以貴州區域作為典型案例研究換電站與大功率快充充電樁對于電動重卡優劣勢分析

摘 要：本文圍繞換電站與大功率快充充電樁在貴州電動重卡應用中的情況展開研究。首先闡述研究背景、目的和方法，包括數據收集、調研和理論分析。接著分別分析換電站和大功率快充充電樁的優劣勢，換電站在占地面積、換電效率、對電網和電池友好等方面有優勢，但前期建設成本高、運營管理復雜、服務范圍有限；大功率快充充電樁占地面積小、技術成熟兼容性好、建設成本低、適用范圍廣，但對電網影響大、損害電池、充電效率受環境和車輛因素影響。最后根據不同區域（火電及煤炭行業集中地區、物流行業集中區域、礦山企業區域）提出充換電基礎設施的布局建議。

關鍵詞：電動重卡 換電站 快充充電樁 充換電基礎設施

1 緒論

1.1 研究背景

近年來，全球能源轉型和環境保護的浪潮洶涌澎湃，促使交通運輸領域加速向綠色、低碳方向變革。在這一背景下，貴州積極踐行 “電動貴州” 理念，大力推動電動重卡產業的發展。貴州作為資源豐富且工業基礎雄厚的地區，以 “黔石出山”“富礦經開” 為代表的產業發展戰略深入推進，物流運輸、礦山開采等行業對重卡的需求持續攀升。同時，政府對環境保護和可持續發展的高度重視，進一步推動了電動重卡在這些行業的應用。隨著電動重卡保有量的快速增加，與之相匹配的充換電基礎設施的需求也日益凸顯，這也成為構建 “電動貴州” 的關鍵環節之一，將有力促進貴州在資源開發與綠色運輸協同發展道路上不斷邁進，讓 “黔石出山”更環保高效，“富礦經開” 更具可持續性。

據貴州省交通運輸部門統計數據顯示，過去五年內，貴州電動重卡的年增長率高達35.65%，保有量在2000輛，預計未來幾年這一增長趨勢仍將持續。物流行業也不甘落后，國家電投集團貴州金元股份有限公司下屬的貴州金元綠鏈物流開發有限公司，是貴州省最早開展電動重卡試點的單位，也是目前在黔市場占有率最高的單位。充分表明電動重卡正逐步成為貴州運輸行業的主力軍，而與之相對應的充換電基礎設施建設卻相對滯后，無法滿足日益增長的電動重卡運營需求，這成為制約電動重卡進一步發展的關鍵因素。

1.2 研究目的

電動重卡數量劇增，貴州發展該產業時合理布局充換電基礎設施至關重要。換電站與大功率快充充電樁各有千秋，貴州地理、經濟及電動重卡運營模式下哪種更優尚待探究。本研究全面剖析二者在貴州電動重卡應用中的利弊，詳細比對占地面積、充電效率、電網友好度與電池友好度等關鍵因素，為貴州電動重卡充換電設施科學布局提供參考，有利于優化現有配置、提升運營效率，為投資決策與政策制定助力，推動產業高效可持續發展。

1.3 研究方法

1.3.1 相關數據收集

為確保研究的科學性和準確性，本研究綜合運用了多種方法。

從多個渠道收集全面而準確的數據。一方面，深入挖掘政府部門發布的統計資料，包括貴州省經濟和信息化委員會、交通運輸廳等相關部門關于電動重卡發展規劃、注冊登記數據、基礎設施建設規劃等文件。另一方面，廣泛搜集行業報告，涵蓋了國內外知名咨詢機構、行業協會發布的關于電動重卡市場動態、技術發展趨勢以及充換電設施運營數據的報告。這些數據來源相互印證和補充，為研究提供了豐富而可靠的數據基礎。

1.3.2 調研法

組織專業調研團隊，深入貴州各地開展實地調研。重點考察了電動重卡的主要應用場景，包括礦山、物流園區、建筑工地等。在礦山地區，詳細記錄了電動重卡的工作時長、運輸距離、充換電頻率等運營數據，并對礦山周邊的地理環境、電力供應情況進行了評估，收集了第一手的現場資料。

1.3.3 理論分析法

運用多學科的理論知識對收集到的數據和實地調研結果進行深入分析。從能源經濟學的角度，分析充換電設施的成本效益，評估換電站和快充充電樁在不同交通場景下的適用性和布局合理性，為基礎設施的優化布局提供理論支撐。

2 換電站在貴州電動重卡應用中的優勢與劣勢

2.1 換電站在貴州電動重卡應用中的優勢

2.1.1 占地面積方面

換電站的設計相對緊湊，通常一個標準規模的換電站占地面積約為200平方米，考慮轉彎半徑和電動重卡的通行，大約需要2000平方米。相比之下，若要建設同等服務能力的快充充電樁站點，由于需要考慮車輛排隊充電的空間以及充電樁之間的安全距離等因素，占地面積更大。

