城市汽車應急充電站物流規劃成本影響研究

茅以正

摘要：由于電動汽車的環保節能，電動汽車產業近年來越來越受到國家的扶持與人民的關注。文章分析了電動汽車應急充電的相關規劃原則，并提出建設充電站物流規劃的成本影響因素。

關鍵詞：充電站；成本

一、引言

從1978年后的30年里，人民生活水平發生了翻天覆地的變化。富裕的經濟和快速的城市化進程帶來了機動車保有量的不斷增加，據公安部交管局統計，截至2017年3月月底，中國機動車保有量已經超越3億輛，其中汽車達2億輛，僅次于美國的2.53億輛，位居世界第二。伴隨著機動車的增長，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環境造成的破壞加劇，而根據環保部部長提供了一組數據：2016年北京31.3%、上海29.2%、杭州28%的細顆粒物均來自機動車。為了減少機動車尾氣排放，國家正在大力推動純電動汽車的發展。然而，作為一種新興的交通工具，純電動汽車的續航已經成為了制約其發展的瓶頸之一。并且隨著我國純電動汽車保有量的快速增長，落后的充電基礎配套設施已無法滿足電動車輛的充電需求，大力建設公共充電網絡己經成為電動汽車產業取得長遠發展的物質基礎和重要保障。

二、問題描述

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

三、規劃原則

1. 經濟性原則是必須首先考量的，電動汽車充電站的建設選址是屬于城市基礎設施建設，必須要考慮成本，且在運營過程中不能持續性虧損，否則該建設就會勞民傷財，可能空閑久了還會帶來安全隱患。所以在對充電站建立模型時要考慮該充電站的選址建設是否經濟。經濟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。對于充電站來說需要符合選址、建站、服務這三方面的經濟性。

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

用戶的需求量在已有的文獻中，預測是以地區劃片的方式來進行的。再有對需求量的分布確認大多是以燃油汽車的出現數據來統計推測電動汽車的出行規律，還有是以片區內人口多少來按比例推算出電動汽車充電的需求量。

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，這個又稱為站點的可達性。根據文獻表明，通常情況下用戶會選擇最近的充電站而不是最遠能到達的充電站。當然在模型中的反饋就是最大行駛距離要小于用戶需求點到充電站的行駛路徑距離，如果超出最大行駛距離，那么這個充電站就是不可以抵達的。

因為用戶在充電整個過程中排隊時間是無效的時間，不產生任何效益，并且等待時間越長用戶的焦慮情緒就會加劇，所以在充電站能夠盡量少的排隊，最好能隨到隨充。這就需要每個充電站盡可能多的擁有充電樁來減少排隊的可能性，方便用戶隨時充電。

3. 可靠性原則：充電站是一個耗電大的工程，其危險性雖然不如加油站那么大，但是一旦出問題則會影響到周圍幾公里范圍內的單位和個人。在對充電站進行設計的時候，要考慮以下三點。

第一，對配電網絡的影響。城市中每個區域的供電大體是確定的，當用戶充電行為集中在某個區域的某個時段，則會導致該時段下這個區域的負荷壓力大，如遇上用電高峰，電力系統的供電會跟不上，造成短時間內局部停電，所以需要對配電網的負荷進行確認，確保設計出來的充電站沒有超出負荷。

第二，對輸電線路的影響。當充電站中的充電樁數量達到一定規模，并且每臺充電樁上都有汽車在充電，那么整個充電站所消耗的電能就會非常大，同時也會造成輸電線路上電流過大，導致發熱量大，增加了輸電線路的損耗。

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

四、運營商建設成本

運營商指的是取得充電站運營資格后建設充電站，并對充電站后期運營進行有效的管理。運營商在整個充電站運營過程中需要投入：許可牌照費用、土地出讓成本、建設投資成本和后期運營費用。在本文研究過程中運營商的許可牌照費用默認不計，假設已經取得牌照，并且不產生費用。

1. 土地成本：城市中不同區域的土地價格是不同的，所以在不同備選充電站點的單位地價也是不同的。因此要分別討論每個充電站點的地價，根據文件《GBT 18508～2014 城鎮土地估價規程》所述的五類地價計算方法（市場比較法、收益還原法、剩余法、成本逼近法和公示地價系數修正法），由于是商業服務類的，屬于城市基礎設施，客觀開發利潤解決于零，并且不適用于商住產品，所以選取公式地價系數修正法來計算客觀地價。另外不確定每個充電站周邊是商用還是民住，其中公式地價系數修正法里的路線價法和標定系數法不可以用，通用于基準地價系數修正法。

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

3. 運營維護成本：運營維護成本包括充電站運營后續的一系列費用，包括設備的損耗維修等。一般情況下按照建筑價值一定比例核算，對于充電站來說建筑價值基本等于建設成本。

五、用戶的時間成本

在對汽車充電滿意度進行調查后發現用戶對于給汽車充電站位置和排隊時間關注程度很高。而汽車的充電戰位置決定了用戶行駛到充電站的時間。

一是行駛時間成本：對于已有的文獻中計算時間的方法大多是考慮了使用平均速度來計算行駛消耗的時間，少數是根據路段自由車速、擁擠水平的不同，對各路段的平均行駛速度進行核算的基礎上，得到各路段的平均行駛時間矩陣。但目前技術條件下，可以對實際路況采用“互聯網+”的方式，從網絡交通地圖上獲取需求點到備選充電站點的距離時間數據。由于目前交通攝像的普及，網路交通地圖對于時間的計算誤差率極小，并且對于道路交通還可以雙向計算，可以視作與真正交通環境一樣。二是排隊時間成本：用戶在充電站中基本需要等待，等待的時間將對用戶體驗產生不好的影響。

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（作者單位：杭州電子科技大學管理學院）endprint