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電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃中若干關(guān)鍵問(wèn)題的研究與建議發(fā)布日期：2016-08-01 來(lái)源：亞洲電能質(zhì)量聯(lián)盟瀏覽：2701
核心提示：由于在緩解能源危機(jī)與環(huán)境污染等問(wèn)題方面的重要作用，電動(dòng)汽車(chē)得到世界許多國(guó)家的大力發(fā)展。與其緊密關(guān)聯(lián)的充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)是影響電動(dòng)汽車(chē)推廣成效及發(fā)展規(guī)模的重要因素。本文首先分析了充電設(shè)施建設(shè)過(guò)程中世界各國(guó)存在的共同問(wèn)題，以及我國(guó)的特殊問(wèn)題;之后，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展規(guī)模預(yù)測(cè)、充電模式選擇與充電設(shè)施配置、電網(wǎng)與充電設(shè)施的相互作用與影響等幾個(gè)充電設(shè)施規(guī)劃時(shí)需優(yōu)先解決的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了分析研究;最后，結(jié)合我國(guó)具體情況，針對(duì)充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和規(guī)劃布局中的核心問(wèn)題提出若干指導(dǎo)性原則與建議。
 1引言
隨著能源危機(jī)與環(huán)境污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重，電動(dòng)汽車(chē)以其清潔環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，得到人們的青睞，各國(guó)政府相繼出臺(tái)實(shí)施了多項(xiàng)政策和激勵(lì)措施來(lái)推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。我國(guó)政府同樣重視電動(dòng)汽車(chē)推廣和應(yīng)用，繼2009年啟動(dòng)“十城千輛”工程之后，四部委在2013年9發(fā)布《關(guān)于繼續(xù)開(kāi)展新能源汽車(chē)推廣應(yīng)用工作的通知》，又于同年11月及2014年1月，分別確定了第一批及第二批新能源汽車(chē)推廣應(yīng)用城市或區(qū)域名單，兩批共40個(gè)城市或城市群入選，標(biāo)志著我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)的推廣將進(jìn)入實(shí)質(zhì)性階段。完善的充電網(wǎng)絡(luò)是電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)推廣的前提和基石，尤其在電池技術(shù)沒(méi)有得到突破的條件下，如何開(kāi)展充電基礎(chǔ)設(shè)施的配套建設(shè)顯得更為重要。因此，世界各國(guó)均把充電設(shè)施的規(guī)劃布局作為推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的主要內(nèi)容，為此出臺(tái)一系列激勵(lì)措施并投入大量資金支持充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，但由于目前還都處于探索實(shí)踐階段，在這方面仍存在以下共同問(wèn)題：
(1)充電網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)滯后。相對(duì)于燃油汽車(chē)加油站，充電站充電時(shí)間較長(zhǎng)，且現(xiàn)階段充電便利性較低。
(2)電動(dòng)汽車(chē)的充電需求具有多樣性，給充電設(shè)施的規(guī)劃增加了難度。
(3)世界各國(guó)充電基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，阻礙了電動(dòng)汽車(chē)的全球化發(fā)展。
(4)充/換電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資效益不明顯，導(dǎo)致推廣建設(shè)的積極性降低，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)越滯后電動(dòng)汽車(chē)越難以推廣，形成了不良循環(huán)。
(5)運(yùn)營(yíng)模式不明確。充、換電各有優(yōu)缺點(diǎn)，兩者的發(fā)展還未找到平衡點(diǎn)。
(6)可再生能源利用和微電網(wǎng)發(fā)展如何與電動(dòng)汽車(chē)充電需求相結(jié)合。分布式新電源、微電網(wǎng)與電動(dòng)汽車(chē)及其充電基礎(chǔ)設(shè)施的結(jié)合具有諸多優(yōu)勢(shì)，可使電動(dòng)汽車(chē)逐漸走向零污染排放。在電動(dòng)汽車(chē)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃中，如何積極就地利用和配置新能源充電，科學(xué)有序地調(diào)度電動(dòng)汽車(chē)充放電，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。
