我國高速公路服務區充電設施的問題探析

常小永

一、引言

我國經濟的飛速發展，使得環境污染與能源消耗問題更為嚴重。為了應對目前我國國情，環境保護和節能減排政策與技術也相繼出臺，電動汽車作為新興環保技術，成為燃油汽車替代品是未來發展的必然趨勢。但目前我國由于充電設施不完善，電動汽車還未被廣泛使用，因此依托高速公路服務區加快電動汽車充電基礎設施建設，是擴大新能源電動汽車應用范圍的客觀需求。

二、高速公路服務區電動汽車用戶充電需求與用電特性分析

1.電量消耗快

電動汽車在快速行駛時電量消耗速度十分快，如在時速120km/h的高速下，汽車電動機處于高負荷狀態，輸出效率顯著低于其在40～60km/h經濟時速下的輸出效率，因此電能消耗增加。此外，汽車行駛速度越快，其空氣阻力也就越大，能耗隨著車速的增加而提高，因此在高速行駛的情況之下，汽車續航里程衰減增快。

2.充電時間需求短

高速公路上，電動汽車能夠在短時間內獲得大量續航是用戶的剛性需求。常規服務區充電樁多是以大功率快速充電樁為主，而對于有住宿區的服務區，可以根據配套設置部分的慢充充電樁。

3.充電樁電網負荷大

電動汽車充電設施屬于大功率非線性負荷設備，單點負荷比較大，因此在設備工作時會產生較高諧波電流和沖擊電壓，帶來一定的用電安全隱患。另外，公共配電網建設時未考慮高速公路服務區的運營用電需求，隨著電動汽車的發展普及，服務區充電樁的設置會成為標配，因而高速公路服務區整體用電功率必然會提高。

三、電動汽車充電設施形式

根據電動汽車不同的能量補給方式，充電設施一般分為交流充電樁、充電站以及換電站三大類，其中：

1.換電站

換電站則是為電動汽車提供更換電池服務的站點，主要由電池更換系統、電池室、配電系統、監控系統等組成，按照換電站內設備功能不同也可分為換電站、電池充電中心與電池配送站三大類，其中電池更換設備也常被成為底面充電系統，也就是機械充電，由于電池組重量比較大，電池的更換專業化程度高，必須由專業操作人員借助專業的機械完成電池的更換、充電以及維護工作。電池更換方式花費時間短，可一定程度上降低電動汽車成本高帶來的電動汽車市場推廣障礙。但建設成本高，在整車布置、安全設計、責任界定等面臨挑戰。目前我國主要應用于電動公交車環衛車等大型電動車輛的換電，歐美日等主流汽車企業認為在乘用車上實現起來難度較大，因此關注度不高。

2.交流充電樁

交流充電樁是可為電動汽車提供交流電能的樁型裝置，其系統一般較簡單，占地面積小，安裝十分方便，可安裝在公共停車場、服務區停車場等場所。交流充電樁主要是用于整車的交流充電，電流較小，充電速度慢，但操作方便，是電動汽車重要的充電設施之一。其建設方便，成本低，充電靈活方便，規模化以后可隨時隨地充電，也可充分利用電力低谷時段進行充電，降低充電成本，但充電時間長，無法滿足高速車輛應急需求，主要應用于居民小區，停車場等。

3.充電站

充電站采取整車充電模式為電動汽車提供電能補給，一般可分為平面充電站與立體充電站兩種，通常平面充電站占地面積較大，多建于土地資源相對寬裕的地點，而立體充電站則占地面積小，空間利用率高，多建于人口密集的居民區、商業區等。一個完整的充電站主要包括供電系統、充電系統、監控系統等幾大部分組成。充電時間比換電站時間長但比充電樁時間短。充電電流大，易對電網帶來諧波影響，大電流頻繁充電會降低充電電池使用壽命，目前主要應用于電動出租汽車充電或電動公交車的充電。

四、高速公路服務區充電設施建設困境

1.充電樁數量供不應求

近年來，低碳環保的電動汽車銷量猛增，市場保有量大大提高，但是另一方面關于電動汽車的質疑聲也越來越大，其中充電難問題尤為突出，尤其是我國的國慶假期期間，“電動汽車服務區排隊充電”屢上熱搜。數據顯示，截至2021年9月底，國內電動汽車擁有量為678萬輛，且以每年200萬輛的上升幅度增長。相較之下，高速公路服務區充電樁僅有一萬左右，遇到長假等充電高峰期難以滿足服務需求。整體來講，國慶長假也是對服務區充電樁行業發展的一次測試，充電樁數量少、充電速度慢是高速公路服務區充電設施建設需要解決的首要問題。

