摘要：由于在緩解能源危機(jī)與環(huán)境污染等問(wèn)題方面的重要作用，電動(dòng)汽車得到世界許多國(guó)家的大力發(fā)展。與其緊密關(guān)聯(lián)的充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)是影響電動(dòng)汽車推廣成效及發(fā)展規(guī)模的重要因素。本文首先分析了充電設(shè)施建設(shè)過(guò)程中世界各國(guó)存在的共同問(wèn)題，以及我國(guó)的特殊問(wèn)題;之后，對(duì)電動(dòng)汽車發(fā)展規(guī)模預(yù)測(cè)、充電模式選擇與充電設(shè)施配置、電網(wǎng)與充電設(shè)施的相互作用與影響等幾個(gè)充電設(shè)施規(guī)劃時(shí)需優(yōu)先解決的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了分析研究;最后，結(jié)合我國(guó)具體情況，針對(duì)充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和規(guī)劃布局中的核心問(wèn)題提出若干指導(dǎo)性原則與建議。
1引言
隨著能源危機(jī)與環(huán)境污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重，電動(dòng)汽車以其清潔環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，得到人們的青睞，各國(guó)政府相繼出臺(tái)實(shí)施了多項(xiàng)政策和激勵(lì)措施來(lái)推動(dòng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。我國(guó)政府同樣重視電動(dòng)汽車推廣和應(yīng)用，繼2009年啟動(dòng)“十城千輛”工程之后，四部委在2013年9發(fā)布《關(guān)于繼續(xù)開展新能源汽車推廣應(yīng)用工作的通知》，又于同年11月及2014年1月，分別確定了第一批及第二批新能源汽車推廣應(yīng)用城市或區(qū)域名單，兩批共40個(gè)城市或城市群入選，標(biāo)志著我國(guó)電動(dòng)汽車的推廣將進(jìn)入實(shí)質(zhì)性階段。完善的充電網(wǎng)絡(luò)是電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)推廣的前提和基石，尤其在電池技術(shù)沒(méi)有得到突破的條件下，如何開展充電基礎(chǔ)設(shè)施的配套建設(shè)顯得更為重要。因此，世界各國(guó)均把充電設(shè)施的規(guī)劃布局作為推動(dòng)電動(dòng)汽車發(fā)展的主要內(nèi)容，為此出臺(tái)一系列激勵(lì)措施并投入大量資金支持充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，但由于目前還都處于探索實(shí)踐階段，在這方面仍存在以下共同問(wèn)題：
(1)充電網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)滯后。相對(duì)于燃油汽車加油站，充電站充電時(shí)間較長(zhǎng)，且現(xiàn)階段充電便利性較低。(2)電動(dòng)汽車的充電需求具有多樣性，給充電設(shè)施的規(guī)劃增加了難度。
(3)世界各國(guó)充電基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，阻礙了電動(dòng)汽車的全球化發(fā)展。
(4)充/換電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資效益不明顯，導(dǎo)致推廣建設(shè)的積極性降低，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)越滯后電動(dòng)汽車越難以推廣，形成了不良循環(huán)。
(5)運(yùn)營(yíng)模式不明確。充、換電各有優(yōu)缺點(diǎn)，兩者的發(fā)展還未找到平衡點(diǎn)。
(6) 可再生能源利用和微電網(wǎng)發(fā)展如何與電動(dòng)汽車充電需求相結(jié)合。分布式新電源、微電網(wǎng)與電動(dòng)汽車及其充電基礎(chǔ)設(shè)施的結(jié)合具有諸多優(yōu)勢(shì)，可使電動(dòng)汽車逐漸走向零污染排放。在電動(dòng)汽車基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃中，如何積極就地利用和配置新能源充電，科學(xué)有序地調(diào)度電動(dòng)汽車充放電，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。
