城市汽車應(yīng)急充電站物流規(guī)劃成本影響研究

茅以正

摘要：由于電動(dòng)汽車的環(huán)保節(jié)能，電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)近年來(lái)越來(lái)越受到國(guó)家的扶持與人民的關(guān)注。文章分析了電動(dòng)汽車應(yīng)急充電的相關(guān)規(guī)劃原則，并提出建設(shè)充電站物流規(guī)劃的成本影響因素。

關(guān)鍵詞：充電站；成本

一、引言

從1978年后的30年里，人民生活水平發(fā)生了翻天覆地的變化。富裕的經(jīng)濟(jì)和快速的城市化進(jìn)程帶來(lái)了機(jī)動(dòng)車保有量的不斷增加，據(jù)公安部交管局統(tǒng)計(jì)，截至2017年3月月底，中國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量已經(jīng)超越3億輛，其中汽車達(dá)2億輛，僅次于美國(guó)的2.53億輛，位居世界第二。伴隨著機(jī)動(dòng)車的增長(zhǎng)，石油等一些不可再生能源大量的消耗，二氧化碳及其他污染氣體的排放對(duì)環(huán)境造成的破壞加劇，而根據(jù)環(huán)保部部長(zhǎng)提供了一組數(shù)據(jù)：2016年北京31.3%、上海29.2%、杭州28%的細(xì)顆粒物均來(lái)自機(jī)動(dòng)車。為了減少機(jī)動(dòng)車尾氣排放，國(guó)家正在大力推動(dòng)純電動(dòng)汽車的發(fā)展。然而，作為一種新興的交通工具，純電動(dòng)汽車的續(xù)航已經(jīng)成為了制約其發(fā)展的瓶頸之一。并且隨著我國(guó)純電動(dòng)汽車保有量的快速增長(zhǎng)，落后的充電基礎(chǔ)配套設(shè)施已無(wú)法滿足電動(dòng)車輛的充電需求，大力建設(shè)公共充電網(wǎng)絡(luò)己經(jīng)成為電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)取得長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和重要保障。

二、問(wèn)題描述

本文研究的城市汽車應(yīng)急充電站選址布局為：在給定區(qū)域內(nèi)，備選充電站點(diǎn)和需求點(diǎn)的地理位置已知，不同需求點(diǎn)的所包含的充電需求不同，要求合理選擇備選充電站點(diǎn)的位置數(shù)量和內(nèi)部充電樁的數(shù)量，在滿足所有用戶都能完成應(yīng)急充電的需求下，使得充電站的投資成本最小。

三、規(guī)劃原則

1. 經(jīng)濟(jì)性原則是必須首先考量的，電動(dòng)汽車充電站的建設(shè)選址是屬于城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，必須要考慮成本，且在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中不能持續(xù)性虧損，否則該建設(shè)就會(huì)勞民傷財(cái)，可能空閑久了還會(huì)帶來(lái)安全隱患。所以在對(duì)充電站建立模型時(shí)要考慮該充電站的選址建設(shè)是否經(jīng)濟(jì)。經(jīng)濟(jì)性原則就是要求在保證用戶能充上電的前提下，盡量降低成本。對(duì)于充電站來(lái)說(shuō)需要符合選址、建站、服務(wù)這三方面的經(jīng)濟(jì)性。

2. 用戶適用性原則就是電動(dòng)汽車充電站的選址建設(shè)必須要滿足用戶的需求。用戶的需要主要有用戶的需求量、距離需求和排隊(duì)需求這三個(gè)方面。

用戶的需求量在已有的文獻(xiàn)中，預(yù)測(cè)是以地區(qū)劃片的方式來(lái)進(jìn)行的。再有對(duì)需求量的分布確認(rèn)大多是以燃油汽車的出現(xiàn)數(shù)據(jù)來(lái)統(tǒng)計(jì)推測(cè)電動(dòng)汽車的出行規(guī)律，還有是以片區(qū)內(nèi)人口多少來(lái)按比例推算出電動(dòng)汽車充電的需求量。

距離需求是指用戶需要在有限的汽車電量下能行駛到充電站，這個(gè)又稱為站點(diǎn)的可達(dá)性。根據(jù)文獻(xiàn)表明，通常情況下用戶會(huì)選擇最近的充電站而不是最遠(yuǎn)能到達(dá)的充電站。當(dāng)然在模型中的反饋就是最大行駛距離要小于用戶需求點(diǎn)到充電站的行駛路徑距離，如果超出最大行駛距離，那么這個(gè)充電站就是不可以抵達(dá)的。

因?yàn)橛脩粼诔潆娬麄€(gè)過(guò)程中排隊(duì)時(shí)間是無(wú)效的時(shí)間，不產(chǎn)生任何效益，并且等待時(shí)間越長(zhǎng)用戶的焦慮情緒就會(huì)加劇，所以在充電站能夠盡量少的排隊(duì)，最好能隨到隨充。這就需要每個(gè)充電站盡可能多的擁有充電樁來(lái)減少排隊(duì)的可能性，方便用戶隨時(shí)充電。

3. 可靠性原則：充電站是一個(gè)耗電大的工程，其危險(xiǎn)性雖然不如加油站那么大，但是一旦出問(wèn)題則會(huì)影響到周圍幾公里范圍內(nèi)的單位和個(gè)人。在對(duì)充電站進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要考慮以下三點(diǎn)。

