一、虚拟电厂概述
1、定义及分类
虚拟电厂（Virtual Power Plant,简称VPP）,其核心思想就是通过运用IOT、云服务、AI等信息技术和软件系统将分布式发电、需求侧和储能资源汇聚起来，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，同时作为主体参与电力市场。从资源端来看，虚拟电厂资源包括可控负荷、分布式电源、储能三类。虚拟电厂的发展是以三类可控资源的发展为前提的，分别是可控负荷、分布式电源与储能，以上三类电源在现实中往往糅合在一起，作为虚拟电厂的控制单元。
虚拟电厂资源的主要类型
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2、虚拟电厂运营模式发展阶段
按照发展阶段，可将VPP划分为合约型、市场型和自主型三大类。合约型（邀约型）阶段为虚拟电厂初始阶段，通过专项资金、特定合同、激励政策引导聚合商参与，完成邀约、响应和激励流程。在不同牵头单位和市场的驱动下，虚拟电厂的组织方式将逐步从邀约型转变为市场型，在市场型阶段主体通过参与电能现货市场、辅助服务市场获得收益。自主型阶段是高级发展阶段，将能实现跨空间自主调度，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整合而成的微网、局域能源互联网。
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二、虚拟电厂行业发展背景
1、虚拟电厂行业相关政策
从政策方面来看，近年来，国家出台相关政策推动虚拟电厂建设。2021年国务院发布的《2030年前碳达峰行动方案》中提出，引导虚拟电厂参与新型电力系统灵活调节。此后虚拟电厂政策催化显著加速。2022年《“十四五”现代能源体系规划》中提到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台的虚拟电厂示范。
虚拟电厂行业相关政策
资料来源：政府公开报告，公开资料整理
2、虚拟电厂发展技术背景
从技术端来看，主要包括计量技术、通信技术、智能调度决策技术、信息安全防护技术四类。精准的计量是虚拟电厂建立的基础，可靠的通信是虚拟电厂可靠生产的条件，智能调度决策技术是虚拟电厂发挥作用的重要保证，而信息防护技术是保证虚拟电厂稳定运行的底线思维。
国内外虚拟电厂核心技术
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相关报告：华经产业研究院发布的《2022-2027年中国电力行业市场调研及未来发展趋势预测报告》
三、虚拟电厂产业链
从产业链来看，虚拟电厂产业链包括上游基础资源、中游负荷聚合商、下游电力需求方。其中基础资源包括可控负荷、分布式能源、储能三类。虚拟电厂运营商包括负荷聚合商和技术服务商，负荷聚合商具有一定负荷资源优势，可以聚合零散负荷资源开展服务，技术服务商则主要依托软件开发、模型算法等方面的优势，可以为负荷聚合商提供技术服务，或者直接参与交易。电力需求方包括电网公司、售电公司、大用户等，其中以国网和南网为主的电网公司是电力市场的主要买方。
虚拟电厂产业链
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四、中国虚拟电厂行业现状
由于中国经济基本完成工业化进程、三产居民用电负荷成为新增负荷主体、叠加极端气象等因素，我国用电负荷特性持续恶化，主要表现为用电峰谷差拉大、尖峰负荷拔高且短暂、平均负荷率降低。相关数据显示，2021年中国全社会用电量为8.31万亿千瓦时，同比增长10.30%，继续保持增长态势。
2014-2021年全社会用电量情况
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从用电负荷方面来看，2021年全国主要电网最高用电负荷合计达到11.9亿千瓦，同比增长11%，用电负荷特性持续恶化。
2014-2021年全国主要电网最高用电负荷情况
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虚拟电厂是满足尖峰负荷的重要手段。随着用电负荷特性持续恶化，电网负荷尖峰短而高，如果单纯依靠增加电源来满足100%的负荷需求要付出极大的代价。根据国网测算，通过建设煤电机组满足其经营区内5%的峰值负荷，需要投资4000亿的电厂和配套电网，而通过发挥需求侧资源满足峰值负荷需求，投资规模仅约1/10，虚拟电厂的经济价值凸显。
满足5%峰值负荷不同投资方案对比
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五、全球及中国虚拟电厂行业竞争格局
1、中国虚拟电厂实践
目前我国江苏、浙江、上海、冀北等地均开展了虚拟电厂的实践，其中江苏主要参与的是需求侧响应市场，上海主要以聚合商业楼宇空调资源为主开展虚拟电厂试点，冀北主要参与华北辅助服务市场为主，从已开展的项目来看，目前已建的虚拟电厂平台水平参差不齐，没有统一的标准和接口，主要还是分散的不同市场主体自建虚拟电厂为主。
中国虚拟电厂实践案例
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2、中国虚拟电厂运营商企业布局
具体从参与企业来看，国内虚拟电厂运营商包括负荷聚合商与技术服务商两类。1）负荷聚合商，重点聚焦需求侧资源，通过预测需求侧的电力预测曲线，参与虚拟电厂项目，获得分成，如恒实科技。2）技术服务商，重点聚焦虚拟电厂软件平台建设，为电网公司构建信息化服务平台，如国电南瑞、国网信通等。
中国部分企业虚拟电厂布局概况
资料来源：公开资料整理
3、德国虚拟电厂Next Kraftwerk
从全球虚拟电厂市场来看，欧洲虚拟电厂发展起步较早，Next Kraftwerke是德国领先的虚拟电厂运营商，公司成立于2009年，是欧洲最大的虚拟电厂运营商之一，主营业务包括能源现货市场交易、电力销售、用户结算、虚拟电厂相关业务等。
Next Kraftwerke主要商业模式包括：1）将风电和光伏发电等可控性较差的发电资源直接参与电力交易，获取利润分成，并利用每15min一次的电力市场价格波动，调节分布式能源出力，实现低谷用电，高峰售电，获取最大利润；2）利用生物质发电和水电启动快、出力灵活的特点，参与电网的二次调频，获取电力辅助收益；3）利用微燃机、生物质发电等启动速度快、出力灵活的特点，参与电网辅助服务，获取收益。
Next Kraftwerke公司商业模式
资料来源：Next Kraftwerke官网，公开资料整理
凭借高超的资源聚合能力和多元商业模式,Next Kraftwerke营业收入实现较快增长。2020年公司营业收入达5.95亿欧元，与2019年7.35亿欧元相比有所下降。
2016-2020年Next-Kraftwerke公司营业收入
资料来源：Next Kraftwerke官网，公开资料整理
截至2022年第二季度，公司管理14414个分布式发电设备，包括生物质发电装置、热电联产、水电站、风光电站等，总体管理负荷规模达到10836MW。
2016-2021年Next Kraftwerke管理负荷规模
资料来源：Next Kraftwerke官网，公开资料整理
六、中国虚拟电厂发展规模预测
虚拟电厂2030年投资规模有望达到千亿级。根据《虚拟电厂市场发展前景及实践思考》一文中的测算，从可调负荷需求看，按照在全国构建不少于最大负荷5%的可调节负荷资源库，预计到2025年，需构建可调负荷资源库约7850万千瓦；到2030年底,由于可再生能源占比提高,需构建的可调负荷资源响应能力提高,按6%计算届时资源库容量约为10620万千瓦。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,预计2025年、2030年，虚拟电厂投资规模分别至少约为785亿元、1062亿元。
中国虚拟电厂投资规模预测
资料来源：《虚拟电厂市场发展前景及实践思考》，公开资料整理
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