新能車汽車充電設(shè)施優(yōu)化布局

郭麗娟

摘 要：近年來，隨著新能源的廣泛應(yīng)用，新型電動汽車正逐步在部分城市進行示范應(yīng)用，加強相應(yīng)的智能電網(wǎng)充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)也是電動汽車應(yīng)用前不可回避的任務(wù)。電動汽車具有節(jié)能減排的優(yōu)勢。作為電動汽車的主要運營商之一，制定科學合理的電動汽車充換電設(shè)施規(guī)劃是電網(wǎng)公司研究的重要內(nèi)容。目前，根據(jù)國家新能源汽車監(jiān)測平臺2019年的數(shù)據(jù)，37%的用戶需要行駛3公里以上進行充電，45%的公共充電站每月的車輛數(shù)量不足50輛?？梢?，車站使用效率不高，供需不匹配。本文對新能源汽車充電樁的空間布局優(yōu)化進行了分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：電動汽車 充換電設(shè)施 規(guī)劃方案

1 引言

需要更有效地應(yīng)對能源和環(huán)境問題，刺激傳統(tǒng)汽車部門的轉(zhuǎn)型和現(xiàn)代化，確保國家新興產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略性發(fā)展，加強節(jié)能減排。加強電動汽車工業(yè)的推廣。隨著電汽車發(fā)展規(guī)模的逐步擴大，對電力供應(yīng)和能耗的需求越來越大。為此，制定了以業(yè)務(wù)規(guī)劃、布局為核心的電動汽車充電器總體規(guī)劃建設(shè)理念，電力替代裝置的建造和運行模型。建設(shè)電動車更換電站已成為當務(wù)之急，加強電動車攻擊技術(shù)，優(yōu)化全更換服務(wù)運行，促進與上下游企業(yè)項目的合作，促進建設(shè)的推進.智能充氣輸電網(wǎng)中國電動汽車的運行與發(fā)展。據(jù)中國充電協(xié)會介紹，中國在國家充電樁排行榜上名列前10位：江蘇、廣東、北京、上海、山東、浙江、安徽、河北、湖北、福建，國有充電樁共計3.924億根，比前10個省市增長73.9%，4家企業(yè)擁有10%以上的市場份額，占46.1%?？傮w來看，北京、上海、廣東等發(fā)達國家的公共充電樁市場占有率從2016年2月的43.5%降至2020年2月的36.1%，加快興建城市充電樁，顯示兩至三條線路的新能源正加速流向城市。

2 城市充電設(shè)施安裝評價指標體系概述

在評估在哪里建設(shè)充電樁時，評估對象是充電設(shè)施對電動汽車充電的便利性和建設(shè)的可行性，評價目標是為電動汽車用戶提供最優(yōu)的充電模式，評價要素為經(jīng)濟性、適應(yīng)性和可靠性。評價指標法是對充電設(shè)施建設(shè)現(xiàn)場的各項評價指標進行判斷和評價，比較其優(yōu)劣，分析研究與目標電動汽車用戶用電需求的匹配程度。評價結(jié)果分為單項評價和綜合評價結(jié)果，在進行綜合評價之前，需要對每一次單項評價的結(jié)果進行綜合統(tǒng)計。在這里，單項評價和綜合評價主要針對兩個結(jié)果捆綁在一起，對項目有參考價值。由于綜合指標包含的方面多、內(nèi)容廣，評價結(jié)果比較模糊，不能直接反映評價充電設(shè)施安裝位置的單方面優(yōu)劣。因此，在實際建設(shè)中，存在只對一個或幾個單項指標進行比較的情況，因此單項指標的評價結(jié)果也具有很大的實用價值。

指標選擇是構(gòu)建充電設(shè)施評價體系的關(guān)鍵，為使充電設(shè)施選址評價指標盡可能全面、客觀、正確，指標選擇應(yīng)客觀、準確、獨立、規(guī)范、可行，以客觀經(jīng)濟社會發(fā)展規(guī)律為原則。由此引入了國家電網(wǎng)公司制定的《電動汽車充電樁技術(shù)條件》、《電動汽車充電站系統(tǒng)規(guī)范》等技術(shù)標準，為電動汽車的發(fā)展提供了便利，也為充電設(shè)施建設(shè)規(guī)劃指標的選擇提供了指導。

