计算机行业更新：电改加速，拥抱虚拟电厂的星辰大海

虚拟电厂标志着电网数字化转型优化进程加速。虚拟电厂作为聚合电网负荷侧可调节资源，形成可调控、可交易单元，直接参与电网调度控制和电力市场交易的智能控制技术和商业模式，其发展主要有邀约型、市场型、跨空间自主调度型三个阶段，我国虚拟电厂实践主要停留在邀约型阶段。虚拟电厂根据组成结构可分为：电源型、负荷型、储能型、混合型，按控制结构可分为集中和分散控制，各有优劣。 多方面因素催化之下，虚拟电厂发展提速。政策方面，从十四五规划的顶层设计，到各省市直接间接的促进政策，利好政策频繁落地；新能源入网比例不断扩大，虚拟电厂能有效提高系统稳定性；电力系统新基建加速推进下，大数据、物联网等技术提升虚拟电厂综合效益； 供需错配日渐突出，虚拟电厂凭借更精准、灵活的调节能力拥有更广大的前景。 虚拟电厂行业处于市场建设期，主要玩家丰富。虚拟电厂市场需求侧对负荷调节能力需求旺盛，各省响应能力参差不齐，仍不足以应对未来的极端峰谷差异，备用容量缺口亟需弥补，高需求将虚拟电厂的建设推向风口。按最低调节能力测算，虚拟电厂未来拥有千亿市场空间，2025年与2030年市场投资规模分别为785亿元、1062亿元。虚拟电厂产业链由上游基础资源、中游系统平台、下游电力需求方构成，主要玩家有三类，即电网领域信息化板块企业，智慧能源和IT领域方案提供商，新能源、新型储能等领域企业。 投资建议：看好在电力信息化行业深耕的龙头公司。推荐标的：远光软件、朗新科技；受益标的：国能日新、国网信通等。 风险提示：政策推进节奏不及预期、竞争加剧的风险。 1.虚拟电厂：电网数字化转型优化进程加速 1.1.虚拟电厂：资源再聚合的电网控制技术与商业模式 虚拟电厂是实现可调节资源再聚合的电网智能控制技术与商业模式。伴随着国内外虚拟电厂的发展，虚拟电厂的概念不断更新。“虚拟电厂”的定义依次有：类似自治微网的网络；发电资源的组合与管理；基于技术的负荷侧资源的组合；分布式电源、可控负荷和储能系统的集群。上述定义都强调了虚拟电厂通过聚合源、网、荷、储各类资源，形成特殊发电厂参与电力系统运行。2018年3月，国际电工委员会（International Electrotechnical Commission,IEC）立项首批虚拟电厂国际标准，国网冀北电力有限公司牵头开展了虚拟电厂国际标准编制。随后，重新给出了虚拟电厂的标准定义：虚拟电厂是一种聚合电网调度中原本看不到、控制不了的负荷侧可调节资源，形成可调控、可交易单元，直接参与电网调度控制和电力市场交易的智能控制技术和商业模式。 图1虚拟电厂聚合源、网、储 虚拟电厂的“虚拟”在于其内部资源在空间上的分散分布而非集中 的物理实体。虚拟电厂主要的能源是风、光等分布式、波动大的新能源，电源主要包括家庭型（DDG）与公用型（PDG）这两类分布式电源，这一特性使虚拟电厂具备灵活性，提高能源利用率的同时，也对其管理层面上对各类电源特性与实际环境的把握、综合提出了更高的要求。 虚拟电厂在整体上协同一致实现了电网运行与电力市场交易等“电厂”的功能。虚拟电厂的目的在于聚合分布式新能源发电资产、通过灵活性算法自动控制发电资产、调节电力生产和消耗之间的偏差、减少新能源注入电网带来的冲击等，是传统电厂功能与效率的进一步优化。其中，算法是虚拟电厂的核心，通过多维度的时间序列和信息的输入，包括电力交易中心价格预测、输电运营商的节点数据、天气预测数据、实时的发电资产状态数据、历史数据等，输出最优的运营策略，完成对发电资产的自动控制。 图2虚拟电厂是基于传统电厂的优化 1.2.邀约型、市场型、跨空间自主调度型逐步转变 虚拟电厂的发展主要分为邀约型、市场型、跨空间自主调度型三个阶段。 依据外围市场条件的不同、虚拟电厂自身资质的强弱与行业发展的规律，我们把虚拟电厂的发展分为三个阶段。 1.0邀约型阶段：第一阶段是邀约型阶段，指通过政府部门或电力调度机构发出邀约信号，由虚拟电厂聚合商组织资源（以可控负荷为主）进行响应，共同完成邀约、响应和激励流程，业务上称之为需求响应。 