新能源汽車充電設(shè)施選址規(guī)劃研究

羅偉超

摘要：在新能源汽車中電動汽車使用尤為廣泛（本文研究對象新能源汽車主要指電動汽車），它淘汰了傳統(tǒng)的燃料供能，采用電力供能的方式，不產(chǎn)生有毒有害氣體，進(jìn)而更易被人接受。但是其自身發(fā)展存在一定局限性，例如電動汽車采用車載電池的方式供能，不能像燃料供能一樣隨加隨走，電池充電條件不如燃料供能方便，且存在著充電設(shè)施建設(shè)數(shù)量不足、建設(shè)難度較大、選址布局不科學(xué)等問題，這些問題很大程度上阻礙了新能源汽車行業(yè)的發(fā)展。就電動汽車充電設(shè)施存在的問題而言，提供一種科學(xué)的、全面的充電設(shè)施選址規(guī)劃方案，對解決充電設(shè)施選址困難的問題和促進(jìn)新能源汽車行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;充電設(shè)施;選址規(guī)劃

1我國新能源汽車充電設(shè)施面臨的主要困境

國內(nèi)現(xiàn)有的充電樁多為公共充電樁，以及近年來響應(yīng)國家政策，為新建建筑物預(yù)留的相應(yīng)的私人充電樁。但無論是哪種充電樁，都相對集中在大中型城市，新能源汽車的續(xù)航里程又相對較小，很難有效地滿足農(nóng)民的日常出行需求，農(nóng)村的新能源汽車使用規(guī)模沒有得到有效推廣，充電設(shè)施的覆蓋程度自然就相對落后了。同時，又因為廣大農(nóng)村地區(qū)缺乏完善的配套設(shè)施，使得新能源汽車滲透率較低，直接引發(fā)大眾需求與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實矛盾。即使是在大中型城市，也存在公共充電樁分布不均勻的問題。對于部分在建或新建區(qū)域，還可與主體工程同時推進(jìn)住宅小區(qū)停車位配套充電設(shè)施的設(shè)計、施工及驗收，盡量避免“有車無樁”“有樁無車”現(xiàn)象的產(chǎn)生，統(tǒng)一建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，提高充電樁利用效率，使公共充電設(shè)施均衡發(fā)展。但是在老城區(qū)或是老住宅區(qū)，停車位非常緊缺，且大多為公共車位，想要將新能源汽車的充電設(shè)施覆蓋進(jìn)去不僅要考慮建樁位置、電力增容、電壓安全等技術(shù)性問題，還要考慮業(yè)主使用、后期維護、車輛胡亂占用等社會性問題，難度系數(shù)非常大。另外，由于新能源汽車市場發(fā)展速度參差不齊，造成已經(jīng)建好的新能源汽車充電樁在技術(shù)上和質(zhì)量上也不盡相同。由于充電設(shè)施領(lǐng)域的廠商較多，且充電設(shè)備大多都是依照國標(biāo)生產(chǎn)的零件，所以充電設(shè)備領(lǐng)域已成為紅海，部分原來僅是充電設(shè)備生產(chǎn)商的公司逐漸開始向下游運營領(lǐng)域延伸，充電設(shè)備商由于發(fā)展較早，進(jìn)入門檻較低，利潤空間有限，存在嚴(yán)重的同質(zhì)化現(xiàn)象。

2新能源汽車充電設(shè)施選址規(guī)劃

尋求一種適應(yīng)能力更強、安全性更高、使用更便捷的充電設(shè)備配置方式，再加以安全防盜系統(tǒng)維持保護，才能使電動汽車行業(yè)更和諧的發(fā)展。我國燃料汽車行業(yè)發(fā)展比較成熟，加油站的配置比較合理，因此充電站的建設(shè)可以借鑒加油站的配置方法。城市中心的建設(shè)更為復(fù)雜，需要綜合交通線路、電網(wǎng)壓力、人口密集程度等多方面影響因素，設(shè)計一種更加全面的算法，使充電樁配置更合理。

