第二章 商业模式和技术发展

2.1 产业链

虚拟电厂的产业链由上游基础资源、中游系统平台和下游电力需求方共同构成。分布式电源、储能、可控负荷的发展共同构成了虚拟电厂上游的基础资源，重点应用于包括工业、建筑和居民领域。在实践中各类资源混合杂糅，发展出微网、局域能源互联网等形态，作为虚拟电厂的次级控制单元。中游资源聚合商主要依靠物联网、大数据等技术，整合、优化、调度、决策来自各层面的数据信息，实现虚拟电厂核心功能——协调控制，是虚拟电厂产业链的关键环节。产业链下游为公共事业企业（电网公司）、能源零售商（售电公司）及一切参与电力市场化交易的主体，实现电力交易、调峰调频和需求侧响应的参与并获取收益。

图：虚拟电厂产业链

资料来源：资产信息网 千际投行 东吴证券

上游

虚拟电厂上游基础资源主要包括可调负荷、分布式电源和储能设备。可调负荷的重点应用领域主要包括工业、建筑和居民等，不同应用场景负荷可调潜力差异较大。分布式电源指用户现场及附近配置较小的发电机组，包括小型燃机、小型光伏和小型风电、水电、生物质、燃料电池等一种或几种组合。储能设备可分为机械储能、化学储能、电磁储能和相变储能。

中游

中游资源聚合商主要依靠互联网、大数据等，整合、优化、调度、决策来自各层面的数据信息，增强虚拟电厂的统一协调控制能力，是虚拟电厂产业链的关键环节。

下游

产业链下游为电力需求方，由电网公司、售电公司和大用户构成。电网公司作为电网运营商，是电力市场的重要买方。售电公司包括独立售电公司、拥有配网运营权的售电公司和电网领域的售电公司。大用户主要指B 端可直接参与电力批发市场交易的工商业电力大用户，各省从用电量、电压等级、产业类别等方面设计各自的大用户标准。

2.2 商业模式 

国内：各地试点出台，缺乏顶层设计

一体化的虚拟电厂依托分散式电源、分散式负荷和成熟的电力现货市场。当前我国试点的虚拟电厂多为负荷类虚拟电厂，分散式电源的上网仍严重不足，本质原因在于（1）地方的配电网建设尚不健全，（2）市场化的电力交易机制尚不健全，虚拟电厂的盈利性受到限制。

随着我们分散式风电、分布式光伏大发展，我国配电网大投资也有望迎来高增，承担电力辅助服务、调峰调频的电力交易机制日趋成熟，顶层设计有望加速到来。

图：市场化需求响应交易品种

资料来源：资产信息网 千际投行 东吴证券

以广州为例。广东市场化需求响应包括日前邀约需求响应、可中断负荷交易和直控型可调节负荷竞争性配置交易。日前邀约需求侧响应价格上下限为3500元/MWh和70MWh；可中断负荷交易调用价格为5000元/MWh和70元/MWh；直控型可调节负荷竞争性配置交易价格上下限为25-40元/KW/月和0元/KW/月。

欧洲：聚焦分布式发电资源，参与电力交易获取收益

欧洲虚拟电厂聚焦发电侧，聚合资源参与电力交易或辅助服务实现降本增效。欧洲在新能源发电和装机上领先全球，20 世纪初，欧洲大力淘汰和限制煤炭发电，同时风电、太阳能等可再生能源发电成本持续下降并逐渐实现平价上网。根据欧盟统计局，截至 2020 年，欧盟可再生能源发电量占比达到 38%。由于欧洲发电资源较为分散，早期虚拟电厂主要聚焦于电力供给侧，聚合发电资源，帮助可再生能源稳定并网，协调发电功率。

图：欧洲电力产业链组成

资料来源：资产信息网 千际投行 ClearEnergyWire

从收益方式的角度看，一方面，虚拟电厂能够帮助发电企业降低不必要的发电成本或负电价带来的损失，并从中获取服务费分成；另一方面，虚拟电厂可以直接参与电力现货交易和辅助服务，优化双边交易，获取辅助服务及电力交易收益的分成。