除了上述共性問(wèn)題之外，電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施在我國(guó)的建設(shè)發(fā)展中還面臨許多特殊的問(wèn)題：
(1)配電網(wǎng)建設(shè)相對(duì)滯后。隨著電動(dòng)汽車(chē)的不斷發(fā)展，大量充電負(fù)荷接入配電網(wǎng)，對(duì)配電網(wǎng)的靈活性和可靠性提出了更高的要求，而我國(guó)配電網(wǎng)更新?lián)Q代相對(duì)滯后，若不采取一定措施，將逐漸束縛電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施網(wǎng)絡(luò)化的建設(shè)。
(2)發(fā)達(dá)地區(qū)仍存在限電現(xiàn)象，影響滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)充電需求的信心。在現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)迅速期，發(fā)達(dá)地區(qū)夏季因用電高峰期供電緊張而需要拉閘限電或通知限電。這無(wú)疑會(huì)影響部分城市電動(dòng)汽車(chē)規(guī)模化發(fā)展。
(3)充電基礎(chǔ)設(shè)施報(bào)裝復(fù)雜，投資建設(shè)主體不明朗，投資回報(bào)低。
(4)居民擁有獨(dú)立停車(chē)位及充電樁困難，集中型公用充電站征地困難。中國(guó)城市居民居住密集，以高層單元公寓樓為主，固定泊車(chē)位置數(shù)量很有限，而在擁擠的大城市市區(qū)建設(shè)集中型充電站，征地幾乎是不可能的。
(5)缺少重要車(chē)企對(duì)核心技術(shù)開(kāi)發(fā)及充電設(shè)施推廣提供支持。上述問(wèn)題的解決，一方面有賴(lài)政府及相關(guān)企業(yè)積極參與配合，在扶持政策、標(biāo)準(zhǔn)制定等方面采取相應(yīng)措施，為電動(dòng)汽車(chē)及充電設(shè)施的發(fā)展提供支持;另一方面，則需要根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)本身的特點(diǎn)，緊密結(jié)合電動(dòng)汽車(chē)電池特性、居民生活用車(chē)特點(diǎn)與規(guī)律、電網(wǎng)狀況等，研究充電基礎(chǔ)設(shè)施的合理規(guī)劃布局，使充電網(wǎng)絡(luò)足夠完善高效，可以充分滿(mǎn)足相應(yīng)發(fā)展階段下電動(dòng)汽車(chē)的充電需求。充電設(shè)施的規(guī)劃是一項(xiàng)系統(tǒng)而復(fù)雜的問(wèn)題，需要考慮多方面因素。本文對(duì)關(guān)系到規(guī)劃成效多個(gè)基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性的問(wèn)題進(jìn)行深入的分析與研究：電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量與規(guī)模預(yù)測(cè)、充電模式的選擇與充電設(shè)施的配置、基礎(chǔ)設(shè)施和電網(wǎng)間的相互作用與影響等;在此基礎(chǔ)上，針對(duì)充電基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展和規(guī)劃布局中的核心問(wèn)題提出若干指導(dǎo)性意見(jiàn)和建議。
2電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量與規(guī)模
充電基礎(chǔ)設(shè)施為電動(dòng)汽車(chē)提供動(dòng)力補(bǔ)給，其建設(shè)數(shù)量應(yīng)與電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展規(guī)模相匹配，他們之間既相互制約又相互推動(dòng)。因此，預(yù)估相應(yīng)規(guī)劃年下的電動(dòng)汽車(chē)保有量是進(jìn)行充電設(shè)施規(guī)劃布局的基礎(chǔ)。
電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展規(guī)模受多方面因素的影響，包括動(dòng)力電池的技術(shù)、汽車(chē)技術(shù)及充電設(shè)施的完善程度等技術(shù)性因素以及汽車(chē)成本、政府政策補(bǔ)貼及消費(fèi)者接受心理等非技術(shù)性因素。
根據(jù)中國(guó)公安部交管局發(fā)布的數(shù)據(jù)以及國(guó)際能源署分別在2013年及2016年發(fā)布的《GlobalEVOutlook》等資料，表1總結(jié)了世界主要國(guó)家的電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量與規(guī)模發(fā)展現(xiàn)狀及預(yù)測(cè)結(jié)果
表1世界主要國(guó)家電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量與規(guī)模發(fā)展現(xiàn)狀及預(yù)測(cè)
