電動汽車充電設(shè)施規(guī)劃方法簡述

徐杰

摘要：完善電動汽車充電設(shè)施配套建設(shè)是發(fā)展新能源汽車的重要保障。通過對電動汽車充電設(shè)施規(guī)劃流程及方法的研究分析，科學(xué)、合理地推進(jìn)充電設(shè)施建設(shè)，有效提高電動汽車用戶的充電滿意度和充電樁使用效率，降低充電站的建設(shè)和運(yùn)營成本，同時適應(yīng)新能源汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需要。

關(guān)鍵詞：電動汽車；充電設(shè)施；規(guī)劃；需求預(yù)測；選址定容

0引言

充電設(shè)施是電動汽車發(fā)展的重要基礎(chǔ)，對促進(jìn)電動汽車的商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化具有重要的推動作用。隨著電動汽車的推廣普及，充電設(shè)施規(guī)劃與建設(shè)將進(jìn)一步規(guī)?；⒕W(wǎng)絡(luò)粧化、智能化?，F(xiàn)有的充電數(shù)量與電動汽車數(shù)量基本達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)配比，但是由于充電樁布局過程中沒有從電動汽車出行規(guī)律的角度分析充電需求的分布情況，造成了很多充電樁閑置的局面，充電需求得不到滿足。在滿足電動汽車充電需求及城市用電負(fù)荷的前提下，避免不必要的公共資源浪費(fèi)，如何科學(xué)合理地開展充電設(shè)施規(guī)劃和空間布局尤為重要。

1、充電設(shè)施規(guī)劃原則

電動汽車充電設(shè)施規(guī)劃屬于新型市政專項(xiàng)規(guī)劃，規(guī)劃原則與諸多市政規(guī)劃相似，充電設(shè)施規(guī)劃參考以下原則：一是充電設(shè)施分布與電動汽車交通密度和充電需求分布盡可能一致，充電設(shè)施網(wǎng)點(diǎn)數(shù)量應(yīng)盡可能與充電需求分布保持一致，與電動汽車交通密度成正比；二是充電設(shè)施規(guī)劃應(yīng)與城市總體規(guī)劃、電網(wǎng)、路網(wǎng)規(guī)劃相結(jié)合[1]，充電設(shè)施是城市基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，其選址布局應(yīng)與城市規(guī)劃和路網(wǎng)規(guī)劃相匹配，由于充電設(shè)施功率較高，需同時立足于電網(wǎng)布局規(guī)劃。

根據(jù)以上原則對充電設(shè)施的需求進(jìn)行評估，構(gòu)建符合需求的充電設(shè)施規(guī)劃模型，科學(xué)預(yù)測充電設(shè)施規(guī)模，最大限度地發(fā)揮充電設(shè)施的基礎(chǔ)作用。

2、充電設(shè)施規(guī)劃流程

電動汽車充電設(shè)施規(guī)劃編制的主要內(nèi)容是分析研究現(xiàn)狀和存在的問題，明確規(guī)劃依據(jù)；依據(jù)城市發(fā)展和行業(yè)發(fā)展目標(biāo)[2]，確定電動汽車發(fā)展策略，運(yùn)用合理的模型方法對電動汽車保有量進(jìn)行預(yù)測；根據(jù)電動汽車出行規(guī)律及充電行為預(yù)測充電需求；根據(jù)城市、路網(wǎng)及電網(wǎng)規(guī)劃情況，對電動汽車充電設(shè)施進(jìn)行選址布局、定容；最后對充電設(shè)施進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析。具體流程圖如圖1所示。

2.1現(xiàn)狀分析

對規(guī)劃區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有的各類型電動汽車數(shù)量（按用途分私人、租賃、公交、物流等）、充電設(shè)施數(shù)量（包括公共、專用、私人）、充電設(shè)施布局情況等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，同時對規(guī)劃區(qū)域內(nèi)政府對電動汽車以及充電設(shè)施的整體發(fā)展規(guī)劃及目標(biāo)、相關(guān)政策等進(jìn)行收集，分析現(xiàn)階段存在的問題，為充電設(shè)施規(guī)劃提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

