新能源汽车充电设施选址规划研究

罗伟超

摘要：在新能源汽车中电动汽车使用尤为广泛（本文研究对象新能源汽车主要指电动汽车），它淘汰了传统的燃料供能，采用电力供能的方式，不产生有毒有害气体，进而更易被人接受。但是其自身发展存在一定局限性，例如电动汽车采用车载电池的方式供能，不能像燃料供能一样随加随走，电池充电条件不如燃料供能方便，且存在着充电设施建设数量不足、建设难度较大、选址布局不科学等问题，这些问题很大程度上阻碍了新能源汽车行业的发展。就电动汽车充电设施存在的问题而言，提供一种科学的、全面的充电设施选址规划方案，对解决充电设施选址困难的问题和促进新能源汽车行业的发展具有重要意义。

关键词：新能源汽车;充电设施;选址规划

1我国新能源汽车充电设施面临的主要困境

国内现有的充电桩多为公共充电桩，以及近年来响应国家政策，为新建建筑物预留的相应的私人充电桩。但无论是哪种充电桩，都相对集中在大中型城市，新能源汽车的续航里程又相对较小，很难有效地满足农民的日常出行需求，农村的新能源汽车使用规模没有得到有效推广，充电设施的覆盖程度自然就相对落后了。同时，又因为广大农村地区缺乏完善的配套设施，使得新能源汽车渗透率较低，直接引发大众需求与产业发展的现实矛盾。即使是在大中型城市，也存在公共充电桩分布不均匀的问题。对于部分在建或新建区域，还可与主体工程同时推进住宅小区停车位配套充电设施的设计、施工及验收，尽量避免“有车无桩”“有桩无车”现象的产生，统一建设标准，提高充电桩利用效率，使公共充电设施均衡发展。但是在老城区或是老住宅区，停车位非常紧缺，且大多为公共车位，想要将新能源汽车的充电设施覆盖进去不仅要考虑建桩位置、电力增容、电压安全等技术性问题，还要考虑业主使用、后期维护、车辆胡乱占用等社会性问题，难度系数非常大。另外，由于新能源汽车市场发展速度参差不齐，造成已经建好的新能源汽车充电桩在技术上和质量上也不尽相同。由于充电设施领域的厂商较多，且充电设备大多都是依照国标生产的零件，所以充电设备领域已成为红海，部分原来仅是充电设备生产商的公司逐渐开始向下游运营领域延伸，充电设备商由于发展较早，进入门槛较低，利润空间有限，存在严重的同质化现象。

2新能源汽车充电设施选址规划

寻求一种适应能力更强、安全性更高、使用更便捷的充电设备配置方式，再加以安全防盗系统维持保护，才能使电动汽车行业更和谐的发展。我国燃料汽车行业发展比较成熟，加油站的配置比较合理，因此充电站的建设可以借鉴加油站的配置方法。城市中心的建设更为复杂，需要综合交通线路、电网压力、人口密集程度等多方面影响因素，设计一种更加全面的算法，使充电桩配置更合理。