 從電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量發(fā)展現(xiàn)狀及預(yù)測(cè)結(jié)果可以看出，現(xiàn)階段各國(guó)電動(dòng)汽車(chē)保有量及滲透率均較小，但在未來(lái)幾年將呈現(xiàn)快速化增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，而電動(dòng)汽車(chē)保有量的快速增長(zhǎng)，需要有完善和高效的充電網(wǎng)絡(luò)的支持，合理規(guī)劃建設(shè)充電設(shè)施以適應(yīng)電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量規(guī)模的快速增長(zhǎng)是國(guó)際上急需解決的重要問(wèn)題。
3充電模式的選擇與充電設(shè)施的配置由于電動(dòng)汽車(chē)充電需求具有多樣性，對(duì)應(yīng)不同的充電需求，需匹配不同的充電模式，配套建設(shè)不同類(lèi)型的充電設(shè)施。
3.1充電模式的對(duì)比
目前電動(dòng)汽車(chē)的充電模式主要分為整車(chē)充電和換電兩種，整車(chē)充電根據(jù)充電時(shí)間的不同又可分為慢速充電和快速充電兩種。整車(chē)慢充通過(guò)交流充電樁連接車(chē)載充電機(jī)為電池充電，受限于車(chē)載充電機(jī)體積、重量及成本，其充電功率較小，完整充電周期約需5~8小時(shí)。整車(chē)快充通過(guò)非車(chē)載直流快速充電機(jī)實(shí)現(xiàn)，置于車(chē)外的快充裝置直接為電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池提供大電流的直流電，一般可在半小時(shí)內(nèi)將電池荷電狀態(tài)(stateofge,SOC)充至80%以上。電池更換模式簡(jiǎn)稱(chēng)換電，通過(guò)直接更換車(chē)載電池為電動(dòng)汽車(chē)補(bǔ)充電能，所需時(shí)間約為5~10分鐘。不同類(lèi)型的充電模式滿(mǎn)足不同類(lèi)型的充電需求，其各有優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)如下表2所示。
表2不同充電模式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比
 從以上對(duì)比分析可以看出，換電模式雖然方便快捷，但是電池及車(chē)輛標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一;考慮到汽車(chē)產(chǎn)品尤其是私家車(chē)需求的個(gè)性化、多樣性對(duì)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的要求和市場(chǎng)可操作性等因素，以換電模式為主將不利于產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)的可持續(xù)發(fā)展。對(duì)于整車(chē)充電，考慮電池安全及壽命、對(duì)電網(wǎng)的友好度和有序充電利用的充裕性，應(yīng)將慢充作為主要的充電模式，這一主張會(huì)隨著電池技術(shù)的進(jìn)步和續(xù)航能力的提高而更進(jìn)一步證實(shí)。因此，建議按照優(yōu)先選擇慢充模式，將快充模式作為應(yīng)急支援，在具備條件時(shí)亦可考慮換電模式的原則，進(jìn)行充電模式的選擇。
3.2車(chē)輛類(lèi)型與充電模式的匹配
不同類(lèi)型車(chē)輛行駛及泊車(chē)規(guī)律不盡相同，導(dǎo)致其充電需求不同，需要不同的充電模式來(lái)匹配。下文從對(duì)各類(lèi)型車(chē)輛行駛及泊車(chē)規(guī)律的分析出發(fā)，結(jié)合上文形成的充電模式選擇原則，確定不同類(lèi)型車(chē)輛應(yīng)采用的充電模式。
1)私家車(chē)有研究表明，現(xiàn)階段80%的乘用車(chē)日行駛里程在50km以?xún)?nèi)，而目前電動(dòng)乘用車(chē)?yán)m(xù)駛里程集中在100～150km左右;私家車(chē)一日內(nèi)停泊時(shí)間遠(yuǎn)大于行駛時(shí)間，其夜間主要停泊在住宅區(qū)及周邊停車(chē)場(chǎng)或道路旁，日間則主要停泊在工作區(qū)、商業(yè)區(qū)等功能區(qū)的停車(chē)場(chǎng)。據(jù)此，在上述區(qū)域(以住宅區(qū)為主)停車(chē)期間采用慢充方式充電即可滿(mǎn)足大部分電動(dòng)私家車(chē)一日的行駛需求。因此，建議私家車(chē)采用分散慢充為主，快充作為應(yīng)急支援的充電模式進(jìn)行充電。
2)公交車(chē)公交車(chē)運(yùn)行路線(xiàn)和行駛里程相對(duì)固定，大中城市公交車(chē)日均行駛里程一般集中在150~200km，而目前純電動(dòng)公交大巴動(dòng)力電池額定電池容量約為150kWh左右，一次充電難以滿(mǎn)足其日運(yùn)營(yíng)要求。日間運(yùn)營(yíng)期間，公交車(chē)主要?？康攸c(diǎn)為始、末站停車(chē)場(chǎng)，停車(chē)時(shí)間與發(fā)車(chē)間隔相關(guān)，一般為發(fā)車(chē)間隔的2-3倍，即20分鐘左右，高峰期時(shí)間更短，僅可通過(guò)快充或換電模式進(jìn)行電能補(bǔ)充;夜晚停運(yùn)后，?？繒r(shí)間較長(zhǎng)，具備進(jìn)行慢充的條件。因此，對(duì)于純電動(dòng)公交車(chē)，可以采用運(yùn)營(yíng)期間換電或快充和夜間慢充相結(jié)合的模式。值得注意的是，由于純電動(dòng)公交百公里耗電量較大(約為100kWh左右)，對(duì)于某些距離較長(zhǎng)的線(xiàn)路(如遠(yuǎn)郊線(xiàn)路)，使用純電動(dòng)公交意味著其需背負(fù)龐大重量的電池，這既不安全也不經(jīng)濟(jì)，因此，在發(fā)展純電動(dòng)公交的同時(shí)，也應(yīng)適當(dāng)推廣混合動(dòng)力公交以滿(mǎn)足長(zhǎng)距離線(xiàn)路的運(yùn)行需求。