3 電動汽車充電站規(guī)劃的理論框架

充電站的工作計劃主要由三部分組成。（1）需求結(jié)束：電荷需求預測。在信息層面對大型電動汽車移動數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，確定電動汽車的行為特征，并根據(jù)馬爾可夫原理，利用游戲輪盤賭，模擬電路行中一定數(shù)量的電動汽車。（電動汽車每天的位置變化）乘以序列，沒有起點和終點的限制，預測充電需求的時空分布。（2）網(wǎng)絡(luò)方面：評估配電網(wǎng)的吞吐量。介紹了配電網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)和參數(shù)，采用熵法計算了配電網(wǎng)容量估計指標，對現(xiàn)有的層次分析方法進行修改，計算各指標的主客位權(quán)重。結(jié)合模糊估計，可以得到配電電路容量的綜合估計。（3）充電站的規(guī)劃和建模。建立了一個數(shù)學模型，旨在最大限度地降低充電站建設(shè)和運行的總成本，考慮到需求限制和電網(wǎng)故障.首先，在需求情況下，根據(jù)第（1）款對充電需求的時空分布預測，通過計算配電網(wǎng)節(jié)點中未滿足和未滿足的充電需求，構(gòu)建需求側(cè)約束。基于此位置（即連接到充電站的配電網(wǎng)節(jié)點）和輔助層（即SI{0、1、2、3、4}，具體物理值見第4.1節(jié)）在可選范圍內(nèi)創(chuàng)建訪問充電站的可能方法。然后，如果電網(wǎng)發(fā)生故障，采用配電網(wǎng)連接方案，根據(jù)第2段的評價方法計算配電網(wǎng)容量的綜合評價。總分必須至少為60，這限制了配電網(wǎng)的能力。最后，通過將配電網(wǎng)的目標函數(shù)和容量與最小總建設(shè)運行成本相結(jié)合，建立遺傳算法的適應(yīng)函數(shù)。充電站在配電網(wǎng)連接后，根據(jù)優(yōu)化的最終方案在一段時間內(nèi)進行計算。如果沒有過電壓，可以導出有效的解決方案（例如，10kV以下系統(tǒng)的電壓偏差應(yīng)不超過7%），否則，可以重新編程。

4 城市公用充電站的建設(shè)規(guī)模

從目前國內(nèi)各大城市公共充電設(shè)施的用電規(guī)模來看，城市公共充電站大多為40或20臺50kW交流一體化充電器，標準充電站不到40個，計算負載為2000千伏安。供配電系統(tǒng)設(shè)計為三個800千伏安箱式變壓器。標準充電站不到20個，計算負荷為1000千伏安，供配電系統(tǒng)設(shè)計為兩臺5000千伏安箱式變壓器。50多個標準充電站（如深圳蓮花山充電站，66個），2臺1600千伏安供配電系統(tǒng)變壓器，可安裝在專用配電室，監(jiān)控系統(tǒng)和休息室專用房間。

5 充電設(shè)施布局現(xiàn)狀分析

2009年是中國電動汽車發(fā)展的第一年，當時國家電網(wǎng)公司提出“以換電為主，插電為輔，采用集中充電，目的是加強對售電的管控。2013年，國家電網(wǎng)調(diào)整思路，提出“引領(lǐng)快充，兼顧慢充，引導換電，經(jīng)濟實用”，旨在全面引領(lǐng)公共領(lǐng)域普遍使用的快充設(shè)施，全面開放私域慢充設(shè)施?？斐涫谴箅娏鳎绻箅妱悠嚦錆M電半小時，給同樣容量的電池充電，電網(wǎng)短期電壓波動會增大，會造成電壓質(zhì)量下降，給電網(wǎng)帶來很大影響。為此，需要專門的變壓器來隔離對低壓國家電網(wǎng)的影響。中國電網(wǎng)需要做好電網(wǎng)擴容工作。這也是國家電網(wǎng)提出“領(lǐng)先快充”的原因。然而，與會者更關(guān)心電動汽車充電定價、土地規(guī)劃和設(shè)施建設(shè)投資，運營補貼、運營補貼等實際問題。