除了上述共性問(wèn)題之外，電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施在我國(guó)的建設(shè)發(fā)展中還面臨許多特殊的問(wèn)題：
(1)配電網(wǎng)建設(shè)相對(duì)滯后。隨著電動(dòng)汽車的不斷發(fā)展，大量充電負(fù)荷接入配電網(wǎng)，對(duì)配電網(wǎng)的靈活性和可靠性提出了更高的要求，而我國(guó)配電網(wǎng)更新?lián)Q代相對(duì)滯后，若不采取一定措施，將逐漸束縛電動(dòng)汽車充電設(shè)施網(wǎng)絡(luò)化的建設(shè)。
(2)發(fā)達(dá)地區(qū)仍存在限電現(xiàn)象，影響滿足電動(dòng)汽車充電需求的信心。在現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)迅速期，發(fā)達(dá)地區(qū)夏季因用電高峰期供電緊張而需要拉閘限電或通知限電。這無(wú)疑會(huì)影響部分城市電動(dòng)汽車規(guī)模化發(fā)展。
(3)充電基礎(chǔ)設(shè)施報(bào)裝復(fù)雜，投資建設(shè)主體不明朗，投資回報(bào)低。
(4)居民擁有獨(dú)立停車位及充電樁困難，集中型公用充電站征地困難。中國(guó)城市居民居住密集，以高層單元公寓樓為主，固定泊車位置數(shù)量很有限，而在擁擠的大城市市區(qū)建設(shè)集中型充電站，征地幾乎是不可能的。
(5) 缺少重要車企對(duì)核心技術(shù)開發(fā)及充電設(shè)施推廣提供支持。上述問(wèn)題的解決，一方面有賴政府及相關(guān)企業(yè)積極參與配合，在扶持政策、標(biāo)準(zhǔn)制定等方面采取相應(yīng)措施，為電動(dòng)汽車及充電設(shè)施的發(fā)展提供支持;另一方面，則需要根據(jù)電動(dòng)汽車本身的特點(diǎn)，緊密結(jié)合電動(dòng)汽車電池特性、居民生活用車特點(diǎn)與規(guī)律、電網(wǎng)狀況等，研究充電基礎(chǔ)設(shè)施的合理規(guī)劃布局，使充電網(wǎng)絡(luò)足夠完善高效，可以充分滿足相應(yīng)發(fā)展階段下電動(dòng)汽車的充電需求。充電設(shè)施的規(guī)劃是一項(xiàng)系統(tǒng)而復(fù)雜的問(wèn)題，需要考慮多方面因素。本文對(duì)關(guān)系到規(guī)劃成效多個(gè)基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性的問(wèn)題進(jìn)行深入的分析與研究：電動(dòng)汽車數(shù)量與規(guī)模預(yù)測(cè)、充電模式的選擇與充電設(shè)施的配置、基礎(chǔ)設(shè)施和電網(wǎng)間的相互作用與影響等;在此基礎(chǔ)上，針對(duì)充電基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展和規(guī)劃布局中的核心問(wèn)題提出若干指導(dǎo)性意見(jiàn)和建議。
2電動(dòng)汽車數(shù)量與規(guī)模
充電基礎(chǔ)設(shè)施為電動(dòng)汽車提供動(dòng)力補(bǔ)給，其建設(shè)數(shù)量應(yīng)與電動(dòng)汽車發(fā)展規(guī)模相匹配，他們之間既相互制約又相互推動(dòng)。因此，預(yù)估相應(yīng)規(guī)劃年下的電動(dòng)汽車保有量是進(jìn)行充電設(shè)施規(guī)劃布局的基礎(chǔ)。
電動(dòng)汽車的發(fā)展規(guī)模受多方面因素的影響，包括動(dòng)力電池的技術(shù)、汽車技術(shù)及充電設(shè)施的完善程度等技術(shù)性因素以及汽車成本、政府政策補(bǔ)貼及消費(fèi)者接受心理等非技術(shù)性因素。
根據(jù)中國(guó)公安部交管局發(fā)布的數(shù)據(jù)以及國(guó)際能源署分別在2013年及2016年發(fā)布的《GlobalEVOutlook》等資料，表1總結(jié)了世界主要國(guó)家的電動(dòng)汽車數(shù)量與規(guī)模發(fā)展現(xiàn)狀及預(yù)測(cè)結(jié)果
表1世界主要國(guó)家電動(dòng)汽車數(shù)量與規(guī)模發(fā)展現(xiàn)狀及預(yù)測(cè)
從電動(dòng)汽車數(shù)量發(fā)展現(xiàn)狀及預(yù)測(cè)結(jié)果可以看出，現(xiàn)階段各國(guó)電動(dòng)汽車保有量及滲透率均較小，但在未來(lái)幾年將呈現(xiàn)快速化增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，而電動(dòng)汽車保有量的快速增長(zhǎng)，需要有完善和高效的充電網(wǎng)絡(luò)的支持，合理規(guī)劃建設(shè)充電設(shè)施以適應(yīng)電動(dòng)汽車數(shù)量規(guī)模的快速增長(zhǎng)是國(guó)際上急需解決的重要問(wèn)題。
