三线城市电动汽车充电设施规划研究

时间：2024-07-28

陆之洋

(贵州大学，贵阳 550025)

电动汽车将是我国新能源汽车的重要发展方向，也是我国汽车产业转型升级的重大历史机遇。电动汽车要发展，电动汽车充电设施是基础。电动汽车充电设施规划直接影响电动汽车的发展，进而影响汽车产业的发展。另外，电动汽车的充电将对电网产生广泛的影响。如何通过良好的充电设施规划，既能有效促进电动汽车的快速发展，同时实现和电网的协调发展，已经引起广大学者的关注［1－5］。康继光等［1］对电动汽车充电站的建设规划进行了探讨;吴春阳等［2］分析了电动汽车充电设施规划每个阶段的特点，在划分阶段的基础上建立了相应的数学模型;徐凡等［3］在分析电动汽车充电站规划的诸多影响因素的基础上，提出了充电站规划建设的原则性建议;冠凌峰等［4］在充分考虑充电设施目标和约束条件的基础上，建立了电动汽车充电设施规划的数学模型。

截止目前，国内学者在充电设施规划方面的研究还不够全面，未考虑城市规模的区别，不具备针对性。本文针对电动汽车充电设施规划问题，以我国广大三线城市作为研究对象，提出三线城市电动汽车充电设施规划编制的原则、流程、阶段等建议。

1 三线城市加强电动汽车充电设施规划的意义

进行电动汽车充电设施规划主要有以下几个方面的意义:

(1)有利于引导充电设施的有序建设，避免资金和资源的浪费。

(2)有利于提高充电设施的利用率，保障充电设施建设和运营商的盈利水平，实现充电设施建设的可持续发展。

(3)将有效推动电动汽车普及和发展，继而推动城市环境改善和降低温室气体的排放，实现节能环保的目标［5］。

目前，我国三线城市普遍都建设了一些零星的充电桩，但由于缺乏良好的规划，这些充电桩的建设往往以示范工程为主，很少产生实际效益，反而造成资金和资源的浪费。不同的城市，电动汽车发展阶段不同，电动汽车保有量、用户类型亦不同，充电需求也具有不同的特征，对应充电设施规划重点也应不同。只有制定有针对性的规划才能有效推动三线城市电动汽车和电动汽车充电设施的可持续发展。

2 电动汽车的充电方式及对应的充电设施

电动汽车充电方式是指充电设施如何对电动汽车进行能源补给，它决定了充电设施的布局方式、数量及占地面积等，是充电设施规划必须首先确定的技术原则。不同的充电设施对应于不同的充电方式。目前电动汽车充电方式及对应的充电设施主要有以下3 种［6］:

(1)常规充电，也称为交流慢充。是以较小的交流电流对充电电池进行恒流或恒压充电，一般充电电流为15 A，充电过程大约需要5～8 h。这种模式采用充电桩进行充电，布点灵活、占地面积较小，可安装在停车场、居住社区等。常规充电的最大缺点是充电时间长，而服务半径小。进行充电桩的规划建设时，应重点参考所在地区交通密度、人口密度、车辆密度及其出行特征。

(2)快速充电，也称为直流快充或应急充电，采用150～400 A的大直流电流进行恒流充电，大约在20～30 min内就能达到电池容量的80% ～90%。这种充电方式在大大减少充电时间的同时也降低了电池的使用寿命。这种充电方式所需的充电时间比加油站还长，所需占地面积也较大，同时需配备谐波处理等装置来减少对电网的影响，充电站的建设成本往往比较高。快速充电主要以满足用户应急用电需求为主，可以在高速公路沿线和交通密度较大的市中心进行规划建设。

(3)更换电池组，也称快速换电或机械换电。通过在充电站为电动汽车用户快速更换电池，更换时间通常是5～10 min。这种方式对电池进行专业的更换和维护，有利于延缓电池寿命。具有时间短、占地面积较小、选址灵活、可夜间充电或采用新能源充电，可规模化应用等优点，但首先必须统一充电电池的规格标准、接口标准、位置标准等。换电站应结合电动汽车行驶路线及区域等情况适当配置［7］。