2.0市场型阶段：第二阶段是市场化阶段，这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，基于自身商业模式参与这些市场获得收益。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。 3.0跨空间自主可调度型阶段：第三阶段是跨空间自主调度型阶段，此时随着虚拟电厂聚合的资源种类越来越多，数量越来越大，空间越来越广，虚拟电厂已成长为“虚拟综合电力系统”，其中既包含可调负荷、储能和分布式能源等基础资源，也包含由这些基础资源进一步整合而成的微网、局域能源互联网等，可以灵活制定运行策略，或参与能够跨区域的电力市场交易获得利润分成，或参与电力辅助（如需求响应、二次调频等）获取补偿收益，并可使内部的能效管理更具操作性，实现发用电方案的持续优化。 表1：世界范围各阶段的典型虚拟电厂案例 世界范围内欧洲、北美、澳大利亚等国家和地区均已开展了虚拟电厂工程实践。欧洲、北美自2005年起开展虚拟电厂的研究实践，澳大利亚于2019年7月启动虚拟电厂示范工程。欧洲虚拟电厂建设的主要目标是提高分布式电源并网友好和智能互动性，以及打造持续稳定发展的商业模式。北美虚拟电厂建设的主要目标是通过自动需求响应和能效管理，提高综合能源的利用效率。澳大利亚虚拟电厂建设的主要目标是降低用电成本，为电网提供调频辅助服务。 中国虚拟电厂的发展主要经历了能效电厂、紧急切负荷、基于经济补贴的需求侧管理、新型“虚拟电厂”4个阶段。在第1阶段，通过对商业及民用建筑中制冷和照明设备、工业电机设备、家用器具等高耗能设备进行投资改造，提升这些设备的用电能效，并收取费用偿还贷款。在第2阶段，通过毫秒级的快速精准稳定控制切负荷，解决紧急情况下电力平衡出现大缺口的问题，以保障大电网安全稳定运行。在第3阶段，通过基于经济补贴、强制法律、营销宣传等手段的需求侧管理，调整用户用电模式，引导用户科学合理用电。在第4阶段，通过聚合可调节资源参与电网调控和市场运营，提升电力系统灵活调节能力。 表2：中国虚拟电厂发展经历四个阶段 1.3.虚拟电厂构成形式不尽相同 虚拟电厂根据组成结构可分为：电源型、负荷型、储能型、混合型。电源型虚拟电厂具有能量出售能力，可以参与能量市场，并视实际情形参与辅助服务市场。负荷型虚拟电厂具有功率调节能力，可以参与辅助服务市场，能量出售属性不足。储能型虚拟电厂可参与辅助服务市场，也可以部分时段通过放电来出售电能。混合型虚拟电厂则定位全能型选手。 表3：虚拟电厂按主要组成成分与对应特征分类 虚拟电厂按控制结构可分为集中和分散控制。集中控制结构，即分布式的发电、用电单元与虚拟电厂进行双向通讯，虚拟电厂掌握所有终端信息，并由其控制协调中心统一进行控制。其优势在于虚拟电厂可以简单地解决各个分布式单元的优化问题以满足市场需求；劣势在于需要进行双向通信，兼容性和拓展性受限，对控制协调中心信道宽度要求高。分散控制结构，即将虚拟电厂分为多个层次，存在多个层次的控制协调中心，每个协调控制中心处理下级的终端信息或控制协调中心信息，并将处理结果反馈至上一级的协控中心，形成一个多层次协调控制的分散控制结构的虚拟电厂。其优势在于能改善集中控制方式信道堵塞和兼容性差的问题；劣势在于仍需要存在一个顶端的控制协调中心以确保系统的经济性和安全性。 图3：VPP的集中控制结构 图4：VPP的分散控制结构 2.多因素催化之下，虚拟电厂发展进入快车道 2.1.驱动政策频繁落地，行业前景不断拓宽 十四五规划出台，奠定虚拟电厂发展基调。在风电、光伏等能源占比越来越高的趋势下，用于提升电网负荷弹性的虚拟电厂的重要性越来越突出。2022年1月，国家发改委、国家能源局印发《“十四五”现代能源体系规划》，要求引导大工业负荷参与辅助服务市场，鼓励电解铝、铁合金、多晶硅等电价敏感型高载能负荷改善生产工艺和流程，发挥可中断负荷、可控负荷等功能。