美国：聚焦用户侧资源，获取辅助服务补偿

美国虚拟电厂脱胎于需求侧响应，聚焦负荷端资源统一调配。由于美国电价过去 20年上涨了 59%，且美国太阳能资源丰富，因此在大量政府补贴和激励政策下，家用光伏系统逐渐成为消费者降低电价成本的替代选择，从而实现电力的自发自用。。随着户用光伏等需求量的增长，美国逐渐开始实行需求侧响应，以应对用电高峰时期的供应紧张情况，并逐渐将需求侧响应演化为虚拟电厂计划。

具体表现为，能源零售商开展虚拟电厂计划，通过提供低价储能电池或现金，换取家庭一部分电力的控制权，必要时给零售商提供电力，零售商的虚拟电厂聚合这些储能并在用电峰期提供给需要的用户，从而获取辅助服务收益。

2.3 技术发展

各国开发的虚拟电厂各有特色，但总结各国虚拟电厂项目的运作模式和架构后，各国虚拟电厂所运用的核心技术具有很强的相似性。虚拟电厂的技术支撑主要包括：

计量技术：精确地计量用户侧电、热、气、水等耗量，建立精准的能源网络供需平衡，为虚拟电厂的调度、生产提供依据； 

通信技术：控制中心接收各子系统的状态信息、电力市场信息、用户侧信息等，并根据这些信息进行决策、调度、优化；目前可利用包括互联网、虚拟专用网、电力线路载波、无线通信等技术，在此基础上还需要开发虚拟电厂专用的通信协议和通用平台； 

智能调度决策技术：各子系统的统筹优化调度是虚拟电厂实现分布式能源的消纳及保障电网安全、高效、稳定运行的关键；控制中心需要收集、处理的信息包括：用户的需求信息、各子系统运行信息、电网调度信息、电力市场价格信息以及影响分布式电厂的天气、风能、太阳能等信息；根据收集的信息，控制中心需要建立完善的数学模型及优化算法；

信息安全防护技术：虚拟电厂与各个分布式能源站的工业控制系统、面向用户的用电信息系统、公开的市场营销信息系统、电网的调度信息系统都存在接口，需要做好系统安全防护、强化边界防护、提高内部安全防护能力，保证信息系统安全；在当前针对工业控制系统的安全防护技术和面向用户的用电信息系统防护技术基础上，发展与虚拟电厂相适应的大型综合用电信息系统安全技术也是未来虚拟电厂发展的关键。

图：虚拟电厂关键技术和研发探索

资料来源：资产信息网 千际投行 东北证券

通过对国内虚拟电厂行业的各个专利申请人的专利数量进行统计，排名前列的公司依次为：国电南瑞、许继电气、科陆电子、易事特、特锐德、远光软件、万里扬、国电南自、东土科技等。

图 上市公司专利数量 TOP 10

资料来源：资产信息网 千际投行 iFinD

2.4 政策监管

行政监管部门

（1）国家发改委：推动实施创新驱动发展战略。会同相关部门拟订推进创新创业的规划和政策，提出创新发展和培育经济发展新动能的政策。会同相关部门规划布局国家重大科技基础设施。组织拟订并推动实施高技术产业和战略性新兴产业发展规划政策，协调产业升级、重大技术装备推广应用等方面的重大问题。

（2）国家能源局：负责起草能源发展和有关监督管理的法律法规送审稿和规章，拟订并组织实施能源发展战略、规划和政策，推进能源体制改革，拟订有关改革方案，协调能源发展和改革中的重大问题。组织推进能源重大设备研发及其相关重大科研项目，指导能源科技进步、成套设备的引进消化创新，组织协调相关重大示范工程和推广应用新产品、新技术、新设备。

自律协会

中国电力企业联合会：深入开展行业调查研究，提出对电力行业改革与发展的政策和立法建议，参与制定电力行业发展规划、产业政策、行业准入条件和体制改革工作；制定并监督执行行业约规，建立行业自律机制，推动诚信建设、规范会员行为、协调会员关系、维护行业秩序。

行业政策

资料来源：资产信息网 千际投行