天津市新能源汽车充电基础设施规划布局优化研究*

张 灿

(天津商业大学，天津 300134)

“十四五”规划提出，到2035年要形成绿色生产生活方式，要求生态文明建设实现更大的成效，这就要求能源配置与利用效率的双提升，新能源汽车的推广在低碳、环境和资源利用效率等内涵上都与这一目标非常契合。目前，我国新能源汽车数量已经具有一定规模，且新能源汽车的车桩比将近3.5∶1，但其利用率不足5%，区域发展的不平衡、空间布局的不合理等制约着新能源汽车充电基础设施的利用效率，也增加了客户充电难的问题。受到车位、电力负荷等限制，有30%以上的私家车不能随车配建充电桩。在共建共享的发展理念下，对公共充电桩建设的要求更为紧迫。

天津作为我国首批新能源汽车推广应用城市之一，近年来也积极响应国家号召，大力发展新能源汽车，截止到2020年年中，天津市已经累计推广新能源汽车约20万辆，布设新能源汽车充电基础设施3万座。但天津市充电基础设施建设仍存在较大缺口，尚不能满足新能源汽车快速发展的需要。居民区自用充电基础设施受物业、场地、电力容量等因素影响，安装比例较低，且绝大部分分布在郊县①。市区依然存在充电难的问题，主要是由于充电基础设施的分布与新能源汽车分布不协调，各区域内充电基础设施的供需不平衡所造成的。

在进行充电基础设施需求量的确定时，贾龙[1]提出基于新能源汽车保有量和行驶统计数据得到电动汽车总充电需求，但驾驶行为受主观影响较大，统计数据存在一定的偏差。张爱青等[2]提出按季度对各充电站以及交、直流充电桩电量情况进行大数据比对分析，按照地区电动汽车不同阶段保有量以及区域站、桩的调研需求进行充电桩的需求量确定。在进行充电基础设施规划方法的研究时，祝伟[3]提出建立充电设施差别化发展分区，进行充电基础设施的规划建设，但其未指出具体的分类依据。张新松等[4]利用遗传算法优化电动汽车充电站建设地址,使得电动汽车充电网络的充电服务能力最大化。韩泽臻等[5]提出以用地性质、交通可达性、人口密度以及近邻充电桩位置4个影响指标采用AHP层次分析法构建了选址的指标体系进行充电基础设施布局规划，但其在具体规划时操作性不强。对公共基础设施布局规划研究时，黄毅贤等[6]提出在进行瓶装液化石油气供应站布局规划时，利用泰森多边形得出供应站的服务范围及平均配送距离，该方案可以实现对规划区域服务的全覆盖。张天天等[7]在进行零售药店空间布局规划时，提出利用差异化管理规划地域理论来研究药店的空间规划问题，其对新能源汽车充电基础设施规划布局有一定的借鉴作用，但新能源汽车充电基础设施的需求是动态的，这是其与该零售药店不同的地方。万欣航等[8]提出建设充电站的决策取决于安全因素、人口数量因素、地段因素、交通因素。

新能源汽车充电基础设施规划布局方案的制定涉及的影响因素较多，如建设成本、对充电基础设施周围电力设施的要求较高等，本文主要对充电基础设施的建设方位和建设数量进行规划布局。以天津市各行政区现有新能源汽车保有量与各行政区域建设用地面积为基础，结合国家政策规定的新能源汽车与充电基础设施的比值，确定各行政区域充电基础设施的需求量，该方法能够最大程度的使各区域充电基础设施供给量与需求量达到动态平衡；以中心地理论正六边形法则为基础，确定各行政区内充电基础设施的服务半径，能最大化提高充电基础设施的有效服务面积，保证充电基础设施的利用率达到最大化。

一、依据中心地理论进行充电基础设施布局规划

以中心地理论为理论依据进行充电基础设施的统一规划建设，可以增加新能源汽车充电基础设施半径分类，针对各区域内新能源汽车保有量的不同确定不同的分类半径，扩大充电基础设施的服务范围。现阶段，大多城市以圆为辐射范围进行充电基础设施的规划布局，这会造成几个圆相切的部位出现中心点服务不到的“真空地带”。利用中心地理论的正六边形进行规划布局，可以实现对规划区域充电服务的全覆盖。

根据天津市新能源汽车布局分布，结合《天津市加快新能源汽车充电基础设施建设实施方案(2018-2020)》中计划2020年底前建设2万座公共充电基础设施、各区域内按车桩比为7∶1的比例进行公共充电基础设施的建设规划，依据天津市各行政区内新能源汽车的分布密度的不同，确定各行政区内充电基础设施的需求量；依据区域内充电基础设施的需求量与区域内建设用地的面积，确定各区域内单个充电基础设施的服务面积；依据中心地理论的正六边形法则，最终确定不同行政区内新能源汽车充电基础设施的建设半径。