2.1.2 效率方面

換電過程迅速，一般一輛電動重卡的換電時間僅需3-5分鐘，這與傳統燃油重卡加油時間相近。這種高效的換電模式極大地提高了電動重卡的運營效率。以礦山運輸為例，在一個工作日內，電動重卡通過快速換電可以增加運輸次數2-3次，有效提升了礦山的生產運輸效率。在物流配送中，換電時間短意味著電動重卡可以更快地返回運輸路線，減少貨物運輸的延誤時間，提高物流企業的服務質量和競爭力。

2.1.3 對電網友好程度

換電站自帶電池，具有儲能功能。在電網負荷低谷期（如夜間），換電站可以利用低價電為電池充電，存儲電能；在電網高峰負荷期（如白天用電高峰），換電站可以為電動重卡提供換電服務，避免了大量電動重卡同時充電對電網造成的沖擊。目前換電站是可儲存7塊備用電池，一塊備用電池是282kWh，技術商可實現使用350kWh的電池，可以減少極大的瞬時負荷，有效起到了削峰填谷的作用，增強了電網的穩定性和可靠性。

2.1.4 對電池的友好程度

換電站對于能源補給體系至關重要，對電池友好性意義非凡。其調節能力為電池健康護航，一可依備用電池儲備策略，在滿足換電需求時，優先分配優質電池，留存需維護電池處理；二能利用閑時，在保障換電前提下，慢充平衡電芯電量差異，減少快充危害，延長電池壽命、降成本；還可依峰谷電價差增效，谷電時大規模充電儲能，精準控參護電池，如低溫涓流充電避損傷。綜合舉措提升友好度，利電池穩定運行與運營效益最大化，促電動車輛生態可持續發展。

2.2 換電站在貴州電動重卡應用中的劣勢

2.2.1 前期建設成本高

換電站的建設涉及高昂的成本投入。首先，電池儲備是換電站建設成本的重要組成部分，購買大量的電動重卡電池需要巨額資金，一般，中等規模的換電站（7+1工位，其一是備用倉，總2540kW的換電站為例），僅考慮備用電池，電池成本約200萬元，此外，換電設備的購置和安裝、場地建設以及安全防護設施的配備等都需要大量資金。例如，一套先進的自動換電設備價格約為200萬-300萬元，再加上場地建設和其他附屬設施費用，一個換電站的前期建設總成本可能達到700萬-800萬元，這對于投資者來說是一個較大的資金壓力。

2.2.2 運營管理復雜

換電站的運營管理涉及多個復雜環節。在電池管理方面，需要對大量的電池進行實時監控，包括電池的電量、溫度、健康狀態等信息，以確保電池的安全和合理使用。電池的調度是一個難題，要根據電動重卡的換電需求，合理安排電池的充電和分配，避免出現電池閑置或換電等待時間過長的情況。換電站的運營管理涉及多個復雜環節。在電池管理方面，需要對大量的電池進行實時監控，包括電池的電量、溫度、健康狀態等信息，以確保電池的安全和合理使用。電池的調度是一個難題，要根據電動重卡的換電需求，合理安排電池的充電和分配，避免出現電池閑置或換電等待時間過長的情況。

這一系列復雜的運營管理工作需要智能化作為支撐，并且依賴專業的技術人員團隊。然而，構建這樣一套智能化系統需要高額的資金投入來保障運營安全。

3 大功率快充充電樁在貴州電動重卡應用中的優勢和劣勢

3.1 大功率快充充電樁在貴州電動重卡應用中的優勢

3.1.1 占地面積方面

大功率快充充電樁布局相對靈活，單個充電樁占地面積較小，通常僅需10-20平方米。在一些空間有限的場所，如城市和鄉鎮周邊的小型停車場或物流園區的閑置停車區等，可以較為方便地進行安裝。以區某物流園區為例，在其原有的場地上，在不改變場地原有用途的基礎上，就成功安裝了3個大功率快充充電樁，而無需像換電站那樣占用大面積土地來儲備電池和設置換電設備。這種占地面積小的特點使得快充充電樁在城市內以及一些用地緊張的區域具有較好的適應性，能夠在不改變現有場地布局的情況下，為電動重卡提供充電服務。

3.1.2 技術成熟度與兼容性

技術成熟度高，大功率快充技術經過多年發展和實踐應用，已經相對成熟。目前市場上的大功率快充充電樁能夠在30-60分鐘內為電動重卡充入80%的電量，滿足電動重卡的快速補能需求。同時兼容性能好，大功率快充充電樁的標準相對統一，不同品牌和型號的電動重卡大多可以使用同一類型的快充充電樁進行充電。這對于電動重卡用戶來說非常方便，無需擔心因車輛品牌不同而無法充電的問題。在貴州省的高速公路服務區，這種兼容性優勢尤為明顯，過往的各種電動重卡都可以在服務區的快充充電樁進行充電，提高了充電設施的通用性和利用率。