2.1基于点需求的选址规划

基于点需求的选址模型目前分为三种：p-中值问题、p-中心问题、覆盖问题。这类问题是将待求点和需求点分别放在网络固定的某些节点上，需求点的位置是确定的，待求点的位置可以是需求点也可以在一些其他的节点，需求点和待求点之间由交通线路连接。p-中值问题也是最优点求解的问题，在P个可行的点中寻求一个促使目标最大化的点。是通过选定p个待求点的位置，加以条件比较，最后选定性能最优解。Revelle和Swain是p-中值问题关于整体规划模型的构建者。p-中值问题经常被用在仓库、工厂等物流配送问题的处理上。在p-中值问题中，性能指标一般是指使某种成本最小，充电设施的规划中一般使两点间的总距离最短。以最短距离作为指标，主要适用于解决优化组合问题，例如最优点规划问题、各种选址问题、最小成本或最大利润问题等等，该指标又称为“经济效益性”指标。而带有福利和公共性质场所的选址优化指标一般被称为“集体福利性指标”。Hakimi（2011）构建了以网络为基础的p-中值问题，此外，他认为p-中值里所有可行解中总会存在一个最佳的解是由一个完整网络的顶点组合而成。p-中心问题最早由Hakimi提出，该问题考虑如何在网络中为p个服务设施进行最优选址，目的是为了促使一定区域内任意点到充电服务设施所在地的距离达到最小。该种问题分为两种情况，包括绝对中心问题和顶点中心问题。其区别在于对服务设施的位置是否做限制，是否要求将建设服务设施的待定点设置在网络节点上。p-中心问题要在给定的条件下，求任一点到需求点的最大距离，因此也是求最小最大化问题。覆盖问题就目前的研究可以分为两大类：集覆盖问题和最大覆盖问题。集覆盖问题是指当充电设施所在地能够对周边范围内的充电需求都能进行满足，那么这个充电设施服务站点如何选择才能使服务流量最大或经济耗费最小，此时该问题又回归了最优化问题。集覆盖问题的解决方法可以看成是一个优化选址问题，主要研究当服务设施在能够覆盖网络中所有需求点的前提下，如何对其进行选址规划的问题，该问题要使充电服务设施的经济成本达到最小值。集覆盖问题最早应用在城市消防队服务站的建设中，使服务站能够在服务规定地区的前提下，使总的建设成本最小，通过建设最少的服务站，服务最广的范围。集覆盖问题的优化目标是指在特定距离内满足所有需求点使建设的设施数量最小。

2.2基于路径需求的选址规划

在现实生活中，所有的需求点并不都位于网络节点上，为了使不在网络节点上的需求点得到满足，需要从需求点开始到服务点的距离最短。最先对这一假设提出质疑的学者是Jansson，他认为，类似于便利店、加油站等公共设施，服务的对象就属于路径需求，这些需求源于網络中的OD对，并被所在路径上的设施“截获”以满足需求。基于路径需求的模型分为基于流量的最大覆盖模型（FCLM）和截获流量最大模型（FRLM）。两者的区别主要在于是否考虑车辆的行驶里程限制。FCLM问题中在车辆经过的路段上只要存在一个服务站即可，在FRLM问题中在车辆经过的路段上至少需要存在多个服务站才可以满足要求。在实际应用中FRLM被应用更多，在经过完善之后，使得其更加完整。

2.3新能源汽车充电服务排队

排队论通过研究排队系统运行的数量指标，估计系统的服务质量，以此为标准来确定系统的合理结构和系统参数的合理值，以便实现对现有系统合理改进和对新建系统的最优设计等。排队论系统在解决最优化问题的时候包括静态优化和动态优化两种。动态优化指的是在现有的排队系统的基础上找到一个目标函数使其达到最优的结果，而静态优化是指根据质量指标，确定目标参数的最优值，使经济最优。针对排队论模型的求解列出如下假设：（1）假设用户产生充电需求时到充电站距离最短（2）车辆的速度不会因为剩余电量的多少发生变化。（3）不同充电站的充电桩充电功率和服务效率相同。（4）不考虑不同节点处的地价的差异。（5）车主能够通过APP等途径得知充电地点的待充电人数和充电情况。（6）电动汽车在高峰时段和平峰时段都均匀到达。求解排队论模型优化问题的首要关键是根据所求问题本身，建立一个目标函数，这个目标函数和排队论优化问题模型的某个或某些数量指标相关。另外，确定决策变量，即确定模型问题中哪些变化因素，最终使目标函数得到最优解。

3结束语

总之，我国新能源汽车行业和充电基础设施发展迅速，电动汽车保有量和充电桩设置规模不断壮大，实现较大程度的量与质的提升。但电动汽车和充电设施的发展技术水平还需进一步提升，特别是充电基础设施发展目前仍滞后于电动汽车行业的发展，需要加强对充电设施选址布局的科学规划。充电站的选址方案和充电桩的分配数量是促进我国新能源汽车发展的重要推动力。

参考文献

[1]朱东友，邓云嵩，邓海文，邵杰.电动汽车充电设施现状及发展趋势[J].时代汽车，2021（04）：22-23.

[2]刘镕旗，庞博聪，李艳香.新能源汽车及充电设施发展战略研究[J].中国市场，2020（36）：54-55.