高校校園電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施建設(shè)方案研究

趙麗坤 李澤江

（北方工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，中國(guó) 北京 100144）

0 緒論

發(fā)展新能源汽車(chē)（主要指純電動(dòng)汽車(chē)）是解決國(guó)家能源安全、治理空氣污染、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重要途徑。北京2013年公布了“北京市空氣清潔行動(dòng)計(jì)劃”，發(fā)展新能源汽車(chē)成為該行動(dòng)的重要舉措之一。

當(dāng)前北京市私人領(lǐng)域新能源汽車(chē)推進(jìn)速度與期望有較大差距，充電設(shè)施不足是制約新能源汽車(chē)發(fā)展的重要因素。公共場(chǎng)所充電設(shè)施件事是減少消費(fèi)者“里程困擾”的必不可少設(shè)施。從國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)看，公共場(chǎng)所純電動(dòng)汽車(chē)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與商業(yè)運(yùn)作模式仍處于探索階段，如何吸引基礎(chǔ)設(shè)施投資者的參與，做好公共充電設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)，需要科學(xué)的分析和研究。

本項(xiàng)目針對(duì)充電設(shè)施的現(xiàn)實(shí)緊迫問(wèn)題開(kāi)展針對(duì)性研究，結(jié)合北京高校實(shí)際情況，結(jié)合電動(dòng)汽車(chē)充電模式的具體特點(diǎn)，提出一套完整的北京高校校園充電樁建設(shè)方案。

1 電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施及其發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)，我國(guó)北京、上海、天津、杭州、南京、深圳等城市相繼開(kāi)展電動(dòng)汽車(chē)充電站的建設(shè)工作。但目前已建、在建的電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施大多為示范性的充電站（樁），仍未實(shí)現(xiàn)規(guī)?；虡I(yè)運(yùn)營(yíng)。電動(dòng)汽車(chē)充換電站的建設(shè)具有很大的市場(chǎng)潛力，目前我國(guó)新能源汽車(chē)年銷(xiāo)量逐年增長(zhǎng)，從2009年的1000 輛增長(zhǎng)到2015年467000 輛。保有量預(yù)測(cè)發(fā)展勢(shì)如破竹，逐年快速增長(zhǎng)，為我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)充電樁建設(shè)打下良好基礎(chǔ)。

2 高校校園電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施建設(shè)模式分析

2.1 北京高校電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施建設(shè)現(xiàn)狀分析

2013年9月，北京市科委宣布，清華大學(xué)、北京理工大學(xué)、北京交通大學(xué)三所高校將設(shè)立電動(dòng)汽車(chē)租賃點(diǎn)，共計(jì)推出100 輛電動(dòng)汽車(chē)，供師生租賃。其中清華大學(xué)有50 輛電動(dòng)汽車(chē)，北京理工大學(xué)有30 輛，北京交通大學(xué)有20 輛。為了電動(dòng)汽車(chē)能及時(shí)充電，三所校園內(nèi)共安裝50 余根充電樁，每根充電樁可同時(shí)為兩輛電動(dòng)車(chē)充電。其中，清華大學(xué)有25 根充電樁，建設(shè)在清華大學(xué)科技院內(nèi)；北京理工大學(xué)有16 根充電樁，位于該校新信息樓東側(cè)空地；北京交通大學(xué)有10 根充電樁，位于該校電氣工程樓樓下。

目前，本市有4500 多輛電動(dòng)汽車(chē)，主要集中于環(huán)衛(wèi)、出租車(chē)公司等領(lǐng)域，未來(lái)這些領(lǐng)域中的充電樁也有望對(duì)私家電動(dòng)車(chē)開(kāi)放，推廣新能源汽車(chē)的使用。

2.1.1 北京理工大學(xué)

北京理工大學(xué)共有16 根充電樁，2 根一體式充電樁，（一體式充電樁解釋于下文）14 根交流充電樁（交流充電樁解釋于下文）。都配有小頂棚，保護(hù)充電設(shè)施免受天氣影響。