3充電模式的選擇與充電設(shè)施的配置
由于電動(dòng)汽車充電需求具有多樣性，對(duì)應(yīng)不同的充電需求，需匹配不同的充電模式，配套建設(shè)不同類型的充電設(shè)施。
3.1充電模式的對(duì)比
目前電動(dòng)汽車的充電模式主要分為整車充電和換電兩種，整車充電根據(jù)充電時(shí)間的不同又可分為慢速充電和快速充電兩種。整車慢充通過(guò)交流充電樁連接車載充電機(jī)為電池充電，受限于車載充電機(jī)體積、重量及成本，其充電功率較小，完整充電周期約需5~8小時(shí)。整車快充通過(guò)非車載直流快速充電機(jī)實(shí)現(xiàn)，置于車外的快充裝置直接為電動(dòng)汽車動(dòng)力電池提供大電流的直流電，一般可在半小時(shí)內(nèi)將電池荷電狀態(tài)(stateofge,SOC)充至80%以上。電池更換模式簡(jiǎn)稱換電，通過(guò)直接更換車載電池為電動(dòng)汽車補(bǔ)充電能，所需時(shí)間約為5~10分鐘。不同類型的充電模式滿足不同類型的充電需求，其各有優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)如下表2所示。
表2不同充電模式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比
從以上對(duì)比分析可以看出，換電模式雖然方便快捷，但是電池及車輛標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一;考慮到汽車產(chǎn)品尤其是私家車需求的個(gè)性化、多樣性對(duì)汽車產(chǎn)業(yè)的要求和市場(chǎng)可操作性等因素，以換電模式為主將不利于產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)的可持續(xù)發(fā)展。對(duì)于整車充電，考慮電池安全及壽命、對(duì)電網(wǎng)的友好度和有序充電利用的充裕性，應(yīng)將慢充作為主要的充電模式，這一主張會(huì)隨著電池技術(shù)的進(jìn)步和續(xù)航能力的提高而更進(jìn)一步證實(shí)。因此，建議按照優(yōu)先選擇慢充模式，將快充模式作為應(yīng)急支援，在具備條件時(shí)亦可考慮換電模式的原則，進(jìn)行充電模式的選擇。
3.2車輛類型與充電模式的匹配
不同類型車輛行駛及泊車規(guī)律不盡相同，導(dǎo)致其充電需求不同，需要不同的充電模式來(lái)匹配。下文從對(duì)各類型車輛行駛及泊車規(guī)律的分析出發(fā)，結(jié)合上文形成的充電模式選擇原則，確定不同類型車輛應(yīng)采用的充電模式。
1)私家車有研究表明，現(xiàn)階段80%的乘用車日行駛里程在50km以內(nèi)，而目前電動(dòng)乘用車?yán)m(xù)駛里程集中在100～150km左右;私家車一日內(nèi)停泊時(shí)間遠(yuǎn)大于行駛時(shí)間，其夜間主要停泊在住宅區(qū)及周邊停車場(chǎng)或道路旁，日間則主要停泊在工作區(qū)、商業(yè)區(qū)等功能區(qū)的停車場(chǎng)。據(jù)此，在上述區(qū)域(以住宅區(qū)為主) 停車期間采用慢充方式充電即可滿足大部分電動(dòng)私家車一日的行駛需求。因此，建議私家車采用分散慢充為主，快充作為應(yīng)急支援的充電模式進(jìn)行充電。
2) 公交車公交車運(yùn)行路線和行駛里程相對(duì)固定，大中城市公交車日均行駛里程一般集中在150~200km，而目前純電動(dòng)公交大巴動(dòng)力電池額定電池容量約為 150kWh左右，一次充電難以滿足其日運(yùn)營(yíng)要求。日間運(yùn)營(yíng)期間，公交車主要?？康攸c(diǎn)為始、末站停車場(chǎng)，停車時(shí)間與發(fā)車間隔相關(guān)，一般為發(fā)車間隔的2-3 倍，即20分鐘左右，高峰期時(shí)間更短，僅可通過(guò)快充或換電模式進(jìn)行電能補(bǔ)充;夜晚停運(yùn)后，?？繒r(shí)間較長(zhǎng)，具備進(jìn)行慢充的條件。因此，對(duì)于純電動(dòng)公交車，可以采用運(yùn)營(yíng)期間換電或快充和夜間慢充相結(jié)合的模式。值得注意的是，由于純電動(dòng)公交百公里耗電量較大(約為100kWh左右)，對(duì)于某些距離較長(zhǎng)的線路(如遠(yuǎn)郊線路)，使用純電動(dòng)公交意味著其需背負(fù)龐大重量的電池，這既不安全也不經(jīng)濟(jì)，因此，在發(fā)展純電動(dòng)公交的同時(shí)，也應(yīng)適當(dāng)推廣混合動(dòng)力公交以滿足長(zhǎng)距離線路的運(yùn)行需求。