3)出租車(chē)出租車(chē)日均行駛里程受城市規(guī)模、運(yùn)營(yíng)時(shí)間和服務(wù)半徑的影響較大，不同城市出租車(chē)運(yùn)行規(guī)律不盡相同。出租車(chē)行駛時(shí)間一般遠(yuǎn)大于停泊時(shí)間，其日均行駛里程相遠(yuǎn)大于同城市私家車(chē)，其適宜的充電模式受動(dòng)力電池技術(shù)水平的影響較大。因此，對(duì)于出租車(chē)，其模式選擇應(yīng)從城市規(guī)模、運(yùn)營(yíng)模式的角度，結(jié)合動(dòng)力電池技術(shù)水平的不同發(fā)展階段進(jìn)行具體分析。
4)公共事業(yè)車(chē)輛公共事業(yè)車(chē)輛的行駛及泊車(chē)規(guī)律較為固定，除執(zhí)行任務(wù)外的其余時(shí)間，均停泊于固定停車(chē)場(chǎng)所，泊車(chē)時(shí)間較長(zhǎng)，因此，對(duì)于公共事業(yè)車(chē)輛，可采用空閑時(shí)間慢充、緊急需求時(shí)換電或快充的充電模式。值得注意的是，由于各城市經(jīng)濟(jì)水平不同，發(fā)展不均衡，區(qū)域配電網(wǎng)的特點(diǎn)和對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的需求不盡相同，因此，在充電模式的選擇方面，需因地制宜，現(xiàn)階段不宜對(duì)充電模式進(jìn)行統(tǒng)一。 3.3充電設(shè)施類(lèi)型與配置分析
不同的充電模式通過(guò)不同類(lèi)型的充電設(shè)施實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)階段充電設(shè)施主要包括分散充電設(shè)施、集中型充電站、集中型換電站三類(lèi)。分散充電設(shè)施以交流慢速充電樁為主，適當(dāng)配備一定量的直流快速非車(chē)載充電機(jī)作為應(yīng)急;集中型充電站一般同時(shí)具備慢充和快充兩種充電模式，但以直流快充為主;集中型換電站配備有專(zhuān)門(mén)的電池更換設(shè)備及一定量的充電機(jī)和備用電池，是換電模式的主要實(shí)現(xiàn)形式。依據(jù)前文所述充電模式選擇原則以及各類(lèi)型車(chē)輛充電模式所匹配的充電模式可知，未來(lái)充電設(shè)施的建設(shè)將以分散充電設(shè)施為主，對(duì)于分散充電設(shè)施，由于其依托城市各功能區(qū)停車(chē)場(chǎng)而建，選址問(wèn)題相對(duì)淡化，重點(diǎn)是合理確定其建設(shè)數(shù)量和規(guī)模。
在分散充電設(shè)施的規(guī)劃過(guò)程中，可對(duì)以下兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分析研究：
1)分散慢充樁與電動(dòng)汽車(chē)的配比度分散慢充樁是滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)日常充電需求的主要設(shè)施類(lèi)型，因此，應(yīng)根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展數(shù)量按一定比例進(jìn)行配置。電動(dòng)汽車(chē)日常充電需求則由多方面因素決定，其中用戶(hù)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的使用心里及行為習(xí)慣是不可忽略的重要因素。由于現(xiàn)階段純電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程普遍不太高，達(dá)不到燃油車(chē)水平，使得用戶(hù)在使用純電動(dòng)車(chē)時(shí)，對(duì)車(chē)輛的剩余續(xù)駛里程存在一定的心里擔(dān)憂(yōu)，不同的擔(dān)憂(yōu)程度將直接導(dǎo)致用戶(hù)充電行為的不同。因此，可綜合考慮用戶(hù)對(duì)剩余電量的心里接受能力以及用戶(hù)行駛里程，分析不同心里接受能力下用戶(hù)的充電需求，來(lái)配置相應(yīng)的慢速充電設(shè)施。
可按如下流程進(jìn)行：
a.將用戶(hù)可接受的最低剩余SOC劃分為不同等級(jí);
b.對(duì)應(yīng)每一等級(jí)，結(jié)合用戶(hù)實(shí)際行駛里程統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)駛能力，分析不同功能區(qū)(如住宅區(qū)、工作區(qū)、商業(yè)區(qū)等)的充電需求概率;
c.根據(jù)電池技術(shù)發(fā)展水平及各區(qū)域?qū)嶋H情況，選擇合適的可接受的最低SOC等級(jí)或基于充電初始SOC的概率分布加權(quán)，計(jì)算各功能區(qū)充電需求比例，確定分散慢充樁與電動(dòng)汽車(chē)的配比度。下圖1給出其中一種方法的私家車(chē)工作區(qū)車(chē)樁配比度分 析示意圖，考慮鋰電池充電效率高的起始SOC要求、用戶(hù)對(duì)剩余SOC的心理承受力，以及工作區(qū)充電的便利性，推薦選擇80%心理接受等級(jí)下的樁車(chē)配比度0.6。
