全球及中国虚拟电厂行业现状及发展趋势分析,国内发展蓝海广阔「图」-不锈钢3D打印工厂

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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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资料来源:公开资料整理

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

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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

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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

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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

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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

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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

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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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