住宅小區(qū)電動汽車充電樁建設模型研究

鄭松松，俞卓言，黃 威，吳 艷，潘哲曉，李翟嚴

(國網(wǎng)湖州供電公司，浙江 湖州 313000)

充電樁作為電動汽車最為基礎的配套設施，其在住宅小區(qū)中的規(guī)劃布局是否合理，運營是否得當，以及維護管理體系是否足夠完善等，都在很大程度上影響著電動汽車的安全性、便利性和普及性。因此，對充電樁進行研究對當前電動汽車行業(yè)的發(fā)展起到十分積極的推動作用，具有重要的社會意義和現(xiàn)實意義[1-4]。本文重點對住宅小區(qū)充電樁建設模型進行研究。

1 住宅小區(qū)充電樁建模基本原則

原則1：充電樁數(shù)量能夠滿足所有車輛的充電需求，即有充電樁位可以充電，并且能夠確保充電時長和充電量。

原則2：提高公共充電樁的有效充電使用率，提高充電周轉(zhuǎn)率。

原則3：提高充電樁共享率、提高充電樁集約建設率，降低全社會投資。

原則4：不同充電樁共享率下，充電樁成本不同，以不同電價確保投資方收支平衡。

原則5：本次投資只測算計量表的表前投資。由于計量表由電力公司投資，充電樁和充電樁前線一般由汽車銷售公司贈送，因此計量表的表后投資忽略不計。

2 住宅小區(qū)充電樁投入產(chǎn)出模型

(1)滿足充電需求：

個人充電樁數(shù)量+共享充電樁數(shù)量×(1/同時率)×公共停車位空閑系數(shù)≥電動汽車數(shù)量。

(2)滿足電量充足需求：

個人充電樁數(shù)量×個人充電樁每月每樁充電量+公共充電樁數(shù)量×共享充電樁每月每樁平均充電量≥電動汽車數(shù)量×平均每車每月充電量。

(3)充電樁建設總投資：

充電樁建設總投資=個人充電樁總投資+共享充電樁總投資。

(4)共享充電樁共享率：

公共充電樁共享率=共享充電樁數(shù)量/(專用充電樁數(shù)量+專用充電樁數(shù)量)

(5)電力公司投入產(chǎn)出模型：

電力公司收入=電動汽車數(shù)量×平均每輛汽車年充電量×充電樁服務年限×電價差。

(6)電價中應包含的建設投資：

電價中應包含的建設投資=建設總投資/(電動汽車數(shù)量×平均每輛汽車年充電量×充電樁服務年限)。

(7)住宅小區(qū)共享充電樁建設模型：

共享充電樁建設數(shù)量=(小區(qū)內(nèi)居民電動汽車數(shù)量+小區(qū)外居民電動汽車數(shù)量-已建個人充電樁數(shù)量)×充電樁同時率×共享充電樁閑置率。

3 共享充電樁建設需求計算典型案例

3.1 醫(yī)院附近的A小區(qū)

該小區(qū)居民共有電動汽車155輛，即小區(qū)內(nèi)充電汽車數(shù)量為155輛。由于該小區(qū)靠近醫(yī)院，外來汽車進入小區(qū)停車較多，每天約為100輛(其中20%為電動汽車)，預估小區(qū)外電動汽車數(shù)量為20輛。該小區(qū)已建個人充電樁為128個。該小區(qū)電動汽車充電同時率取0.2。由于該小區(qū)為普通住宅小區(qū)，共享充電樁空閑系數(shù)取130%。

綜上，按照模型計算，該小區(qū)共享充電樁數(shù)量為12個，共享充電樁占比=共享充電樁數(shù)量/(個人充電樁數(shù)量+共享充電樁數(shù)量)=8.57%。

3.2 較為偏僻的B小區(qū)

