Case Analysis of Electric Vehicle Charging Facilities in Residential District

Zhou Yan

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Case Analysis of Electric Vehicle Charging Facilities in Residential District

Zhou Yan

AbstractThrough the understanding of the national new energy development strategy of electric vehicle, combining with an instance of the engineering design about electricvehicle parking spaces of the residential area, the building scheme of the electricvehicle charging infrastructure in the new village, old village, three-dimensional garage is elaborated in detail. This scheme not only fully meets the requirements of the policy to the ground, and also analyzes the technical difficulties in each stage of project planning and construction. Suggests the problems and countermeasures of worthy reference for the engineering design personnel.

Keywordsnew energy resources, electricvehicle, charging point, unit indicator, required coefficient, load calculation, harmonic

1新能源電動(dòng)汽車發(fā)展政策導(dǎo)向

隨著新能源汽車的快速發(fā)展，電動(dòng)汽車已成為節(jié)能環(huán)保汽車發(fā)展的主攻方向，與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)電動(dòng)車銷量持續(xù)增長(zhǎng)也帶動(dòng)了電動(dòng)車充電站的發(fā)展步伐。2015年10月9日國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布的《關(guān)于加快電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》中提出“各地要將充電基礎(chǔ)設(shè)施專項(xiàng)規(guī)劃有關(guān)內(nèi)容納入城鄉(xiāng)規(guī)劃，完善獨(dú)立占地的充電基礎(chǔ)設(shè)施布局，明確各類建筑物配建停車場(chǎng)及社會(huì)公共停車場(chǎng)中充電設(shè)施的建設(shè)比例或預(yù)留建設(shè)安裝條件要求。原則上，新建住宅配建停車位應(yīng)100%建設(shè)充電設(shè)施或預(yù)留建設(shè)安裝條件?！卑凑障嚓P(guān)政策惠及程度，全國(guó)城市可按電動(dòng)汽車發(fā)展政策條件分為三類，如表1所示。

各地方政府也在相關(guān)的文件中就電動(dòng)車充電設(shè)施設(shè)置問題提出了相應(yīng)的具體實(shí)施細(xì)則及配置指標(biāo)，例如，北京市人民政府關(guān)于《北京市居住公共服務(wù)設(shè)施配置指標(biāo)》和《北京市居住公共服務(wù)設(shè)施配置指標(biāo)實(shí)施意見》的通知中要求居住類建筑應(yīng)將18%的配建機(jī)動(dòng)車停車位作為電動(dòng)車停車位。隨著實(shí)施細(xì)則的陸續(xù)出臺(tái)及配套產(chǎn)品的不斷完善，規(guī)劃設(shè)計(jì)部門在方案規(guī)劃階段就需要考慮電動(dòng)汽車車位的位置及電容量，在施工圖階段更應(yīng)落實(shí)到位。

表1　電動(dòng)汽車城市支持政策分類表

2新建住宅區(qū)配建電動(dòng)車位案例解析

2.1某小區(qū)項(xiàng)目概況

以北京某新建住宅小區(qū)配建停車場(chǎng)項(xiàng)目為例，該住宅小區(qū)主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2　某小區(qū)主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

該新建小區(qū)總建筑面積41 785m2，擬建住宅總戶數(shù)300戶，停車場(chǎng)規(guī)劃共計(jì)300個(gè)停車位，按照《北京市居住公共服務(wù)設(shè)施配置指標(biāo)》和《北京市居住公共服務(wù)設(shè)施配置指標(biāo)實(shí)施意見》中居住類建筑應(yīng)將18%的配建機(jī)動(dòng)車停車位作為電動(dòng)車停車位的要求可知，該項(xiàng)目應(yīng)至少配建54個(gè)電動(dòng)車停車位。

2.2規(guī)劃方案階段關(guān)鍵問題

在項(xiàng)目規(guī)劃方案階段，重點(diǎn)要考慮的問題電動(dòng)車充電設(shè)施設(shè)備容量的負(fù)荷估算和電動(dòng)車停車位的規(guī)劃位置。

在規(guī)劃方案階段，電動(dòng)車充電設(shè)施設(shè)備容量的負(fù)荷估算按照單位指標(biāo)法計(jì)算有功功率，見式(1)。

(1)

式中，Pe為單位用電指標(biāo)，kW/位；N為車位數(shù)。

本項(xiàng)目方案中電動(dòng)車充電設(shè)施按照10kW/位計(jì)算，則小區(qū)停車場(chǎng)中電動(dòng)車充電設(shè)施合計(jì)設(shè)備的有功功率:P=10×54=540kW。