2.1基于點需求的選址規(guī)劃

基于點需求的選址模型目前分為三種：p-中值問題、p-中心問題、覆蓋問題。這類問題是將待求點和需求點分別放在網(wǎng)絡(luò)固定的某些節(jié)點上，需求點的位置是確定的，待求點的位置可以是需求點也可以在一些其他的節(jié)點，需求點和待求點之間由交通線路連接。p-中值問題也是最優(yōu)點求解的問題，在P個可行的點中尋求一個促使目標(biāo)最大化的點。是通過選定p個待求點的位置，加以條件比較，最后選定性能最優(yōu)解。Revelle和Swain是p-中值問題關(guān)于整體規(guī)劃模型的構(gòu)建者。p-中值問題經(jīng)常被用在倉庫、工廠等物流配送問題的處理上。在p-中值問題中，性能指標(biāo)一般是指使某種成本最小，充電設(shè)施的規(guī)劃中一般使兩點間的總距離最短。以最短距離作為指標(biāo)，主要適用于解決優(yōu)化組合問題，例如最優(yōu)點規(guī)劃問題、各種選址問題、最小成本或最大利潤問題等等，該指標(biāo)又稱為“經(jīng)濟效益性”指標(biāo)。而帶有福利和公共性質(zhì)場所的選址優(yōu)化指標(biāo)一般被稱為“集體福利性指標(biāo)”。Hakimi（2011）構(gòu)建了以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的p-中值問題，此外，他認(rèn)為p-中值里所有可行解中總會存在一個最佳的解是由一個完整網(wǎng)絡(luò)的頂點組合而成。p-中心問題最早由Hakimi提出，該問題考慮如何在網(wǎng)絡(luò)中為p個服務(wù)設(shè)施進(jìn)行最優(yōu)選址，目的是為了促使一定區(qū)域內(nèi)任意點到充電服務(wù)設(shè)施所在地的距離達(dá)到最小。該種問題分為兩種情況，包括絕對中心問題和頂點中心問題。其區(qū)別在于對服務(wù)設(shè)施的位置是否做限制，是否要求將建設(shè)服務(wù)設(shè)施的待定點設(shè)置在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上。p-中心問題要在給定的條件下，求任一點到需求點的最大距離，因此也是求最小最大化問題。覆蓋問題就目前的研究可以分為兩大類：集覆蓋問題和最大覆蓋問題。集覆蓋問題是指當(dāng)充電設(shè)施所在地能夠?qū)χ苓叿秶鷥?nèi)的充電需求都能進(jìn)行滿足，那么這個充電設(shè)施服務(wù)站點如何選擇才能使服務(wù)流量最大或經(jīng)濟耗費最小，此時該問題又回歸了最優(yōu)化問題。集覆蓋問題的解決方法可以看成是一個優(yōu)化選址問題，主要研究當(dāng)服務(wù)設(shè)施在能夠覆蓋網(wǎng)絡(luò)中所有需求點的前提下，如何對其進(jìn)行選址規(guī)劃的問題，該問題要使充電服務(wù)設(shè)施的經(jīng)濟成本達(dá)到最小值。集覆蓋問題最早應(yīng)用在城市消防隊服務(wù)站的建設(shè)中，使服務(wù)站能夠在服務(wù)規(guī)定地區(qū)的前提下，使總的建設(shè)成本最小，通過建設(shè)最少的服務(wù)站，服務(wù)最廣的范圍。集覆蓋問題的優(yōu)化目標(biāo)是指在特定距離內(nèi)滿足所有需求點使建設(shè)的設(shè)施數(shù)量最小。