3)出租車出租車日均行駛里程受城市規(guī)模、運(yùn)營(yíng)時(shí)間和服務(wù)半徑的影響較大，不同城市出租車運(yùn)行規(guī)律不盡相同。出租車行駛時(shí)間一般遠(yuǎn)大于停泊時(shí)間，其日均行駛里程相遠(yuǎn)大于同城市私家車，其適宜的充電模式受動(dòng)力電池技術(shù)水平的影響較大。因此，對(duì)于出租車，其模式選擇應(yīng)從城市規(guī)模、運(yùn)營(yíng)模式的角度，結(jié)合動(dòng)力電池技術(shù)水平的不同發(fā)展階段進(jìn)行具體分析。4)公共事業(yè)車輛公共事業(yè)車輛的行駛及泊車規(guī)律較為固定，除執(zhí)行任務(wù)外的其余時(shí)間，均停泊于固定停車場(chǎng)所，泊車時(shí)間較長(zhǎng)，因此，對(duì)于公共事業(yè)車輛，可采用空閑時(shí)間慢充、緊急需求時(shí)換電或快充的充電模式。值得注意的是，由于各城市經(jīng)濟(jì)水平不同，發(fā)展不均衡，區(qū)域配電網(wǎng)的特點(diǎn)和對(duì)電動(dòng)汽車的需求不盡相同，因此，在充電模式的選擇方面，需因地制宜，現(xiàn)階段不宜對(duì)充電模式進(jìn)行統(tǒng)一。
3.3充電設(shè)施類型與配置分析
不同的充電模式通過(guò)不同類型的充電設(shè)施實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)階段充電設(shè)施主要包括分散充電設(shè)施、集中型充電站、集中型換電站三類。分散充電設(shè)施以交流慢速充電樁為主，適當(dāng)配備一定量的直流快速非車載充電機(jī)作為應(yīng)急;集中型充電站一般同時(shí)具備慢充和快充兩種充電模式，但以直流快充為主;集中型換電站配備有專門的電池更換設(shè)備及一定量的充電機(jī)和備用電池，是換電模式的主要實(shí)現(xiàn)形式。依據(jù)前文所述充電模式選擇原則以及各類型車輛充電模式所匹配的充電模式可知，未來(lái)充電設(shè)施的建設(shè)將以分散充電設(shè)施為主，對(duì)于分散充電設(shè)施，由于其依托城市各功能區(qū)停車場(chǎng)而建，選址問(wèn)題相對(duì)淡化，重點(diǎn)是合理確定其建設(shè)數(shù)量和規(guī)模。在分散充電設(shè)施的規(guī)劃過(guò)程中，可對(duì)以下兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分析研究：
1)分散慢充樁與電動(dòng)汽車的配比度分散慢充樁是滿足電動(dòng)汽車日常充電需求的主要設(shè)施類型，因此，應(yīng)根據(jù)電動(dòng)汽車的發(fā)展數(shù)量按一定比例進(jìn)行配置。電動(dòng)汽車日常充電需求則由多方面因素決定，其中用戶對(duì)電動(dòng)汽車的使用心里及行為習(xí)慣是不可忽略的重要因素。由于現(xiàn)階段純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程普遍不太高，達(dá)不到燃油車水平，使得用戶在使用純電動(dòng)車時(shí)，對(duì)車輛的剩余續(xù)駛里程存在一定的心里擔(dān)憂，不同的擔(dān)憂程度將直接導(dǎo)致用戶充電行為的不同。因此，可綜合考慮用戶對(duì)剩余電量的心里接受能力以及用戶行駛里程，分析不同心里接受能力下用戶的充電需求，來(lái)配置相應(yīng)的慢速充電設(shè)施。
可按如下流程進(jìn)行：
a.將用戶可接受的最低剩余SOC劃分為不同等級(jí);
b.對(duì)應(yīng)每一等級(jí)，結(jié)合用戶實(shí)際行駛里程統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛能力，分析不同功能區(qū)(如住宅區(qū)、工作區(qū)、商業(yè)區(qū)等)的充電需求概率;
c. 根據(jù)電池技術(shù)發(fā)展水平及各區(qū)域?qū)嶋H情況，選擇合適的可接受的最低SOC等級(jí)或基于充電初始SOC的概率分布加權(quán)，計(jì)算各功能區(qū)充電需求比例，確定分散慢充樁與電動(dòng)汽車的配比度。下圖1給出其中一種方法的私家車工作區(qū)車樁配比度分析示意圖，考慮鋰電池充電效率高的起始SOC要求、用戶對(duì)剩余SOC的心理承受力，以及工作區(qū)充電的便利性，推薦選擇80%心理接受等級(jí)下的樁車配比度0.6。
圖1私家車工作區(qū)樁車配比度分析示意圖
結(jié)合美國(guó)Nationalhouseholdtravelsurvey(NHTS)中單次行駛里程數(shù)據(jù)，表3給出了在電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程分別為100km和 150km的條件下通過(guò)剩余SOC接受等級(jí)法(例80%SOC)和充電起始SOC概率加權(quán)法計(jì)算得到的配比度。雖然數(shù)據(jù)量不完全相同，但是兩種方法的兩兩數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)相近。
