电力设备：聚合提效靠虚拟电厂，新型电力系统迎腾飞机遇

行业评级：增持 华安证券研究所分析师：陈晓(S0010520050001)联系人：牛义杰（S0010121120038）2023年7月22日 核心观点 1、新型电力系统关键角色——虚拟电厂 ➢现存问题：碳中和目标下，光伏、风力发电量占比提升，但存在间歇性、波动性、随机性等天然特性，急需建设新型电力系统，解决低谷时段的消纳，尖峰时段的供给以及波动时段的调节问题。 ➢为什么是虚拟电厂？目前大量的分布式能源以及负荷侧可调节资源未纳入电力系统中，这些灵活异质资源虽然体量小，但是数量足够多，总量大，聚沙成塔。建立虚拟电厂来调动这些资源，则可以达到削峰填谷的目的。根据国网测算，假如削峰填谷需要满足5%的峰值负荷，投资虚拟电厂仅为传统火电厂的1/8-1/7，经济优势明显。 2、虚拟电厂核心作用——调控与聚合 ➢管理系统平台：虚拟电厂（VPP）本质上是一种智慧管理系统，它把分布式储能、可控负荷等分散的资源，通过云计算、大数据、信息通信等关键技术，聚合、协调、优化以成为可调度的控制单元，参与电网调度和电力市场交易，从而优化电力的资源配置。 ➢智能计量+协调控制+信息通信技术，结合AI提升响应速度，对分布式能源进行聚合、协调，灵活实现需求侧响应。 ➢精细化调控：调控技术是虚拟电厂的核心技术，调控技术越强，则自动化调库能力越强，资源的利用率和精细度就越高。调控技术依赖云计算、信息通信、物联网等技术的进步。 ➢聚合资源：按照聚合资源的类型，可以把虚拟电厂分为负荷类虚拟电厂和源能荷储一体化虚拟电厂。 ➢盈利模式：通过“削峰填谷”的补贴和参与电力市场交易获得利润。 ➢发展现状：目前我国虚拟电厂处于邀约型向市场型发展的阶段，多地开展试点项目。 核心观点 3、虚拟电厂2025/2030年投资规模分别805/1110亿，潜在市场空间约为784/1729亿，预计可节省440亿度电 ➢投资规模：2025/2030年最高电力负荷将达到16.1/22.2亿千瓦，按照5%的需求侧响应能力，到2025/2030年可调控负荷能力将达到0.805/1.11亿千瓦，投资成本按1000元/千瓦计算，虚拟电厂的投资规模约为805/1110亿元。 ➢市场空间：参考《广州市虚拟电厂实施细则》，根据测算，在辅助服务与电力市场交易两种模式下我们预测2025/2030年我国虚拟电厂市场空间为784/1729亿元。 ➢节省电量：根据预测，2025年的光电与风电发电量将达到1.37万亿千瓦时和1.21万亿千瓦时，2025年的弃光率和弃风率将下降到1%和2.5%，从而可节省电量空间达440亿度，相当于2022年上海一个季度的用电量。 4、投资建议：我们建议关注虚拟电厂聚合商以及软硬件服务商：国能日新（计算机组）、恒实科技、四方股份、国电南自、朗新科技（计算机组）、安科瑞、东方电子、科陆电子、威胜信息等。 5、风险提示：政策风险、我国分布式光伏及配电网投资不及预期、虚拟电厂推广进度不及预期、行业竞争加剧、现货市场建设进度不及预期、购售电价价差不及预期、辅助服务需求不及预期。 目录 一、趋势：虚拟电厂是新型电力系统发展关键角色二、核心：虚拟电厂核心功能是精细调度+聚合三、空间：2030年虚拟电厂市场空间达1729亿元四、重点公司五、风险提示 一、趋势：虚拟电厂是新型电力系统发展关键角色 1.1光伏、风力发电量占比快速增长，电力系统迎来挑战 ◼风电光伏发电量逐年增长，分布式光伏装机占光伏整体40%以上。为了实现碳达峰和碳中和目标，近年来我国大力支持风电及光伏装机，风电光伏发电量大幅提升，2023年第一季度，风力光伏发电量达3422亿千瓦时，同比增长27.80%，占全社会用电量16.1%。光伏发电累计装机量持续增长，分布式光伏累计装机量同步提高。截至2023年第一季度，我国光伏累计装机量达42522.2万千瓦（425.2GW），其中分布式光伏累计装机量达17632.4万千瓦（176.3GW），占光伏整体装机量的41.47%。