天津市新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃布局優(yōu)化研究*

張 燦

(天津商業(yè)大學(xué)，天津 300134)

“十四五”規(guī)劃提出，到2035年要形成綠色生產(chǎn)生活方式，要求生態(tài)文明建設(shè)實現(xiàn)更大的成效，這就要求能源配置與利用效率的雙提升，新能源汽車的推廣在低碳、環(huán)境和資源利用效率等內(nèi)涵上都與這一目標(biāo)非常契合。目前，我國新能源汽車數(shù)量已經(jīng)具有一定規(guī)模，且新能源汽車的車樁比將近3.5∶1，但其利用率不足5%，區(qū)域發(fā)展的不平衡、空間布局的不合理等制約著新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的利用效率，也增加了客戶充電難的問題。受到車位、電力負(fù)荷等限制，有30%以上的私家車不能隨車配建充電樁。在共建共享的發(fā)展理念下，對公共充電樁建設(shè)的要求更為緊迫。

天津作為我國首批新能源汽車推廣應(yīng)用城市之一，近年來也積極響應(yīng)國家號召，大力發(fā)展新能源汽車，截止到2020年年中，天津市已經(jīng)累計推廣新能源汽車約20萬輛，布設(shè)新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施3萬座。但天津市充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)仍存在較大缺口，尚不能滿足新能源汽車快速發(fā)展的需要。居民區(qū)自用充電基礎(chǔ)設(shè)施受物業(yè)、場地、電力容量等因素影響，安裝比例較低，且絕大部分分布在郊縣①。市區(qū)依然存在充電難的問題，主要是由于充電基礎(chǔ)設(shè)施的分布與新能源汽車分布不協(xié)調(diào)，各區(qū)域內(nèi)充電基礎(chǔ)設(shè)施的供需不平衡所造成的。

在進(jìn)行充電基礎(chǔ)設(shè)施需求量的確定時，賈龍[1]提出基于新能源汽車保有量和行駛統(tǒng)計數(shù)據(jù)得到電動汽車總充電需求，但駕駛行為受主觀影響較大，統(tǒng)計數(shù)據(jù)存在一定的偏差。張愛青等[2]提出按季度對各充電站以及交、直流充電樁電量情況進(jìn)行大數(shù)據(jù)比對分析，按照地區(qū)電動汽車不同階段保有量以及區(qū)域站、樁的調(diào)研需求進(jìn)行充電樁的需求量確定。在進(jìn)行充電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃方法的研究時，祝偉[3]提出建立充電設(shè)施差別化發(fā)展分區(qū)，進(jìn)行充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)，但其未指出具體的分類依據(jù)。張新松等[4]利用遺傳算法優(yōu)化電動汽車充電站建設(shè)地址,使得電動汽車充電網(wǎng)絡(luò)的充電服務(wù)能力最大化。韓澤臻等[5]提出以用地性質(zhì)、交通可達(dá)性、人口密度以及近鄰充電樁位置4個影響指標(biāo)采用AHP層次分析法構(gòu)建了選址的指標(biāo)體系進(jìn)行充電基礎(chǔ)設(shè)施布局規(guī)劃，但其在具體規(guī)劃時操作性不強。對公共基礎(chǔ)設(shè)施布局規(guī)劃研究時，黃毅賢等[6]提出在進(jìn)行瓶裝液化石油氣供應(yīng)站布局規(guī)劃時，利用泰森多邊形得出供應(yīng)站的服務(wù)范圍及平均配送距離，該方案可以實現(xiàn)對規(guī)劃區(qū)域服務(wù)的全覆蓋。張?zhí)焯斓萚7]在進(jìn)行零售藥店空間布局規(guī)劃時，提出利用差異化管理規(guī)劃地域理論來研究藥店的空間規(guī)劃問題，其對新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃布局有一定的借鑒作用，但新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的需求是動態(tài)的，這是其與該零售藥店不同的地方。萬欣航等[8]提出建設(shè)充電站的決策取決于安全因素、人口數(shù)量因素、地段因素、交通因素。

新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃布局方案的制定涉及的影響因素較多，如建設(shè)成本、對充電基礎(chǔ)設(shè)施周圍電力設(shè)施的要求較高等，本文主要對充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)方位和建設(shè)數(shù)量進(jìn)行規(guī)劃布局。以天津市各行政區(qū)現(xiàn)有新能源汽車保有量與各行政區(qū)域建設(shè)用地面積為基礎(chǔ)，結(jié)合國家政策規(guī)定的新能源汽車與充電基礎(chǔ)設(shè)施的比值，確定各行政區(qū)域充電基礎(chǔ)設(shè)施的需求量，該方法能夠最大程度的使各區(qū)域充電基礎(chǔ)設(shè)施供給量與需求量達(dá)到動態(tài)平衡；以中心地理論正六邊形法則為基礎(chǔ)，確定各行政區(qū)內(nèi)充電基礎(chǔ)設(shè)施的服務(wù)半徑，能最大化提高充電基礎(chǔ)設(shè)施的有效服務(wù)面積，保證充電基礎(chǔ)設(shè)施的利用率達(dá)到最大化。

