郭國(guó)太

（廈門(mén)電力勘察設(shè)計(jì)院有限公司，福建，廈門(mén) 361009）

電動(dòng)汽車(chē)充電站建設(shè)可行性分析

郭國(guó)太

（廈門(mén)電力勘察設(shè)計(jì)院有限公司，福建，廈門(mén) 361009）

以公用充電站和專(zhuān)用充電站建設(shè)為例，對(duì)廈門(mén)市現(xiàn)有電動(dòng)汽車(chē)及充電站運(yùn)營(yíng)進(jìn)行調(diào)研分析，確定了充電站建設(shè)技術(shù)方案和投資效益分析的指標(biāo)，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、工程等方面進(jìn)行研究和分析，并對(duì)項(xiàng)目建成以后可能取得的財(cái)務(wù)、經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行預(yù)測(cè)，提出投資風(fēng)險(xiǎn)及機(jī)遇分析；對(duì)今后電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施建設(shè)可行性研究方案提供參考。

充電站；服務(wù)對(duì)象；建設(shè)方案；投資效益分析

目前電池是電動(dòng)汽車(chē)的惟一動(dòng)力能量，電池技術(shù)的初始成本高和續(xù)駛里程不理想等問(wèn)題制約了電動(dòng)汽車(chē)大規(guī)模應(yīng)用，而通過(guò)建設(shè)電動(dòng)汽車(chē)充換電設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)及時(shí)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行充電，能夠有效延長(zhǎng)電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程。

充電站是充換電設(shè)施網(wǎng)絡(luò)重要組成部分。充電站建設(shè)還處于探索實(shí)踐階段，已建充電站由于建設(shè)方案不合理，投資效益分析的指標(biāo)選取不正確，甚至一些建設(shè)項(xiàng)目因?yàn)闀r(shí)間緊迫未做可行性研究或可行性研究流于形式等原因，造成項(xiàng)目投資效益不明顯，甚至建成后虧損運(yùn)營(yíng)。目前只有少數(shù)央企、地方國(guó)企介入，推廣建設(shè)的速成度緩慢，充電站建設(shè)越緩慢越不利于電動(dòng)汽車(chē)推廣，投資效益越低，也就越難吸引更多企業(yè)參與建設(shè)，形成了不良循環(huán)。因此，充電站建設(shè)可行性研究工作對(duì)充電站推廣一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作。

1 充電站類(lèi)型及服務(wù)對(duì)象

充電站按服務(wù)車(chē)輛類(lèi)型不同可分公共充電站、專(zhuān)用充電站。在不同運(yùn)行模式下，要求電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)駛能力及充電時(shí)間也不同，從而也導(dǎo)致充電站類(lèi)型和充電機(jī)功率選擇不同。私家車(chē)、公務(wù)車(chē)是白天出行，時(shí)間短，行駛里程有限，夜間停在小區(qū)車(chē)位或單位停車(chē)位，有足夠的時(shí)間充電，一般以家庭、單位自建充電樁和公共充電站為其提供充電服務(wù)。出租車(chē)全天幾乎都運(yùn)營(yíng)，行駛里程長(zhǎng)，充電時(shí)間有限，一般以公共充電站快速為其提供充電服務(wù)。公交、環(huán)衛(wèi)、郵政等社會(huì)公共服務(wù)用車(chē)具有城市區(qū)域行駛、停車(chē)場(chǎng)地固定、行駛路線(xiàn)固定、行駛里程相關(guān)穩(wěn)定等特征，一般以專(zhuān)用充電站為其提供充電服務(wù)。

2 建設(shè)方案

2.1 充電系統(tǒng)

公共充電站屬無(wú)固定服務(wù)車(chē)輛的充電站，必須能夠滿(mǎn)足進(jìn)入市場(chǎng)的各種電壓等級(jí)的電動(dòng)汽車(chē)充電需求?，F(xiàn)在研發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)存在多種電壓等級(jí)，電動(dòng)汽車(chē)高壓系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電壓：144V、288V、317V、346V、400V、576V。充電機(jī)配置方案是否合理，關(guān)系到充電機(jī)有效功率和充電時(shí)間，從而影響充電站投資效益。

1）方案一：選擇同一規(guī)格充電機(jī)，充電機(jī)功率為60kW，充電電壓為300～750V，最大充電電流為80A。假如充電機(jī)對(duì)比亞迪E5充電，充電電壓為680V，有效充電功為54.4kW；假如對(duì)北汽福田EV200充電，充電電壓為380V，有效充電功只有30.8kW。因此，充電電壓越低有效充電功率越低，充電時(shí)間越長(zhǎng)，變壓器負(fù)載越輕?，F(xiàn)已建充電站大部分采用這種方案。