各个城市应该首先根据本市电动汽车的保有量和发展趋势，明确电动汽车的主要充电方式，从而确定适合本市电动汽车发展的充电设施发展规划。

3 电动汽车接入对电网的影响

电动汽车对电网的影响很广泛，可以分为短期影响和长期影响。从短期看，由于电动汽车的数量很少，电动汽车接入对电网基本没有影响。从长期看，随着电动汽车的普及和推广，电动汽车将大规模接入电网，这将对电力系统的规划和运行产生不容忽视的影响。这些影响主要表现为:

(1)负荷的增加。电动汽车接入电网充电必然导致电力负荷的增加，但如果大量的电动汽车无序充电，将可能进一步增大电力负荷峰谷差，增大电力系统的负担。如果电动汽车能够在夜晚等用电低谷进行有序充电，则不仅能够增加电网公司的售电收入，而且有利于电力系统平衡。所以对电动汽车用户的充电行为进行有效引导，尽量避免其负面影响，尽量发挥其积极影响很有必要。

(2)对电能质量的影响。电动汽车充电负荷属于非线性负荷，会产生很大的谐波电流，给电力系统带来谐波污染，这将导致电网损耗增加，功率因数下降，电能质量下降。

(3)对电网运行、控制的影响。电动汽车充电时间和空间分布的随机性，将导致电力负荷的极大不确定性，加大了电网控制的难度。

(4)对电网规划的影响。大量电动汽车同时充电将带来城市配电网负荷结构和特性的改变，对传统的电网规划带来了新的挑战［8－9］。

4 三线城市电动汽车充电设施规划

电动汽车充电设施的规划布点要满足充电的快速、便捷、高效等要求，应该遵循一定的规划原则。

4.1 充电设施规划原则

(1)前瞻性。要具有长远的眼光，要能持续满足和适应电动汽车的发展。

(2)配套性。电动汽车充电设施的规划必须和城市发展规划、路网规划、电网规划有效地结合起来，有效保障电动汽车充电设施的经济效益。在进行电动汽车充电设施规划时应充分考虑现有电网的布局和规划，在保证现有电网满足电动汽车充电设施发展的同时，尽量减小电动汽车接入对电网的影响。另外，充电设施的规划应该对电网规划有一定的引导作用。

(3)经济性。所制定的规划必须能够有效指导城市电动汽车充电设施的建设，满足电动汽车发展的需求，同时实现充电设施的可持续发展。

4.2 充电设施规划流程

多种充电模式共同满足充电需求，是电动汽车充电设施不同于一般供电设施的重要方面，鉴于三线城市电动汽车的发展现状，建议充电设施规划流程如图1 所示［3］。

图1 电动汽车充电设施规划流程

4.3 充电设施规划阶段

三线城市充电设施规划可划分为近期、中期和远期三个阶段。

(1)近期规划

根据三线城市电动汽车的保有量及增长趋势，近期充电设施规划的重点应主要针对电动公交车。考虑到城区道路现状及拆迁成本等因素，应结合公交线路的实际情况，在公交线路沿线进行公交车换电站规划，而在城郊考虑集中充电站的规划。公交车换电站只提供更换电池服务，只需配备换电池的设备和平台，其占地面积较小，同时也避免了电动汽车的充电需求增加而加大该区域电力系统的负荷压力。而城郊的集中充电站负责接配送电池，对回收的电池进行集中检修维护和充电，这样的规划可以提高充电设施的整体运营效率，同时充电时间也可以随当地的负荷情况进行灵活调整，帮助电力系统调整用电低峰时期的负荷曲线，提高系统的整体经济运行。

(2)中期规划

随着电动汽车尤其是电动出租车的逐步普及，充电设施中期规划应该在近期规划的基础上，结合城市总体规划和路桥规划，进一步满足电动公交车的充电需求，同时将满足电动出租车的充电需求作为中期规划的重点，仍然采用换电站和集中充电站的运营模式。

(3)远期规划

本阶段电动汽车技术已经基本成熟，电动汽车总量达到一定规模，而且种类比较丰富，出现了大量的私家电动车。远期规划的重点应该是在充分研究电动汽车的分布、居民出行特性的基础上，以满足私家电动车充电需求的充电桩规划作为本期规划的重点。