pwc -能源新纪元系列：虚拟电厂行业趋势洞察篇 2024

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能源新纪元： 虚拟电厂行业 趋势洞察 目录 03 02 1. 背景： 中国电力结构发展现状 导言 2. 洞察： 虚拟电厂行业趋势 23 3. 服务： 全链服务护航能源企业 成功转型 08 能源新纪元系列：虚拟电厂行业趋势洞察 1 导言 在可持续发展浪潮中，能源转型成为全球寻求低碳发展 的共识。中国正积极推进“双碳”目标，加速构建新型 电力系统。面对新能源的间歇性、随机性、波动性，在 大范围内，大规模风光基地可使用特高压输电通道促进 消纳，并结合大型火电站予以调节；而在区域范畴，虚 拟电厂以其天然的资源聚合与调度特性，将成为区域电 力系统稳定运行的重要支持，通过释放源储荷资源内在 的调节潜力，促进新能源有效利用、推动能源结构优化， 实现成本、清洁、安全共赢的电力系统可持续发展，为 能源体系从化石燃料转向可再生能源保驾护航。 本文将根据虚拟电厂产业的发展趋势、最前沿的热点， 结合普华永道对当前国内虚拟电厂产业特点的分析，为 能源企业寻找制胜之道。 能源新纪元系列：虚拟电厂行业趋势洞察 2 1 背景： 中国电力结构 发展现状 能源新纪元系列：虚拟电厂行业趋势洞察 3 在新能源快速增长和用电负荷持续攀升的双 重压力下，传统的“源随荷动”电力系统正 经历着前所未有的挑战。截至2023年12月 底，我国累计发电装机容量达到约2.92 TW， 其中光伏和风电装机容量分别约为0.61 TW和 0.44 TW，风光装机总量占总发电装机容量的 36%。从发电量上看，2020至2023年间，预 计风光发电量以24%的年复合增长率迅猛上 升，而传统能源的增长速度则放缓至3.7%， 风光发电在总发电量中的占比也从10%上升 至15%。预计随着我国能源转型的持续加 速，到2035年，新能源发电量占比有望接近 50%。新能源的间歇性、随机性和波动性对 电网的调节能力提出了更高要求。 资料来源： IEA，中石化，国家能源局， 中电联 ，普华永道分析 7,614 7,721 1,191 0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000 16,000 18,000 单位：TWh 741 7,046 10% 2020 983 11% 2021 13% 2022 1,408 7,738 15% 2023E 2,074 7,627 21% 2025E 4,454 7,000 39% 2030E 6,340 6,985 48% 2035E 风光 传统电源 风光发电占比 2020-2035年中国风光发电量与传统电源发电量对比 同时，我国全社会用电总量和最高负荷屡创 新高，2023年最高用电负荷达到13.39亿千 瓦。刚过去的2024夏季，我国多地的连续40 多日高温天气对夏季负荷平衡带来了严峻的 挑战。在国家双碳转型、注重效率和推动新 质生产力的大背景下，仅仅依赖增加容量的 方式解决高峰负荷将难以为继。 单位：亿千瓦 12.13 12.90 13.39 0 5 10 15 20 2021 2022 2023 2025E 2030E 16.30 18.90 可调负荷 0.82 0.95 2025E 2030E CAGR: 4% 资料来源：国家能源局 2021-2030年全国电网统调最大用电负荷 能源新纪元系列：虚拟电厂行业趋势洞察 4 5% 5% 在这个过程中，可调节负荷资源的快速增长 为电力系统提供了新的可能性。