三線城市電動汽車充電設(shè)施規(guī)劃研究

陸之洋

(貴州大學(xué)， 貴陽 550025)

電動汽車將是我國新能源汽車的重要發(fā)展方向，也是我國汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重大歷史機(jī)遇。電動汽車要發(fā)展，電動汽車充電設(shè)施是基礎(chǔ)。電動汽車充電設(shè)施規(guī)劃直接影響電動汽車的發(fā)展，進(jìn)而影響汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。另外，電動汽車的充電將對電網(wǎng)產(chǎn)生廣泛的影響。如何通過良好的充電設(shè)施規(guī)劃，既能有效促進(jìn)電動汽車的快速發(fā)展，同時實(shí)現(xiàn)和電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展，已經(jīng)引起廣大學(xué)者的關(guān)注［1－5］。康繼光等［1］對電動汽車充電站的建設(shè)規(guī)劃進(jìn)行了探討;吳春陽等［2］分析了電動汽車充電設(shè)施規(guī)劃每個階段的特點(diǎn)，在劃分階段的基礎(chǔ)上建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型;徐凡等［3］在分析電動汽車充電站規(guī)劃的諸多影響因素的基礎(chǔ)上，提出了充電站規(guī)劃建設(shè)的原則性建議;冠凌峰等［4］在充分考慮充電設(shè)施目標(biāo)和約束條件的基礎(chǔ)上，建立了電動汽車充電設(shè)施規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型。

截止目前，國內(nèi)學(xué)者在充電設(shè)施規(guī)劃方面的研究還不夠全面，未考慮城市規(guī)模的區(qū)別，不具備針對性。本文針對電動汽車充電設(shè)施規(guī)劃問題，以我國廣大三線城市作為研究對象，提出三線城市電動汽車充電設(shè)施規(guī)劃編制的原則、流程、階段等建議。

1 三線城市加強(qiáng)電動汽車充電設(shè)施規(guī)劃的意義

進(jìn)行電動汽車充電設(shè)施規(guī)劃主要有以下幾個方面的意義:

(1)有利于引導(dǎo)充電設(shè)施的有序建設(shè)，避免資金和資源的浪費(fèi)。

(2)有利于提高充電設(shè)施的利用率，保障充電設(shè)施建設(shè)和運(yùn)營商的盈利水平，實(shí)現(xiàn)充電設(shè)施建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。

(3)將有效推動電動汽車普及和發(fā)展，繼而推動城市環(huán)境改善和降低溫室氣體的排放，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)［5］。

目前，我國三線城市普遍都建設(shè)了一些零星的充電樁，但由于缺乏良好的規(guī)劃，這些充電樁的建設(shè)往往以示范工程為主，很少產(chǎn)生實(shí)際效益，反而造成資金和資源的浪費(fèi)。不同的城市，電動汽車發(fā)展階段不同，電動汽車保有量、用戶類型亦不同，充電需求也具有不同的特征，對應(yīng)充電設(shè)施規(guī)劃重點(diǎn)也應(yīng)不同。只有制定有針對性的規(guī)劃才能有效推動三線城市電動汽車和電動汽車充電設(shè)施的可持續(xù)發(fā)展。

2 電動汽車的充電方式及對應(yīng)的充電設(shè)施

電動汽車充電方式是指充電設(shè)施如何對電動汽車進(jìn)行能源補(bǔ)給，它決定了充電設(shè)施的布局方式、數(shù)量及占地面積等，是充電設(shè)施規(guī)劃必須首先確定的技術(shù)原則。不同的充電設(shè)施對應(yīng)于不同的充電方式。目前電動汽車充電方式及對應(yīng)的充電設(shè)施主要有以下3 種［6］:

(1)常規(guī)充電，也稱為交流慢充。是以較小的交流電流對充電電池進(jìn)行恒流或恒壓充電，一般充電電流為15 A，充電過程大約需要5～8 h。這種模式采用充電樁進(jìn)行充電，布點(diǎn)靈活、占地面積較小，可安裝在停車場、居住社區(qū)等。常規(guī)充電的最大缺點(diǎn)是充電時間長，而服務(wù)半徑小。進(jìn)行充電樁的規(guī)劃建設(shè)時，應(yīng)重點(diǎn)參考所在地區(qū)交通密度、人口密度、車輛密度及其出行特征。

