鐵路綜合交通樞紐電動(dòng)汽車充電樁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李宏剛，潘景宜

鐵路綜合交通樞紐電動(dòng)汽車充電樁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李宏剛1，潘景宜2

(1.中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300142；2.珠海泰坦科技股份有限公司，廣東 珠海 519015)

在綜合交通樞紐的快速發(fā)展和新能源汽車迅速增長(zhǎng)的背景下，系統(tǒng)地分析了已建成的綜合交通樞紐的功能定位及空間布局，提出綜合交通樞紐的新能源電動(dòng)汽車的充電方案及配電系統(tǒng)計(jì)算。從鐵路綜合樞紐內(nèi)的公車樞紐、社會(huì)公共停車場(chǎng)、出租車停車場(chǎng)等重點(diǎn)區(qū)域停放電動(dòng)汽車的充電需求入手，結(jié)合每個(gè)停車區(qū)域的停車數(shù)量或規(guī)劃的公交路線、停運(yùn)時(shí)間、最大充電時(shí)間，針對(duì)性地分析了公交車輛、私家車、出租車、社會(huì)車輛的充電方式，計(jì)算出充電樁數(shù)量，提出充電計(jì)費(fèi)方式和配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。研究結(jié)果表明，該方案指導(dǎo)了鐵路綜合交通樞紐內(nèi)的電動(dòng)汽車充電樁的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，優(yōu)化了充電系統(tǒng)供電方案，控制了綜合樞紐的建設(shè)投資和運(yùn)營(yíng)成本。

鐵路綜合交通樞紐；電動(dòng)汽車；充電樁；空間布局；配電設(shè)計(jì)

0 引言

根據(jù)國(guó)務(wù)院《關(guān)于印發(fā)“十三五”現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃的通知》、《關(guān)于印發(fā)“十二五”綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展的通知》以及國(guó)家發(fā)展改革委《關(guān)于印發(fā)促進(jìn)綜合交通樞紐發(fā)展的指導(dǎo)性意見的通知》，集鐵路、公交、地鐵、飛機(jī)等交通運(yùn)輸工具于一體的綜合性交通樞紐得到了快速發(fā)展，各省地級(jí)以上城市均已建成或正在建設(shè)綜合交通樞紐，實(shí)現(xiàn)了軌道交通、地面公共交通、鐵路等交通工具的零距離換乘的要求[1-2]。

根據(jù)《關(guān)于加快新能源汽車推廣應(yīng)用的指導(dǎo)意見》和《電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南(2015—2020年)》，明確要以純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)為新能源汽車的主要戰(zhàn)略方向，電動(dòng)汽車充電服務(wù)設(shè)施要滿足以使用者居住地、駐地停車位配建充電設(shè)施為主體，以城市公共停車位、路內(nèi)臨時(shí)停車位配建充電設(shè)施為輔助，以城市充電站、換電站為補(bǔ)充的發(fā)展方向。2015—2020年，新增超過430萬個(gè)用戶專用充電樁和50萬個(gè)分散式公共充電樁[3]。

本文根據(jù)國(guó)家關(guān)于電動(dòng)汽車的發(fā)展規(guī)劃，結(jié)合綜合交通樞紐的空間布局和建筑形態(tài)，對(duì)鐵路樞紐內(nèi)的公交停車場(chǎng)、社會(huì)停車場(chǎng)、出租車場(chǎng)等重點(diǎn)區(qū)域的充電樁配置、電費(fèi)計(jì)量、配電設(shè)計(jì)等問題進(jìn)行研究，適應(yīng)樞紐內(nèi)電動(dòng)汽車的要求，滿足快速發(fā)展的城市電動(dòng)汽車發(fā)展需求。

1 鐵路綜合交通樞紐的空間布局

全國(guó)城鎮(zhèn)體系規(guī)劃(2006—2020年)系統(tǒng)地提出了綜合交通樞紐，明確建立全國(guó)綜合交通樞紐體系，促進(jìn)多種交通方式的有機(jī)銜接。綜合交通樞紐系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 鐵路綜合交通樞紐系統(tǒng)圖

