論汽車(chē)充電站與CNG加氣站、LNG加氣站、加油站“四站合建”的建設(shè)方案

王振華++夏怡

摘 要：電動(dòng)汽車(chē)是指以車(chē)載電源為動(dòng)力，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪行駛的車(chē)輛。汽車(chē)充電站是為電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行充電的場(chǎng)所。本文著重論述將汽車(chē)充電站與CNG加氣站、LNG加氣站、加油站“四站合建”的建設(shè)方案。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；充電方式；充電設(shè)施；汽車(chē)充電站；“四站合建”

一.電動(dòng)汽車(chē)及充電方式概述

（一）電動(dòng)汽車(chē)

電動(dòng)汽車(chē)是指以車(chē)載電源為動(dòng)力，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車(chē)輛。電動(dòng)汽車(chē)的優(yōu)點(diǎn)：它本身不排放污染大氣的有害氣體，即使按所耗電量換算為發(fā)電廠(chǎng)的排放，除硫和微粒外，其它污染物也顯著減少。由于電力可以從多種一次能源獲得，如煤、核能、水力、風(fēng)力等，從而解除人們對(duì)石油資源日漸枯竭的擔(dān)心。

電動(dòng)汽車(chē)的種類(lèi)主要包括：純電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)。

1.純電動(dòng)汽車(chē)

純電動(dòng)汽車(chē)是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)。相對(duì)燃油汽車(chē)而言，主要差別在于四大部件：驅(qū)動(dòng)電機(jī)、調(diào)速控制器、動(dòng)力電池、車(chē)載充電器。純電動(dòng)汽車(chē)之品質(zhì)及其價(jià)值高低也取決于這四大部件的品質(zhì)。純電動(dòng)汽車(chē)的時(shí)速快慢和啟動(dòng)速度取決于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率和性能，其續(xù)行里程之長(zhǎng)短取決于車(chē)載動(dòng)力電池容量之大小。

2.混合動(dòng)力汽車(chē)

指能夠至少?gòu)南率鰞深?lèi)車(chē)載儲(chǔ)存的能量中獲得動(dòng)力的汽車(chē)：可消耗的燃料或可再充電能/能量?jī)?chǔ)存裝置。

根據(jù)動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式可分為以下三類(lèi)：

串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)：車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)力只來(lái)源于電動(dòng)機(jī)的混合動(dòng)力汽車(chē)。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能通過(guò)電機(jī)控制器輸送給電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛。另外，動(dòng)力電池也可以單獨(dú)向電動(dòng)機(jī)提供電能驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛。

并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)：車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)或單獨(dú)供給的混合動(dòng)力汽車(chē)。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以單獨(dú)使用發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，也可以同時(shí)使用電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛。

混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)：同時(shí)具有串聯(lián)式、并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)方式的混合動(dòng)力汽車(chē)。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是可以在串聯(lián)混合模式下工作，也可以在并聯(lián)混合模式下工作，同時(shí)兼顧了串聯(lián)式和并聯(lián)式的特點(diǎn)。

（二）充電設(shè)備

對(duì)于一輛電動(dòng)車(chē)來(lái)講，蓄電池充電設(shè)備是不可缺少的子系統(tǒng)之一，它的功能是將電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)化為電動(dòng)車(chē)車(chē)載蓄電池的電能。電動(dòng)充電裝置的分類(lèi)可分為車(chē)載充電裝置和非車(chē)載充電裝置。

車(chē)載充電裝置：指安裝在電動(dòng)汽車(chē)上的采用地面交流電網(wǎng)和車(chē)載電源對(duì)電池組進(jìn)行充電的裝置。包括車(chē)載充電機(jī)、車(chē)載充電發(fā)電機(jī)組和運(yùn)行能量回收充電裝置。它將一根帶插頭的交流動(dòng)力電纜線(xiàn)直接插到電動(dòng)汽車(chē)的插座中給電動(dòng)汽車(chē)充電。

非車(chē)載充電裝置：即地面充電裝置，主要包括專(zhuān)用充電機(jī)、專(zhuān)用充電站、通用充電機(jī)、公共場(chǎng)所用充電站等。通常非車(chē)載充電裝置的功率、體積和重量均比較大，以便能夠適應(yīng)各種充電方式。

（三）充電方式

電動(dòng)汽車(chē)的能源補(bǔ)給模式主要包括充電模式和換電模式兩種，其中充電模式分為常規(guī)充電和快速充電。

常規(guī)充電又稱(chēng)普通充電或慢速充電，通過(guò)充電要求在蓄電池放電終止后進(jìn)行，采用15A左右的小電流充電，充電時(shí)間一般在5～8h。此種充電方式充電效率高、電池使用壽命長(zhǎng)，充電設(shè)備成本低，但缺點(diǎn)是充電時(shí)間較長(zhǎng)。