這些容量應(yīng)納入該新建小區(qū)總體電容量規(guī)劃中，配套的變配電所應(yīng)充分考慮電動(dòng)車充電設(shè)備容量，避免因總電量不足造成后期增容弊端。另外，電動(dòng)車停車位的規(guī)劃位置(集中或分散設(shè)置充電設(shè)施等)也決定了小區(qū)變配電設(shè)施的分布以及供配電系統(tǒng)的情況。

2.3施工圖階段技術(shù)要點(diǎn)

施工圖設(shè)計(jì)階段，重點(diǎn)要根據(jù)用戶使用位置及充電時(shí)間需求，確定電動(dòng)車充電設(shè)施具體設(shè)置的位置及類型。通過與甲方溝通后最終確定，本項(xiàng)目原規(guī)劃的54個(gè)電動(dòng)停車位平均分設(shè)在停車場(chǎng)南、北兩個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域設(shè)置27個(gè)電動(dòng)停車位；考慮到居民住戶固定停車位充電與訪客即充即走的兩種需求，每個(gè)區(qū)域中有24個(gè)車位采用交流充電樁(慢充)，3個(gè)車位采用直流充電樁(快充)。本項(xiàng)目采用的兩種充電樁參數(shù)見表3～4。

表3　充電樁參數(shù)(一)

表4　充電樁參數(shù)(二)

交流充電樁(慢充)優(yōu)點(diǎn)是方便、簡(jiǎn)單、有利于延長(zhǎng)電池壽命，缺點(diǎn)是充電時(shí)間較長(zhǎng)(一般在6h以上)，適合家庭用車固定車位；直流充電樁(快充)優(yōu)點(diǎn)是充電效率高、充電時(shí)間短(一般在1h內(nèi))，缺點(diǎn)是大電流對(duì)電池使用壽命有一定影響，適合快速充電、即充即走的臨時(shí)車位。

下面就其中一個(gè)區(qū)域的27個(gè)電動(dòng)車停車位充電設(shè)備的配電系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的負(fù)荷計(jì)算：24個(gè)交流充電樁(慢充)分為8個(gè)三相回路供電，每個(gè)三相回路A、B、C相分別接1個(gè)慢充充電樁；3個(gè)直流充電樁(快充)分別由3個(gè)三相回路專供。該區(qū)域的電動(dòng)車充電樁配電箱系統(tǒng)圖見圖1。

圖1　充電樁配電系統(tǒng)圖

由圖1可知，此區(qū)域27個(gè)充電樁中24個(gè)7.5kW慢充和3個(gè)30kW快充，總設(shè)備容量為270kW，采用需用系數(shù)法確定有功功率及計(jì)算電流，如式(2)、(3)所示。

計(jì)算負(fù)荷：P=Kx×Pe(kW)

(2)

(3)

式中，Pe為設(shè)備容量，kW；Kx為需用系數(shù)；cosφ為功率因數(shù)；U為額定電壓，kV。

充電樁配電箱出線回路三相平衡，進(jìn)線處設(shè)置樓宇控制模塊及漏電報(bào)警模塊，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程計(jì)量以及監(jiān)控電氣火災(zāi)。根據(jù)停車場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)情況選用落地式充電樁，設(shè)計(jì)中采用的充電樁功能指標(biāo)包括：充電模式(自動(dòng)、定時(shí)、定費(fèi)、定量預(yù)約模式)、無線射頻IC卡用戶身份驗(yàn)證、通訊方式(以太網(wǎng)、CAN、RS485、無線通訊)，充電樁保護(hù)措施有三級(jí)防雷、過欠壓及充電異常保護(hù)、剩余電流保護(hù)，IP54防護(hù)等級(jí)。最終能夠?qū)崿F(xiàn)用戶方便快捷地自行刷卡選擇模式充電，同時(shí)物業(yè)可以遠(yuǎn)程監(jiān)控各充電樁狀態(tài)，在實(shí)現(xiàn)充電設(shè)施的基本功能的同時(shí)，提高充電設(shè)施的智能化、自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)充電設(shè)施無人或少人值守運(yùn)行，達(dá)到充電設(shè)施經(jīng)濟(jì)、安全、高效運(yùn)行。