目前，國(guó)內(nèi)已建成了北京南站、上海虹橋站、南京南站、天津站、天津西站、沈陽南站等許多以鐵路車站為中心的綜合交通樞紐，將軌道交通、公共交通、私人交通、鐵路運(yùn)輸?shù)榷喾N運(yùn)輸方式緊密結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了零距離換乘和無縫化銜接的旅客出行方式[4]。建成的鐵路綜合交通樞紐，一般情況下，在地面層設(shè)置了城市公交站和長(zhǎng)途客運(yùn)站，在地下分別設(shè)置了軌道交通車站、私家車和行政用車的社會(huì)車輛停車場(chǎng)、出租車場(chǎng)，用于滿足不同層次、不同結(jié)構(gòu)的旅客出行需求。 鐵路綜合交通樞紐空間布局如圖2所示。

圖2 鐵路綜合交通樞紐空間布局示意圖

本文根據(jù)國(guó)務(wù)院《關(guān)于加快新能源汽車推廣應(yīng)用的指導(dǎo)意見》和國(guó)家發(fā)改委《電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南(2015—2020年)，結(jié)合國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車的技術(shù)發(fā)展和綜合交通樞紐內(nèi)的空間布局，分別對(duì)樞紐內(nèi)的城市公交站、社會(huì)車輛停車場(chǎng)、出租車場(chǎng)、私家車場(chǎng)等停靠電動(dòng)汽車的場(chǎng)所進(jìn)行充電樁系統(tǒng)研究[5-7]。

2 城市公交站充電樁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鐵路綜合交通樞紐一般依托于高鐵車站，在城市規(guī)劃中屬于地標(biāo)性建筑物或位于城市中心區(qū)域，因此在鐵路綜合交通樞紐的公交站的設(shè)計(jì)上一般存在兩種形式：一種樞紐內(nèi)設(shè)置停車場(chǎng)，用于始發(fā)車輛的停靠和維護(hù)；一種樞紐內(nèi)不設(shè)停車場(chǎng)，所有公交車在綜合交通樞紐里只作為中間停靠站，夜間停車在終點(diǎn)站的停車場(chǎng)內(nèi)。

2.1 設(shè)停車場(chǎng)的公交站充電樁設(shè)計(jì)

2.1.1充電樁計(jì)算[8-21]

2.1.2供電方案

(1) 負(fù)荷分類及供電要求

由于中斷供電，會(huì)影響公交車的正常運(yùn)營(yíng)，影響旅客的正常出行，在一定范圍內(nèi)造成社會(huì)公共秩序混亂，故綜合交通樞紐內(nèi)的公交車場(chǎng)的充電樁負(fù)荷等級(jí)按二級(jí)負(fù)荷配電，宜由樞紐內(nèi)的供電系統(tǒng)接引兩回獨(dú)立的高壓電源供電，每回供電線路應(yīng)滿足100%負(fù)荷的供電能力。

(2) 負(fù)荷計(jì)算

2.1.3計(jì)費(fèi)方案

計(jì)費(fèi)方式的選擇，與電動(dòng)公交車的組織方式有很大關(guān)系。常用的組織方式有兩種，一種是以經(jīng)濟(jì)考核單元體為單位，固定停車位及充電樁位置，電費(fèi)計(jì)量；一種是混合充電，不固定充電位置，按車輛所行駛的里程數(shù)決定，里程計(jì)費(fèi)。

(1) 電費(fèi)計(jì)量

(2) 里程計(jì)費(fèi)

2.2 不設(shè)停車場(chǎng)的公交站充電設(shè)計(jì)

2.2.1充電方案及數(shù)量

不設(shè)停車場(chǎng)的公交站，為保證電動(dòng)公交車的應(yīng)急供電，可采用兩種方式：一種是根據(jù)樞紐內(nèi)電動(dòng)公交車的電池類別，分別存放若干組電池組，采用快速更換電池組方案；一種是設(shè)置2~3套應(yīng)急快速充電樁，滿足應(yīng)急快速充電需求，確保電動(dòng)公交應(yīng)急狀況下快速充電，確保安全運(yùn)營(yíng)。