快速充電又稱(chēng)應(yīng)急充電，采用100～200A左右大電流為電動(dòng)汽車(chē)提供短時(shí)充電服務(wù)，約半小時(shí)內(nèi)就可充電完成。此充電方式充電時(shí)間短，缺點(diǎn)是由于充電電流大，對(duì)電池壽命有一定的影響，且充電安全性要求高，相應(yīng)的安裝成本也高。

慢速充電方式通常適宜健在小區(qū)停車(chē)場(chǎng)、辦公停車(chē)場(chǎng)和大型充電站等；快速充電方式適宜建在常規(guī)加油站、加氣站、油氣站、專(zhuān)用充電站等。目前加油站、加氣站、油氣站、專(zhuān)用充電站給電動(dòng)汽車(chē)提供能源補(bǔ)給優(yōu)先選擇快速充電和慢速充電相結(jié)合的模式，白天快充、晚上慢充，最大限度地利用充電車(chē)位。

二.充電站建設(shè)背景及政策支持

（一）充電站建設(shè)背景

汽車(chē)的能源消耗和廢氣排放的日益增加，是造成全球石油危機(jī)和溫室效應(yīng)的主要原因之一，發(fā)展新能源汽車(chē)迫在眉睫，而電動(dòng)汽車(chē)代表了新能源汽車(chē)發(fā)展的一個(gè)方向。電動(dòng)汽車(chē)無(wú)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)工作時(shí)產(chǎn)生的廢氣，不產(chǎn)生排氣污染，對(duì)環(huán)境保護(hù)和空氣的潔凈是十分有益的。同時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)無(wú)內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的噪聲，電動(dòng)機(jī)的噪聲也較內(nèi)燃機(jī)小。

隨著低碳經(jīng)濟(jì)成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主旋律，電動(dòng)汽車(chē)作為新能源戰(zhàn)略和智能電網(wǎng)的重要組成部分，以及國(guó)務(wù)院確定的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，必將成為今后中國(guó)汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。

（二）充電站建設(shè)政策支持

國(guó)務(wù)院辦公廳于2015年9月29日發(fā)布《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于加快電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》國(guó)辦發(fā)〔2015〕73號(hào)。該指導(dǎo)意見(jiàn)中明確了“充電基礎(chǔ)設(shè)施是指為電動(dòng)汽車(chē)提供電能補(bǔ)給的各類(lèi)充電設(shè)施，是新型的城市基礎(chǔ)設(shè)施。大力推進(jìn)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，有利于解決電動(dòng)汽車(chē)充電難題，是發(fā)展新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的重要保障，對(duì)于打造大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新和增加公共產(chǎn)品、公共服務(wù)‘雙引擎，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)增長(zhǎng)、調(diào)結(jié)構(gòu)、惠民生具有重要意義”，且對(duì)加快電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了關(guān)于“指導(dǎo)思想”、“基本原則”、“工作目標(biāo)”的總體要求以及加大建設(shè)力度、完善服務(wù)體系、強(qiáng)化支撐保障、做好組織實(shí)施等的相關(guān)要求。

（三）合建站建設(shè)背景

目前，城市土地供應(yīng)緊張，且加油、加氣站的一般選址具備得天獨(dú)厚的道路資源和網(wǎng)點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，從節(jié)約土地的角度出發(fā)，在建設(shè)加油站、加氣站和充電站時(shí)，可考慮采用加油、加氣、充電合建站的方式。也可在已建加油站、加氣站或油氣站擴(kuò)建充電站部分。

加油與LNG加氣、CNG加氣的合建站模式已非常成熟，將電動(dòng)汽車(chē)充電站與加油、LNG加氣、CNG加氣合建在一起可以最大限度的節(jié)約土地資源，并且能夠依托加油、加氣站的廣泛布點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，將成為一種值得推廣的“四站合建”建站模式。endprint

三.充電站建設(shè)方案分析

本文論述將汽車(chē)充電站與CNG加氣站、LNG加氣站、加油站“四站合建”的建設(shè)方案分析，因CNG加氣站、LNG加氣站、加油站具體的工藝已非常成熟，對(duì)此不在重復(fù)，本文具體建設(shè)方案內(nèi)容著重對(duì)充電部分進(jìn)行分析。

（一）充電設(shè)施組成

電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施由供配電系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)組成。