2.2電動汽車保有量預(yù)測

根據(jù)電動汽車發(fā)展趨勢及政府規(guī)劃預(yù)測規(guī)劃年限內(nèi)各類型電動汽車數(shù)量，由于現(xiàn)階段電動汽車推廣受政策影響較大，可根據(jù)政府規(guī)劃年的發(fā)展目標(biāo)采用更新替代法預(yù)測各年度電動汽車保有量，對于無推廣目標(biāo)的采用千人汽車保有量法預(yù)測電動汽車保有量。

2.3 充電行為分析

隨著電動汽車出行數(shù)據(jù)及充電運(yùn)營數(shù)據(jù)分析的不斷深入，可以越來越準(zhǔn)確的分析電動汽車出行規(guī)律與充電行為。

電動汽車的出行規(guī)律與充電需求緊密相關(guān)，準(zhǔn)確地描述電動汽車的出行特征及規(guī)律是預(yù)測充電需求的基礎(chǔ)。電動汽車的出行規(guī)律具有兩類特征量：時間特征量和空間特征量[3]。時間維度的特征量可以描述電動汽車出行活動在一天或者更長時段內(nèi)時間上的規(guī)律，包括出行起始時刻、行駛時長、到達(dá)目的地時刻、目的地停駐時長等；空間維度的特征量可以描述電動汽車一天內(nèi)在空間上的轉(zhuǎn)移，包括出行起始地點(diǎn)、出行目的地、出行選擇的路徑以及行駛里程等。從這兩個維度統(tǒng)計(jì)這些特征量的概率分布情況，則能準(zhǔn)確的預(yù)測電動汽車充電需求的時空分布情況。

決定用戶充電方式的主要有兩方面因素：主觀偏好因素和客觀因素。主觀因素主要受電動汽車車主的偏好，包括電池最低荷電狀態(tài)和充電方式（直流、交流、換電）；客觀因素主要受出行規(guī)律的影響，包括運(yùn)行時間及里程、目的地停留時間、電池狀態(tài)、充電設(shè)施位置等。

根據(jù)電動汽車出行規(guī)律與充電方式可得出電動汽車充電時間、充電時長、充電次數(shù)、充電量等。

2.4充電需求預(yù)測

電動汽車充電需求與電動汽車保有量、日平均行駛里程以及單位里程綜合能耗水平有關(guān)[2]。對各類電動汽車車型的出行規(guī)律進(jìn)行分析，構(gòu)建充電需求預(yù)測模式，根據(jù)電動汽車保有量和用戶的充電行為，預(yù)測充電需求總量，并根據(jù)駕駛行為和充電模式按一定比例劃分到不同的區(qū)域，再根據(jù)各類型充電設(shè)施能滿足的比例計(jì)算具體的數(shù)量規(guī)模。

充電需求數(shù)量主要由電動汽車保有量決定，一般而言，保有量越大，充電需求量越多；充電需求發(fā)生的時間、地點(diǎn)和類型則主要由電動汽車的出行規(guī)律和充電決策所決定。電動汽車具有移動性，移動過程的不確定性決定了預(yù)測其充電需求需要以準(zhǔn)確分析電動汽車的出行規(guī)律為前提[3]。一般來說，電動汽車根據(jù)出行規(guī)律可分為兩類[2]：一類為固定線路運(yùn)行車輛，以公交、市政車輛等為主；一類為隨機(jī)線路運(yùn)行車輛，以出租、網(wǎng)約、私人、物流車輛等為主。

2.5 充電設(shè)施選址定容

充電站選址和定容也是一個多目標(biāo)優(yōu)化問題，需綜合考慮用戶需求、經(jīng)濟(jì)因素、交通因素、電網(wǎng)因素以及服務(wù)網(wǎng)絡(luò)可靠性，既要提高充電站的服務(wù)水平又要降低充電站的建設(shè)成本。

