【中睿行业分享】浅谈虚拟电厂

火世荣   2023-02-13 本文章4558阅读

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免责声明:本文内容仅供读者参考,不作为任何投资建议;股市有风险,投资需谨慎。



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什么是虚拟电厂


虚拟电厂是将不同空间的可调负荷、储能、微电网、电动汽车、分布式电源等一种或多种可控资源聚合起来,实现自主协调优化控制,参与电力系统运行和电力市场交易的智慧能源系统。


虚拟电厂顾名思义就是虚拟化的电厂,它不是一个真实的物理电厂,但起到了电厂的作用:1)发出电能,参与能量市场;2)通过调节功率来参与辅助服务市场调峰、调频等。虚拟电厂内部通过信息技术将发电、用电、储能等资源进行梳理聚合,与外部集控系统、管理平台配合进行协同控制、协同优化,实现数据分析、运行策略调整。虚拟电厂对外进行能量传输,根据市场变化需求进行碳市场、电力市场交易。因此,可以将虚拟电厂理解为一种能发挥电厂作用的某种“黑匣子”,它不需要新建一个电厂,但是对外既可以作为“正电厂”向系统供电,也可以作为“负电厂”接收系统的电力。


虚拟电厂只有分布式电源、储能和可控负荷等资源是远远不够的,其需要通过先进信息通信技术和软件系统,实现资源的聚合和协调协同优化,以作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行。虚拟电厂的核心思想是把各类分散可调电源、可控负荷、储能聚合起来,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,同时作为聚合主体参与电力市场




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为什么要发展虚拟电厂


风光发电出力的时序性和不稳定性成为虚拟电厂发展的摇篮。


风电光伏的出力曲线主要受光照和风力的影响,与传统能源烧多少燃料发多少电的模式完全不同,因此过去“源随荷动”的模式在风光接入比例快速提升后亟需改变,构建“源荷互动”的新型电力系统成为必然,加快发展灵活性资源成为实现“双碳”的关键一环。大家比较熟悉的灵活性资源包括储能和火电,这两个方向均是国家电力供应层面重点推进的方向,而虚拟电厂相较于这两类灵活性资源是更加新兴的领域,发展潜力巨大。



2010年我国风光发电量占比1%,火电发电量占比超过80%,而2021年风光发电量占比提升至10%,火电发电量占比下降至70%。传统电力系统电源稳定性强,因此电源作为调节资源,但新型电力系统下电源波动性增强,需要在负荷端寻找调节资源。电网对运行安全有着严格要求,而电网安全的首要目标就是保证发用电的实时平衡,需要发电侧的不断调节去拟合负荷曲线。


但是,新能源发电严重依赖于光照强度、风力强度等自然资源特性指标,具有随机性、间歇性和波动性的特点,对负荷的支撑能力不足。若规模化直接并入电网发电,将会对电网造成巨大冲击,威胁电力系统安全以及供电的稳定性。


另外,由于小型分布式新能源发电设施、储能设施、可控制用电设备、电动汽车等的持续发展普及,在用电侧,很多电力用户也从单一的消费者转变为混合形态的产销者,并且各类激增的大功率用电设备,如充电桩所消耗的电也让电网供应尖峰负荷时压力倍增,显然不能任由尖峰负荷“一哄而上”。因而,新的发用电势态下,“虚拟电厂”应运而生,为电力能源的安全高效利用开辟了一条新的路径



相较于刚才所提到的储能和火电,虚拟电厂的优势是其具备极强经济性。无论是储能还是火电,其作为调节资源都意味着需要大量资本投入进行基础设施建设,而虚拟电厂由于其根本是通过信息技术和软件系统来进行调节,因此其资本开支将远低于储能和火电。以火电为例,实现同样的发电出力水平,虚拟电厂的投资水平将是火电投资的1/10-1/8。


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虚拟电厂有哪些类型


根据虚拟电厂的实际组成与功能可以划分为电源型、负荷型、储能型、混合型4类:1)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;2)电源型虚拟电厂:具有能量出售的能力,可以参与能量市场,并视实际情形参与辅助服务市场;3)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;4)混合型虚拟电厂:全能型角色



国内由于分布式能源与储能尚未发展成熟,因此目前国内试点城市虚拟电厂主要是负荷型虚拟电厂。在国外案例中,各国各有特点,日本和德国以储能和分布式电源作为虚拟电厂的主体,美国则是以可控负荷为主,规模已占尖峰负荷的5%以上。


国家发改委、国家能源局在《“十四五”现代能源体系规划》中着重强调了可调负荷资源对于虚拟电厂的重要性。在“十四五”期间要大力提升电力负荷弹性,加强电力需求侧响应能力建设,整合分散需求响应资源,引导用户优化储用电模式,高比例释放居民、一般工商业用电负荷的弹性。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。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。


04

虚拟电厂如何盈利


虚拟电厂的收入来源主要分为三类:电力交易市场、辅助服务市场和容量市场。目前我国虚拟电厂试点基本为负荷型虚拟电厂,辅助服务收入是主要收入来源,即通过辅助电网进行调峰调频而获得的服务费。关于辅助服务市场空间,国家能源局根据国际经验估计辅助服务市场将会在全社会电费的3%以上,我国目前市场空间在百亿规模,预计到30年可以到千亿以上规模。


2022年11月25日,国家能源局发布的《电力现货市场基本规则(征求意见稿)》明确提到推动虚拟电厂作为市场主体参与交易。在现货市场中明确主体地位意味着虚拟电厂有望在电力交易市场获得持续平稳的收入。