該小區(qū)居民共有電動汽車82輛，即小區(qū)內(nèi)充電汽車數(shù)量為82輛。

由于該小區(qū)較為偏僻，外來汽車進入小區(qū)為居民訪客，停車較少，每天約為30輛(其中20%為電動汽車)，預估小區(qū)外電動汽車數(shù)量為6輛。該小區(qū)已建個人充電樁為76個。該小區(qū)電動汽車充電同時率取0.2。由于該小區(qū)為高端住宅小區(qū)，為提高用戶充電舒適度，共享充電樁空閑系數(shù)取150%。

綜上，按照模型計算，該小區(qū)共享充電樁數(shù)量為4個，共享充電樁占比=共享充電樁數(shù)量/(個人充電樁數(shù)量+共享充電樁數(shù)量)=5%。

4 新建住宅小區(qū)充電樁投入產(chǎn)出模型測算

4.1 充電樁布局配置

在不同個人充電樁安裝比例下，為了滿足所有電動汽車的充電需求，共享充電樁與個人充電樁數(shù)量布局配置不同。新建住宅小區(qū)共享充電樁布局配置如表1所示。新建住宅小區(qū)共享充電樁布局配置圖如圖1所示。

以1 000個停車位的中等規(guī)模住宅小區(qū)、充電汽車1 000輛計算，具體情況如下。

在共享率為100%的情況下，充電同時率取0.2，充電樁閑置率考慮30%，配置260個公共充電樁，可滿足1 300輛電動汽車充電需求。若其中60個充電樁停車位被占用，仍可滿足1 000輛電動汽車充電需求。

在共享率為0.9，0.8，0.7的情況下,分別需要配置共享充電樁234，208，182個，個人充電樁分別為100，200，300個，均能滿足30%共享充電樁停車位被占情況下1 000輛電動汽車的充電需求。

新建住宅小區(qū)不同共享充電樁占比下可滿足的充電量如圖2所示。

在可滿足充電量方面，每輛電動汽車平均每月需充電200 kWh，個人充電樁按照每月充電200 kWh計算(充電功率7 kW·h-1，每月30 d，每天平均充電1 h)，共享充電樁充電量按照5.5倍計算，即平均每月充電1 100 kWh(平均每天充電5.5 h)。

可見共享充電樁占比越高，可滿足住宅小區(qū)電動汽車的充電量越大。

4.2 充電樁投資計算

不同共享率下，共享充電樁與個人充電樁數(shù)量不同，另外共享充電樁與個人充電樁單位建設投資也不同。

共享充電樁為一次性集中建設，可以集中批次采購，具有議價空間，屬于集約型投資，按每個充電樁0.5萬元計算；個人充電樁為逐個建設，不具有集約型特性，按集約型投資的110%考慮，即每個充電樁0.55萬元。

新建住宅小區(qū)充電樁投資測算如表2和圖3所示。

表2 新建住宅小區(qū)充電樁投資測算

表3 新建住宅小區(qū)投入產(chǎn)出分析

經(jīng)計算，在共享充電樁占比為100%的情況下，建設260個共享充電樁投資為130萬元；在個人充電樁占比為100%的情況下，建設1 000個的個人充電樁投資為550萬元。可見共享率越高，投資越低。

4.3 投入產(chǎn)出分析

電力公司收入按照售電量×電價差計算。每輛電動汽車月充電量200 kWh，充電樁使用年限30 a，1 000輛電動汽車，電價差按照0.05元·kWh-1計算，30年電力公司總收入為360萬元。

新建住宅小區(qū)投入產(chǎn)出分析如表3所示。新建住宅小區(qū)充電樁每kWh包含建設投資分析如圖4所示。

以0.05元·kWh-1電價差計算，若電力公司承擔公共充電樁投資，則共享充電樁占比達到40%～50%時，可以實現(xiàn)收支平衡；共享充電樁占比超過50%時，電力公司可以獲得利潤。