一、依據(jù)中心地理論進(jìn)行充電基礎(chǔ)設(shè)施布局規(guī)劃

以中心地理論為理論依據(jù)進(jìn)行充電基礎(chǔ)設(shè)施的統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)，可以增加新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施半徑分類，針對各區(qū)域內(nèi)新能源汽車保有量的不同確定不同的分類半徑，擴(kuò)大充電基礎(chǔ)設(shè)施的服務(wù)范圍。現(xiàn)階段，大多城市以圓為輻射范圍進(jìn)行充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃布局，這會造成幾個圓相切的部位出現(xiàn)中心點服務(wù)不到的“真空地帶”。利用中心地理論的正六邊形進(jìn)行規(guī)劃布局，可以實現(xiàn)對規(guī)劃區(qū)域充電服務(wù)的全覆蓋。

根據(jù)天津市新能源汽車布局分布，結(jié)合《天津市加快新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)實施方案(2018-2020)》中計劃2020年底前建設(shè)2萬座公共充電基礎(chǔ)設(shè)施、各區(qū)域內(nèi)按車樁比為7∶1的比例進(jìn)行公共充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)規(guī)劃，依據(jù)天津市各行政區(qū)內(nèi)新能源汽車的分布密度的不同，確定各行政區(qū)內(nèi)充電基礎(chǔ)設(shè)施的需求量；依據(jù)區(qū)域內(nèi)充電基礎(chǔ)設(shè)施的需求量與區(qū)域內(nèi)建設(shè)用地的面積，確定各區(qū)域內(nèi)單個充電基礎(chǔ)設(shè)施的服務(wù)面積；依據(jù)中心地理論的正六邊形法則，最終確定不同行政區(qū)內(nèi)新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)半徑。

二、天津市新能源汽車及充電基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀

(一)天津市現(xiàn)有新能源汽車分布現(xiàn)狀

本文以新能源汽車注冊登記時所屬行政區(qū)進(jìn)行分布分析。新能源汽車主要運行于城市內(nèi)各交通要道，客戶在進(jìn)行充電選擇時，主要在工作單位、居住區(qū)或者交通道路周圍等。所以，本文以單位建筑用地面積內(nèi)新能源汽車的數(shù)量來確定新能源汽車在該區(qū)域內(nèi)的分布密度，從而為公共充電基礎(chǔ)設(shè)施的布局規(guī)劃提供依據(jù)。從天津市相關(guān)政府公開網(wǎng)站中獲取天津市新能源汽車的所屬區(qū)域信息；從自然資源部網(wǎng)站中，獲取天津市截至2020年各行政區(qū)內(nèi)建設(shè)用地的面積。依據(jù)天津市各行政區(qū)單位建筑用地面積內(nèi)新能源汽車保有量，確定天津市各行政區(qū)新能源乘用車的分布密度。

表1 天津市新能源乘用車分布密度表

從表1中可以看到，市內(nèi)六區(qū)、北辰區(qū)等區(qū)域單位建筑面積內(nèi)新能源汽車的保有量較大，對充電基礎(chǔ)設(shè)施的需求量大，所以在進(jìn)行充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃布局時，應(yīng)該減小這些區(qū)域充電基礎(chǔ)設(shè)施半徑的服務(wù)范圍，增加充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)數(shù)量；寶坻區(qū)、薊州區(qū)、寧河區(qū)等區(qū)域單位建筑面積內(nèi)新能源汽車的保有量較小，在進(jìn)行充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃布局時，應(yīng)該增加這些區(qū)域充電基礎(chǔ)設(shè)施半徑的服務(wù)范圍。綜上，在進(jìn)行充電基礎(chǔ)設(shè)施的服務(wù)半徑的確定時，應(yīng)該根據(jù)區(qū)域內(nèi)新能源汽車的保有量大小確定充電需求，最終確定充電基礎(chǔ)設(shè)施的服務(wù)半徑及建設(shè)數(shù)量。