二、天津市新能源汽车及充电基础设施现状

(一)天津市现有新能源汽车分布现状

本文以新能源汽车注册登记时所属行政区进行分布分析。新能源汽车主要运行于城市内各交通要道，客户在进行充电选择时，主要在工作单位、居住区或者交通道路周围等。所以，本文以单位建筑用地面积内新能源汽车的数量来确定新能源汽车在该区域内的分布密度，从而为公共充电基础设施的布局规划提供依据。从天津市相关政府公开网站中获取天津市新能源汽车的所属区域信息；从自然资源部网站中，获取天津市截至2020年各行政区内建设用地的面积。依据天津市各行政区单位建筑用地面积内新能源汽车保有量，确定天津市各行政区新能源乘用车的分布密度。

表1 天津市新能源乘用车分布密度表

从表1中可以看到，市内六区、北辰区等区域单位建筑面积内新能源汽车的保有量较大，对充电基础设施的需求量大，所以在进行充电基础设施的规划布局时，应该减小这些区域充电基础设施半径的服务范围，增加充电基础设施的建设数量；宝坻区、蓟州区、宁河区等区域单位建筑面积内新能源汽车的保有量较小，在进行充电基础设施的规划布局时，应该增加这些区域充电基础设施半径的服务范围。综上，在进行充电基础设施的服务半径的确定时，应该根据区域内新能源汽车的保有量大小确定充电需求，最终确定充电基础设施的服务半径及建设数量。

(二)天津市现有新能源汽车充电基础设施分布现状

国家在《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020年)》中明确指出，到2020年时，在新能源汽车推广应用城市，公共充电桩与电动汽车比例不低于1∶7，城市核心区公共充电服务半径小于0.9公里。通过收集及整理天津市新能源汽车充电基础设施相关数据得知，现阶段，天津市已建设公共充电基础设施1.8万座。通过对各区域内新能源乘用车数量与公共充电基础设施数量的计算(表2)发现，新能源汽车保有量密度较大的市内六区和北辰区由于充电基础设施建设成本高，充电基础设施建设场地少，导致充电基础设施建设数量较少，但该区域人口多，新能源汽车保有量大，所以出现车桩比远超7∶1的现象，该区域的新能源汽车客户会面临严重的充电难问题。但在宝坻区、蓟州区、宁河区等郊区区域，充电基础设施建设成本低，建设难度系数低，布局建设了大量充电基础设施，由于此区域人口数量少，新能源汽车保有量较小，所以车桩比较低，大部分充电基础设施处于闲置状态，利用率低的问题较为严重。

表2 天津市现有公共充电基础设施现状

郊区充电基础设施供过于求与市区充电基础设施供不应求的现象表明，天津市公共充电基础设施的布局与新能源汽车的布局不协调，天津市需要调整公共充电基础设施的布局规划方法，使天津市各区域新能源汽车与新能源汽车充电基础设施处于供需平衡状态。

三、天津市新能源汽车充电基础设施空间布局面临的问题

1.新能源汽车充电基础设施半径分类少

天津市主要以多个行政区域内统一的充电服务半径进行公共充电基础设施的规划建设。这就造成部分地区充电基础设施数量太多，利用率低，但部分地区充电难的现象。所以，在进行新能源汽车充电基础设施的规划建设时，应根据不同区域内新能源汽车的保有量密度进行充电基础设施的数量规划，以实现不同区域内新能源汽车充电基础设施的供需平衡。

2.新能源汽车充电基础设施半径服务范围不合理

现阶段，在进行新能源汽车充电基础设施的布局规划时，公共充电基础设施主要建设在公共停车场、公共停车位以及可用于充电服务的场站内，但新能源汽车的运行、充电可发生在建设用地内的任何区域，所以，现阶段的规划方法会造成公共充电基础设施扎堆建设，降低充电基础设施的有效服务范围。在进行充电基础设施的规划布局时，充电基础设施半径的服务范围应该包含所有建设用地，这样才能避免利用率低的充电基础设施的建设，实现充电基础设施服务效率的最大化。

3.新能源汽车充电基础设施数量不足

天津市已建设公共充电桩近1.8万座，车桩比近10∶1，与国家所要求的到2020年在新能源汽车推广应用城市公共充电桩与新能源汽车比例不低于1∶7的标准还有一定距离，结果就是天津市现阶段充电难问题非常严重。为给天津市新能源汽车客户提供较便捷的充电服务，降低客户的充电成本，天津市必须增加充电基础设施的建设数量。加快对公共充电基础设施的建设，增加公共充电基础设施的数量，不仅可以解决新能源汽车客户充电难的问题，同时也能够促进天津市新能源汽车的推广。