按照全社會投資計算，為實現(xiàn)虛擬收支平衡，應在充電電價中包含充電樁建設投資。經(jīng)計算：100%共享充電樁下，電價差僅為0.018元·kWh-1；100%個人充電樁下，電價差為0.076元·kWh-1。

4.4 不同同時率下關鍵指標測算

新建住宅小區(qū)充電同時率為0.3時的關鍵指標如表4所示。可見在充電同時率為0.3情況下，不同共享充電樁率下，共享充電樁數(shù)量提高到390個(100%共享充電樁)，總充電樁數(shù)量增加，總投資提高到195萬(100%共享充電樁)，每kWh包含的建設投資提高到0.027元(100%共享充電樁)。

表4 新建住宅小區(qū)充電同時率為0.3時的關鍵指標

新建住宅小區(qū)充電同時率為0.4時的關鍵指標如表5所示。可見在充電同時率為0.4情況下，共享充電樁數(shù)量提高到520個(100%共享充電樁)，總充電樁數(shù)量增加，總投資提高到260萬(100%共享充電樁)，每kWh包含的建設投資提高到0.036元(100%共享充電樁)。

表5 新建住宅小區(qū)充電同時率為0.4關鍵指標

5 老舊住宅小區(qū)共享充電樁投入產(chǎn)出模型

老舊住宅小區(qū)在車位緊張的情況下，以滿足充電需求為主，因此改造時均考慮共享充電樁。充電樁造價可分為兩類：地下車位，平均每個充電樁供電投資為0.24萬元；地面車位，平均每個充電樁供電投資為0.46萬元。以改造200個車位的老舊小區(qū)為例，100%安裝共享充電樁。考慮到車位少，充電同時率取0.6，共享充電樁閑置率考慮130%。

經(jīng)計算，安裝共享充電樁200個，可滿足333輛電動汽車充電需求，可滿足充電量22萬kWh·a-1。200個共享充電樁如為地下車位需投資48萬元，如為地面車位需投資92萬元，對應的充電電價分別需要包含0.033元·kWh-1和0.064元·kWh-1的建設投資費用。

6 結(jié)語

(1)新建住宅小區(qū)，集約建設平均每個充電樁供電投資為0.5萬元，逐個建設平均每個充電樁0.55萬元。

(2)新建住宅小區(qū)，充電同時率取0.2，充電樁閑置率考慮30%，充電樁共享率為0.9，0.8，0.7時分別需要配置共享充電樁234，208，182個，個人充電樁為100，200，300個，均能滿足30%共享充電樁停車位被占情況下1 000輛電動汽車的充電需求。共享充電樁比率配置越高，可滿足的電動汽車充電量也越大。

(3)新建住宅小區(qū)，以0.05元·kWh-1電價差計算，若電力公司承擔公共充電樁投資，則共享充電樁占比達到40%～50%時，可以實現(xiàn)收支平衡；共享充電樁占比超過50%時，電力公司可以獲得利潤。

(4)新建住宅小區(qū)，經(jīng)計算，100%共享充電樁下，電價差僅為0.018元·kWh-1；100%個人充電樁下，電價差為0.076元·kWh-1。

(5)新建住宅小區(qū)，充電同時率越高，需要配置的共享充電樁越多，建設投資也越多。

(6)老舊住宅小區(qū)地下車位平均每個充電樁供電投資為0.24萬元；地面車位，平均每個充電樁供電投資為0.46萬元。

(7)老舊住宅小區(qū)以改造200個車位的老舊小區(qū)為例，100%安裝公共充電樁，充電同時率取0.6，共享充電樁閑置率考慮130%，安裝共享充電樁200個，可滿足333輛電動汽車充電需求，可滿足充電量22萬kWh·a-1。

(8)老舊住宅小區(qū)200個共享充電樁投資地下車位為48萬元，地面車位為92萬元，對應的充電電價需要包含0.033元·kWh-1和0.064元·kWh-1的建設投資費用。