表3樁車配比度不同分析方法結(jié)果
2) 快、慢充充電設(shè)施配比度2011年國(guó)家正式發(fā)布了《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電充電連接裝置》標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)整車充電交、直流接口進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定，現(xiàn)階段新生產(chǎn)的電動(dòng)汽車基本均同時(shí)配備了標(biāo)準(zhǔn)的交流和直流兩個(gè)接口，因此，需合理規(guī)劃交流慢充樁和直流快充機(jī)兩類充電設(shè)施，滿足用戶不同類型的充電需求。根據(jù)快、慢充的不同定位，可將用戶采用慢充的方式單次充電可補(bǔ)充的能量能否滿足用戶下一次行駛需求作為判斷是否需要快充的條件，從而確定快、慢充的需求比例，以此為基礎(chǔ)合理分配兩類充電設(shè)施的比例?？杀硎鰹橄率剑?/p>
因此，對(duì)應(yīng)城市不同功能區(qū)，可根據(jù)區(qū)域內(nèi)電動(dòng)汽車運(yùn)行規(guī)律統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及電動(dòng)汽車具體參數(shù)，通過(guò)(2)~(3)式計(jì)算得到該功能區(qū)內(nèi)分散快、慢速充電設(shè)施的配比度。其流程如下圖2所示：
圖2快、慢速充電設(shè)施配置比例計(jì)算流程
對(duì)于集中型的充、換電站的規(guī)劃，現(xiàn)階段的研究則主要集中在站址的選擇和容量的確定，以及站內(nèi)充電裝置的優(yōu)化配置上。
4充電基礎(chǔ)設(shè)施與電網(wǎng)間的相互作用與影響
隨著未來(lái)電動(dòng)汽車的普及，大規(guī)模電動(dòng)汽車通過(guò)充電設(shè)施接入電網(wǎng)進(jìn)行充電，勢(shì)必對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。充電基礎(chǔ)設(shè)施作為電動(dòng)汽車與電網(wǎng)之間的連接點(diǎn)，其規(guī)劃建設(shè)應(yīng)與電網(wǎng)相互協(xié)調(diào)、相互配合。
4.1充電負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)的影響
電動(dòng)汽車充電對(duì)電網(wǎng)的影響主要集中在充電負(fù)荷對(duì)配電網(wǎng)影響以及發(fā)、輸電容量對(duì)電動(dòng)汽車充電需求的承載能力兩個(gè)方面。由于電動(dòng)汽車充電行為與用戶的行駛、泊車規(guī)律關(guān)系密切，使充電負(fù)荷在時(shí)間和空間上均具有較強(qiáng)的隨機(jī)性，給配電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)了更多的不確定性。充電負(fù)荷對(duì)配電網(wǎng)的影響，主要體現(xiàn)在靜態(tài)電壓穩(wěn)定性、線路及變壓器負(fù)荷率及損耗、電能質(zhì)量]等方面。大規(guī)模電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)無(wú)序充電勢(shì)必引起電網(wǎng)負(fù)荷的增長(zhǎng)，需分析現(xiàn)有或規(guī)劃年下的電網(wǎng)能否承載電動(dòng)汽車充電負(fù)荷的增長(zhǎng)，充電負(fù)荷綜合考慮與電動(dòng)汽車保有量、類型、運(yùn)行規(guī)律和及充電模式緊密相關(guān)，因此，在形成充電負(fù)荷時(shí)需綜合考慮以上各因素，進(jìn)而從最大、最小負(fù)荷以及峰谷差變化等角度，對(duì)計(jì)及充電負(fù)荷后的電網(wǎng)總負(fù)荷變化進(jìn)行分析，流程如下圖3所示。經(jīng)過(guò)對(duì)某省的電網(wǎng)承載能力進(jìn)行分析，結(jié)果顯示當(dāng)電動(dòng)汽車滲透率達(dá)到 20%時(shí)，無(wú)序充電將對(duì)使該省電網(wǎng)冬季最大負(fù)荷及峰谷差分別增加20%和50%以上，這將嚴(yán)重電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需通過(guò)優(yōu)化充電過(guò)程或新增發(fā)電容量來(lái)提高未來(lái)電網(wǎng)承載充電負(fù)荷的能力。
圖3電網(wǎng)對(duì)充電負(fù)荷承載能力分析流程
4.2充電設(shè)施與電網(wǎng)的互動(dòng)針