随着非连续 性生产型工业的用电活动、第三产业用能、 工商业储能、电动交通等可调节性的用电需 求占比的提升，如何将用电负荷“挑战”转 化为灵活性调节“资源”，成为新能源实现 高效消纳和保障供需平衡的新方案，推动电 力系统从“源随荷动”逐步向“源荷互动” 的新模式转型。 与此同时，随着电力市场化机制的推进，价 格信号引导发电侧与负荷侧主动调节。而虚 拟电厂作为灵活性资源的聚合商和调节商， 通过响应价格信号，聚合与调节灵活性资源 保障电力系统稳定运营，将成为电力市场施 行调节能力的重要组成。 虚拟电厂的成熟模式 成熟模式下，虚拟电厂主要通过聚合负荷侧 资源，参与需求响应来实现源荷平衡，这种 方式相较于电源侧增加容量和储能侧增加灵 活性调节能力，更加注重对负荷侧存量资产 的再开发利用（如数字化驱动的节能降耗改 造从而让节能资源具备可聚合性），从而实 现需求侧灵活性资源的挖潜增效，展现出显 著的经济性和灵活性优势。 经 济 性 投资成本 元/w 灵 活 性 启停时间 h 爬坡速率 Pn/min 0.6-0.7 4-10 1-6% 2.6-3.5 2 8% 0.8 元/wh <0.1 100% 火电 电源侧 气电 电化学 储能 需求响应 0.2-0.4 0 瞬时 灵活性资源潜力凸显 能源新纪元系列：虚拟电厂行业趋势洞察 5 资料来源： 国家电网，普华永道分析 进阶模式下，虚拟电厂的调节能力不仅局限 于负荷侧，它还可扩展至电源侧。通过整合 各类电源侧资源，虚拟电厂作为发电主体参 与电力市场交易，统一响应价格信号以实现 电力产销平衡。进一步地，虚拟电厂的“聚 合”能力使其能够整合不同种类能源的特 性，如将经济性高但稳定性低的风光能源与 经济性低但稳定性高的调节型能源（如煤 电、气电、小水电、生物质发电）相结合， 打造既经济又稳定的能源产品，从而在电力 市场上获得竞争优势。 资料来源： 国家电网，普华永道分析 传统电源 高可控性 风电 光伏 火电/气电 经济性+++ 稳定性--- 经济性- 稳定性+++ 经济性++ 稳定性+++ 聚合电力产品 新能源电源 低可控性 虚拟电厂的进阶模式 虚拟电厂组合各类能源提供经济稳定性俱佳的产品 我国虚拟电厂发展目前正处于早期邀约型阶 段，相关机构组织用户侧参与需求响应，有 电网引导各方参与共同完成邀约、响应和激 励流程实现可调节负荷的有序用电，主要遵 从计划机制。随着电能量市场、辅助服务市 场的基本成型，虚拟电厂将迈向市场性阶段， 虚拟电厂聚合商将以类似于实体电厂的模式 主动响应市场价格信号，通过整合调度源、 储、荷类资源参与电能量市场和辅助服务市 场，促进源荷互动，保障电力系统稳定运行。 随着电力市场的日益完善，输电通道建设完 备、逐渐覆盖高频次、跨区域的电力交易需 求，虚拟电厂将发展到自主调度性阶段聚合 商将成为虚拟电厂的市场主体，去促进各类 聚合资源的参与力度和灵活性程度，高频跨 区域的价格信号，加速供需双方反馈，实现 即时的大范围的电力供需高效平衡。 能源新纪元系列：虚拟电厂行业趋势洞察 6 邀约型阶段 自主调度性阶段 市场性阶段 虚拟电厂 电网 邀 约 信 号 需 求 响 应 优 化 用 能 虚拟电厂 辅助服务市场 电能量市场 价 格 信 号 参与 市场 报价 可调节 负荷 储能 资源 虚拟电厂 成熟电力市场 高频、跨区 价格信号 自动 量化 交易 丰富的辅助 市场产品 可调节 负荷 储能 资源 分布式 发电 可调节 负荷 储能 资源 分布式 发电 整 合 调 度 优 化 用 能 整 合 调 度 优 化 用 能 整 合 调 度 计划机制 完全市场化机制 计划+市场双轨运行 调度 需求 指令 响 应 指 令 中国虚拟电厂发展阶段 现阶段虚拟电厂发展仍处于发展早期阶段： 机制尚在完善：成熟的管理机制是虚拟电厂 发展的前提。