2.2.2供電方案

(1) 快速更換電池組方案

在樞紐內(nèi)的公交站不設(shè)充電樁設(shè)施，由公交車中心充電站統(tǒng)一派送蓄電池組，集中存放在公交樞紐辦公樓內(nèi)的專用房間內(nèi)。

(2) 充電樁方案

應(yīng)急充電時(shí)應(yīng)在確保安全可靠的情況下，在最短的時(shí)間內(nèi)充電至公交車能安全運(yùn)營(yíng)至公交充電中心站，故設(shè)置2~3套高電壓(300~750 V)、大功率的直流充電樁。

2.3 計(jì)費(fèi)方案

快速更換電池組方案不存在計(jì)費(fèi)問題，可參與車輛救援標(biāo)準(zhǔn)收費(fèi)。

快速充電方案，以經(jīng)濟(jì)考核單體為單元，按電費(fèi)計(jì)價(jià)，參照式(8)計(jì)算。

3 出租車場(chǎng)充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

綜合交通樞紐內(nèi)的出租車場(chǎng)規(guī)劃時(shí)，電動(dòng)出租車充電模式一般可分為三種：一種交流充電樁；一種快速更換電池組；一種直流充電樁。

對(duì)于交流充電，充滿電需要5~8 h，等待時(shí)間長(zhǎng)，但對(duì)于出租車，不能長(zhǎng)時(shí)間停靠，故在出租車場(chǎng)不考慮交流充電，本文只針對(duì)直流充電樁和快速更換電池組方案進(jìn)行研究[22-23]。

3.1 快速更換電池組

快速更換電池組方案，需設(shè)置快速充電樁和電池組存放間，本文僅對(duì)充電樁數(shù)量、供電方案及計(jì)費(fèi)進(jìn)行考慮。

3.1.1充電樁數(shù)量計(jì)算

充電樁數(shù)量計(jì)算如式(10)所示。

3.1.2供電方案

(1) 負(fù)荷分類及供電要求

由于中斷供電，會(huì)影響出租車的正常運(yùn)營(yíng)，在一定范圍內(nèi)造成社會(huì)公共秩序混亂，故出租車充電樁按二級(jí)負(fù)荷考慮，宜由兩回高壓供電電源供電，每回供電線路應(yīng)滿足100%負(fù)荷的供電能力。

(2) 負(fù)荷計(jì)算

負(fù)荷計(jì)算參照式(5)—式(7)。

3.1.3計(jì)費(fèi)方案

對(duì)于快速更換電池組的方案，宜采用里程計(jì)費(fèi)，具體算法如式(11)所示。

3.2 直流快速充電樁

3.2.1充電樁數(shù)量計(jì)算

5/一般我們是通過吃胡蘿卜來獲得胡蘿卜素，這就產(chǎn)生了它另一個(gè)功效“膈寬腸，通便防癌”。因?yàn)楹}卜含有植物纖維，吸水性強(qiáng)，在腸道中體積容易膨脹，是腸道中的“充盈物質(zhì)”，可加強(qiáng)腸道的蠕動(dòng)。

根據(jù)所在城市的電動(dòng)出租車的發(fā)展規(guī)劃，結(jié)合全市充電樁布局及規(guī)劃，合理確定綜合交通樞紐的日充電車輛能力，如式(12)所示。

3.2.2供電方案

(1) 負(fù)荷分類及供電要求

由于中斷供電，會(huì)影響出租車的正常運(yùn)營(yíng)，影響旅客的正常出行，會(huì)在一定范圍內(nèi)造成社會(huì)公共秩序混亂，故綜合交通樞紐內(nèi)的出租車充電樁負(fù)荷等級(jí)按二級(jí)負(fù)荷配電，宜由樞紐內(nèi)的供電系統(tǒng)接引兩回獨(dú)立的高壓電源供電，每回供電線路應(yīng)滿足100%負(fù)荷的供電能力。