國家電網(wǎng)公司計劃向社會“全面開放”電動汽車充換電設(shè)施，這意味著國家電網(wǎng)在充換電領(lǐng)域的業(yè)務(wù)思路發(fā)生了“急轉(zhuǎn)彎”，國內(nèi)電動汽車充電站發(fā)展的關(guān)鍵在于能否實現(xiàn)電的“分撥”制。從這個角度來看，國家電網(wǎng)華南公司退出對電動汽車充電站的投資是一件好事，這意味著國家電網(wǎng)只提供電力供應(yīng)，充電站交給其他社會資本建設(shè)。

因此，可以預測，增加市場上的電動汽車數(shù)量需要很長時間。因此，城市充電站的網(wǎng)絡(luò)布局不宜過快，否則會因充電設(shè)備利用率低而出現(xiàn)運營損失。對于資金和資源有限的投資者來說，仍然需要把握市場機遇，找準投資切入點，提前樹立品牌意識，才能在未來的競爭中占據(jù)一席之地。

6 電動汽車的充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)影響研究

6.1 滿足用戶充電設(shè)施使用需求

對于電動汽車的兩個用戶來說，電力需求的特點是多樣性和流動性，用戶希望在不同的地點、不同的時間及時方便地進行充電。目前，電動汽車有很多種，在不同的情況下，用戶的收費方式也不同。充電設(shè)施的建設(shè)需要充分考慮用戶的需求，滿足用戶的需求。

在建設(shè)充電設(shè)施時，也要考慮用戶的總充電需求?？傂枨蠓从车氖鞘袌錾想妱悠嚨谋Ｓ辛?、每天行駛的電動汽車數(shù)量、日均行駛里程和耗電量，充電設(shè)施要根據(jù)需求合理安排和建設(shè)。

6.2 多周期充電

電動汽車目前的充電方式包括機械充電、快速充電和常規(guī)充電，充電時間從幾十分鐘到幾個小時不等。在充電過程中，用戶希望自己的車能夠隨時隨地充電，并且有足夠的設(shè)備為自己的車充電。定期充電時，充電需要很長時間，這意味著需要有足夠穩(wěn)定充電時間和足夠的停車位。在機械充電過程中，電動車到達位置后，需要卸下電池，安排專人管理，配備專業(yè)換電設(shè)備。此外，更換后的電池組需要在低功耗時間充電，蓄電池充電需要足夠的存儲空間。

6.3 考慮環(huán)境和場所

在對電池進行充放電時，涉及到各種化學反應(yīng)和物理反應(yīng)，如抗溶解、電化學反應(yīng)、電解液濃度差等。充電環(huán)境容易影響上述因素，如溫度和濕度，影響更為突出。在充電設(shè)施建設(shè)中，要充分考慮周邊環(huán)境條件，安裝專門的控制設(shè)施，做好電池運行環(huán)境和狀態(tài)的監(jiān)測。

6.4 考慮電動汽車未來的發(fā)展趨勢

如今，電動車在人們的生活中隨處可見，最常見的是電動自行車和類似摩托車的電瓶車，所以市場上一般都是開小型充電樁的。只有國家、企業(yè)，尤其是公交集團需要充分利用大充電樁。電能作為一種環(huán)境能源，為人類社會的發(fā)展提供了巨大的幫助，充電樁的建設(shè)既要考慮人們目前的使用需求，也要考慮未來社會的電動汽車市場環(huán)境，從長遠考慮充電設(shè)施的布局和建設(shè)。

6.5 特殊因素

建設(shè)電動汽車充電設(shè)施時，必須綜合考慮，包括很多特殊因素。在市場上，目前的電動汽車大多是老式電瓶車。目標用戶為中老年人，中老年人對新電子設(shè)備的使用和接受能力較差。很多中老年人身體不好，充電設(shè)施建設(shè)一定要考慮特殊需求，比如安排特殊服務(wù)、講解如何充電、輔助充電等。