 圖1私家車(chē)工作區(qū)樁車(chē)配比度分析示意圖
結(jié)合美國(guó)Nationalhouseholdtravelsurvey(NHTS)中單次行駛里程數(shù)據(jù)，表3給出了在電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程分別為100km和150km的條件下通過(guò)剩余SOC接受等級(jí)法(例80%SOC)和充電起始SOC概率加權(quán)法計(jì)算得到的配比度。雖然數(shù)據(jù)量不完全相同，但是兩種方法的兩兩數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)相近。
表3樁車(chē)配比度不同分析方法結(jié)果
 2)快、慢充充電設(shè)施配比度2011年國(guó)家正式發(fā)布了《電動(dòng)汽車(chē)傳導(dǎo)充電充電連接裝置》標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)整車(chē)充電交、直流接口進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定，現(xiàn)階段新生產(chǎn)的電動(dòng)汽車(chē)基本均同時(shí)配備了標(biāo)準(zhǔn)的交流和直流兩個(gè)接口，因此，需合理規(guī)劃交流慢充樁和直流快充機(jī)兩類(lèi)充電設(shè)施，滿(mǎn)足用戶(hù)不同類(lèi)型的充電需求。根據(jù)快、慢充的不同定位，可將用戶(hù)采用慢充的方式單次充電可補(bǔ)充的能量能否滿(mǎn)足用戶(hù)下一次行駛需求作為判斷是否需要快充的條件，從而確定快、慢充的需求比例，以此為基礎(chǔ)合理分配兩類(lèi)充電設(shè)施的比例?？杀硎鰹橄率剑?/div>
  因此，對(duì)應(yīng)城市不同功能區(qū)，可根據(jù)區(qū)域內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行規(guī)律統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及電動(dòng)汽車(chē)具體參數(shù)，通過(guò)(2)~(3)式計(jì)算得到該功能區(qū)內(nèi)分散快、慢速充電設(shè)施的配比度。其流程如下圖2所示：
 圖2快、慢速充電設(shè)施配置比例計(jì)算流程
對(duì)于集中型的充、換電站的規(guī)劃，現(xiàn)階段的研究則主要集中在站址的選擇和容量的確定，以及站內(nèi)充電裝置的優(yōu)化配置上。
4充電基礎(chǔ)設(shè)施與電網(wǎng)間的相互作用與影響
隨著未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的普及，大規(guī)模電動(dòng)汽車(chē)通過(guò)充電設(shè)施接入電網(wǎng)進(jìn)行充電，勢(shì)必對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。充電基礎(chǔ)設(shè)施作為電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)之間的連接點(diǎn)，其規(guī)劃建設(shè)應(yīng)與電網(wǎng)相互協(xié)調(diào)、相互配合。
4.1充電負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)的影響
電動(dòng)汽車(chē)充電對(duì)電網(wǎng)的影響主要集中在充電負(fù)荷對(duì)配電網(wǎng)影響以及發(fā)、輸電容量對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電需求的承載能力兩個(gè)方面。由于電動(dòng)汽車(chē)充電行為與用戶(hù)的行駛、泊車(chē)規(guī)律關(guān)系密切，使充電負(fù)荷在時(shí)間和空間上均具有較強(qiáng)的隨機(jī)性，給配電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)了更多的不確定性。充電負(fù)荷對(duì)配電網(wǎng)的影響，主要體現(xiàn)在靜態(tài)電壓穩(wěn)定性、線(xiàn)路及變壓器負(fù)荷率及損耗、電能質(zhì)量]等方面。大規(guī)模電動(dòng)汽車(chē)接入電網(wǎng)無(wú)序充電勢(shì)必引起電網(wǎng)負(fù)荷的增長(zhǎng)，需分析現(xiàn)有或規(guī)劃年下的電網(wǎng)能否承載電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷的增長(zhǎng)，充電負(fù)荷綜合考慮與電動(dòng)汽車(chē)保有量、類(lèi)型、運(yùn)行規(guī)律和及充電模式緊密相關(guān)，因此，在形成充電負(fù)荷時(shí)需綜合考慮以上各因素，進(jìn)而從最大、最小負(fù)荷以及峰谷差變化等角度，對(duì)計(jì)及充電負(fù)荷后的電網(wǎng)總負(fù)荷變化進(jìn)行分析，流程如下圖3所示。經(jīng)過(guò)對(duì)某省的電網(wǎng)承載能力進(jìn)行分析，結(jié)果顯示當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)滲透率達(dá)到20%時(shí)，無(wú)序充電將對(duì)使該省電網(wǎng)冬季最大負(fù)荷及峰谷差分別增加20%和50%以上，這將嚴(yán)重電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需通過(guò)優(yōu)化充電過(guò)程或新增發(fā)電容量來(lái)提高未來(lái)電網(wǎng)承載充電負(fù)荷的能力。
