“正電廠”向系統供電調峰,又可作為“負電廠”加大負荷消納配合系統填谷。在電網運作方式向源網荷儲靈活互動轉型和結構向清潔低碳轉型的背景下,大力發展虛擬電廠對促進電網供需平衡,實現分佈式能源低成本並網,充分消納清潔能源發電量,推動綠色能源轉型具有重大的現實意義。

虛擬電廠最主要的功能為聚合多類能源參與電力市場運作,以市場手段促進電力資源的優化配置。由於前期我國能源體制中發電、輸配電、用電三方相對獨立且缺乏一定的市場交互機制,因此虛擬電廠的構建與發展須以政府頒布的相關政策支援為前提。近年來,為適應能源結構轉型,基克國家發改委、國家能源局出臺系列政策推動完善全國統一的電力市場體系,支援培育多元競爭市場主體,鼓勵虛擬電廠參與電力市場交易及系統運作調節。《“十四五”現代能源體系規劃》(發改能源〔2022〕210號)等多個政策文件均提出,我國將完善新型電力系統建設和運作機制,完善適應可再生能源局域深度利用和廣域輸送的電網體系,健全適應新型電力系統的市場機制,完善靈活性電源建設和運作機制,並開展各類資源聚合的虛擬電廠示範。同時,浙江、上海、廣東等地也持續探索通過虛擬電廠項目積極響應削峰填谷需求,提高電力系統運營效率。國家與地方政策的陸續出臺落地,為虛擬電廠建設與發展提供了良好的政策環境。

我國協調控制、智慧計量、資訊通信等虛擬電廠關鍵技術發展迅速。其中通信技術相對成熟,協調控制、智慧計量技術有了長足進步。另外,儲能、資訊安全防護、新能源發電並網與主動支撐等技術持續創新突破,為虛擬電廠提供了重要動力和保障。同時,物聯網、區塊鏈、大數據、人工智慧、數字孿生等新興數字技術在電力系統中加速推廣應用,從運作維護、資訊交互、市場交易、控制策略等方面提高了虛擬電廠的安全性和經濟性。如當前我國已建成全球最大5G網路,建設了電力光纖專網和電力無線專網,為虛擬電廠實現監控視頻、數據快速匯聚和傳輸、海量智慧終端互聯管理、互動水準提高和數據交換提供基礎支撐。

在需求側,我國東西部電力供需關係趨緊,電力峰谷差矛盾日益突出,各地年最高負荷95%以上峰值負荷累計不足50小時,亟需可靠的解決方案來應對。在供給側,技術日漸成熟促使虛擬電廠成本不斷下降。根據國家電網測算,通過火電廠實現電力系統削峰填谷,滿足5%的峰值負荷需要投資4000億;而通過虛擬電廠,在建設、運營、激勵等環節投資僅需500-600億元。

(1)上游基礎資源主要包括可調負荷、分佈式電源和儲能設備。可調負荷的重點應用領域主要包括工業、建築和居民等。不同應用場景負荷可調潛力差異較大,商業和公共建築可調負荷主要是空調、照明、動力,約佔樓宇負荷的25%。居民可調負荷分佈散、單點容量小、聚合難度較大。分佈式電源指用戶現場及附近配置較小的發電機組,包括小型燃機、小型光伏和小型風電、水電、生物質、燃料電池等一種或幾種組合。儲能設備可分為機械儲能、化學儲能、電磁儲能和相變儲能。在實踐中各類資源經常混合雜糅,特別是可調負荷中摻雜越來越多自用型分佈式能源和儲能,或經過組合發展出微網、局域能源網際網路等形態,作為虛擬電廠的次級控制單元。

我國虛擬電廠可調資源巨大。據測算,可調負荷資源超過5000萬千瓦,分佈式電源裝機容量超過6000萬千瓦,用戶側儲能能力約100萬千瓦,電動汽車儲能達到3000萬千瓦,以上資源規模仍處於快速上升期。