2.2基于路徑需求的選址規(guī)劃

在現(xiàn)實生活中，所有的需求點并不都位于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上，為了使不在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上的需求點得到滿足，需要從需求點開始到服務(wù)點的距離最短。最先對這一假設(shè)提出質(zhì)疑的學(xué)者是Jansson，他認(rèn)為，類似于便利店、加油站等公共設(shè)施，服務(wù)的對象就屬于路徑需求，這些需求源于網(wǎng)絡(luò)中的OD對，并被所在路徑上的設(shè)施“截獲”以滿足需求?；诼窂叫枨蟮哪Ｐ头譃榛诹髁康淖畲蟾采w模型（FCLM）和截獲流量最大模型（FRLM）。兩者的區(qū)別主要在于是否考慮車輛的行駛里程限制。FCLM問題中在車輛經(jīng)過的路段上只要存在一個服務(wù)站即可，在FRLM問題中在車輛經(jīng)過的路段上至少需要存在多個服務(wù)站才可以滿足要求。在實際應(yīng)用中FRLM被應(yīng)用更多，在經(jīng)過完善之后，使得其更加完整。

2.3新能源汽車充電服務(wù)排隊

排隊論通過研究排隊系統(tǒng)運行的數(shù)量指標(biāo)，估計系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量，以此為標(biāo)準(zhǔn)來確定系統(tǒng)的合理結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)參數(shù)的合理值，以便實現(xiàn)對現(xiàn)有系統(tǒng)合理改進(jìn)和對新建系統(tǒng)的最優(yōu)設(shè)計等。排隊論系統(tǒng)在解決最優(yōu)化問題的時候包括靜態(tài)優(yōu)化和動態(tài)優(yōu)化兩種。動態(tài)優(yōu)化指的是在現(xiàn)有的排隊系統(tǒng)的基礎(chǔ)上找到一個目標(biāo)函數(shù)使其達(dá)到最優(yōu)的結(jié)果，而靜態(tài)優(yōu)化是指根據(jù)質(zhì)量指標(biāo)，確定目標(biāo)參數(shù)的最優(yōu)值，使經(jīng)濟最優(yōu)。針對排隊論模型的求解列出如下假設(shè)：（1）假設(shè)用戶產(chǎn)生充電需求時到充電站距離最短（2）車輛的速度不會因為剩余電量的多少發(fā)生變化。（3）不同充電站的充電樁充電功率和服務(wù)效率相同。（4）不考慮不同節(jié)點處的地價的差異。（5）車主能夠通過APP等途徑得知充電地點的待充電人數(shù)和充電情況。（6）電動汽車在高峰時段和平峰時段都均勻到達(dá)。求解排隊論模型優(yōu)化問題的首要關(guān)鍵是根據(jù)所求問題本身，建立一個目標(biāo)函數(shù)，這個目標(biāo)函數(shù)和排隊論優(yōu)化問題模型的某個或某些數(shù)量指標(biāo)相關(guān)。另外，確定決策變量，即確定模型問題中哪些變化因素，最終使目標(biāo)函數(shù)得到最優(yōu)解。

3結(jié)束語

總之，我國新能源汽車行業(yè)和充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展迅速，電動汽車保有量和充電樁設(shè)置規(guī)模不斷壯大，實現(xiàn)較大程度的量與質(zhì)的提升。但電動汽車和充電設(shè)施的發(fā)展技術(shù)水平還需進(jìn)一步提升，特別是充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展目前仍滯后于電動汽車行業(yè)的發(fā)展，需要加強對充電設(shè)施選址布局的科學(xué)規(guī)劃。充電站的選址方案和充電樁的分配數(shù)量是促進(jìn)我國新能源汽車發(fā)展的重要推動力。

參考文獻(xiàn)

[1]朱東友，鄧云嵩，鄧海文，邵杰.電動汽車充電設(shè)施現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].時代汽車，2021（04）：22-23.

[2]劉镕旗，龐博聰，李艷香.新能源汽車及充電設(shè)施發(fā)展戰(zhàn)略研究[J].中國市場，2020（36）：54-55.