 圖3電網(wǎng)對(duì)充電負(fù)荷承載能力分析流程
4.2充電設(shè)施與電網(wǎng)的互動(dòng)針
對(duì)充電負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)的可能潛在影響，在充電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃建設(shè)的同時(shí)，采取一定措施，使充電設(shè)施與電網(wǎng)之間可以友好互動(dòng)、協(xié)調(diào)發(fā)展。
1)充電設(shè)施按電網(wǎng)基本要求接入。充電設(shè)施作為一種特殊的負(fù)荷，也應(yīng)保證電網(wǎng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。
a.為保證電纜線(xiàn)路安全工作，在選擇其導(dǎo)體截面時(shí)應(yīng)考慮載流量約束。選擇的充電機(jī)應(yīng)滿(mǎn)足相應(yīng)設(shè)備諧波電流發(fā)射值標(biāo)準(zhǔn)的要求。
b.站內(nèi)配電線(xiàn)路接入的充電設(shè)施容量受電纜安全載流量、電網(wǎng)公共連接點(diǎn)電壓偏差、線(xiàn)路損耗等約束，因此，應(yīng)綜合考慮以上因素合理確定單條線(xiàn)路的接入容量。
c.變壓器臺(tái)數(shù)的選擇應(yīng)滿(mǎn)足負(fù)荷對(duì)可靠性的要求，根據(jù)充電設(shè)施的負(fù)荷等級(jí)選擇一臺(tái)或兩臺(tái)變壓器進(jìn)行供電。為避免變壓器容量冗余，保證經(jīng)濟(jì)性，在確定變壓器容量時(shí)，需考慮電動(dòng)汽車(chē)最大充電同時(shí)率。
 根據(jù)上式可以看出，在假設(shè)所有車(chē)輛充電功率相同的條件下，電動(dòng)汽車(chē)充電同時(shí)率可以通過(guò)計(jì)算區(qū)域內(nèi)24h內(nèi)同時(shí)正在充電的電動(dòng)汽車(chē)最大數(shù)量與該區(qū)域內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)總保有量的比值得到。根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)的充電起始時(shí)間以及平均充電時(shí)間，并假設(shè)每天的規(guī)律相同，則可以得到同時(shí)充電的電動(dòng)汽車(chē)最大數(shù)量：
 其中，為接入變壓器的充電設(shè)施總?cè)萘浚?beta;為變壓器負(fù)載率。
2)電網(wǎng)增容及升級(jí)改造一方面，電網(wǎng)需新增一定裝機(jī)容量來(lái)適應(yīng)電動(dòng)汽車(chē)大規(guī)模接入所引起的負(fù)荷增長(zhǎng)，另一方面，應(yīng)對(duì)現(xiàn)有配電網(wǎng)部分變壓器、線(xiàn)路進(jìn)行升級(jí)改造，以免充電負(fù)荷過(guò)大，造成原有電力設(shè)備過(guò)負(fù)荷。
3)充電設(shè)施與新能源利用及微電網(wǎng)發(fā)展相結(jié)合。充電設(shè)施與新能源及微電網(wǎng)相結(jié)合有許多優(yōu)點(diǎn)：一方面可以在提高電網(wǎng)對(duì)充電負(fù)荷承載能力的同時(shí)，降低電動(dòng)汽車(chē)對(duì)化石燃料的依賴(lài);另一方面，還可以通過(guò)電動(dòng)汽車(chē)協(xié)助解決可再生能源的間歇性問(wèn)題，降低儲(chǔ)能系統(tǒng)成本。因此，在充電設(shè)施規(guī)劃建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)充分考慮就地利用新能源以及微電網(wǎng)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行充電，同時(shí)可考慮對(duì)充電過(guò)程進(jìn)行有序控制。
5對(duì)充電設(shè)施規(guī)劃布局的若干建議
基于以上對(duì)充電設(shè)施規(guī)劃中的若干關(guān)鍵問(wèn)題的分析研究，本文針對(duì)充電基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展和規(guī)劃布局提出以下若干原則和建議。
5.1規(guī)劃布局的指導(dǎo)性原則