(2)快速充電，也稱為直流快充或應(yīng)急充電，采用150～400 A的大直流電流進(jìn)行恒流充電，大約在20～30 min內(nèi)就能達(dá)到電池容量的80% ～90%。這種充電方式在大大減少充電時間的同時也降低了電池的使用壽命。這種充電方式所需的充電時間比加油站還長，所需占地面積也較大，同時需配備諧波處理等裝置來減少對電網(wǎng)的影響，充電站的建設(shè)成本往往比較高。快速充電主要以滿足用戶應(yīng)急用電需求為主，可以在高速公路沿線和交通密度較大的市中心進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)。

(3)更換電池組，也稱快速換電或機(jī)械換電。通過在充電站為電動汽車用戶快速更換電池，更換時間通常是5～10 min。這種方式對電池進(jìn)行專業(yè)的更換和維護(hù)，有利于延緩電池壽命。具有時間短、占地面積較小、選址靈活、可夜間充電或采用新能源充電，可規(guī)模化應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，但首先必須統(tǒng)一充電電池的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)、接口標(biāo)準(zhǔn)、位置標(biāo)準(zhǔn)等。換電站應(yīng)結(jié)合電動汽車行駛路線及區(qū)域等情況適當(dāng)配置［7］。

各個城市應(yīng)該首先根據(jù)本市電動汽車的保有量和發(fā)展趨勢，明確電動汽車的主要充電方式，從而確定適合本市電動汽車發(fā)展的充電設(shè)施發(fā)展規(guī)劃。

3 電動汽車接入對電網(wǎng)的影響

電動汽車對電網(wǎng)的影響很廣泛，可以分為短期影響和長期影響。從短期看，由于電動汽車的數(shù)量很少，電動汽車接入對電網(wǎng)基本沒有影響。從長期看，隨著電動汽車的普及和推廣，電動汽車將大規(guī)模接入電網(wǎng)，這將對電力系統(tǒng)的規(guī)劃和運(yùn)行產(chǎn)生不容忽視的影響。這些影響主要表現(xiàn)為:

(1)負(fù)荷的增加。電動汽車接入電網(wǎng)充電必然導(dǎo)致電力負(fù)荷的增加，但如果大量的電動汽車無序充電，將可能進(jìn)一步增大電力負(fù)荷峰谷差，增大電力系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。如果電動汽車能夠在夜晚等用電低谷進(jìn)行有序充電，則不僅能夠增加電網(wǎng)公司的售電收入，而且有利于電力系統(tǒng)平衡。所以對電動汽車用戶的充電行為進(jìn)行有效引導(dǎo)，盡量避免其負(fù)面影響，盡量發(fā)揮其積極影響很有必要。

(2)對電能質(zhì)量的影響。電動汽車充電負(fù)荷屬于非線性負(fù)荷，會產(chǎn)生很大的諧波電流，給電力系統(tǒng)帶來諧波污染，這將導(dǎo)致電網(wǎng)損耗增加，功率因數(shù)下降，電能質(zhì)量下降。

(3)對電網(wǎng)運(yùn)行、控制的影響。電動汽車充電時間和空間分布的隨機(jī)性，將導(dǎo)致電力負(fù)荷的極大不確定性，加大了電網(wǎng)控制的難度。

(4)對電網(wǎng)規(guī)劃的影響。大量電動汽車同時充電將帶來城市配電網(wǎng)負(fù)荷結(jié)構(gòu)和特性的改變，對傳統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)劃帶來了新的挑戰(zhàn)［8－9］。