尽管在今夏多地连续30~40天 高温天气下，需求侧响应多次触发，并实现 可观经济收益，但仍旧为电网传统通知和结 算运营模式，而非虚拟电厂的市场预算，虚 拟电厂在电力系统中的应用机制尚未完全成 熟。 市场化水平仍在加强：用户参与度是衡量虚 拟电厂市场成熟度的关键。目前，用户对虚 拟电厂的认知度较低，参与意愿不强，续约 率不高。工商业用户仍缺乏能源管理意识， 尚未对自身灵活性生产活动进行挖掘并管理。 经济性是引导用户参与聚合的前提，而虚拟 电厂的重要盈利手段现货市场仍处于机制尚 不成熟，大部分计划交易，市场化交易比例 有限的阶段，经济性吸引力不足。现阶段虚 拟电厂市场主要依赖于让利策略，以培养用 户的认知和习惯为现阶段目标。 聚合方类型单一：多元化主体竞争是推动虚 拟电厂快速发展的核心动力。目前，负荷聚 合商多为购售电公司，基于其用电侧的渠道 能力，根据客户的用电特征聚合需求并提供 电网调节服务。然而，参与方式较为传统， 主要通过电话通知，缺乏高效、数字化的系 统平台支持。为加强虚拟电厂的调节作用， 需要推动参与方的多元化，包括引入更多的 技术服务提供商、能源管理公司以及大型能 源消费企业参与共同开发，提高聚合效率和 效益。 随着电力市场化改革的深入，虚拟电厂的商 业价值和市场竞争力有望得到进一步提升。 预计到2025年，虚拟电厂调节电量占全社会 用电量的比例将达到2%，到2030年将达到 5%。随着技术创新和成本降低，以及市场需 求和政策推动，虚拟电厂将有更大的市场空 间。 能源新纪元系列：虚拟电厂行业趋势洞察 7 示 意 图 2 洞察： 虚拟电厂 行业趋势 能源新纪元系列：虚拟电厂行业趋势洞察 8 趋势一 乘电改东风， 虚拟电厂迎来市场化 随着电力市场化改革的不断深化，市场交易 电量的占比持续提升，交易类型日益多样 化。新能源发电比例的稳步增长，特别是风 电和光伏的快速发展，正在激发辅助服务市 场和日内现货市场的活力，增强市场价格的 弹性，为虚拟电厂（VPP）的盈利模式提供 了更广阔的空间。 21,771 24,760 30,405 41,408 44,289 28,344 31,663 37,787 52,500 56,680 39% 42% 45% 60% 61% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 0 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000 电量（亿千瓦时） 市 场 交 易 电 量 占 全 社 会 用 电 量 比 例 2019 2020 2021 2022 2023 占全社会用电量比例 市场交易电量 非市场交易电量 全国市场交易电量占比持续增加 资料来源： 国家能源局、普华永道分析 从2017年到2023年，市场交易电量占比持续 增长。2023年，全国电力市场交易电量达到 5.7万亿千瓦时，同比增长7.9%，占全社会 用电量的61.4%，其中，中长期交易电量占 市场化电量比重超90%，其他现货市场、辅 助服务市场、容量市场和储能市场等虽然仍 处于起步阶段，但发展迅速。 