“雙碳”目標(biāo)下高速公路服務(wù)區(qū)充電樁配置規(guī)模測算

■ 文|中交四航局港灣工程設(shè)計院有限公司 趙麗萍

在氣候變化已然成為人類面臨的全球性問題的背景下，實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和已經(jīng)成為當(dāng)下全球的共識。在2021年全國兩會上，我國明確提出“2030年前實現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實現(xiàn)碳中和”的“雙碳”發(fā)展目標(biāo)。但是，我國作為一個以煤炭為主、化石能源所占比重較大的發(fā)展中人口大國，要在10年內(nèi)實現(xiàn)碳排放達(dá)峰、40年內(nèi)實現(xiàn)碳中和，任務(wù)極其艱巨。就實際情況來看，目前我國的汽車保有量仍然保持快速的增長趨勢，未來也將不斷增長，這意味著，如果在其他所有條件不變的前提下，我國在交通領(lǐng)域內(nèi)的碳排放量仍將繼續(xù)增加。面對控碳減排重任，我國交通領(lǐng)域亟待破局之舉。因此，當(dāng)前的汽車行業(yè)已經(jīng)成為“雙碳”目標(biāo)下控碳減排重要的前沿陣地。迫于嚴(yán)峻的控碳目標(biāo)，此前我國汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)提出了2028年先于國家碳減排承諾提前達(dá)峰、2035年碳排放總量較峰值下降20%以上的發(fā)展目標(biāo)，如此，汽車行業(yè)的減碳任務(wù)將比其他行業(yè)更加艱巨。在碳達(dá)峰、碳中和大背景下，發(fā)展新能源汽車是大勢所趨。而新能源汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展勢必需要充電樁的續(xù)航，因此，加快推進(jìn)充電樁設(shè)施建設(shè)，是推動綠色交通持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展的必由之路。

作為地面交通基礎(chǔ)設(shè)施重要組成部分的高速公路，其服務(wù)區(qū)充電樁的配置既是解決高速公路上新能源車車主里程焦慮的有效方法，更是配合國家整體新能源車配套設(shè)施布局的重要舉措。因此，本文在綜述充電樁行業(yè)發(fā)展概況的基礎(chǔ)上，以某條高速公路為例，對運(yùn)營期內(nèi)高速公路服務(wù)區(qū)充電樁的配置規(guī)模進(jìn)行研究，為實踐中各高速公路配置合理數(shù)量的充電樁提供參考，極具現(xiàn)實意義。

高速公路服務(wù)區(qū)充電樁行業(yè)發(fā)展概況

充電樁行業(yè)發(fā)展歷程

伴隨著新能源汽車行業(yè)的發(fā)展，充電樁作為其必備的基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)運(yùn)而生。自2006年比亞迪在深圳總部建成深圳首個電動汽車充電站至今，我國充電基礎(chǔ)設(shè)施市場的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個階段：

2010年之前的萌芽期 以集中式的充電站建設(shè)為主，主要是為了滿足相關(guān)企業(yè)的大規(guī)模電動用車，以及滿足區(qū)域性電動用車的需求。

2011年至2014年的初步發(fā)展期 充電樁的市場由國家主導(dǎo)，其主要參與者包括國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)和普天新能源，而且新能源汽車的應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在公共汽車或政府內(nèi)部用車上，因此在這個階段每年新增充電樁僅為幾千臺，市場規(guī)模較小，主要是以行業(yè)摸索為主。

2015年至2018年的爆發(fā)期和調(diào)整期 2015年發(fā)布的《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南（2015-2020年）》提出，到2020年，車樁比達(dá)到1：1的發(fā)展目標(biāo)，得益于此，大規(guī)模的充電樁投資建設(shè)局面打開，整個行業(yè)進(jìn)入爆發(fā)期，促使2015年和2016年的充電樁保有量增速分別達(dá)到743%和248%。由于較為盲目的快速擴(kuò)張，導(dǎo)致充電樁的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)也出現(xiàn)了一系列的問題，隨后的2017年和2018年，充電樁建設(shè)的增長速度也迅速下降到94%和74%。