供配電系統(tǒng)包括環(huán)網(wǎng)柜變壓器、低壓配電柜、計(jì)量計(jì)費(fèi)、諧波濾波、諧波監(jiān)測(cè)；充電系統(tǒng)包括充電機(jī)、充電樁、計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、用戶(hù)界面；監(jiān)控系統(tǒng)包括配電監(jiān)控、充電監(jiān)控、消防報(bào)警、視頻檢測(cè)。

變壓器和環(huán)網(wǎng)柜屬箱式變壓器設(shè)計(jì)、供貨范圍，由電力公司負(fù)責(zé)，其余開(kāi)關(guān)柜、計(jì)量計(jì)費(fèi)、濾波裝置和諧波監(jiān)測(cè)裝置等供配電設(shè)備則安裝固定在撬裝式充電屋內(nèi)。所謂撬裝式充電屋是根據(jù)充電設(shè)施建設(shè)的實(shí)際要求，將新增的供配電室設(shè)備、充電設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)集中設(shè)計(jì)布置在箱式殼體中，通過(guò)提前在工廠(chǎng)預(yù)制，并完成內(nèi)部設(shè)備安裝調(diào)試的戶(hù)外緊湊式成套充電設(shè)備。

除了箱式變壓器和撬裝式充電屋外，充電機(jī)和充電樁也是主要的電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)備。其中充電機(jī)安裝在撬裝式充電屋內(nèi)，充電樁則固定安裝在室外的充電車(chē)棚下。由于各種類(lèi)型的電動(dòng)汽車(chē)所使用的電池規(guī)格不同，且電池充電接口標(biāo)準(zhǔn)不同意，因此在設(shè)計(jì)之初應(yīng)先了解充電車(chē)型、充電方式、電池參數(shù)和接口形式。

（1）快速充電多為直流方式，先由直流充電機(jī)將電網(wǎng)交流電能變換為直流電能，再通過(guò)直流充電樁與電動(dòng)汽車(chē)連接，對(duì)車(chē)載蓄電池進(jìn)行充電，電動(dòng)汽車(chē)只提供充電及相關(guān)通信接口。

（2）慢速充電多為交流充電方式，外部提供現(xiàn)成的220V或380V交流電源給電動(dòng)汽車(chē)充電，交流充電模式的特征是給車(chē)載充電機(jī)充電，充電站內(nèi)只需配置固定安裝在電動(dòng)汽車(chē)外，與交流電網(wǎng)連接，用于給車(chē)載充電機(jī)提供交流電源的交流充電樁，充電設(shè)備簡(jiǎn)單、安裝成本低。

（二）建設(shè)規(guī)模

充電部分按照快速充電模式考慮，配備4臺(tái)充電機(jī)、4臺(tái)直流充電樁。其中3臺(tái)充電機(jī)及3臺(tái)直流充電機(jī)針對(duì)小車(chē)設(shè)置，其功率按照50kw/臺(tái)考慮；1臺(tái)充電機(jī)及1臺(tái)直流充電樁針對(duì)公交車(chē)設(shè)置，其功率按照90kw/臺(tái)考慮。充電區(qū)域可同時(shí)為4臺(tái)電動(dòng)車(chē)輛進(jìn)行充電。

（三）方案設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目將充電站與CNG加氣、LNG加氣、加油站合建，其中電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施及配套設(shè)施主要包括充電機(jī)、直流充電樁、充電車(chē)位和充電車(chē)棚等部分。

（1）總圖

結(jié)合整個(gè)場(chǎng)站布置，設(shè)計(jì)在輔助服務(wù)區(qū)設(shè)置4個(gè)充電車(chē)位、4臺(tái)直流充電樁、一座撬裝式充電屋。所有充電樁均安裝在室外充電車(chē)棚下，直流充電機(jī)、低壓開(kāi)關(guān)柜安裝在撬裝式充電屋內(nèi)。所有充電設(shè)施布置在距離危險(xiǎn)性設(shè)備爆炸危險(xiǎn)區(qū)域3m以外。滿(mǎn)足《汽車(chē)加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》GB50156-2012（2014年版）中第5.0.7的要求。

總平面布置區(qū)域劃分見(jiàn)圖1，總平面布置方案見(jiàn)圖2：

圖1 總平面布置區(qū)域劃分圖

圖2 總平面布置方案圖

（2）土建

充電棚建筑面積65.00m2，罩棚底部距地面4.5m，采用鋼結(jié)構(gòu)形式，獨(dú)立基礎(chǔ)。

（3）電氣

電源由站外就近10kV市政公網(wǎng)引入本站內(nèi)箱式變電站，經(jīng)變壓后的交流電能通過(guò)非車(chē)載充電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔芎?，再?jīng)直流充電樁為電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池提供電能。