準(zhǔn)確預(yù)測電動汽車負(fù)荷的動態(tài)時空分布規(guī)律是規(guī)劃電動汽車充電站地址與容量的基礎(chǔ)[4]。電動汽車負(fù)荷預(yù)測主要有以下兩種：一是對電動汽車快充歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，找出變化規(guī)律并建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行預(yù)測，此方法類似于傳統(tǒng)電力負(fù)荷預(yù)測方法，在模型特征建立準(zhǔn)確時有較高的精度。二是將電動汽車當(dāng)作交通載具，統(tǒng)計(jì)其出行及快充時空分布規(guī)律，建立電動汽車充電需求與充電行為相關(guān)的概率模型，再對之進(jìn)行預(yù)測。

充電設(shè)施位置及規(guī)模大小的合理規(guī)劃，有利于電動汽車發(fā)展，減少一些不必要的資源浪費(fèi)[6]，主要考慮以下因素：

一是充電運(yùn)營商方面，充電設(shè)施的建設(shè)及運(yùn)營成本，考慮其服務(wù)范圍對用戶的影響；

二是充電用戶方面，考慮便利程度及充電成本，包括時間成本（用戶到充電站的時間損耗、排隊(duì)等待時間、充電時間）及充電費(fèi)用；

三是現(xiàn)有充電設(shè)施運(yùn)營情況；根據(jù)現(xiàn)有充電設(shè)施運(yùn)營情況，對利用率較高的站點(diǎn)考慮增建，利用率低的站點(diǎn)考慮遷建。

為了提高電動汽車用戶充電滿意度，在進(jìn)行充電站布局時，還需為充電站設(shè)定服務(wù)水平標(biāo)準(zhǔn)。充電站服務(wù)水平包含平均充電距離和充電需求滿足率兩個方面。平均充電距離越短、充電需求滿足率越高，則充電站服務(wù)水平越高；否則，充電站服務(wù)水平越低。

2.6電網(wǎng)供電能力校核

考慮充電設(shè)施與電網(wǎng)錯峰運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)“削峰填谷”的作用，充電負(fù)荷特性總體呈現(xiàn)電網(wǎng)負(fù)荷高峰時充電負(fù)荷小，電網(wǎng)負(fù)荷低谷時充電負(fù)荷大[5]。對于電網(wǎng)負(fù)荷高峰時，考慮充電負(fù)荷與之疊加，主要校核110kV及以上電壓等級電網(wǎng)供電能力；對于電網(wǎng)低谷負(fù)荷時，充電負(fù)荷出現(xiàn)高峰，主要校核10kV電網(wǎng)供電能力。

2.7投資效益分析

充電站建設(shè)成本主要由四部分組成[6]：固定投資成本、充電樁及配線費(fèi)用、變壓器費(fèi)用和土地費(fèi)用。按目前市場標(biāo)準(zhǔn)選取單樁造價，計(jì)算固定投資成本。根據(jù)運(yùn)維成本、收取服務(wù)費(fèi)用、政府補(bǔ)貼等計(jì)算動態(tài)投資回收期。同時對投資效益進(jìn)行測算，包括減少碳排量、拉動電動汽車及充電設(shè)施產(chǎn)值等。

目前電動汽車推廣受政策影響較大，在規(guī)劃實(shí)施過程中需要根據(jù)充電設(shè)施的運(yùn)營實(shí)際情況來動態(tài)調(diào)整，以確保充電設(shè)施的經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到最大值，并確保電動汽車充電設(shè)施滿足預(yù)期的運(yùn)行需求。

結(jié)語

電動汽車充電設(shè)施作為電動汽車供應(yīng)能源的基礎(chǔ)設(shè)施，其規(guī)劃、建設(shè)的合理性、便利性都是電動汽車普及及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。在研究與分析電動汽車充電設(shè)施規(guī)劃方法的過程中，應(yīng)該立足于電動汽車充電需求多樣化的特點(diǎn)上，從多個方面針對充電方式問題以及充電設(shè)施規(guī)劃問題進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署，確保所選擇的充電方式滿足充電需求。

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