對(duì)充電負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)的可能潛在影響，在充電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃建設(shè)的同時(shí)，采取一定措施，使充電設(shè)施與電網(wǎng)之間可以友好互動(dòng)、協(xié)調(diào)發(fā)展。
1)充電設(shè)施按電網(wǎng)基本要求接入。充電設(shè)施作為一種特殊的負(fù)荷，也應(yīng)保證電網(wǎng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。
a.為保證電纜線路安全工作，在選擇其導(dǎo)體截面時(shí)應(yīng)考慮載流量約束。選擇的充電機(jī)應(yīng)滿足相應(yīng)設(shè)備諧波電流發(fā)射值標(biāo)準(zhǔn)的要求。
b. 站內(nèi)配電線路接入的充電設(shè)施容量受電纜安全載流量、電網(wǎng)公共連接點(diǎn)電壓偏差、線路損耗等約束，因此，應(yīng)綜合考慮以上因素合理確定單條線路的接入容量。c. 變壓器臺(tái)數(shù)的選擇應(yīng)滿足負(fù)荷對(duì)可靠性的要求，根據(jù)充電設(shè)施的負(fù)荷等級(jí)選擇一臺(tái)或兩臺(tái)變壓器進(jìn)行供電。為避免變壓器容量冗余，保證經(jīng)濟(jì)性，在確定變壓器容量時(shí)，需考慮電動(dòng)汽車最大充電同時(shí)率。
根據(jù)上式可以看出，在假設(shè)所有車輛充電功率相同的條件下，電動(dòng)汽車充電同時(shí)率可以通過(guò)計(jì)算區(qū)域內(nèi)24h內(nèi)同時(shí)正在充電的電動(dòng)汽車最大數(shù)量與該區(qū)域內(nèi)電動(dòng)汽車總保有量的比值得到。根據(jù)電動(dòng)汽車的充電起始時(shí)間以及平均充電時(shí)間，并假設(shè)每天的規(guī)律相同，則可以得到同時(shí)充電的電動(dòng)汽車最大數(shù)量：
其中，為接入變壓器的充電設(shè)施總?cè)萘?，β為變壓器?fù)載率。
2)電網(wǎng)增容及升級(jí)改造一方面，電網(wǎng)需新增一定裝機(jī)容量來(lái)適應(yīng)電動(dòng)汽車大規(guī)模接入所引起的負(fù)荷增長(zhǎng)，另一方面，應(yīng)對(duì)現(xiàn)有配電網(wǎng)部分變壓器、線路進(jìn)行升級(jí)改造，以免充電負(fù)荷過(guò)大，造成原有電力設(shè)備過(guò)負(fù)荷。
3) 充電設(shè)施與新能源利用及微電網(wǎng)發(fā)展相結(jié)合。充電設(shè)施與新能源及微電網(wǎng)相結(jié)合有許多優(yōu)點(diǎn)：一方面可以在提高電網(wǎng)對(duì)充電負(fù)荷承載能力的同時(shí)，降低電動(dòng)汽車對(duì)化石燃料的依賴;另一方面，還可以通過(guò)電動(dòng)汽車協(xié)助解決可再生能源的間歇性問(wèn)題，降低儲(chǔ)能系統(tǒng)成本。因此，在充電設(shè)施規(guī)劃建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)充分考慮就地利用新能源以及微電網(wǎng)對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電，同時(shí)可考慮對(duì)充電過(guò)程進(jìn)行有序控制。
5對(duì)充電設(shè)施規(guī)劃布局的若干建議
基于以上對(duì)充電設(shè)施規(guī)劃中的若干關(guān)鍵問(wèn)題的分析研究，本文針對(duì)充電基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展和規(guī)劃布局提出以下若干原則和建議。
5.1規(guī)劃布局的指導(dǎo)性原則
1) 電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃與建設(shè)應(yīng)遵循科學(xué)有序發(fā)展充電設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，應(yīng)建立在科學(xué)分析和優(yōu)良資源配置的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，綜合考慮電動(dòng)汽車的運(yùn)行規(guī)律、城市用地規(guī)劃、電網(wǎng)的承載能力和電動(dòng)汽車及其充電技術(shù)的成熟度，采用科學(xué)的方法和手段，制定合理、經(jīng)濟(jì)、適用的電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃方案。