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虚拟电厂的发展节奏


依据外围条件的不同和市场发展规律,虚拟电厂的发展阶段通常可分为邀约型阶段、市场化阶段、自主调度型阶段。


邀约型阶段:这是在没有电力市场的情况下,由政府部门或调度机构牵头组织,通过政府部门或电力调度机构发出邀约信号,各个聚合商、虚拟电厂参与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。


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或已建设成熟,虚拟电厂聚合商以类似于实体电厂的模式,基于自身商业模式分别参与这些市场获得收益。


自主调度型阶段:随着可聚合的资源种类越来越多、数量越来越大、空间越来越广,实际上可称之为“虚拟综合电力系统”,既包含分散各地的分布式能源、储能系统和可控负荷等基础资源,也囊括由这些基础资源进一步组合而成的微网、主动配电网、多能互补多能源系统、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,或参与需求响应、二次调频等电力辅助获取补偿收益,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。


我国虚拟电厂主要处于邀约型阶段,在邀约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。


当前我国以广东、江苏、上海等省市为代表的试点项目就是以邀约型为主,业务上称之为需求响应。广东省有较好的电力市场环境,该省发布了具体实施方案,按照需求响应优先、有序用电保底的原则,进一步探索市场化需求响应竞价模式,以日前邀约型需求响应起步,逐步开展需求响应资源常态参与现货电能量市场交易和深度调峰,有力促进源、网、荷、储友好互动,提升电力系统的调节能力,推动能源消费的高质量发展。


而由目前所处阶段进一步发展的关键在于虚拟电厂商业化的成熟,即盈利规则的确定。从当下情况来看,辅助服务市场的规则各试点在进行不断的修缮改进,容量市场规则目前还在讨论之中,电力交易市场的规则会随着电价机制向实时电价进化不断完善


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虚拟电厂的成功案例

国内虚拟电厂目前正处于“0→1”的发展阶段,大多均是通过试点的方式开展,目前包括电力运营商、充电桩运营商以及电力信息化企业均在积极的探索虚拟电厂可行的发展路径。


全球领先的虚拟电厂运营商为德国Next Kraftwerke虚拟电厂,Next Kraftwerke是德国一家大型的虚拟电厂运营商,同时也是欧洲电力交易市场认证的能源交易商,参与能源的现货市场交易。除了虚拟电厂相关的一切业务,从技术、电力交易、电力销售、用户结算等,同时也可以为其他能源运营商提供虚拟电厂的运营服务。截至2018 年,NextKraftwerke管理了超过6 854个客户资产,包括生物质发电装置、热电联产、水电站、灵活可控负荷、风能和太阳能光伏电站等,容量超过5 987 MW。Next Kraftwerke管理的单个客户资源平均只有0. 87 MW,单个资源规模偏小且零散,调度和交易难度大、成本高,很难通过市场获利。


Next Kraftwerke公司通过其高超的资源聚合能力和创新的商业模式,创造了惊人的发展速度和优异的经营业绩。2009年才成立的Next Kraftwerke公司目前员工总数149 人,实现销售收入3. 82 亿欧元,人均256万欧元,交易电量140 GW∙h。其主要盈利模式有3个:1)将风电、光伏等零或低边际成本的发电资源参与电力市场交易;2)利用每次15 min,每天96次的电力市场价格波动,虚拟电厂调节分布式电源的出力、需求响应,实现低谷用电、高峰售电,获取最大经济利润;3)利用微燃机、生物质发电等启动速度快、出力灵活的特点,参与电网的辅助服务,获取收益。


  • 笔者投资观点

尽管目前国内实际落地项目数量还很少,但考虑虚拟电厂充分适配“源荷互动”的新型电力系统,同时其作为最具经济性的灵活性调节资源,笔者认为在当下电力系统亟需改变的情形下,虚拟电厂的快速发展值得期待。


从投资角度打开,尽管基于我们对于虚拟电厂以及电力系统现状的深度研究,已经充分认知到虚拟电厂的适配性和紧迫性,但由于其产业端毕竟处于“0→1”发展阶段,新业态从出现到发展成熟势必会经历一段时间,因此难免股价在产业发展过程中产生波动。


具体到投资思路上,笔者认为有两种思路参与虚拟电厂投资:


1)在出现行业政策催化或公司项目具备外推可行性时,参与短线投资。该方式的好处是可以规避产业发展过程中的股价波动,而弊端是有可能错过产业发展和市场逐步建立认知所带来的股价上涨;


2)忽略短期波动,陪伴行业共同成长。让我们先来看看,承担这些波动可能会为我们带来多少收益,前文提到30年仅辅助服务市场规模会达到1000亿以上,考虑轻资产运营商业模式,盈利能力预计会比较强,假定净利率达到40%,那么30年仅辅助服务市场利润贡献就将达到400亿以上,按照20X的PE水平计算,有望支撑起累计8000亿市值,而目前积极参与虚拟电厂的电力信息化企业大多数市值都在百亿左右,可能的弹性不言而喻。


当然,对虚拟电厂进行长期价值投资的前提是建立超强信心,信心不仅来源于对虚拟电厂的了解,更需要深刻认知电力系统。长期投资或许代表着操作频率的减少,但不代表“躺着”,反而意味着需要更深刻理解电力系统并做更紧密的跟踪。







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中睿合银

中睿合银团队前身是成都鑫兰瑞,成立于2007年,2008年8月发行首只阳光私募产品,开启规范化的私募基金发展之路,至今十三年累计获得12项金牛奖,2021年荣获“WIND三年期最强私募奖”。


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