目前的新基建時期 2019年，政策補(bǔ)貼由新能源汽車向充電基礎(chǔ)設(shè)施傾斜，充電樁行業(yè)逐漸成熟，一部分相關(guān)企業(yè)也開始盈利，而行業(yè)的發(fā)展方向逐步由建設(shè)端向質(zhì)量更高的運(yùn)營端轉(zhuǎn)移，在市場方面、技術(shù)方面、盈利模式方面等逐漸產(chǎn)生變革。2020年3月，充電樁被正式納入新基建，國家重視程度不斷加大，充電樁發(fā)展開啟了新通道。

近5年充電樁相關(guān)政策

充電樁行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

伴隨著新能源汽車行業(yè)的發(fā)展，我國充電樁的保有量也呈逐年上漲的態(tài)勢。根據(jù)我國汽車工業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2021年末，我國充電樁保有量達(dá)到261.7萬臺，同比增長55.7%。近年來我國充電樁保有量情況如圖1所示。

圖1 2015年至2021年我國充電樁保有量走勢圖

根據(jù)我國汽車工業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，近幾年，我國私人充電樁數(shù)量超過公共類充電樁數(shù)量。2021年我國公共類充電樁數(shù)量為114.7萬臺，同比增長42.1%；我國私人充電樁數(shù)量為147.0萬臺，同比增長68.2%。近年來我國公共類充電樁和私人充電樁情況如圖2所示。

圖2 2015年至2021年我國公共類和私人充電樁數(shù)量

根據(jù)公安部交通管理局的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2021年，我國新能源汽車保有量達(dá)到784萬輛，同比增長59.3%。結(jié)合充電樁的保有量情況來看，一是車樁比為3：1，車樁比例失衡；二是從2021年的增長情況來看，充電樁的增長率仍然低于新能源車的增長率，如果充電樁的發(fā)展態(tài)勢得不到有效改善，則車樁比將進(jìn)一步失衡，充電難的問題仍將持續(xù)。

而根據(jù)筆者及相關(guān)團(tuán)隊對新能源汽車車主的調(diào)查，用戶普遍認(rèn)為遠(yuǎn)行焦慮（56%）和充電困難（52%）是制約新能源汽車發(fā)展的主要因素。為解決這一根本問題，要迅速有力推進(jìn)全國充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，而高速公路服務(wù)區(qū)的充電樁配置是其中重要的一環(huán)。

高速公路服務(wù)區(qū)充電樁配置規(guī)模測算模型

高速公路服務(wù)區(qū)的充電樁配置已是大勢所趨，但是，配置規(guī)模卻不是定式。由于高速公路服務(wù)區(qū)充電樁均由社會資本投資，其配置規(guī)模的確定，既要考慮安裝充電樁的社會效益，也要考慮企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。因此，需要結(jié)合各高速公路的實際情況，對其規(guī)模進(jìn)行有序的、合理的配置。鑒于此，筆者結(jié)合實踐經(jīng)驗，提出了一種針對高速公路服務(wù)區(qū)充電樁配置規(guī)模測算的方法。

研究思路

考慮到充電樁的需求，不僅與我國汽車保有量的發(fā)展趨勢、新能源汽車保有量的發(fā)展趨勢相關(guān)，也與高速公路交通流量發(fā)展趨勢、高速公路交通流量中新能源汽車的發(fā)展趨勢相關(guān)。因此，測算的思路有以下三點：

一是采取定性分析和定量分析相結(jié)合的方法，預(yù)測我國汽車保有量和新能源汽車保有量，進(jìn)而測算新能源汽車所占比例。

二是根據(jù)某條高速公路交通流量的預(yù)測結(jié)果，結(jié)合上述測算的新能源汽車所占比例，以及基于調(diào)查分析得到的高速公路上的新能源汽車比例，預(yù)測高速公路上新能源汽車的交通流量。