3立體停車庫(kù)及老舊小區(qū)配建電動(dòng)車位的探討

針對(duì)占地面積小、空間利用率高的立體停車庫(kù)，可以采用升降橫移式機(jī)械立體充電站或垂直升降式機(jī)械立體充電站。升降橫移式機(jī)械立體充電站基于升降橫移式機(jī)械立體停車庫(kù)，廣泛應(yīng)用于室內(nèi)、外停車庫(kù)，其車位排列方式簡(jiǎn)單、空間利用率高且車位移動(dòng)范圍小，是立體充電站的較佳選擇。垂直升降式機(jī)械立體充電站基于垂直升降式機(jī)械立體停車庫(kù)，其特點(diǎn)是占地面積最小、空間利用率最高，垂直升降式機(jī)械立體停車庫(kù)通過簡(jiǎn)單改造即可為電動(dòng)車提供充電電源，可快速經(jīng)濟(jì)地完成立體充電站的建設(shè)。

另外，老舊住宅小區(qū)電動(dòng)車充電設(shè)施的建設(shè)存在很多難點(diǎn)，主要集中在原電網(wǎng)容量不足和電動(dòng)車充電設(shè)施用地方面。政府部門可以利用老舊小區(qū)改造的機(jī)會(huì)，協(xié)調(diào)電力、房地產(chǎn)、物業(yè)等部門，增容改造小區(qū)供電設(shè)施、增加電網(wǎng)容量、解決用地等問題。以上講述的是整車充電方式，還有一種更換電池快速實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車能量補(bǔ)給的方式，文中不再細(xì)述。

4電動(dòng)車充電設(shè)施建設(shè)對(duì)電網(wǎng)的影響

隨著電動(dòng)汽車數(shù)量不斷增加，大量建設(shè)的集中充電站以及廣泛分布在停車場(chǎng)、停車庫(kù)的充電樁將不可避免地給電網(wǎng)帶來電能質(zhì)量問題。充電機(jī)作為非線性設(shè)備產(chǎn)生的大量諧波會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備過熱、絕緣介質(zhì)老化加速、使用壽命減少、通信線路及信息線路受干擾、還會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的電壓和電流發(fā)生畸變、功率因數(shù)下降、線路損耗增加、電網(wǎng)容量浪費(fèi)問題。

鑒于電動(dòng)車充電設(shè)施不斷增加給電網(wǎng)帶來的種種影響，在規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意電動(dòng)車充電設(shè)備電壓和電流的諧波含量是否超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)應(yīng)地考慮設(shè)置就地?zé)o功補(bǔ)償及有源濾波設(shè)備，或在變電所低壓側(cè)增設(shè)無功補(bǔ)償器及有源濾波器，對(duì)電動(dòng)汽車充放電設(shè)備的諧波等指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格控制。

5結(jié)束語(yǔ)

在國(guó)家對(duì)節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)政策扶持力度不斷加大、對(duì)新能源汽車發(fā)展策略導(dǎo)向不斷加強(qiáng)的背景下，本文以新建居民住宅小區(qū)配建電動(dòng)車充電設(shè)施為例，詳細(xì)論述了該案例的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，直觀、準(zhǔn)確地闡述了充電樁配電系統(tǒng)及負(fù)荷計(jì)算方法，對(duì)立體停車庫(kù)及老舊區(qū)配建充電設(shè)施建設(shè)提出了解決方案，針對(duì)電動(dòng)車充電設(shè)施對(duì)電網(wǎng)的影響提出了解決措施，具有很高的通用性和實(shí)用性。不同類型的停車場(chǎng)配建的電動(dòng)車充電設(shè)施設(shè)計(jì)有其各自特殊的要求，通過希望以上的案例總結(jié)能對(duì)今后電動(dòng)車充電設(shè)施設(shè)計(jì)有所借鑒和幫助。

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住宅小區(qū)配建電動(dòng)車充電設(shè)施的措施解析

周巖

(中國(guó)新興建設(shè)開發(fā)總公司，北京 100039)

摘要通過對(duì)國(guó)家新能源電動(dòng)汽車發(fā)展策略的解讀，結(jié)合住宅小區(qū)配套電動(dòng)車停車位工程設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)電動(dòng)車充電設(shè)施在新建小區(qū)、老舊小區(qū)、立體車庫(kù)的配建方案進(jìn)行了周密闡述。該方案不僅充分滿足了政策落地的要求，同時(shí)還剖析了工程規(guī)劃和施工各階段的技術(shù)難點(diǎn)，提出的問題及應(yīng)對(duì)措施值得工程設(shè)計(jì)人員參考和借鑒。

關(guān)鍵詞新能源電動(dòng)汽車充電樁單位指標(biāo)法需用系數(shù)法負(fù)荷計(jì)算諧波