第一，對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的影響。城市中每個(gè)區(qū)域的供電大體是確定的，當(dāng)用戶充電行為集中在某個(gè)區(qū)域的某個(gè)時(shí)段，則會(huì)導(dǎo)致該時(shí)段下這個(gè)區(qū)域的負(fù)荷壓力大，如遇上用電高峰，電力系統(tǒng)的供電會(huì)跟不上，造成短時(shí)間內(nèi)局部停電，所以需要對(duì)配電網(wǎng)的負(fù)荷進(jìn)行確認(rèn)，確保設(shè)計(jì)出來(lái)的充電站沒(méi)有超出負(fù)荷。

第二，對(duì)輸電線路的影響。當(dāng)充電站中的充電樁數(shù)量達(dá)到一定規(guī)模，并且每臺(tái)充電樁上都有汽車在充電，那么整個(gè)充電站所消耗的電能就會(huì)非常大，同時(shí)也會(huì)造成輸電線路上電流過(guò)大，導(dǎo)致發(fā)熱量大，增加了輸電線路的損耗。

第三，對(duì)電力諧波的危害。電力諧波是指與電網(wǎng)電流頻率不同的頻率，產(chǎn)生這些頻率的都是用電設(shè)備耗電后反饋給電網(wǎng)的頻率。由于充電站設(shè)計(jì)的是直流充電樁，所需要大型交變直的設(shè)備，這些設(shè)備產(chǎn)生的諧波非常大。諧波會(huì)造成輸電線路的大量損耗，并且有可能會(huì)造成同網(wǎng)下其他用電設(shè)備的損壞。

四、運(yùn)營(yíng)商建設(shè)成本

運(yùn)營(yíng)商指的是取得充電站運(yùn)營(yíng)資格后建設(shè)充電站，并對(duì)充電站后期運(yùn)營(yíng)進(jìn)行有效的管理。運(yùn)營(yíng)商在整個(gè)充電站運(yùn)營(yíng)過(guò)程中需要投入：許可牌照費(fèi)用、土地出讓成本、建設(shè)投資成本和后期運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。在本文研究過(guò)程中運(yùn)營(yíng)商的許可牌照費(fèi)用默認(rèn)不計(jì)，假設(shè)已經(jīng)取得牌照，并且不產(chǎn)生費(fèi)用。

1. 土地成本：城市中不同區(qū)域的土地價(jià)格是不同的，所以在不同備選充電站點(diǎn)的單位地價(jià)也是不同的。因此要分別討論每個(gè)充電站點(diǎn)的地價(jià)，根據(jù)文件《GBT 18508～2014 城鎮(zhèn)土地估價(jià)規(guī)程》所述的五類地價(jià)計(jì)算方法（市場(chǎng)比較法、收益還原法、剩余法、成本逼近法和公示地價(jià)系數(shù)修正法），由于是商業(yè)服務(wù)類的，屬于城市基礎(chǔ)設(shè)施，客觀開發(fā)利潤(rùn)解決于零，并且不適用于商住產(chǎn)品，所以選取公式地價(jià)系數(shù)修正法來(lái)計(jì)算客觀地價(jià)。另外不確定每個(gè)充電站周邊是商用還是民住，其中公式地價(jià)系數(shù)修正法里的路線價(jià)法和標(biāo)定系數(shù)法不可以用，通用于基準(zhǔn)地價(jià)系數(shù)修正法。

2. 建設(shè)成本：不同規(guī)模大小的充電站建設(shè)成本是不同的，主要包括充電樁及其他一系列的配套建設(shè)，主要成本與充電樁的數(shù)量有關(guān)。

3. 運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本：運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本包括充電站運(yùn)營(yíng)后續(xù)的一系列費(fèi)用，包括設(shè)備的損耗維修等。一般情況下按照建筑價(jià)值一定比例核算，對(duì)于充電站來(lái)說(shuō)建筑價(jià)值基本等于建設(shè)成本。

五、用戶的時(shí)間成本

在對(duì)汽車充電滿意度進(jìn)行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)用戶對(duì)于給汽車充電站位置和排隊(duì)時(shí)間關(guān)注程度很高。而汽車的充電戰(zhàn)位置決定了用戶行駛到充電站的時(shí)間。

一是行駛時(shí)間成本：對(duì)于已有的文獻(xiàn)中計(jì)算時(shí)間的方法大多是考慮了使用平均速度來(lái)計(jì)算行駛消耗的時(shí)間，少數(shù)是根據(jù)路段自由車速、擁擠水平的不同，對(duì)各路段的平均行駛速度進(jìn)行核算的基礎(chǔ)上，得到各路段的平均行駛時(shí)間矩陣。但目前技術(shù)條件下，可以對(duì)實(shí)際路況采用“互聯(lián)網(wǎng)+”的方式，從網(wǎng)絡(luò)交通地圖上獲取需求點(diǎn)到備選充電站點(diǎn)的距離時(shí)間數(shù)據(jù)。由于目前交通攝像的普及，網(wǎng)路交通地圖對(duì)于時(shí)間的計(jì)算誤差率極小，并且對(duì)于道路交通還可以雙向計(jì)算，可以視作與真正交通環(huán)境一樣。二是排隊(duì)時(shí)間成本：用戶在充電站中基本需要等待，等待的時(shí)間將對(duì)用戶體驗(yàn)產(chǎn)生不好的影響。

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（作者單位：杭州電子科技大學(xué)管理學(xué)院）endprint