同時(shí)，充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃既要充分考慮導(dǎo)入期的不定因素，又要適應(yīng)電動(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。在進(jìn)行充電設(shè)施規(guī)劃時(shí)，要分階段加以修正，充電設(shè)施的數(shù)量與規(guī)模不能過(guò)于超前，以免造成資源的閑置和浪費(fèi)，應(yīng)充分考慮電動(dòng)汽車的推廣與充電設(shè)施建設(shè)的相互影響作用。電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃和建設(shè)要總結(jié)示范城市的試點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，要做到科學(xué)有序發(fā)展。
2)充電基礎(chǔ)設(shè)施的分布應(yīng)與電動(dòng)汽車泊車的時(shí)空分布盡可能保持一致電動(dòng)汽車一般須在停泊的時(shí)間和地點(diǎn)完成能量補(bǔ)給，充電行為發(fā)生的時(shí)空分布規(guī)律與電動(dòng)汽車的泊車規(guī)律相互關(guān)聯(lián)。城市中不同功能區(qū)域的交通規(guī)律和泊車特點(diǎn)各不相同，為保證充電的便利性和充電設(shè)施的使用率，充電基礎(chǔ)設(shè)施的分布應(yīng)與該地區(qū)電動(dòng)汽車泊車的時(shí)空分布規(guī)律盡可能保持一致。
3)充電基礎(chǔ)設(shè)施的布局應(yīng)兼顧用戶便利性、建設(shè)經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)合理性要求充電基礎(chǔ)設(shè)施的選址應(yīng)滿足該地區(qū)的任意地點(diǎn)都處在某一充電站或充電樁的服務(wù)半徑內(nèi)，以保證用戶充電的便利性;充電基礎(chǔ)設(shè)施及車樁比依據(jù)規(guī)劃合理布局，應(yīng)兼顧建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性;充電模式的選擇應(yīng)綜合考慮用戶的便利性和動(dòng)力電池的安全使用與耐受能力。
4)充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃應(yīng)與該區(qū)域總體規(guī)劃和路網(wǎng)規(guī)劃相互協(xié)調(diào)城區(qū)總體規(guī)劃是城市發(fā)展的總原則，充電基礎(chǔ)設(shè)施是未來(lái)城市整體規(guī)劃的組成部分。充電基礎(chǔ)設(shè)施的選址和布局直接關(guān)系到充電車流的狀態(tài)，影響到整個(gè)地區(qū)交通系統(tǒng)的總體經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。充電基礎(chǔ)設(shè)施的布局應(yīng)與路網(wǎng)規(guī)劃相統(tǒng)一，在中小城市和大型城市周邊地區(qū)開展電動(dòng)出租車試點(diǎn)，盡量避免以充電為目的車流對(duì)城市交通產(chǎn)生影響，保障城市交通的暢通。
5)充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)應(yīng)與該地區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃發(fā)展相協(xié)調(diào)充電基礎(chǔ)設(shè)施容量增長(zhǎng)應(yīng)與地區(qū)負(fù)荷和電網(wǎng)總?cè)萘肯鄥f(xié)調(diào)，以保證電網(wǎng)為電動(dòng)汽車提供充足的電力供應(yīng);充電基礎(chǔ)設(shè)施的布局應(yīng)與配電網(wǎng)的規(guī)劃相協(xié)調(diào)，避免出現(xiàn)電壓越限、配電線路或配電設(shè)備過(guò)載等問(wèn)題;充電基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)滿足接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量要求，并適當(dāng)配置補(bǔ)償和治理裝置，避免對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量造成不良影響。