建設(shè)位于該校新信息樓東側(cè)空地，與魏公村路相隔。是電動(dòng)北京贊助。建設(shè)相對(duì)規(guī)整，2 排建設(shè)，2 排停車(chē)充電。由于14個(gè)交流充電樁每個(gè)有兩個(gè)充電口，可同時(shí)滿足2 輛電動(dòng)汽車(chē)充電，所以每個(gè)充電樁建設(shè)在兩個(gè)停車(chē)坪頂頭之間（如上圖）。每個(gè)車(chē)位配有停車(chē)安全杠，以保護(hù)充電樁。

2.1.2 北京交通大學(xué)

北京交通大學(xué)有11 根充電樁，2 根一體式充電樁，9 根交流充電樁，位于該校電氣工程樓樓下。

交流充電樁每個(gè)有兩個(gè)充電口，可同時(shí)滿足2 輛電動(dòng)汽車(chē)充電，所以每個(gè)充電樁建設(shè)在兩個(gè)停車(chē)位頂頭之間，每個(gè)充電樁沒(méi)有配備保護(hù)設(shè)施，但每個(gè)車(chē)位配有停車(chē)安全杠，以保護(hù)充電樁。

2.1.3 清華大學(xué)

清華大學(xué)有25 根充電樁，建設(shè)在清華大學(xué)科技院內(nèi)，清華園電動(dòng)汽車(chē)交、直流充電站作為智能服務(wù)平臺(tái)第一個(gè)正式上線運(yùn)行的示范站點(diǎn)完成了最后的調(diào)試工作。目前，智能服務(wù)平臺(tái)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)上線運(yùn)行，國(guó)網(wǎng)北京電科院全面開(kāi)展充電樁的升級(jí)改造工作，并先期在清華科技園充電站開(kāi)展示范運(yùn)營(yíng)。

清華大學(xué)是最早開(kāi)始校園充電樁建設(shè)的一所高校，其在科技園建設(shè)的充電樁設(shè)備完善，高效，不僅為校內(nèi)的電動(dòng)汽車(chē)充電，同時(shí)方便外來(lái)車(chē)輛，快速、便捷。

2.2 電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施建設(shè)系統(tǒng)及關(guān)鍵因素分析

2.2.1 電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施建設(shè)系統(tǒng)

電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施建設(shè)模式種類(lèi)繁多，無(wú)論哪種模式，其相應(yīng)的系統(tǒng)配置大體相同，所以在分析電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施建設(shè)模式之前，首先需要了解充電設(shè)施系統(tǒng)的具體構(gòu)成。具體如圖1 所示：

圖1 電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施建設(shè)系統(tǒng)

（1）配電系統(tǒng)。配電系統(tǒng)是充電設(shè)施建設(shè)電力源泉，它能為充電站提供所需的電源，不僅給充電機(jī)提供電能，而且要滿足照明、控制設(shè)備的用電需求，內(nèi)部建有變配電所有設(shè)備、配電監(jiān)控系統(tǒng)、相關(guān)的控制和補(bǔ)償設(shè)備。

（2）充電系統(tǒng)。充電系統(tǒng)是充電設(shè)施建設(shè)的核心部分，主要完成給電動(dòng)汽車(chē)充電功能。充電系統(tǒng)又可以細(xì)分為常規(guī)充電（慢速充電）、快速充電和機(jī)械充電（快速充電）三種充電方式。

（3）監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)用于監(jiān)控整個(gè)充電站的安全運(yùn)行情況，并完成管理情況的報(bào)表打印與監(jiān)控信息儲(chǔ)存等流程。

（4）標(biāo)示系統(tǒng)。標(biāo)示是指充電站一些基礎(chǔ)的指示信息，如警示牌、安全信號(hào)燈，警鈴，“安全通道”或“安全出口”標(biāo)示牌等。標(biāo)示系統(tǒng)是充電設(shè)施建設(shè)不可或缺的一部分，是維護(hù)其安全性和便捷性的重要系統(tǒng)。

2.2.2 電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施建設(shè)關(guān)鍵影響因素

電動(dòng)汽車(chē)充電樁建設(shè)就像建筑項(xiàng)目工程建設(shè)一樣，影響其建設(shè)因素頗多，需考慮周全方能使充電樁正常供給運(yùn)營(yíng)。影響電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施建設(shè)關(guān)鍵因素有：充電設(shè)施建設(shè)環(huán)境、充電設(shè)施建設(shè)成本和充電設(shè)施建設(shè)安全。