四.建站意義

（一）優(yōu)化城市能源結(jié)構(gòu)

隨著城市汽車(chē)量的不斷增加，傳統(tǒng)的汽柴油燃料供應(yīng)必將出現(xiàn)短缺的局面。而通過(guò)推廣和普及壓縮天然氣車(chē)輛、液化天然氣車(chē)輛、電動(dòng)汽車(chē)的使用，可減輕對(duì)車(chē)輛對(duì)汽柴油燃油的依賴(lài)。該類(lèi)合建站建成后，既可為當(dāng)?shù)氐墓卉?chē)、出租車(chē)、市政車(chē)輛及社會(huì)車(chē)輛提供燃油，也可提供清潔的壓縮天然氣、液化天然氣及充電功能，這對(duì)調(diào)整城市的能源結(jié)構(gòu)，具有積極的作用。

（二）有效治理城區(qū)環(huán)境空氣污染

大氣中的HC、NOX和CO主要來(lái)自于燃油汽車(chē)，約占總污染量的60～70%。隨著汽車(chē)保有量的增加，汽車(chē)排放污染物在大氣污染中所占的比重將進(jìn)一步增大。特別是在人口道路密集的大城市，汽車(chē)廢氣的排放導(dǎo)致空氣污染，城市生態(tài)環(huán)境日益惡化，嚴(yán)重影響居民身心健康。

使用清潔能源汽車(chē)，可大大減少汽車(chē)排放物中的有害物質(zhì)，具有良好的環(huán)境效益，是發(fā)展經(jīng)濟(jì)和改善人民生活的迫切需要，勢(shì)在必行。

（三）CNG加氣、LNG加氣、加油、充電“四站合建”模式可節(jié)約用地、節(jié)約投資

在同等項(xiàng)目規(guī)模的情況下，建設(shè)CNG加氣、LNG加氣、加油、充電四站合建比建設(shè)獨(dú)立的CNG加氣站、LNG加注站、充電站和加油站可很大程度地降低工程投資，節(jié)約用地面積。

獨(dú)立建站模式 “四站合建”模式 節(jié)約程度

用地面積 CNG加氣站：約5.0畝 約10畝 節(jié)約用地

約6.0畝

LNG加氣站：約4.0畝

加油站：約4.0畝

充電站：約3.0畝

工程投資

（工程費(fèi)用+征地費(fèi)用） CNG加氣站：

約1000+1000=2000萬(wàn)元 約1600+2000=3600萬(wàn)元 節(jié)約投資

約1500萬(wàn)元

LNG加氣站：

約400+800=1200萬(wàn)元

加油站：

約300+800=1100萬(wàn)元

充電站：

約200+600=800萬(wàn)元

注：1）上述工程投資按“工程費(fèi)用+征地費(fèi)用”考慮。

2）本項(xiàng)目按建設(shè)地點(diǎn)為城市中心區(qū)考慮，征地費(fèi)用暫按200萬(wàn)元/畝計(jì)。

（四）CNG加氣、LNG加氣、加油、充電“四站合建”的示范效應(yīng)

CNG加氣、LNG加氣、加油、充電“四站合建”的建站模式，既可以使土地利用率大幅度提高，又在功能上相互補(bǔ)充，可以更好的為各類(lèi)汽車(chē)用戶(hù)服務(wù)，同時(shí)帶動(dòng)清潔能源汽車(chē)的發(fā)展?！八恼竞辖ā表?xiàng)目的建設(shè)，可以積累建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，為逐步推廣該類(lèi)站場(chǎng)，全面發(fā)展清潔汽車(chē)創(chuàng)出一條健康之路，為全面治理機(jī)動(dòng)車(chē)輛的排放污染，打造綠色新城市做出貢獻(xiàn)。

五.結(jié)束語(yǔ)

（1）將CNG加氣站、LNG加氣站、加油站、充電站合建在一起可以最大限度的節(jié)約土地資源，并且能夠依托加油加氣站的廣泛布點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，是一種值得推廣建站模式，具有良好的市場(chǎng)前景。

（2）建設(shè)CNG加氣、LNG加氣、加油、充電“四站合建”工程，對(duì)減少大氣環(huán)境污染、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、改善環(huán)境質(zhì)量，具有十分重要的意義，符合節(jié)能減排政策。

（3）文中對(duì)汽車(chē)充電站與CNG加氣站、LNG加氣站、加油站合建提出了建設(shè)方案并進(jìn)行了相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)分析，對(duì)今后的CNG加氣站、LNG加氣站、加油站、充電站“四站合建”的建設(shè)提供了一定的技術(shù)參考。endprint