◼风光新能源发电快速发展带来新的挑战。风光发电具有间歇性、波动性、随机性等特征，大规模接入电网会提高电力系统的调峰调频压力，加大频率稳定、电压稳定等方面的潜在安全隐患。 1.2光伏、风力发电增长势头强劲，不同地区利用率差距显著 ◼光伏风电装机占比逐年提升。根据能源局的统计，2022年全国发电装机容量达25.64亿千瓦，2017-2022年的CAGR达到了7.61%。其中，光伏发电的CAGR为24.69%，风力发电的CAGR为17.43%。相比2017年，2022年光伏风电的占比提高了13.02%。2023Q1，风电光伏新装机量为4357亿千瓦，占总新装机量的73.39%。 ◼弃风、弃光现象仍然存在，且区域异质性较大。根据全国新能源消纳监测预警中心的统计，2023年Q1我国的弃风率和弃光率分别为3.40%和2.00%，其中广东的弃风率和弃光率仅有0.01%，而河北的弃风率和弃光率分别达到了7.50%和4.30%。 1.3新型电力系统进入加速转型期 ◼新型电力系统目前在处在加速转型期，逐步实现“三步走”规划。基于我国资源禀赋和区域特点，以2030/2045/2060年为新型电力系统构建战略目标的重要时间节点，制定“三步走”路径，分步骤推进新型电力系统建设： ✓速转型期（当前至2030年）以支撑实现碳达峰为主——总体形成期（2030年至2045年）——巩固完善期（2045年至2060年）图表：新型电力系统“三步走”规划 1.4为什么选择虚拟电厂？灵活调度&经济性 ◼虚拟电厂可调动灵活异质资源，达到削峰填谷目的。目前大量的分布式能源以及负荷侧可调节资源未纳入电力系统中，这些灵活异质资源虽然体量小，但是数量足够多，总量大，聚沙成塔。建立虚拟电厂来调动这些资源，则可以达到削峰填谷的目的。 ◼相较传统火电厂，虚拟电厂经济优势明显。根据国家电网测算，通过火电厂实现电力系统削峰填谷，满足5%的峰值负荷需要投资4000亿元；而通过虚拟电厂，在建设、运营、激励等环节投资仅需500亿元至600亿元，虚拟电厂参与调峰成本优势明显。 1.5相关政策接连助力，虚拟电厂腾飞在即 ◼相关政策助力虚拟电厂发展。国家发改委、能源局在多能互补、新型储能、统一电力市场体系、电力现货市场、电力需求侧管理、电力负荷管理、新型电力系统等政策中，明确提出支持虚拟电厂发展。 二、核心：虚拟电厂核心功能是精细调度+聚合 2.1虚拟电厂的本质：调度与聚合 ◼虚拟电厂是一个调度电力资源配置、参加电力市场交易的管理系统平台。虚拟电厂本质上是一种智慧管理系统，它把分布式储能、可控负荷等分散的资源，通过云计算、大数据、信息通信等关键技术，聚合、协调、优化以成为可调度的控制单元，参与电网调度和电力市场交易，从而优化电力的资源配置。 ◼虚拟电厂的参与方包括基础资源、技术服务和电力需求方。虚拟电厂产业链上游是分布式能源和可控负荷的基础能源，前者包括分布式光伏、风电、水电等；后者包括充电桩、电动汽车等；中游是与系统平台相关的技术服务，例如物联网、云计算、AI技术等；下游则是居民、电力市场等电力需求方。 2.2核心技术：精细调控，依赖技术进步； ◼调控是虚拟电厂的核心技术。虚拟电厂必须具备资源采集能力、资源聚合仿真能力，从而了解整个社会的用电或发电特性，分析其调节能力，并将所有可用资源聚合起来进行模拟仿真。调控技术强，资源的利用率和精细度就越高。 ◼调控技术依赖云计算、信息通信、物联网等技术的进步。首先，虚拟电厂在运行过程中，会不断产生大量的资源配置数据和交易数据，因此需要云计算技术分析、预测电力负荷并进行调控，从而精准地完成相应分配。其次，虚拟电厂对上提供调控中心和电力交易市场的接口，对下执行资源配置，因此需要及时高效地处理通信信息。此外，虚拟电厂需要实现与各类型资源站的智能终端的交互，这些则需要依赖物联网的发展。 2.3聚合类型：负荷类、源能荷储一体化 ◼按照聚合资源的类型，可以把虚拟电厂分为两类。