能源新纪元系列：虚拟电厂行业趋势洞察 9 现货市场试运行启动: 广东成为首个启动现 货市场试运行的试点， 蒙西、浙江、山西、 山东、附件、四川和 甘肃首批试点 辅助市场与现货市场融合： 浙江实现调频、备用等辅 助服务市场同现货交易市 场联合优化、一体出清 非试点省份建设启动： 重庆、山西、宁夏、 青海、江西、冀南、 黑龙江等 第二批电力现货试点： 上海、江苏、安徽、 辽宁、河南、湖北等 6省市 辅助服务市场试运行启动： 国家能源局批复了东北、福 建、山西、新疆、山东、甘 肃、宁夏、广东8个能源监 管派出机构开展电力辅助服 务市场专项改革试点 实现首次结算运行： 首批中的7个省份采用“集中式” 市场模式，省内中长期市场采用差 价合约，省内现货交易采用“日前 市场+实时市场”的组合；而蒙西 采用“分散式”市场模式，中长期 交易合同采用实物合约，并在日前 和实时市场之间加入日内市场 2016 2017 2019.6 2019.9 2022 2021 国内电力辅助市场和现货市场建设进展 随着新能源发电比例的提高，辅助服务市场 的品类也在增加。传统的15分钟级辅助服务 已不足以应对高比例新能源电力系统的需求， 电网需要引入更精准的辅助服务来稳定运行。 预计辅助服务将增加多类分钟级、秒级产品， 并呈现出价格分化的趋势。日内市场正在逐 步完善，新能源在4小时至30秒的作用域内 将在日内市场激发高价格波动，推动日内市 场规模快速发展。 借鉴欧洲成熟的电力市场，丰富的电力交易 产品为虚拟电厂提供了广阔的盈利空间。电 力市场主要包括中长期市场、现货市场、调 频辅助市场和其他辅助市场四大类型，其中， 中国未来将重点发展现货市场、调频辅助服 务和其他辅助市场。 目前，中国的辅助服务主要由电网提供，以 火电作为主要调节资源，辅助服务市场已经 开展，但仍处于早期阶段，仅向部分地区、 部分参与对象开放，产品种类也较少。随着 未来电网将其保障作用日益市场化，虚拟电 厂作为潜力巨大的调节资源将实现更高的 收入。 能源新纪元系列：虚拟电厂行业趋势洞察 10 虚拟电厂的发展与电力改革呈伴随态势，随 着电力改革的持续深化，电力交易市场化水 平提高，虚拟电厂将加速迈入市场化阶段。 在从邀约阶段迈入市场性阶段，辅助市场与 电能量市场将逐渐成为虚拟电厂主要盈利点， 根据市场特性，聚合优质资源，选取优势地 区是当前阶段的布局重点。 欧洲电力市场类型 中长期 市场 中长期电 力衍生品 中长期市场 日内交易 日前交易 现货市场 频率控制 备用 （FCR） 频率恢复 备用 （FRR） 替代备用 （RR） 调频辅助市场 电网损耗 补偿 黑启动 服务 负荷跟踪 无功和 电压控制 其他辅助市场 能源新纪元系列：虚拟电厂行业趋势洞察 11 在邀约型阶段，虚拟电厂主要聚合负荷侧的 灵活性资源，组织大工业和工商业企业，参 与需求响应和能效优化，向电力系统提供调 节能力。在这一阶段，掌握稳定且可控的优 质资源，尤其是那些用电曲线平稳、可调节 比例高的资源，将成为虚拟电厂竞争力的关 键。优先选取风光发电占比高，峰谷价差较 大的地区，是虚拟电厂实现盈利的前提。 随着电力市场的成熟，虚拟电厂的业务范围 将从负荷侧扩展到电源侧和储能侧。聚合分 布式发电和储能资源，参与电能量市场和辅 助服务市场，将成为虚拟电厂的新盈利点。 在电能量市场中，度电成本低、可柔性控制 出力的资源是判断聚合资源是否优质的主要 标准。而在辅助服务市场中，响应速度同样 是资源竞争力的关键因素。 一般而言，虚拟电厂的盈利潜力受到多种市 场特征的影响，包括峰谷价差、分布式资源 的丰富程度、电能量市场的活跃度、价格信 号的明显性以及辅助市场的活跃度和品类的 丰富性。这些因素将直接影响虚拟电厂的盈 利水平，所以对于灵活性资源丰富、电力市 场进度较快的省份，可优先考虑虚拟电厂 布局。 