三是根據(jù)高速公路上新能源汽車交通流量的預(yù)測結(jié)果，計算所需的新能源汽車充電樁數(shù)量。

測算模型

根據(jù)上述研究思路，確定高速公路服務(wù)區(qū)充電樁配置數(shù)量的測算模型如下：

式中：

Ni為第i年充電樁（該充電樁設(shè)置均為一樁兩槍）配置的數(shù)量，臺；

Ti為第i年某高速公路上日均過境交通流量（過境交通流量是指，既不經(jīng)過該高速公路出口收費(fèi)站，同時也不經(jīng)過該高速公路入口收費(fèi)站的交通流量，一般情況下，只有過境交通流量才有充電需求），輛/日；

αi為某高速公路新能源車的比例；

2Ci為一臺充電樁槍日均充電車輛數(shù)，輛/（日.臺），其中Ci為單槍日均充電車輛數(shù)；

S為某高速公路上服務(wù)區(qū)的數(shù)量；

Ei為第i年我國新能源汽車保有量（輛）；

Vi為第i年我國汽車保有量（輛）；

θ為某高速公路新能源車比例調(diào)整系數(shù)。

高速公路服務(wù)區(qū)充電樁配置規(guī)模研究實例

選取南方地區(qū)臨近省界的某高速公路為對象?？紤]該高速公路的運(yùn)營期末年為2045年，以及高速公路交通流量的預(yù)測情況，研究選取基年為2021年，特征年為2025年、2030年、2035年、2040年和2045年。

我國汽車保有量預(yù)測

基于公安部交通管理局2014年至2021年我國汽車保有量數(shù)據(jù)，建立回歸模型如圖3所示。

圖3 2014年至2021年我國汽車保有量走勢圖

通過上圖回歸分析，R2的值為0.9994，回歸擬合效果好。采用回歸模型，預(yù)測2022年、2025年、2030年、2035年、2040年和2045年的我國汽車保有量分別為3.2億輛、3.9億輛、5.0億輛、6.0億輛、7.1億輛和8.2億輛。

我國新能源汽車保有量估算

根據(jù)公安部交通管理局的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我國新能源汽車保有量從2014年的22萬輛增長至2021年的784萬輛，年均增長率為66.6%。

作為較為新興的產(chǎn)業(yè)，近年來新能源汽車的增長呈爆發(fā)式，較難基于新能源汽車歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行定量的分析和預(yù)測，因此，采用參考行業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行定性和定量相結(jié)合的估算方法。

根據(jù)中國科學(xué)院院士、中國新能源汽車百人會副理事長歐陽明高研究團(tuán)隊的計算分析和綜合判斷，預(yù)計2025年，我國新能源汽車保有量會超過3000萬輛，2030年大概接近1億輛，2035年大概接近2億輛，2040年接近3億輛。參考該研究成果，并結(jié)合我國新能源汽車的歷史發(fā)展趨勢及當(dāng)前我國新能源汽車仍處于快速發(fā)展期的實際，預(yù)估我國新能源汽車2022年、“十四五”中后期、“十五五”“十六五”“十七五”“十八五”的年均增長率分別可達(dá)55%、40%、25%、15%、10%和5%，即2022年、2025年、2030年、2035年、2040年和2045年的我國新能源汽車保有量分別為0.12億輛、0.33億輛、1.02億輛、2.05億輛、3.30億輛和4.21億輛。

高速公路新能源汽車比例估算

結(jié)合上述我國汽車保有量和我國新能源汽車保有量的預(yù)測結(jié)果，計算得到2022年、2025年、2030年、2035年、2040年和2045年的全國新能源汽車比例（新能源汽車保有量/汽車保有量）分別為3.7%、8.6%、20.5%、33.9%、46.3%和51.3%。

從新能源汽車使用的范圍來看，其以城市通勤代步為主，中長途交通為輔，而高速公路的交通流量多數(shù)為中長途車輛。筆者通過相關(guān)調(diào)研了解到，某高速公路相鄰區(qū)域內(nèi)功能相近的高速公路上的新能源汽車的比例約為0.9%，即某條高速公路上新能源汽車比例約為全國新能源汽車比例的1/4。以此為標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合全國新能源汽車比例，根據(jù)公式（2）計算得到2022年、2025年、2030年、2035年、2040年和2045年的某高速公路新能源汽車比例分別為0.9%、2.1%、5.1%、8.5%、11.6%和12.8%。