6.6 經(jīng)濟因素

建設(shè)成本是影響收費設(shè)施建設(shè)的重要因素，應(yīng)建立系統(tǒng)完善的充電網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，考慮未來發(fā)展空間和用戶當前需求。在成本方面，要考慮投資回收期、運營成本和建設(shè)成本。滿足條件后，要盡量控制成本，降低成本，獲得更高的利潤。

7 新能源汽車的種類

7.1 混合動力汽車

混合動力汽車主要是指使用常規(guī)燃料，利用動力提高低速輸出的汽車。根據(jù)實際燃料種類，主要分為汽油混合動力汽車和柴油混合動力汽車。燃料電池電動汽車的主要燃料是氫氣或甲醇，在正常運行時，通過化學反應(yīng)產(chǎn)生電流并最終驅(qū)動。氫和氧在動力汽車電池中必須發(fā)生化學反應(yīng)，而不是燃燒。燃料電池電動汽車是無污染汽車，因為它們在化學反應(yīng)過程中不會產(chǎn)生污染氣體。同時，燃料電池的轉(zhuǎn)換效率非常高，從環(huán)保的角度來看，燃料電池是目前最好的新能源汽車。

7.2 燃氣汽車

氣體成分比較簡單，純度高，能與空氣均勻混合，完全燃燒。廢氣幾乎不含一氧化碳和顆粒物，即使在相對較低的環(huán)境溫度下也不會顯著影響發(fā)動機性能。但是，汽油車也有一些局限性。相比之下，汽油車的承載能力和發(fā)動機效率相對較低。為有效解決這些問題，汽油車通常采用雙燃料系統(tǒng)，目前公交車以汽油車為主。

8 新能源汽車充電樁中絕緣材料的應(yīng)用

8.1 絕緣片在新能源汽車充電樁中的應(yīng)用

保溫板主要位于充填樁的散熱模塊中，隔熱片對快充樁或慢充樁的運行都有很好的效果。常規(guī)簡單的風扇散熱器和原有的導熱陶瓷芯片已不能滿足高效高發(fā)熱功率模塊的導熱要求，根據(jù)基本結(jié)構(gòu)、連接位置、電線電纜、內(nèi)部元器件等特點、充電樁、TIS系列導熱硅膠片可實現(xiàn)高效絕緣性能。TIS系列導熱絕緣片可以同時達到導熱和絕緣的效果，在使用中將絕緣硅膠片置于導熱材料中，實現(xiàn)高壓絕緣，熱阻低，導電性好，絕緣強度好，保證了絕緣性。裝載樁的高效運行。實現(xiàn)新能源汽車的智能化、輕量化、集成化使用。

8.2 阻燃耐候材料在新能源樁中的應(yīng)用

結(jié)合新能源汽車的發(fā)展和充電樁的使用場所，室內(nèi)外充電樁的防護等級應(yīng)達到P32以上。尤其是在室外遇到惡劣天氣時，充電樁必須具備良好的分斷條件和絕緣性，防護等級必須達到IP54，以確保人身、充電設(shè)備和個人的安全。充電樁對材料的耐候性和抗沖擊性要求很高，為了保證充電樁的安全運行，配套設(shè)施需要更好的阻燃耐候材料。經(jīng)過目前的測試項目和實驗，輕量化材料是未來新能源汽車的發(fā)展趨勢。例如，輕質(zhì)導熱硅膠片可以減輕動力電池的負載。在提高動力電池能量密度的前提下，動力電池內(nèi)含有數(shù)十片導熱硅膠片，可以增加新能源汽車的續(xù)航里程。此外，導熱硅膠片的輕密度提高了新能源汽車動力電池的性能，實現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展、節(jié)能減排的雙重目標。將塑料和復合材料相結(jié)合，可生產(chǎn)出具有卓越性能的輕質(zhì)材料。例如，碳刷架絕緣子對應(yīng)于碳刷架絕緣子的內(nèi)脫板的沖壓形狀，具有與內(nèi)脫板的形狀相匹配的開口。安裝孔導柱固定板和底板自上而下依次排列，沖孔周壁和內(nèi)脫料板外周設(shè)有吹氣孔。吹氣孔可以提高模具的頂出和排屑能力，避免因頂出和排屑不良而引起的一系列問題。