1)電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃與建設(shè)應(yīng)遵循科學(xué)有序發(fā)展充電設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，應(yīng)建立在科學(xué)分析和優(yōu)良資源配置的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，綜合考慮電動(dòng)汽車(chē)的運(yùn)行規(guī)律、城市用地規(guī)劃、電網(wǎng)的承載能力和電動(dòng)汽車(chē)及其充電技術(shù)的成熟度，采用科學(xué)的方法和手段，制定合理、經(jīng)濟(jì)、適用的電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃方案。同時(shí)，充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃既要充分考慮導(dǎo)入期的不定因素，又要適應(yīng)電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。在進(jìn)行充電設(shè)施規(guī)劃時(shí)，要分階段加以修正，充電設(shè)施的數(shù)量與規(guī)模不能過(guò)于超前，以免造成資源的閑置和浪費(fèi)，應(yīng)充分考慮電動(dòng)汽車(chē)的推廣與充電設(shè)施建設(shè)的相互影響作用。電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃和建設(shè)要總結(jié)示范城市的試點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，要做到科學(xué)有序發(fā)展。
2)充電基礎(chǔ)設(shè)施的分布應(yīng)與電動(dòng)汽車(chē)泊車(chē)的時(shí)空分布盡可能保持一致電動(dòng)汽車(chē)一般須在停泊的時(shí)間和地點(diǎn)完成能量補(bǔ)給，充電行為發(fā)生的時(shí)空分布規(guī)律與電動(dòng)汽車(chē)的泊車(chē)規(guī)律相互關(guān)聯(lián)。城市中不同功能區(qū)域的交通規(guī)律和泊車(chē)特點(diǎn)各不相同，為保證充電的便利性和充電設(shè)施的使用率，充電基礎(chǔ)設(shè)施的分布應(yīng)與該地區(qū)電動(dòng)汽車(chē)泊車(chē)的時(shí)空分布規(guī)律盡可能保持一致。
3)充電基礎(chǔ)設(shè)施的布局應(yīng)兼顧用戶(hù)便利性、建設(shè)經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)合理性要求充電基礎(chǔ)設(shè)施的選址應(yīng)滿(mǎn)足該地區(qū)的任意地點(diǎn)都處在某一充電站或充電樁的服務(wù)半徑內(nèi)，以保證用戶(hù)充電的便利性;充電基礎(chǔ)設(shè)施及車(chē)樁比依據(jù)規(guī)劃合理布局，應(yīng)兼顧建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性;充電模式的選擇應(yīng)綜合考慮用戶(hù)的便利性和動(dòng)力電池的安全使用與耐受能力。
4)充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃應(yīng)與該區(qū)域總體規(guī)劃和路網(wǎng)規(guī)劃相互協(xié)調(diào)城區(qū)總體規(guī)劃是城市發(fā)展的總原則，充電基礎(chǔ)設(shè)施是未來(lái)城市整體規(guī)劃的組成部分。充電基礎(chǔ)設(shè)施的選址和布局直接關(guān)系到充電車(chē)流的狀態(tài)，影響到整個(gè)地區(qū)交通系統(tǒng)的總體經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。充電基礎(chǔ)設(shè)施的布局應(yīng)與路網(wǎng)規(guī)劃相統(tǒng)一，在中小城市和大型城市周邊地區(qū)開(kāi)展電動(dòng)出租車(chē)試點(diǎn)，盡量避免以充電為目的車(chē)流對(duì)城市交通產(chǎn)生影響，保障城市交通的暢通。
5)充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)應(yīng)與該地區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃發(fā)展相協(xié)調(diào)充電基礎(chǔ)設(shè)施容量增長(zhǎng)應(yīng)與地區(qū)負(fù)荷和電網(wǎng)總?cè)萘肯鄥f(xié)調(diào)，以保證電網(wǎng)為電動(dòng)汽車(chē)提供充足的電力供應(yīng);充電基礎(chǔ)設(shè)施的布局應(yīng)與配電網(wǎng)的規(guī)劃相協(xié)調(diào)，避免出現(xiàn)電壓越限、配電線(xiàn)路或配電設(shè)備過(guò)載等問(wèn)題;充電基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)滿(mǎn)足接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量要求，并適當(dāng)配置補(bǔ)償和治理裝置，避免對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量造成不良影響。