(2)中游資源聚合商主要依靠網際網路、大數據等,整合、優化、調度、決策來自各層面的數據資訊,增強虛擬電廠的統一協調控制能力,是虛擬電廠産業鏈的關鍵環節。我國虛擬電廠尚處於起步階段,但市場需求量巨大,因此我國的資源聚合商綜合多種路線開展研究探索。一是獲得提供輔助服務並取得補償的合約,通過調節用戶負荷提供削峰填谷等輔助服務,調配可控資源提供發電容量;二是對電力市場價格波動進行預測,決策可調負荷的用電行為,代理購電業務,為用戶提供智慧用電方案;三是引導分佈式電源以最佳方式參與市場交易,包括簽訂交易合約、確定競價方式等。

(3)産業鏈下游為電力需求方,由電網公司、售電公司和大用戶構成。電網公司作為電網運營商,是電力市場的重要買方。售電公司包括獨立售電公司、擁有配網運營權的售電公司和電網領域的售電公司。大用戶主要指B端可直接參與電力批發市場交易的工商業電力大用戶,各省從用電量、電壓等級、産業類別等方面設計各自的大用戶標準。

我國虛擬電廠處於邀約型向市場型轉型階段,各省開展的虛擬電廠項目以試點為主,尚未形成一套成熟的解決技術方案。在輔助服務市場中,基克通過需求響應,進行削峰填谷服務的實踐項目較多。在盈利模式上,我國虛擬電廠一方面向可控資源收取服務費來幫助其參與市場交易;另一方面也可以獲得需求響應補償費用差價。當前,我國在虛擬電廠交易運作規則、資源聚合範圍和新能源協調控制策略、調度演算法等方面尚未構建統一標準,存在較大發展空間。

虛擬電廠作為資本、資源和技術高度密集型行業,具有一定進入壁壘,但由於行業發展潛力巨大,吸引了眾多領域企業入局,企業類型多樣,但市場集中度不高,競爭較為激烈。一是電網領域資訊化板塊企業,依託在電力、通信領域經驗技術和電網公司豐富的資訊通信資源,具有開展虛擬電廠業務的先天優勢,成為當前示範項目主力,如國網信通、國電南瑞、遠光軟體等。二是智慧能源和IT領域方案提供商,主要依託能源領域系統開發、控制計量、數字化轉型等技術儲備實現虛擬電廠系統優化,通過與能源領域企業合作實現資源整合與業務拓展,如恒實科技、華為、易事特、金智科技、科陸電子等。三是新能源、新型儲能等領域企業也開展虛擬電廠技術研發和佈局,如天楹股份、電享科技、國能日新等。

從全球來看,虛擬電廠在歐美發達國家發展已經形成一定規模,亞太地區虛擬電廠需求將進一步增長。諮詢機構P&S預計,全球虛擬電廠市場將從2016年的1.92億美元增長至2023年的11.88億美元,年均複合增率超30%。我國虛擬電廠尚處於初期發展階段,供需兩側發展潛力巨大。明確的轉型目標為我國虛擬電廠發展打開市場新增量,而相關設施的建設則能很好滿足市場需求,産業規模有望快速擴大。

資源聚合商有望成為電力行業生態的主角。一方面,資源聚合商通過演算法優化和業務模式創新有望促進電力系統效率提升。當前,我國資源聚合商更多在電力交易市場和輔助服務市場分別開展供給側和需求側資源優化。未來,資源聚合商有望成為一種共用服務平臺,代理供需兩側資源在配電網側實現平衡後再與大電網發生關聯,從而促進整個電力市場供需匹配效率提升。另一方面,資源聚合商規模將進一步擴大。隨著分佈式能源種類和數量越來越多,分佈空間越來越廣,部分聚合商最終將成為一種跨種類、廣域的源網荷儲整合商,在電力行業發揮舉足輕重的作用。

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