(二)天津市現(xiàn)有新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施分布現(xiàn)狀

國家在《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南(2015-2020年)》中明確指出，到2020年時，在新能源汽車推廣應(yīng)用城市，公共充電樁與電動汽車比例不低于1∶7，城市核心區(qū)公共充電服務(wù)半徑小于0.9公里。通過收集及整理天津市新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)數(shù)據(jù)得知，現(xiàn)階段，天津市已建設(shè)公共充電基礎(chǔ)設(shè)施1.8萬座。通過對各區(qū)域內(nèi)新能源乘用車數(shù)量與公共充電基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量的計算(表2)發(fā)現(xiàn)，新能源汽車保有量密度較大的市內(nèi)六區(qū)和北辰區(qū)由于充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本高，充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)場地少，導(dǎo)致充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)數(shù)量較少，但該區(qū)域人口多，新能源汽車保有量大，所以出現(xiàn)車樁比遠(yuǎn)超7∶1的現(xiàn)象，該區(qū)域的新能源汽車客戶會面臨嚴(yán)重的充電難問題。但在寶坻區(qū)、薊州區(qū)、寧河區(qū)等郊區(qū)區(qū)域，充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本低，建設(shè)難度系數(shù)低，布局建設(shè)了大量充電基礎(chǔ)設(shè)施，由于此區(qū)域人口數(shù)量少，新能源汽車保有量較小，所以車樁比較低，大部分充電基礎(chǔ)設(shè)施處于閑置狀態(tài)，利用率低的問題較為嚴(yán)重。

表2 天津市現(xiàn)有公共充電基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀

郊區(qū)充電基礎(chǔ)設(shè)施供過于求與市區(qū)充電基礎(chǔ)設(shè)施供不應(yīng)求的現(xiàn)象表明，天津市公共充電基礎(chǔ)設(shè)施的布局與新能源汽車的布局不協(xié)調(diào)，天津市需要調(diào)整公共充電基礎(chǔ)設(shè)施的布局規(guī)劃方法，使天津市各區(qū)域新能源汽車與新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施處于供需平衡狀態(tài)。

三、天津市新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施空間布局面臨的問題

1.新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施半徑分類少

天津市主要以多個行政區(qū)域內(nèi)統(tǒng)一的充電服務(wù)半徑進(jìn)行公共充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)。這就造成部分地區(qū)充電基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量太多，利用率低，但部分地區(qū)充電難的現(xiàn)象。所以，在進(jìn)行新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)時，應(yīng)根據(jù)不同區(qū)域內(nèi)新能源汽車的保有量密度進(jìn)行充電基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)量規(guī)劃，以實現(xiàn)不同區(qū)域內(nèi)新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的供需平衡。

2.新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施半徑服務(wù)范圍不合理

現(xiàn)階段，在進(jìn)行新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的布局規(guī)劃時，公共充電基礎(chǔ)設(shè)施主要建設(shè)在公共停車場、公共停車位以及可用于充電服務(wù)的場站內(nèi)，但新能源汽車的運行、充電可發(fā)生在建設(shè)用地內(nèi)的任何區(qū)域，所以，現(xiàn)階段的規(guī)劃方法會造成公共充電基礎(chǔ)設(shè)施扎堆建設(shè)，降低充電基礎(chǔ)設(shè)施的有效服務(wù)范圍。在進(jìn)行充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃布局時，充電基礎(chǔ)設(shè)施半徑的服務(wù)范圍應(yīng)該包含所有建設(shè)用地，這樣才能避免利用率低的充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，實現(xiàn)充電基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)效率的最大化。

3.新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量不足

天津市已建設(shè)公共充電樁近1.8萬座，車樁比近10∶1，與國家所要求的到2020年在新能源汽車推廣應(yīng)用城市公共充電樁與新能源汽車比例不低于1∶7的標(biāo)準(zhǔn)還有一定距離，結(jié)果就是天津市現(xiàn)階段充電難問題非常嚴(yán)重。為給天津市新能源汽車客戶提供較便捷的充電服務(wù)，降低客戶的充電成本，天津市必須增加充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)數(shù)量。加快對公共充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，增加公共充電基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)量，不僅可以解決新能源汽車客戶充電難的問題，同時也能夠促進(jìn)天津市新能源汽車的推廣。

四、天津市新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)化方案及建議

(一)天津市新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)化方案

天津市現(xiàn)有新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施半徑服務(wù)的范圍較大(圖1)，但有效服務(wù)范圍較小，建設(shè)時受建設(shè)難易程度以及建設(shè)成本的約束，出現(xiàn)了郊區(qū)充電基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)量多于市區(qū)、充電基礎(chǔ)設(shè)施扎堆建設(shè)的現(xiàn)象，所以雖然具有一定的數(shù)量規(guī)模，但有效服務(wù)范圍較小，充電基礎(chǔ)設(shè)施利用率低，充電難問題依然存在。經(jīng)本文優(yōu)化布局之后(圖2)，本文以各行政區(qū)域內(nèi)新能源汽車保有量為依據(jù)，在建設(shè)用地內(nèi)進(jìn)行充電基礎(chǔ)設(shè)施布局規(guī)劃，能最大程度提高充電基礎(chǔ)設(shè)施的利用率，同時，以中心地理論為依據(jù)進(jìn)行服務(wù)半徑的劃定，提高充電基礎(chǔ)設(shè)施的有效服務(wù)范圍。