四、天津市新能源汽车充电基础设施优化方案及建议

(一)天津市新能源汽车充电基础设施优化方案

天津市现有新能源汽车充电基础设施半径服务的范围较大(图1)，但有效服务范围较小，建设时受建设难易程度以及建设成本的约束，出现了郊区充电基础设施的数量多于市区、充电基础设施扎堆建设的现象，所以虽然具有一定的数量规模，但有效服务范围较小，充电基础设施利用率低，充电难问题依然存在。经本文优化布局之后(图2)，本文以各行政区域内新能源汽车保有量为依据，在建设用地内进行充电基础设施布局规划，能最大程度提高充电基础设施的利用率，同时，以中心地理论为依据进行服务半径的划定，提高充电基础设施的有效服务范围。

表3 天津市充电基础设施现有规划方案与中心地理论下规划方案对比

(二)天津市新能源汽车充电基础设施优化建议

1.依据各行政区新能源汽车空间布局密度确定充电基础设施的服务半径

天津市现阶段对新能源汽车充电基础设施的规划主要以行政区为依据进行差异化服务半径的确定。在进行半径的确定时，对半径的分类太少，将多个行政区归纳到一个半径下，但现实中，各行政区内，新能源汽车的分布差别较大，依据此在进行充电基础设施的规划建设后会造成部分区域内充电基础设施利用率低，部分区域内充电基础设施供不应求的状态。未来，天津市应该结合新能源汽车的分布特点，根据不同区域内新能源汽车的保有量以及不同行政区的建设用地面积确定新能源汽车的分布密度，对不同行政区域内充电基础设施进行差异化半径的确定。

2.依据中心地理论及服务建设用地原则对天津市充电基础设施进行合理化调整

天津市现有公共充电基础设施虽然已经具有一定的规模，但整体的服务效率低。对比天津市现有的充电基础设施的规划方法，在公共充电基础设施总量不变的基础下，本文依据中心地理论，在建设用地范围内对充电基础设施进行规划布局后，服务半径明显减小，为客户节省了充电时间、充电路程等成本。今后，天津市在进行充电基础设施的规划布局时，应该在已建设的充电基础设施的基础上，依据中心地理论，以充电基础设施服务范围为建设用地的原则，逐步实现天津市新能源汽车充电基础设施的空间布局调整，既能保证之前建设的充电基础设施的利用率、覆盖率，同时也能使天津市新能源汽车充电网络更加合理化，利用高效化。

3.增加公共充电基础设施的建设数量

按照《天津市加快新能源汽车充电基础设施建设实施方案(2018-2020)》中的目标，天津市在2020年底计划建设公共充电基础设施2万个。车桩比为8.5∶1，车桩比较大，天津市需要持续地增加公共充电基础设施的建设数量，以满足国家所要求的新能源汽车与公共充电桩7∶1的要求以及满足逐步增长的新能源汽车的充电需求，同时也能够与天津市“适度超前”发展充电基础设施的政策相协调。

4.提升充电基础设施运营效率

对已建设在郊区的利用率较低的充电基础设施可以适当降低其充电价格，以吸引更多的客户前往充电，能够很好地盘活“僵尸桩”，减少充电基础设施的建设，节省社会资源，同时能够提高已建设充电基础设施的利用率。

五、结语

新能源汽车的环保以及低能耗属性注定了其是未来实现生态文明建设、取代燃油汽车的最佳选择。新能源汽车的大批量普及需要有完善的充电基础设施做保障，我国大部分地区新能源汽车充电基础设施的建设处于起步阶段。未来，在进行充电基础设施的建设时，各省依据新能源汽车的保有量并结合省域面积确定新能源汽车的保有量密度，划定不同的密度区域。之后，可以参考天津市区域内充电基础设施的规划方案进行充电基础设施服务半径的确定，使充电基础设施实现布局的高覆盖率以及高利用率，真正解决客户充电难问题。本文在进行充电基础设施的规划布局时只考虑了充电基础设施的服务半径及数量，未对充电成本、建设难度等进行研究，这是未来研究的方向。

表4 各密度区域内充电基础设施空间布局推荐半径

表4为根据天津市充电基础设施优化研究后的结果，为不同新能源汽车保有量密度城市提供的充电基础设施规划半径的参考值。

注释：

① 《天津市新能源汽车充电基础设施发展规划(2016-2020 年)》。