4 三線城市電動汽車充電設(shè)施規(guī)劃

電動汽車充電設(shè)施的規(guī)劃布點(diǎn)要滿足充電的快速、便捷、高效等要求，應(yīng)該遵循一定的規(guī)劃原則。

4.1 充電設(shè)施規(guī)劃原則

(1)前瞻性。要具有長遠(yuǎn)的眼光，要能持續(xù)滿足和適應(yīng)電動汽車的發(fā)展。

(2)配套性。電動汽車充電設(shè)施的規(guī)劃必須和城市發(fā)展規(guī)劃、路網(wǎng)規(guī)劃、電網(wǎng)規(guī)劃有效地結(jié)合起來，有效保障電動汽車充電設(shè)施的經(jīng)濟(jì)效益。在進(jìn)行電動汽車充電設(shè)施規(guī)劃時應(yīng)充分考慮現(xiàn)有電網(wǎng)的布局和規(guī)劃，在保證現(xiàn)有電網(wǎng)滿足電動汽車充電設(shè)施發(fā)展的同時，盡量減小電動汽車接入對電網(wǎng)的影響。另外，充電設(shè)施的規(guī)劃應(yīng)該對電網(wǎng)規(guī)劃有一定的引導(dǎo)作用。

(3)經(jīng)濟(jì)性。所制定的規(guī)劃必須能夠有效指導(dǎo)城市電動汽車充電設(shè)施的建設(shè)，滿足電動汽車發(fā)展的需求，同時實(shí)現(xiàn)充電設(shè)施的可持續(xù)發(fā)展。

4.2 充電設(shè)施規(guī)劃流程

多種充電模式共同滿足充電需求，是電動汽車充電設(shè)施不同于一般供電設(shè)施的重要方面，鑒于三線城市電動汽車的發(fā)展現(xiàn)狀，建議充電設(shè)施規(guī)劃流程如圖1 所示［3］。

圖1 電動汽車充電設(shè)施規(guī)劃流程

4.3 充電設(shè)施規(guī)劃階段

三線城市充電設(shè)施規(guī)劃可劃分為近期、中期和遠(yuǎn)期三個階段。

(1)近期規(guī)劃

根據(jù)三線城市電動汽車的保有量及增長趨勢，近期充電設(shè)施規(guī)劃的重點(diǎn)應(yīng)主要針對電動公交車。考慮到城區(qū)道路現(xiàn)狀及拆遷成本等因素，應(yīng)結(jié)合公交線路的實(shí)際情況，在公交線路沿線進(jìn)行公交車換電站規(guī)劃，而在城郊考慮集中充電站的規(guī)劃。公交車換電站只提供更換電池服務(wù)，只需配備換電池的設(shè)備和平臺，其占地面積較小，同時也避免了電動汽車的充電需求增加而加大該區(qū)域電力系統(tǒng)的負(fù)荷壓力。而城郊的集中充電站負(fù)責(zé)接配送電池，對回收的電池進(jìn)行集中檢修維護(hù)和充電，這樣的規(guī)劃可以提高充電設(shè)施的整體運(yùn)營效率，同時充電時間也可以隨當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷情況進(jìn)行靈活調(diào)整，幫助電力系統(tǒng)調(diào)整用電低峰時期的負(fù)荷曲線，提高系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

(2)中期規(guī)劃

隨著電動汽車尤其是電動出租車的逐步普及，充電設(shè)施中期規(guī)劃應(yīng)該在近期規(guī)劃的基礎(chǔ)上，結(jié)合城市總體規(guī)劃和路橋規(guī)劃，進(jìn)一步滿足電動公交車的充電需求，同時將滿足電動出租車的充電需求作為中期規(guī)劃的重點(diǎn)，仍然采用換電站和集中充電站的運(yùn)營模式。

(3)遠(yuǎn)期規(guī)劃

本階段電動汽車技術(shù)已經(jīng)基本成熟，電動汽車總量達(dá)到一定規(guī)模，而且種類比較豐富，出現(xiàn)了大量的私家電動車。遠(yuǎn)期規(guī)劃的重點(diǎn)應(yīng)該是在充分研究電動汽車的分布、居民出行特性的基礎(chǔ)上，以滿足私家電動車充電需求的充電樁規(guī)劃作為本期規(guī)劃的重點(diǎn)。

5 結(jié)論

總而言之，三線城市的充電設(shè)施規(guī)劃必須立足于本市電動汽車的發(fā)展趨勢和充電需求特性，這樣才能有效保障電動汽車和電動汽車充電設(shè)施的可持續(xù)發(fā)展。

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