（1）负荷类虚拟电厂：虚拟电厂运营商聚合具备负荷调节能力的电动汽车、充电桩等市场化电力用户，并作为一个整体对外提供负荷侧灵活响应调节服务。（2）源能荷储一体化虚拟电厂：虚拟电厂聚合新能源发电电源、可调控负荷及配套储能项目，作为独立市场主体参与电力市场，不占用系统调峰能力，具备自主调峰调节能力，并可以为公共电网提供调节服务。源能荷储一体化虚拟电厂是未来发展方向。 2.4获利方式：响应辅助服务市场、独立参与电力市场 ◼目前国内虚拟电厂运营商或负荷聚合商主要通过参与辅助服务市场、电力市场交易来获得盈利。 ◼国内虚拟电厂实践主要是基于经济补贴的需求侧管理模式。虚拟电厂通过邀约和实时响应辅助服务市场的调峰、调频和调压等辅助服务来获取相应的经济补贴，根据需求响应指令来调控聚合的可调控资源来参与电网调度。 ◼虚拟电厂可以作为独立主体参与电力市场交易，通过市场价格与内部成本的价差获得收益。虚拟电厂可参与的交易品种包括峰谷电价、现货交易、中长期交易等，且可以结合可调控资源选择可参与的交易类型进行产品组合交易。随着电力现货市场的完善和市场交易品种的增加，虚拟电厂参与市场交易规模将不断增长。 2.5发展阶段：邀约型转向市场型，冀北、深圳走在前列 ◼虚拟电厂发展分为三个阶段，分别为邀约型、市场型和自主型。目前我国虚拟电厂处于邀约型向市场型发展的阶段，主要通过政府机构或电力调度机构发出邀约信号，由负荷聚合商、虚拟电厂组织资源进行削峰、填谷等需求响应。 ◼冀北虚拟电厂是国内首个虚拟电厂项目。2019年，冀北虚拟电厂示范工程成功投入运营，至今，已与3家运营商成功接入，汇聚了156个可调节资源，这些资源涵盖了蓄热式电锅炉、可调节的工商业用户等11类可调资源，总容量达35.8万千瓦，而调节能力则达到了20.4万千瓦。 ◼广东虚拟电厂是首个调度用户负荷参与电力现货市场盈利的案例。根据5月26日广东电力现货市场数据，深圳能源通过虚拟电厂参加调度尚呈新能源蛤地智能充电站的实验，将50千瓦时电量从0时转移至4时，平均度电收益0.274元。 三、空间：2030年市场空间达1729亿元 3.1预计2025/2030年虚拟电厂投资规模达805/1110亿元 ◼全社会用电量和最高电力负荷持续增长。从2020年到2022年，全社会用电量增长1.1万亿千瓦时，CAGR为7.23%，最高电力负荷增长2.14亿千瓦，CAGR为9.49%，预计2023年全社会用电量将达到9.15万亿千瓦时，最高电力负荷将达到13.7亿千瓦。 ◼2025年投资规模达805亿元。根据预测，2025/2030年最高电力负荷将达到16.1/22.2亿千瓦，按照5%的需求侧响应能力，到2025/2030年可调控负荷能力将达到0.805/1.11亿千瓦，考虑项目可行性，虚拟电厂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，虚拟电厂的投资规模约为805/1110亿元。 3.2预计2025/2030年虚拟电厂市场空间达784/1729亿元 ◼虚拟电厂潜在空间巨大。按照《广州市虚拟电厂实施细则》，需求响应分为邀约、实时两种类型，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。在辅助服务（依靠政府补贴）以及电力市场交易的模式下，我们预测2025/2030年我国虚拟电厂市场空间为784/1729亿元。 3.3预计2025年虚拟电厂可节省440亿度电 ◼总装机量、单位时间发电量和总发电量不断增长。2022年，我国光伏装机量与风电装机量分别达到3.92亿KW（392GW）和3.65亿KW（365GW），光电发电量与风电发电量分别为5033亿KWH和6867亿KWH，因此单位KW光伏、风电电站年发电量分别为1282KWH和1997KWH。随着技术进步和需求的增长，单位KW光伏、风电年发电量2025年预计到1400KWH和1900KWH，光伏、风电累计装机将分别达到8