开展工业可调节负荷、楼宇空调负荷、大数据中心负荷、用户侧储能、新能源汽车与电网（V2G）能量互动等各类资源聚合的虚拟电厂示范。规划提出，力争到2025年，电力需求侧响应能力达到最大负荷的3%～5%，其中华东、华中、南方等地区达到最大负荷的5%左右。 虚拟电厂入选科技创新示范工程，助力电力领域改革。虚拟电厂技术是新型电力系统技术的代表。十四五规划提出，要以源网荷储一体化项目、虚拟电厂等新模式新业态为依托，开展智能调度、能效管理、负荷智能调控等智慧能源系统技术示范，打造科技创新示范工程。虚拟电厂可服务于完善电力辅助服务市场机制的重点改革任务中，并被推动参与辅助服务、研究爬坡等交易品种、建立源网荷储一体化和多能互补项目协调运营和利益共享机制等任务。在机制不断完善、辅助服务市场不断健全的过程中，虚拟电厂行业将深度受益。 各级鼓励政策频出，省级方案开始落地。事实上，除十四五规划以外，虚拟电厂相关政策早已出现，政策层级从市级、省级到中央不一而足，且许多政策不仅仅是与虚拟电厂相关，更是以虚拟电厂为核心。以山西省为例，2022年6月发布的《虚拟电厂建设与运营管理实施方案》以虚拟电厂为核心，明确了虚拟电厂的技术要求、运营管理方式、建设与入市流程等，并对并网运行与运营管理制定了规范；2022年10月，政策继续出台，《山西省电力市场运营管理办法》规定虚拟电厂在按照市场注册管理制度，在电力交易机构完成注册程序并取得准入资格后，即可获得进入山西省电力市场进行交易的资格和权限。虚拟电厂的概念、市场生态、流程规范等不断明确，这将使虚拟电厂在规范化的基础上实现进一步发展。 表4:各级政策不断颁发、落地，刺激虚拟电厂快速发展 其他电力改革政策持续推进，对虚拟电厂形成长期利好。在直接利好虚拟电厂的政策之外，其他针对电力行业的改革将对虚拟电厂行业形成间接利好。电价市场改革将提高虚拟电厂的盈利能力。在电价改革之下，电力的商品属性逐步还原，价格更加反映真实的供求关系。我国电价显著低于国际平均水平，而虚拟电厂通过削峰填谷的电量价格进行分成，由此可以推断，在电价长期上行的过程中，虚拟电厂的盈利能力必将不断加强。更加成熟的能源现货市场将促进虚拟电厂成熟度提升。目前我国虚拟电厂主要处于邀约型阶段，参与电力现货交易比例仍然偏低，而更成熟的能源现货市场能有效刺激虚拟电厂从邀约型向市场型转变。在2019年8月，发改委印发《关于深化电力现货市场建设试点工作的意见》，此后电力现货市场建设加速推进，截至2022年11月1日，山西电力双边现货市场已运行一年半，南方电力现货市场已连续结算运行一周年，其他地区试点也在不断尝试。随着电力现货市场的不断成熟，虚拟电厂的成熟度将持续提升。 图5我国电价显著低于国际水平（单位：人民币/千瓦时） 图6山西电力现货市场发展迅速，是各地电力现货市场的代表 2.2.新能源发电量持续增长，入网需求带动虚拟电厂热度 我国新能源发电量持续增长，分布式能源地位显现。近十年来，我国风电、光电发电量迅速增长，其中风电年化增长率达26.45%，远超总体发电量增长率。在双碳目标等一系列政策加持下，未来风光发电增速将持续提高。随着风光发电量占比不断扩大，虚拟电厂削峰平谷的功能越发显著。此外，随着分布式光伏发电、电动汽车充电桩、风光储一体化充换电站等场景不断增多，分布式电源在电力系统中的地位开始显现。相比传统风光能源，分布式能源单位发电量小、绝对数量大、总体电能可观，而虚拟电厂是整合分布能源、与电网或负荷端集中交互、减少集群对电网冲击力度的关键环节。因此，虚拟电厂深度伴随新能源的发展与创新，其与新能源的深度利用密不可分。 图7近十年来，我国风电发电量高速增长 虚拟电厂参与源网荷储一体化，提高系统稳定性与效益。2021年2月，国家发改委、国家能源局发布《关于推进电力源网荷储一体化和多能互补发展的指导意见》，鼓励依托“云大物移智链”等技术，进一步加强源网荷储多向互动，通过虚拟电厂等一体化聚合模式，参与电力中长期、辅