高速公路日均過境交通流量估算

由于一般情況下，行駛高速公路的汽車能源的補(bǔ)給多在行程出發(fā)地或者目的地進(jìn)行，而高速公路服務(wù)區(qū)主要承擔(dān)的是中長途交通的途中能源補(bǔ)給，因此，選擇使用高速公路服務(wù)區(qū)充電樁進(jìn)行充電的，主要為過境交通流量，即不經(jīng)過該高速公路出口收費(fèi)站，且不經(jīng)過該高速公路入口收費(fèi)站的交通流量。筆者基于某條高速公路相關(guān)的交通流量預(yù)測資料，采用專業(yè)的方法，分析出2022年、2025年、2030年、2035年、2040年和2045年的某高速公路日均過境交通流量分別為9069輛/日、13578輛/日、19177輛/日、23769輛/日、27733輛/日和29813輛/日。

高速公路服務(wù)區(qū)充電樁配置數(shù)量估算

考慮新能源汽車的實際使用情況，其行駛在某高速公路途中，只須視需求選擇進(jìn)入一個服務(wù)區(qū)進(jìn)行一次充電，因此，本文研究中考慮所有需要充電的新能源汽車平均分布在各服務(wù)區(qū)進(jìn)行充電，即均分在該高速公路的9個服務(wù)區(qū)內(nèi)進(jìn)行充電。

針對充電樁的利用率，筆者及相關(guān)團(tuán)隊對部分已配置充電樁的某條高速公路進(jìn)行了調(diào)研，結(jié)果顯示目前單槍日均充電車輛數(shù)為2輛至3輛。隨著新能源汽車使用率的不斷提升，高速公路服務(wù)區(qū)充電樁的利用率還將不斷提高，預(yù)計2022年、2025年、2030年、2035年、2040年和2045年該高速公路服務(wù)區(qū)的單槍日均充電車輛數(shù)分別為3輛、4輛、5輛、7輛、8輛和9輛。

基于上述分析結(jié)論，運(yùn)用公式（1）進(jìn)行計算，最終得到某高速公路2022年、2025年、2030年、2035年、2040年和2045年的單個服務(wù)區(qū)的充電樁配置數(shù)量分別為2臺、4臺、11臺、16臺、22臺和24臺。由于高速公路服務(wù)區(qū)是兩側(cè)對等布置，因此實際操作中應(yīng)按均分后進(jìn)一取整數(shù)量配置在高速公路的兩側(cè)服務(wù)區(qū)。

高速公路服務(wù)區(qū)配置充電樁尚需注意的問題

高速公路服務(wù)區(qū)充電樁的配置規(guī)模在實踐中還需要注意以下幾個問題。

一是本文研究考慮的是新能源汽車平均分布在各服務(wù)區(qū)進(jìn)行充電，實際中可能存在分布不均的情況，充電管理方可通過各種渠道及時進(jìn)行信息發(fā)布，以輔助均衡各服務(wù)區(qū)的充電需求。

二是本文研究以高速公路日均交通流量為估算基礎(chǔ)，考慮的是絕大多數(shù)正常情況下的全年平均水平，未涵蓋法定節(jié)假日的特殊情況，實踐中，可通過提高管理水平、提升充電樁利用效率等方法來解決法定節(jié)假日的特殊需求。

高速公路服務(wù)區(qū)配置充電樁是促進(jìn)全國充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，高速公路充電樁兼有社會效益和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，理應(yīng)合理控制規(guī)模。本文研究基于數(shù)據(jù)收集和充分調(diào)研，提出了針對高速公路服務(wù)區(qū)充電樁配置規(guī)模測算的方法，以及實踐中需要注意的事項，可為投資方提供參考，進(jìn)而配合解決國家整體的充電樁需求問題。