9 充電樁選址空間布局優(yōu)化分析

9.1 建立判斷矩陣

本研究將層次分析法（AHP）與選取的17個新增機動車靈敏度分析結(jié)果相結(jié)合，對城市管理、交通等領(lǐng)域的相關(guān)數(shù)據(jù)和文獻進行研究，并將指標與環(huán)保站負責人總結(jié)的量化評價和量化計算進行對比，確定評價矩陣的規(guī)模和定義。

9.2 評估參數(shù)的設(shè)置

根據(jù)駕駛員尋找充電站的愿望，在調(diào)研中，結(jié)合其余網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，為駕駛員提供了一個理想的充電站，因此本文建立了一個500米的正方形空間網(wǎng)格。使用ArcGIS中的漁網(wǎng)功能將研究區(qū)域劃分為2150 x 500M的網(wǎng)格，將POI數(shù)據(jù)和影響因子中包含的一些線數(shù)據(jù)映射到網(wǎng)格，并映射到對應(yīng)的網(wǎng)格。通過點密度分析、特征變換等，使數(shù)據(jù)類型一致，以識別索引中各種數(shù)據(jù)類型的值指定。將矢量數(shù)據(jù)對象從源數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為包含評估信息的柵格數(shù)據(jù)，指標按級別分類，評級按級別分為五類，可以通過用彩色編碼數(shù)據(jù)表示空間中的不同索引來創(chuàng)建影響因素的分層圖。

9.3 地理信息系統(tǒng)的實施

GIS點陣基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)化為500mx500m網(wǎng)絡(luò)，這清楚地表明，城市中心的利益更加集中。尾場位于城市規(guī)劃的主要問題中，總量較小。將電網(wǎng)價值評估中的影響因素與設(shè)定的權(quán)重相結(jié)合，利用Arcgis進行組合計算，得出福州市新能源狀態(tài)選擇的適宜性分析。根據(jù)區(qū)域總價值，網(wǎng)絡(luò)分為五類。綜合評價較高的區(qū)域比價值較高的區(qū)域更適合建設(shè)新能源樁，說明該區(qū)域應(yīng)該有更多的新能源樁。結(jié)合收到和分析的數(shù)據(jù)，福島縣首府現(xiàn)有充電站數(shù)量遠遠不足以滿足新車需求，新充電站布局是難以有效利用的中心趨勢。

10 結(jié)束語

總之，我國新能源汽車目前處于可持續(xù)發(fā)展階段，在實際發(fā)展過程中存在諸多問題。但是，要有效解決發(fā)展過程中出現(xiàn)的各種障礙，與政府的支持、技術(shù)人力的創(chuàng)新研究、經(jīng)濟市場的發(fā)展有著千絲萬縷的聯(lián)系。為更好地發(fā)展自身經(jīng)濟市場，保障新能源汽車的發(fā)展和發(fā)展，需要多角度加以完善和解決。

課題項目：河南省社科聯(lián)2012年度調(diào)研課題《河南建設(shè)新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施體系研究》課題編號：SKL-2021-2401。

參考文獻：

[1]葛堯，李鹍.基于核密度分析和空間句法的汽車充電樁布局規(guī)劃研究—.城市建筑，2019，16（34）：41-45.

[2]彭華.中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展及空間布局研究[D].吉林大學，2019.

[3]李宏剛，潘景宜.鐵路綜合交通樞紐電動汽車充電樁系統(tǒng)設(shè)計[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2019，47（19）：152-157.

[4]陳方煜，新能源汽車充電樁空間布局優(yōu)化研究[J].福建電腦，2019，35（09）：19-24.

[5]戴雙飛.基于數(shù)字控制的電動汽車直流充電樁系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].理工大學，2017.