2.充電站的投資風險

目前，包括高速公路服務在內的充電樁已超36萬個。基于充電樁企業的經營數據，可以看出充電樁運營商企業退出市場的主要原因是盈利模式單一。根據2021年電動汽車充換電技術產業報告發現，交流充電樁單個建設成本為3000～20000元，但充電樁的充電效率比較低，充電時間長。直流充電樁的充電速度快，但是建設成本較高，單個充電站的建設成本為300萬～500萬元。而以60kW直流快充充電樁的回報周期來看，單樁利用率為5%，也就是說一個充電中每天使用1.2h，回收成本需要3.8年，再加上土地、建設等其他成本，投資回收期可能會更長。另外，充電樁的投資風險還源于沒有土地，加油站與加氣站在國土空間規劃中，在一個城市規劃中加油站和加氣站的規劃會直接將土地規劃出來，但是充電站并未在土地規劃中體現，同時還會隨時面臨著拆遷的可能性。投資大、運維成本以及拆遷風險高等使得許多企業退出充電設施建設領域。相關數據顯示，2017年我國充電樁公司約1000家，而發展至2019年，則只剩下不到100家。

3.充電設施效率低

相較于燃油汽車的能量補給模式，電動汽車即便在充電樁數量充足的情況下，其充電效率也遠遠不如燃油車。一般來講燃油車加油只需5分鐘即可完成，而電動汽車充電時間則需要數小時完成。因此為了提高效率，部分電動汽車企業新推出“換電”解決方式，相較于充電樁充電模式，換電模式則更為方便快捷。所謂的換電模式指拆分電動汽車和電池，當電動汽車電量不足時可以拆下舊電池換上新的滿電電池，該過程需要3～5分鐘即可完成，充電效率大大提高，可以媲美燃油車，解決充電樁充電時間長、速度慢等問題，同時由于電動汽車中動力電池占比較大，換電可以通過電車分離的方式使得購車成本大大降低。但換電模式的推廣也困難重重，一方面是不同品牌電動汽車的電池標準不統一，作為核心競爭力之一，電動車汽車是電動汽車企業在市場中勝出的重要武器，統一電動汽車電池技術標準，對于新能源企業廠商來講意愿不大；另一方面，換電站的建設成本比較高，換電只能解決充電效率低的問題，但無法解決供電場地的問題，充電需要固定的充電樁，而換電則需要固定的換電站，單個換電站的投入成本也在300萬元左右，若要滿足換電需求頻率，也需要考慮覆蓋密度的問題，因此對于運營商來講，投資成本與運營成本的提高也是不小的考驗。

4.用電成本較高

采用清潔能源代替化石燃料已成為全球節能減排共識，但用電成本依舊很高。首先，電動汽車的電池使用壽命以及報廢后的回收綜合利用問題也不容忽視。目前電動汽車的電池成本非常高，約占總成本的30%，許多電動車企業對消費者承諾的電池使用壽命為10年，但是若考慮到具體使用環境等，電動汽車電池的平均壽命可能只有五六年，一次性換電池也將是不小的開支。而近些年來講，鋰電池的成本也在持續走高，電池價格的上漲成本最終還是由消費者買單。其次，基于環保角度，對電池的回收綜合利用成本也比較高，幾百斤的電動汽車電池若廢棄于自然環境中必然會對環境造成污染，另外還會導致重金屬和化學物質進入大自然。但是鋰電池的回收工藝十分復雜，且不同廠家的電池材料與配方并不相同，回收難度又進一步增加。最后，目前我國電力結構中火電占比依舊較高，火電本身依舊會產生排放，因而新能源汽車并非是真正的零排放，電力供應依舊呈現緊張狀態，若電動汽車大規模地普及，電力供應緊張局面又會繼續增加。

五、高速公路服務區充電設施建設建議

1.納入新服務區建設整體規劃中

各高速公路業主經營單位要將高速公路服務區充電設施建設納入服務區的整體功能設計規劃中。一方面對擬開工新建的服務區，在設計規劃階段就將充電場站的建設納入其中，爭取足夠的較為便宜的建設用地指標；另一方面是在服務區的新建或擴建中，對現有服務區進行升級改造時預留充電樁建設用地，在服務區整體規劃中納入充電樁所需電力容量，爭取行政主管部門支持，特別是土地政策方面支持，降低后期建設與運營成本。

2.加強補貼促進現有服務區充電設施建設

各高速公路經營業主主要為國有企業，政府可將傳統能源獲得的稅收收入用于補助高速公路服務區充電設施建設，培育高速公路服務充電設施數量。并以行政手段推動高速公路服務區充電設施建設工作的落地，全國各省列出建設時間表以及具體要求，使得這項工作受到各級單位高度重視，將工作提高至政治站位，拉動需求側改革的高度。

3.多策并舉解決現有服務區電容增容問題

電網公司與高速公路業主單位要密切配合，清理現有服務區的電容，要將所需的高壓電容線接入服務區紅線，若附近高壓已有電容，可直接下線。為了進一步節省成本，還可以與原線路共用接入分項計費，若無法解決電容的話，可探索風光儲設備，逐步引入風能、光能等綠色能源，推廣應用風光儲模式，將通過合理配置電網低谷期電能、風能和光能，實現本地能量儲備與能量消耗的動態平衡，緩解充電樁用電對電網的考驗壓力。在能耗方面，采用儲能系統為電池提供能量，并利用峰谷電價提高能源轉換效率，節約用電成本。