3.1.3 建設成本較低

大功率快充充電樁的建設成本相對較低，主要包括充電樁設備采購、安裝以及相關的電力配套設施建設。一般而言，一個大功率快充充電樁（含配套電力設施）的建設成本約為15萬-30萬元。與換電站相比，無需大量購置電池和復雜的換電設備，投資門檻較低。對于小型企業或個體經營者來說，更容易承擔快充充電樁的建設費用。使得這些企業能夠以較低的成本為自己的電動重卡提供充電服務，促進了電動重卡在中小規模運營場景中的應用。

3.2 大功率快充充電樁在貴州電動重卡應用中的劣勢

3.2.1 對電網的影響較大

大功率快充充電樁在充電過程中會產生較大的電流和功率需求，這對電網的負荷能力提出了較高要求。當多個電動重卡同時使用快充充電樁充電時，可能會導致電網電壓波動、過載等問題。例如，在用電高峰時段，單個充電站如果10輛以上的電動重卡同時使用大功率快充充電樁，電網的負荷可能會瞬間增加3000千瓦左右，這可能會超出園區原有電網的承載能力，需要對電網進行升級改造，增加了電網建設和運營的成本。而且這種大電流充電方式可能會對電網的穩定性產生一定影響，如引起電網諧波等問題，影響其他用電設備的正常運行。

3.2.2 對電池的損害較大

大功率快充涉及較高電流與功率，充電時易致電池內部溫度升高、極化現象加劇。研究顯示，長期頻繁使用大功率快充，電池內部溫度可達50-60攝氏度（正常充電溫度應低于40攝氏度），這不僅降低充放電效率，還可能引發內部短路、鼓包等問題，嚴重威脅電池安全與壽命。據實驗數據，常使用大功率快充的電動重卡電池，使用壽命比正常慢充電池短30%-50%，致使運營成本因電池更換頻率上升而提高。

慢充和快充對動力電池正負極材料影響各異。慢充功率低，鋰離子在正負極間緩慢移動，能減少極化，降低內部應力與溫度，抑制鋰金屬在負極沉積，利于保護正負極材料，延長電池壽命。而快充因高電流與功率，使電池內部溫度升高、極化加劇，鋰離子快速嵌入負極材料時可能產生析鋰現象，即鋰金屬在負極表面析出，除降低充放電效率外，還可能引發內部短路，危及電池安全與壽命。所以，慢充對電池友好度高，快充雖補能迅速，但使用不當會損害電池正負極材料。

3.2.3 依據經濟發展水平布局

在資源集中、交通要道、主要干線等物流資源穩定、車流量大的區域，采用換電站。因為換電站的效率更高，更便捷，場地允許的情況下利用率更高，經濟性更好。充電樁作為補充，一些停車區，高速干線等，除了可以給電動重卡，還可以兼顧現在的新能源乘用車使用。充、換電站各自發揮自身優勢，完善貴州省的充換電基礎設施布局。

4 結論

物流行業集中區域：對于物流企業集中的地區，如物流園區、貨物集散地等，根據物流企業的運營規模和電動重卡的數量，合理配置換電站和大功率快充充電樁。對于大型物流企業，可以為其定制專屬的換電服務方案，建設企業內部換電站或共享換電站，提高物流運輸的時效性。對于中小物流企業，提供大功率快充充電樁服務，滿足其日常充電需求。

礦山企業區域：礦山開采運輸中電動重卡使用頻繁且集中，應根據礦山的規模和電動重卡的保有量建設換電站。同時，可以在礦山周邊設置少量大功率快充充電樁，作為備用充電設施，以應對換電站突發故障或電池調度緊張等情況，保障礦山運輸的不間斷進行。

4.1 總結優劣

換電站在貴州電動重卡應用中具有多方面的優勢，包括占地面積相對集中、換電效率高、對電網友好、對電池友好等，但也存在前期建設成本高、運營管理復雜和服務范圍受限等劣勢。大功率快充充電樁的優勢在于占地面積小、技術成熟度高且兼容性好、建設成本低、適用范圍廣，但在對電網影響、對電池損害以及充電效率受環境和車輛因素影響等方面存在不足。

4.2 展望發展趨勢

在貴州省電動重卡充換電基礎設施的未來發展中，應著重推進綜合布局與協同發展，確保充電樁與換電站成為這一體系中不可或缺的兩大支柱。充電樁以其靈活便捷、成本較低的特點，扮演著輔助與聯通的角色；而換電站則以其高效運作、高投入高回報及高利用率的優勢，成為主動脈般的存在，二者相輔相成，互為補充。在資源集中區域，應以換電站為主導，充電樁作為輔助，通過科學規劃與布局，實現效率最大化與資源最優利用。換電站不僅能夠大幅提升充換電效率，還能憑借其獨特功能，對整個體系內的動力電池進行優化管理，使之更加可靠、安全且易于監管。隨著技術的不斷進步，有望促進換電站與大功率快充樁的深度融合。政策層面，政府應進一步強化支持引導，鼓勵企業創新合作，共同推動充換電產業的可持續發展。此外，還應加強設施標準化建設，統一電池與充電接口標準，以降低運營復雜性，提升設施的通用性與兼容性，為構建綠色高效的運輸體系奠定堅實基礎。

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