各类虚拟电厂优势资源、优势市场特征 能源新纪元系列：虚拟电厂行业趋势洞察 12 优势市场特征 电能量交易活跃，价格信号明显 辅助市场活跃，品类丰富 分布式资源丰富 峰谷价差大 负荷侧 电源侧、储能测 优质资源特征 用电曲线和电量稳定 可控可调负荷比例高 可柔性控制出力 响应速度快 度电成本低 需求响应市场 能效优化 辅助市场 调峰 调频 其他辅助服务 电能量市场 中长期市场 现货市场 应用场景 邀约型阶段 市场性阶段 聚合对象 大工业、工商业企业 • 分布式发电 • 灵活机组（成本低，稳定性差）：风电、光伏 • 调节机组（成本高，稳定性强）：气电、煤电、生物质发电 • 储能 风光发电占比高 省份 累计分布式 风光能源 （MW） 平均峰谷价 差（元/度） 是否开展电力 现货市场 电力市场成熟程度 （交易量/电量-亿千瓦时） 2024年3月26日 实时现货市场波动性 (元/MHh) 虚拟电厂参 与市场类型 广东 14718 1.351 已正式运行 5754.1 226~617 波动性大 ● ● ● 山东 41352 0.892 第一批试运行 3947 -90~424 波动性大，负电价常态化 ● ● ● 河南 34898 0.851 第二批试运行 2358 - ● ● ● 江苏 27938 1.002 第二批试运行 3389 - ● ● ● 浙江 26931 0.966 第一批试运行 3363 - ● ● ● 安徽 19513 0.857 第二批试运行 1854 - ● ● ● 河北 23944 0.748 非试点运行 2109 - ● ● ● 江西 10337 1.012 非试点运行 910 - ● 山西 8215 0.49 已正式运行 1779 0~360 波动性大，0电价常态化 ● ● ● 湖北 7789 1.002 第二批试运行 1048 - ● ● ● 辽宁 4729 0.957 第二批试运行 2440.25 - ● 湖南 8572 1.012 非试点运行 1269 - ● ● ● 福建 8353 0.631 第一批试运行 970 - ● ● ● 上海 2496 0.499 第二批试运行 293 - ● ● ● 四川 515 0.822 第一批试运行 2172 - ● ● ● 陕西 6747 0.668 非试点运行 150 - ● ● ● 天津 1904 0.714 - 339 - ● ● ● 北京 1033 0.6 - 260 - ● 重庆 711 0.921 非试点运行 784 - ● ● ● ● 需求侧响应 ● 辅助服务 ● 电力现货市场 资料来源： 国家能源局、各地方电力交易所、普华永道分析 部分省份的分布式能源累计装机与电力市场条件可支持虚拟电厂发展 分布式风光能源多意味着可聚合资源多、调 节需求大，奠定了市场的素材与需求。电力 市场水平高意味盈利性水平。 对于能源丰富、电力市场发展成熟的市场， 峰谷价差大、已开展电力现货市场，建议优 先部署。 对于分布式能源资源有限或电力市场发展具 有潜力但尚未成型，可考虑待条件成熟后发 展。 能源新纪元系列：虚拟电厂行业趋势洞察 13 趋势二 多元玩家入局， 技术主导产业未来 虚拟电厂的产业链是一个涉及多个环节的复 杂系统，其核心在于通过先进的信息通信技 术和软件系统，实现对分布式发电（DG）、 储能系统、可控负荷、电动汽车等分布式能 源资源（DER）的聚合和协调优化。这一系 统能够作为一个特殊主体参与电力市场和电 网运行，提供管理和辅助服务。 在产业链的上游，主要涉及灵活性资源，包 括分布式电源如光伏和风电、充电桩、储能 设备以及可调负荷等。这些资源在当前阶段 尤为重要，尤其是在工业、建筑和交通领 域。中游则是虚拟电厂的运营平台，它基于 设备设施和技术能力，有效地组织和调度这 些分散的资源，并响应电力市场的价格信 号。产业链的下游则是电力需求主体，主要 由电网公司、售电公司和大型用户组成，其 中电网公司作为电网运营商，是电力市场的 重要买方，也是目前虚拟电厂的主要收入 来源。 能源新纪元系列：虚拟电厂行业趋势洞察 14