6)逐步實(shí)現(xiàn)有序充電和采用綠色可再生能源供電利用分時(shí)電價(jià)等市場(chǎng)機(jī)制，引導(dǎo)部分電動(dòng)汽車(chē)在電力低谷時(shí)段慢速充電。充分利用智能配電網(wǎng)及其信息系統(tǒng)，逐步實(shí)現(xiàn)充電站分時(shí)段有序充電和智能充電。在充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，應(yīng)充分考慮就地的風(fēng)電、光伏等分布式新能源的集成利用條件，最大限度地發(fā)揮新能源的作用來(lái)替代傳統(tǒng)的化石能源，促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)的能源結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)的化石能源向無(wú)污染的可再生能源和新能源轉(zhuǎn)變，真正實(shí)現(xiàn)全社會(huì)零排放、清潔無(wú)污染的綠色交通。
7)充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)應(yīng)符合環(huán)境與安全的相關(guān)規(guī)定充電設(shè)施的規(guī)劃符合環(huán)境保護(hù)和防火安全的要求，充電設(shè)施不應(yīng)靠近有爆炸或火災(zāi)危險(xiǎn)等潛在危險(xiǎn)的地方，也要避開(kāi)地勢(shì)低洼和可能積水的場(chǎng)所，并充分利用就近的供電，交通、消防、給排水及防洪等公用設(shè)施。
5.2充電模式選擇與充電設(shè)施配置的相關(guān)建議
根據(jù)前文對(duì)各車(chē)輛運(yùn)行規(guī)律及充電模式的匹配分析，對(duì)不同類(lèi)型車(chē)輛充電模式及設(shè)施的選擇建議如下表4所示：
表4各類(lèi)型車(chē)輛充電模式及充電設(shè)施配置建議
 其中，私家車(chē)分散充電設(shè)施在各功能區(qū)配置比例應(yīng)有所區(qū)別，本文結(jié)合美國(guó)NHTS中相關(guān)數(shù)據(jù)，以及文獻(xiàn)中充電初始SOC的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，根據(jù)前述充電設(shè)施配比度計(jì)算方法對(duì)分散慢充樁與電動(dòng)汽車(chē)的配比度(如表3所示)以及快慢速分散充電設(shè)施配比度進(jìn)行分析，給出表5所示的推薦值。
表5私家車(chē)分散充電設(shè)施配置建議
 隨著動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程增加，各類(lèi)型車(chē)輛的充電模式將逐步過(guò)渡到慢充模式，分散充電設(shè)施中慢充樁與電動(dòng)汽車(chē)的配比度、快充設(shè)施與慢充設(shè)施的配比度均將逐漸減小。
6結(jié)論
充電基礎(chǔ)設(shè)施是電動(dòng)汽車(chē)推廣應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，其規(guī)劃布局是關(guān)乎到未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和城市建設(shè)的重要而復(fù)雜的問(wèn)題。隨著國(guó)家新一輪電動(dòng)汽車(chē)推廣工作的開(kāi)展，充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)將迎來(lái)新的高潮。從目前動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展水平、整車(chē)及電池標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展程度以及電網(wǎng)影響等角度考慮，電動(dòng)私家車(chē)應(yīng)以分散式慢充為主，適當(dāng)配備分散快充設(shè)施作為補(bǔ)充，并合理確定兩類(lèi)設(shè)施的配比度，以滿(mǎn)足用戶(hù)不同類(lèi)型的充電需求，同時(shí)保證投資建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于其他類(lèi)型的車(chē)輛，應(yīng)優(yōu)先選擇慢充模式，在慢充不滿(mǎn)足運(yùn)行要求的條件下，根據(jù)車(chē)輛的行駛及泊車(chē)的時(shí)空特點(diǎn)，在合適的地點(diǎn)建設(shè)集中型快充站或者換電站。在充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)緊密結(jié)合電網(wǎng)特點(diǎn)，充分研究充電設(shè)施與電網(wǎng)的相互影響及作用，采取相應(yīng)措施，使兩者可以友好互動(dòng)、協(xié)調(diào)發(fā)展。
現(xiàn)階段仍處于電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展初期，隨著電動(dòng)汽車(chē)的普及，其運(yùn)行規(guī)律和充電行為的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)將更加準(zhǔn)確豐富，充電設(shè)施的投資運(yùn)營(yíng)模式也將趨于清晰，因此，在電動(dòng)汽車(chē)行為規(guī)律、充電設(shè)施與電網(wǎng)的互動(dòng)等方面，仍存在較大的研究空間，通過(guò)深入研究，可以更加合理的對(duì)充電設(shè)施進(jìn)行規(guī)劃布局，為電動(dòng)汽車(chē)的推廣普及提供強(qiáng)有力的支持。
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