表3 天津市充電基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)有規(guī)劃方案與中心地理論下規(guī)劃方案對比

(二)天津市新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)化建議

1.依據(jù)各行政區(qū)新能源汽車空間布局密度確定充電基礎(chǔ)設(shè)施的服務(wù)半徑

天津市現(xiàn)階段對新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃主要以行政區(qū)為依據(jù)進(jìn)行差異化服務(wù)半徑的確定。在進(jìn)行半徑的確定時，對半徑的分類太少，將多個行政區(qū)歸納到一個半徑下，但現(xiàn)實中，各行政區(qū)內(nèi)，新能源汽車的分布差別較大，依據(jù)此在進(jìn)行充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)后會造成部分區(qū)域內(nèi)充電基礎(chǔ)設(shè)施利用率低，部分區(qū)域內(nèi)充電基礎(chǔ)設(shè)施供不應(yīng)求的狀態(tài)。未來，天津市應(yīng)該結(jié)合新能源汽車的分布特點，根據(jù)不同區(qū)域內(nèi)新能源汽車的保有量以及不同行政區(qū)的建設(shè)用地面積確定新能源汽車的分布密度，對不同行政區(qū)域內(nèi)充電基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行差異化半徑的確定。

2.依據(jù)中心地理論及服務(wù)建設(shè)用地原則對天津市充電基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行合理化調(diào)整

天津市現(xiàn)有公共充電基礎(chǔ)設(shè)施雖然已經(jīng)具有一定的規(guī)模，但整體的服務(wù)效率低。對比天津市現(xiàn)有的充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃方法，在公共充電基礎(chǔ)設(shè)施總量不變的基礎(chǔ)下，本文依據(jù)中心地理論，在建設(shè)用地范圍內(nèi)對充電基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行規(guī)劃布局后，服務(wù)半徑明顯減小，為客戶節(jié)省了充電時間、充電路程等成本。今后，天津市在進(jìn)行充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃布局時，應(yīng)該在已建設(shè)的充電基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)上，依據(jù)中心地理論，以充電基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)范圍為建設(shè)用地的原則，逐步實現(xiàn)天津市新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的空間布局調(diào)整，既能保證之前建設(shè)的充電基礎(chǔ)設(shè)施的利用率、覆蓋率，同時也能使天津市新能源汽車充電網(wǎng)絡(luò)更加合理化，利用高效化。

3.增加公共充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)數(shù)量

按照《天津市加快新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)實施方案(2018-2020)》中的目標(biāo)，天津市在2020年底計劃建設(shè)公共充電基礎(chǔ)設(shè)施2萬個。車樁比為8.5∶1，車樁比較大，天津市需要持續(xù)地增加公共充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)數(shù)量，以滿足國家所要求的新能源汽車與公共充電樁7∶1的要求以及滿足逐步增長的新能源汽車的充電需求，同時也能夠與天津市“適度超前”發(fā)展充電基礎(chǔ)設(shè)施的政策相協(xié)調(diào)。

4.提升充電基礎(chǔ)設(shè)施運營效率

對已建設(shè)在郊區(qū)的利用率較低的充電基礎(chǔ)設(shè)施可以適當(dāng)降低其充電價格，以吸引更多的客戶前往充電，能夠很好地盤活“僵尸樁”，減少充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，節(jié)省社會資源，同時能夠提高已建設(shè)充電基礎(chǔ)設(shè)施的利用率。

五、結(jié)語

新能源汽車的環(huán)保以及低能耗屬性注定了其是未來實現(xiàn)生態(tài)文明建設(shè)、取代燃油汽車的最佳選擇。新能源汽車的大批量普及需要有完善的充電基礎(chǔ)設(shè)施做保障，我國大部分地區(qū)新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)處于起步階段。未來，在進(jìn)行充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)時，各省依據(jù)新能源汽車的保有量并結(jié)合省域面積確定新能源汽車的保有量密度，劃定不同的密度區(qū)域。之后，可以參考天津市區(qū)域內(nèi)充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃方案進(jìn)行充電基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)半徑的確定，使充電基礎(chǔ)設(shè)施實現(xiàn)布局的高覆蓋率以及高利用率，真正解決客戶充電難問題。本文在進(jìn)行充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃布局時只考慮了充電基礎(chǔ)設(shè)施的服務(wù)半徑及數(shù)量，未對充電成本、建設(shè)難度等進(jìn)行研究，這是未來研究的方向。

表4 各密度區(qū)域內(nèi)充電基礎(chǔ)設(shè)施空間布局推薦半徑

表4為根據(jù)天津市充電基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)化研究后的結(jié)果，為不同新能源汽車保有量密度城市提供的充電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃半徑的參考值。

注釋：

① 《天津市新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展規(guī)劃(2016-2020 年)》。