（1）充電設(shè)施建設(shè)環(huán)境。充電設(shè)施建設(shè)環(huán)境因素對(duì)充電樁建設(shè)影響很大，影響環(huán)境分為自然環(huán)境和建設(shè)環(huán)境。自然環(huán)境要求充電樁建設(shè)工作溫度要求-40℃～+70℃，相對(duì)濕度5%～95%，海拔高度≤1000m；特殊地區(qū)使用時(shí)，根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件在訂貨時(shí)指定。

建設(shè)環(huán)境包括建設(shè)面積是否允許充電樁建設(shè)。再有應(yīng)考量電動(dòng)汽車(chē)的保有量，在校園建設(shè)時(shí)，需考慮學(xué)校電動(dòng)汽車(chē)的擁有輛，杜絕一輛電動(dòng)車(chē)都沒(méi)有而充電樁建設(shè)繁多，造成供過(guò)于求的現(xiàn)象，此現(xiàn)象是對(duì)充電設(shè)備的浪，充電樁建設(shè)要考慮這方面的環(huán)境因素。

（2）充電設(shè)施建設(shè)成本。建設(shè)成本是影響充電樁設(shè)施建設(shè)的有一大因素，充電樁雖然快速發(fā)展，但在市面上還不是很普遍，缺乏明晰的商業(yè)模式支撐，充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本極高，充電接口標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一難題，這些都是擺在充電樁建設(shè)者眼前的荊棘。但學(xué)校是否愿意考慮投入大量資金建設(shè)充電樁，這取決于充電樁的建設(shè)成本本，通過(guò)前文對(duì)高校充電樁建設(shè)的調(diào)查，筆者發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有一所高校是真正自己研發(fā)建設(shè)充電樁的，都是與電動(dòng)北京公司合作協(xié)同建設(shè)。

（3）充電設(shè)施建設(shè)安全。安全包括充電樁使用安全和周邊涉及安全。

充電樁使用安全是項(xiàng)目建設(shè)必須考慮的因素，人必須在安全的前提下去使用充電樁設(shè)施，所以變電所應(yīng)設(shè)置安全嗣欄、警示牌、安全信號(hào)燈及警鈴。

周邊涉及安全，充電樁設(shè)施的建設(shè)是否影響了周?chē)巳喊踩┤绯潆姌督ㄔO(shè)在教學(xué)樓側(cè)，電動(dòng)汽車(chē)必須要經(jīng)過(guò)教學(xué)樓門(mén)口方可到達(dá)充電場(chǎng)所為車(chē)充電，車(chē)流不息將對(duì)在上下課期間學(xué)生的人身安全造成高概率威脅。

2.2.3 高校校園電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施建設(shè)模式

基于影響充電樁建設(shè)的關(guān)鍵因素分析，筆者將對(duì)高校校園電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施建設(shè)模式研究，首先筆者總體羅列了高校充電樁建設(shè)的思路流程，如圖2 所示。

圖2 高校充電樁建設(shè)思路流程圖

（1）校園環(huán)境調(diào)查及確定。高校校園電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施建設(shè)模式首先從校園環(huán)境入手分析，要建設(shè)充電樁的高校一年氣候溫度自然環(huán)境是否滿足充電樁正常運(yùn)營(yíng)工作條件，其次調(diào)查要建設(shè)充電樁高校的面積和空地占有率以及學(xué)校未來(lái)建設(shè)規(guī)劃是否考慮充電樁建設(shè)。最主要一點(diǎn)要調(diào)查校園及周?chē)妱?dòng)汽車(chē)的保有量，畢竟我國(guó)是個(gè)提倡綠色發(fā)展的國(guó)家，有電動(dòng)汽車(chē)才使得建設(shè)充電樁有意義，切忌供大于求造成資源浪費(fèi)。這些因素在充電站建設(shè)初期都要滿足，不然會(huì)制約充電樁后期建設(shè)。