(2)負(fù)荷計(jì)算

負(fù)荷計(jì)算參照式(5)—式(7)。

3.2.3計(jì)費(fèi)方案

充電樁方案是針對(duì)每輛充電的出租車，個(gè)體識(shí)別容量，宜采用電費(fèi)計(jì)量，如式(13)所示。

4 社會(huì)停車場(chǎng)充電樁設(shè)計(jì)

鐵路綜合交通樞紐內(nèi)社會(huì)停車場(chǎng)的充電樁設(shè)計(jì)主要受樞紐內(nèi)的人員流動(dòng)情況、周邊市政配套工程的建設(shè)情況以及停車場(chǎng)管理費(fèi)用等因素影響。市政配套齊全，周圍商業(yè)發(fā)展充分，會(huì)極大帶動(dòng)樞紐內(nèi)停車場(chǎng)的停靠汽車數(shù)量，管理費(fèi)用的高低影響汽車停靠時(shí)間。

4.1 國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車概況

受新能源汽車政策的大力支持，近幾年來，國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車得到了快速發(fā)展，北汽、比亞迪、江淮、奇瑞、吉利、寶馬、特斯拉等國(guó)內(nèi)外廠家投入了巨大人力財(cái)力進(jìn)行研究及推廣，但受汽車技術(shù)、蓄電池技術(shù)及充電設(shè)施的限制，各生產(chǎn)廠家的電動(dòng)汽車的電池容量、充電時(shí)間、續(xù)航里程不盡一致，具體情況如表1所示。

表1 電動(dòng)汽車充電時(shí)間及續(xù)航里程統(tǒng)計(jì)表

4.2 社會(huì)停車場(chǎng)的汽車分類及特征

鐵路綜合交通樞紐社會(huì)停車場(chǎng)內(nèi)的電動(dòng)汽車一般分為三類：第一類是樞紐內(nèi)的管理人員和商業(yè)經(jīng)營(yíng)人員的汽車；第二類是樞紐周邊寫字樓及住宅人員的汽車；第三類是接送旅客的汽車。

根據(jù)樞紐內(nèi)的車輛活動(dòng)規(guī)律和運(yùn)營(yíng)時(shí)間，針對(duì)綜合樞紐內(nèi)停靠車輛的特點(diǎn)，分類總結(jié)停車場(chǎng)內(nèi)各類汽車的活動(dòng)規(guī)律。第一類汽車基本上長(zhǎng)期包月停留在停車場(chǎng)內(nèi)，停車時(shí)間在6~10 h；第二類汽車停靠在樞紐內(nèi)的數(shù)量主要取決于綜合交通樞紐周邊的配套完善程度以及樞紐內(nèi)的停車收費(fèi)政策，若在合理的政策指導(dǎo)下也屬于長(zhǎng)期包月停留, 停車時(shí)間在6~15 h；第三類汽車，接送旅客，由于受綜合交通樞紐內(nèi)的地鐵、高鐵、長(zhǎng)途汽車等交通工具的影響，基本停留時(shí)間保持在0.1~2 h。

4.3 充電樁設(shè)計(jì)

4.3.1充電樁數(shù)量

由于綜合交通樞紐的社會(huì)車場(chǎng)為按小時(shí)收費(fèi)的公共停車場(chǎng)，停車費(fèi)用比較高，這樣社會(huì)停車場(chǎng)的充電樁數(shù)量受政策、周圍市政配套工程落實(shí)情況等因素影響比較大，建議工程初期，綜合交通樞紐內(nèi)的充電樁數(shù)量按國(guó)務(wù)院辦公室下發(fā)的《加速電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)計(jì)建設(shè)的指導(dǎo)意見》的要求執(zhí)行，即建設(shè)充電設(shè)施的車位比例不低于10%。