6)逐步實(shí)現(xiàn)有序充電和采用綠色可再生能源供電利用分時(shí)電價(jià)等市場(chǎng)機(jī)制，引導(dǎo)部分電動(dòng)汽車在電力低谷時(shí)段慢速充電。充分利用智能配電網(wǎng)及其信息系統(tǒng)，逐步實(shí)現(xiàn)充電站分時(shí)段有序充電和智能充電。在充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，應(yīng)充分考慮就地的風(fēng)電、光伏等分布式新能源的集成利用條件，最大限度地發(fā)揮新能源的作用來(lái)替代傳統(tǒng)的化石能源，促進(jìn)電動(dòng)汽車的能源結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)的化石能源向無(wú)污染的可再生能源和新能源轉(zhuǎn)變，真正實(shí)現(xiàn)全社會(huì)零排放、清潔無(wú)污染的綠色交通。
7)充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)應(yīng)符合環(huán)境與安全的相關(guān)規(guī)定充電設(shè)施的規(guī)劃符合環(huán)境保護(hù)和防火安全的要求，充電設(shè)施不應(yīng)靠近有爆炸或火災(zāi)危險(xiǎn)等潛在危險(xiǎn)的地方，也要避開地勢(shì)低洼和可能積水的場(chǎng)所，并充分利用就近的供電，交通、消防、給排水及防洪等公用設(shè)施。
5.2充電模式選擇與充電設(shè)施配置的相關(guān)建議
根據(jù)前文對(duì)各車輛運(yùn)行規(guī)律及充電模式的匹配分析，對(duì)不同類型車輛充電模式及設(shè)施的選擇建議如下表4所示：
表4各類型車輛充電模式及充電設(shè)施配置建議
其中，私家車分散充電設(shè)施在各功能區(qū)配置比例應(yīng)有所區(qū)別，本文結(jié)合美國(guó)NHTS中相關(guān)數(shù)據(jù)，以及文獻(xiàn)中充電初始SOC的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，根據(jù)前述充電設(shè)施配比度計(jì)算方法對(duì)分散慢充樁與電動(dòng)汽車的配比度(如表3所示)以及快慢速分散充電設(shè)施配比度進(jìn)行分析，給出表5所示的推薦值。
表5私家車分散充電設(shè)施配置建議
隨著動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程增加，各類型車輛的充電模式將逐步過(guò)渡到慢充模式，分散充電設(shè)施中慢充樁與電動(dòng)汽車的配比度、快充設(shè)施與慢充設(shè)施的配比度均將逐漸減小。
6結(jié)論
充電基礎(chǔ)設(shè)施是電動(dòng)汽車推廣應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，其規(guī)劃布局是關(guān)乎到未來(lái)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展和城市建設(shè)的重要而復(fù)雜的問(wèn)題。隨著國(guó)家新一輪電動(dòng)汽車推廣工作的開展，充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)將迎來(lái)新的高潮。從目前動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展水平、整車及電池標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展程度以及電網(wǎng)影響等角度考慮，電動(dòng)私家車應(yīng)以分散式慢充為主，適當(dāng)配備分散快充設(shè)施作為補(bǔ)充，并合理確定兩類設(shè)施的配比度，以滿足用戶不同類型的充電需求，同時(shí)保證投資建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于其他類型的車輛，應(yīng)優(yōu)先選擇慢充模式，在慢充不滿足運(yùn)行要求的條件下，根據(jù)車輛的行駛及泊車的時(shí)空特點(diǎn)，在合適的地點(diǎn)建設(shè)集中型快充站或者換電站。在充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)緊密結(jié)合電網(wǎng)特點(diǎn)，充分研究充電設(shè)施與電網(wǎng)的相互影響及作用，采取相應(yīng)措施，使兩者可以友好互動(dòng)、協(xié)調(diào)發(fā)展。
現(xiàn)階段仍處于電動(dòng)汽車發(fā)展初期，隨著電動(dòng)汽車的普及，其運(yùn)行規(guī)律和充電行為的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)將更加準(zhǔn)確豐富，充電設(shè)施的投資運(yùn)營(yíng)模式也將趨于清晰，因此，在電動(dòng)汽車行為規(guī)律、充電設(shè)施與電網(wǎng)的互動(dòng)等方面，仍存在較大的研究空間，通過(guò)深入研究，可以更加合理的對(duì)充電設(shè)施進(jìn)行規(guī)劃布局，為電動(dòng)汽車的推廣普及提供強(qiáng)有力的支持。