（2）校園選址選擇及確定。確定校園環(huán)境滿足充電樁建設(shè)后，接下來(lái)建設(shè)者將要對(duì)充電樁建設(shè)進(jìn)行選址以及定址。學(xué)校適合充電樁建設(shè)的地點(diǎn)頗多，沒(méi)有人能在沒(méi)合理依據(jù)的情況下就信口雌黃確定某個(gè)位置更適合充電站建設(shè)，所以這個(gè)階段需要確定多個(gè)方案即：A 建設(shè)位置、B 建設(shè)位置、C 建設(shè)位置等等，建設(shè)者需在多種方案中確定一種或多種進(jìn)行充電樁建設(shè)。建設(shè)者需確定建設(shè)地址。

圖3 選址定址流程圖

（3）充電系統(tǒng)模式選擇及確定。充電系統(tǒng)模式有四大系統(tǒng)：配電系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和標(biāo)示系統(tǒng)。

配電系統(tǒng)根據(jù)選址低成本原則，選擇配電室直接供電或嫁接供電。

充電系統(tǒng)即充電樁，依據(jù)學(xué)校電動(dòng)汽車(chē)和周邊汽車(chē)流通量增加或減少充電設(shè)備的建設(shè)。

監(jiān)控系統(tǒng)是保證充電樁安全的系統(tǒng)，根據(jù)學(xué)校安全程度選擇配備與不配備。

標(biāo)示系統(tǒng)，保證充電樁正常運(yùn)營(yíng)的指示系統(tǒng)，該系統(tǒng)高校都應(yīng)具有，并遵循方便易懂原則建設(shè)。

（4）充電方式選擇及確定。提到了3 種充電方式：慢充電樁、快充電樁、快換充電。這三種都可以同時(shí)建設(shè)在高校內(nèi)，使充電方式多樣化，滿足不同電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主需求，但也可以根據(jù)學(xué)校資金力量及電動(dòng)車(chē)的流通量相應(yīng)合理選擇建設(shè)。

（5）建設(shè)模式選擇及確定。電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施建設(shè)模式分為兩種：落地式充電樁和壁掛式充電樁。

3 實(shí)例分析

本文以北京市屬高校北方工業(yè)大學(xué)為例，對(duì)高校校園電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施建設(shè)模式的具體實(shí)施過(guò)程進(jìn)行實(shí)和驗(yàn)證。

3.1 校園環(huán)境調(diào)查及確定

高校校園電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施建設(shè)模式首先從校園環(huán)境入手分析。北方工業(yè)大學(xué)位于北京城西，東接西五環(huán)，周邊交通流通量比較大。西臨中關(guān)村國(guó)家自主創(chuàng)新示范區(qū)石景山園區(qū)，北倚西山，溫度，濕度和相對(duì)海拔適宜充電樁建設(shè)。占地面積500 余畝，建筑面積40 萬(wàn)平方米，留有足夠空間進(jìn)行充電樁建設(shè)。校園擁有電動(dòng)汽車(chē)，對(duì)充電樁有一定需求，其建設(shè)使擁有電動(dòng)汽車(chē)人群得到更為方便快捷的充電體驗(yàn)。

通過(guò)分析，可以確定北方工業(yè)大學(xué)的校園環(huán)境適宜充電樁建設(shè)。

3.2 校園選址選擇及確定

確定校園環(huán)境滿足充電樁建設(shè)后，接下來(lái)建設(shè)者將要對(duì)充電樁建設(shè)進(jìn)行選址并定址。北方工業(yè)大學(xué)充電樁建設(shè)將考慮充電設(shè)施建安全原則、方便原則、成本低原則三方面因素，提出三種建設(shè)方案：A、B、C位置方案。

（1）A 位置建設(shè)分析。A 位置位于地下停車(chē)場(chǎng)入口右側(cè)，與八角東街相隔，交通很便利，容易找到，但空間狹小，建設(shè)少量充電設(shè)施可以，大規(guī)模建設(shè)將造成不便，甚至?xí)⑿@交通主干道堵塞。可作為定址地點(diǎn)。