4.3.2充電樁類型選擇

根據(jù)綜合交通樞紐社會(huì)停車場(chǎng)的功能要求、電動(dòng)汽車的基本需求，結(jié)合停車場(chǎng)內(nèi)的電動(dòng)汽車的分類及活動(dòng)規(guī)律，建議綜合樞紐內(nèi)交流充電樁與直流快速充電樁比例宜為2:8。

4.4 供電方案

4.4.1負(fù)荷分類及供電要求

由于中斷供電，不會(huì)對(duì)正常運(yùn)營(yíng)的社會(huì)秩序產(chǎn)生混亂，故綜合交通樞紐內(nèi)的社會(huì)汽車充電樁屬于三級(jí)負(fù)荷。

4.4.2負(fù)荷計(jì)算

4.5 計(jì)費(fèi)方案

計(jì)費(fèi)采用電費(fèi)計(jì)量，每輛汽車充完電后自動(dòng)計(jì)算出電費(fèi)，具體計(jì)算公式可參考式(13)。

5 結(jié)語

綜合交通樞紐是城市發(fā)展的必然需求，可滿足旅客快速換乘的需求。本文從交通樞紐的空間布局入手，對(duì)樞紐內(nèi)的公交車場(chǎng)、出租車場(chǎng)以及社會(huì)停車場(chǎng)等不同區(qū)域的電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)進(jìn)行了研究，提出了電動(dòng)汽車的充電樁計(jì)算方法和負(fù)荷計(jì)算，解決了綜合交通樞紐內(nèi)的充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院. 國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十三五”現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃的通知[Z]. 北京: 中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院, 2017.

[2] 中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院. 國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十二五”綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展的通知[Z]. 北京: 中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院, 2012.

[3] 國(guó)家發(fā)展改革委. 國(guó)家發(fā)展改革委關(guān)于印發(fā)促進(jìn)綜合交通樞紐發(fā)展的指導(dǎo)意見的通知[Z]. 北京: 國(guó)家發(fā)展改革委, 2013.

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System design of charging pile system for electric vehicle in railway comprehensive communication hub

LI Honggang1, PAN Jingyi2

(1. China Railway Design Corporation, Tianjin 300142, China; 2. China Titans Energy Technology Group Co., Ltd., Zhuhai 519015, China)

Under the background of the rapid development of integrated transportation hub and the rapid growth of new energy vehicles, this paper systematically analyses the functional orientation and spatial layout of the built integrated transportation hub, and puts forward the charging scheme and distribution system calculation of new energy electric vehicles in integrated transportation hub. Starting with the charging demand of parking electric vehicles in key areas such as bus hub, public parking lot and taxi parking lot in railway comprehensive hub, and combining the number of parking areas or the planned bus route, parking time and maximum charging time in each parking area, the charging mode of bus, private car, taxi and social vehicle is analyzed pertinently, the number of charging piles is calculated, and the billing mode and the design of distribution system are proposed. The results show that the scheme guides the system design of charging piles for electric vehicles in railway integrated transport hub, optimizes the power supply scheme of charging system, and controls the construction investment and operation of integrated transport hub.

This work is supported by National High-tech R & D Program of China (863 Program) (No. 2011AA11A247).

railway comprehensive communication hub; electric vehicle; charging pile; spatial distribution; design of power distribution

轉(zhuǎn)載自《電力系統(tǒng)保護(hù)與控制》2019年47卷19期

李宏剛, 潘景宜. 鐵路綜合交通樞紐電動(dòng)汽車充電樁系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2019, 47(19): 152-157.

LI Honggang, PAN Jingyi. System design of charging pile system for electric vehicle in railway comprehensive communication hub[J]. Power System Protection and Control, 2019, 47(19): 152-157.

10.19783/j.cnki.pspc.181526

國(guó)家863高技術(shù)基金項(xiàng)目(2011AA11A247)

2018-12-06；

2019-02-26

李宏剛(1974—)，男，通信作者，碩士研究生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化；E-mail: lihonggang@crdc.com

潘景宜(1951—)，男，本科，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化。E-mail: 13600365135@139.com