（2）B 位置建設(shè)分析。B 位置位于宿舍9 公寓后面，與西五環(huán)相隔，離校門(mén)口偏遠(yuǎn)，不容易找到，但如果相對(duì)的標(biāo)示系統(tǒng)做的好也會(huì)彌補(bǔ)這方面不足。大規(guī)模規(guī)劃建設(shè)充電設(shè)施空間足夠，不管是現(xiàn)在的小規(guī)模建設(shè)還是以后的大規(guī)模建設(shè)，場(chǎng)地所具有的條件是滿足的。而且離學(xué)校的變電室很近，使其通電方便，所需通電成本低?？勺鳛槎ㄖ返攸c(diǎn)。

（3）C 位置建設(shè)分析。C 位置位于北方工業(yè)大學(xué)地下停車(chē)場(chǎng)，這是汽車(chē)主要集聚地方，在此建設(shè)充電設(shè)備集中充電將是很好的選擇。可作為定址地點(diǎn)。

3.3 充電系統(tǒng)模式選擇及確定

配電系統(tǒng)，B 位置緊挨北方工業(yè)大學(xué)配電所可直接供電。A、C 位置可以選擇嫁接配電。

充電系統(tǒng)即充電樁，A 位置由于地面空間狹窄可配置2-4個(gè)充電設(shè)備。B、C 位置空間大，可配置4+充電樁設(shè)備。

監(jiān)控系統(tǒng)，由于北方工業(yè)大學(xué)資金雄厚，必須配有監(jiān)控系統(tǒng)，方便監(jiān)管。

標(biāo)示系統(tǒng)，保證充電樁正常運(yùn)營(yíng)的指示系統(tǒng)，該系統(tǒng)高校都應(yīng)具有，并遵循方便易懂原則建設(shè)。

3.4 充電方式選擇及確定

慢充電樁、快充電樁和快換充電，這三種都可以同時(shí)建設(shè)在高校內(nèi)，使充電方式多樣化。C 位置位于地下停車(chē)場(chǎng)，此處汽車(chē)大多數(shù)都是過(guò)夜車(chē)，可以選擇慢充電樁，同時(shí)使耗電成本降低。相對(duì)應(yīng)的A、B 位置位于地面上流動(dòng)性比較大可選擇快充電方式或快換充電方式。

3.5 建設(shè)模式選擇及確定

C 位置位于地下停車(chē)場(chǎng)，空間有限，可選擇壁掛式充電設(shè)備，由于地下停車(chē)場(chǎng)結(jié)構(gòu)構(gòu)造都有支撐柱，方便壁掛。相對(duì)應(yīng)的A、B 位置位于地面上沒(méi)有立柱，如果選擇壁掛式，還需要建設(shè)者建設(shè)立柱以便充電設(shè)備壁掛，及增加了建設(shè)成本還施設(shè)維修困難，所以A、B 位置可選擇落地式充電樁。

4 結(jié)論

我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技迅猛進(jìn)步，致使高校充電樁建設(shè)的快速發(fā)展建設(shè)模式逐漸成熟。通過(guò)對(duì)具備有充電樁建設(shè)的學(xué)校進(jìn)行調(diào)查研究分析，得到了充電樁的建設(shè)方法。在高校建設(shè)充電樁首先要分析影響其建設(shè)的因素，合理避免不利因素。通過(guò)對(duì)環(huán)境分析進(jìn)行選址，并根據(jù)地點(diǎn)建設(shè)確定建筑模式，完成校園充電樁建設(shè)。高校作為充電樁建設(shè)場(chǎng)所只是個(gè)搖籃，是充電樁建設(shè)的源泉，如果充電樁不能向校園外普及發(fā)展，充電樁未來(lái)將會(huì)被局限。充電樁走出校園向居民區(qū)發(fā)展，需要得到居委會(huì)及物業(yè)的大力支持；向公共場(chǎng)所逐步蔓延、滲透，需得到社會(huì)相關(guān)行業(yè)支持，這也是目前及未來(lái)我們面臨急促解決的問(wèn)題。

［1］范永根.電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施規(guī)劃和建設(shè)的探 討[J].華東電 力，2010，38(11)：71-74.

［2］藩海.針對(duì)我區(qū)電動(dòng)汽車(chē)充電樁建設(shè)方案的探討[J].電力建材，2011，8(6)：33.