2）方案二：選擇多種規(guī)格充電機(jī)，一種規(guī)格對(duì)一種車(chē)型或充電參數(shù)相近的幾種車(chē)型充電。目前電動(dòng)汽車(chē)種類(lèi)繁多，充電機(jī)難于選擇，且需人員人為充電調(diào)度管理，增加運(yùn)營(yíng)成本。

3）方案三：選用最大充電電壓和最大充電電流多檔可調(diào)的充電機(jī)，即是充電功率不變，選擇不同檔充電壓匹配不同充電電流。充電機(jī)功率為60kW充電電壓為300～500V，500～750V，最大充電電流為120A、80A。假如對(duì)比亞迪E5充電，充電電壓為680V，最大充電電流為80A有效充電功為54.4kW；假如對(duì)北汽福田EV200充電，充電電壓為380V，最大充電電流為120A，有效充電功也有46.2kW?？擅黠@提高充電電電壓低的有效充電功率。

專(zhuān)用充電站屬固定服務(wù)車(chē)輛的充電站，根據(jù)車(chē)輛的電池容量、充電電壓、充電速率，準(zhǔn)確地選擇充電機(jī)額定功率、充電電壓和充電電流，充電機(jī)的有效充電功率近乎等于充電機(jī)額定功率。因此，專(zhuān)用充電站投資效益比較高。

充電機(jī)的最大充電電壓應(yīng)根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)電池的特性及電池單體串聯(lián)數(shù)量確定，充電機(jī)輸出電壓（Ur）可按式（1）計(jì)算選擇，大于等于Ur的數(shù)值確定為充電機(jī)最大充電電壓，即

式中，n為電動(dòng)汽車(chē)電池的串聯(lián)電池單體數(shù)量；Ku為充電機(jī)輸出電壓裕度系數(shù)，一般取1.0～1.1；Ucm為單體電池最高電壓（V）。

根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)電池的容量和充電速度以及供電能力和設(shè)備性?xún)r(jià)比，在電池BMS系統(tǒng)允許，確保安全、可靠充電的情況下確定最大充電電流。充電機(jī)最大輸出電流可按式（2）計(jì)算，選擇大于等于Ir的數(shù)值確定為充電機(jī)最大充電電流，即

式中，Kc為充電機(jī)輸出電流裕度系數(shù)，一般取1.0～1.25；Im為電動(dòng)汽車(chē)電池最大允許持續(xù)充電電流（A）。

電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)由大容量電力電子設(shè)備構(gòu)成，容易造成諧波污染、功率因數(shù)下降和電壓波動(dòng)等問(wèn)題。因此，充電機(jī)配置有源濾波和無(wú)功補(bǔ)償裝置，功率因數(shù)可補(bǔ)償?shù)?.95以上。

為了方便后面對(duì)兩種充電站的經(jīng)濟(jì)效率分析比較，兩種充電站的建設(shè)總充電功率均為600kW，公共充電站以乘用車(chē)快速充電站為例，選擇10臺(tái)60kW多檔可調(diào)的充電機(jī)；專(zhuān)用充電站以公交充電站為例，選擇5臺(tái)120kW充電機(jī)。其充電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 充電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表

2.2 供配電系統(tǒng)

供配電系統(tǒng)包括配電變壓器、開(kāi)關(guān)柜及進(jìn)出電纜部分，配電變壓器決定了供配電系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模。配電變壓器供電負(fù)荷主要是充電機(jī)負(fù)荷及站用電負(fù)荷。充電機(jī)總?cè)萘靠砂词剑?）計(jì)算，站用電負(fù)荷可按式（4）計(jì)算。

式中，P1為充電機(jī)的輸出功率；cos?為功率因數(shù)，取0.95；η為充電機(jī)工作效率，高頻開(kāi)關(guān)整流充電機(jī)取0.92；K為需要系數(shù)，充電站服務(wù)車(chē)輛類(lèi)型不同，充電機(jī)需要系數(shù)也不同，公共充電站取0.7，專(zhuān)用充電站取0.85。

式中，P2為站用電的功率，包括安防設(shè)備、照明等，約為5kW；cos?為功率因數(shù)，取0.9；K為需要系數(shù)，取0.8。

變壓器負(fù)載率一般取0.8，其變壓器選擇結(jié)果詳見(jiàn)表2。

表2 變壓器選型表

2.3 監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)包括充電監(jiān)控系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)及計(jì)量系統(tǒng)。

1）直流充電樁內(nèi)配置監(jiān)控裝置，監(jiān)控裝置具有數(shù)據(jù)采集、控制調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)和記事記錄功能，向車(chē)聯(lián)網(wǎng)發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)，并接車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)下發(fā)的控制命令。

2）安防監(jiān)控系統(tǒng)由攝像頭、硬盤(pán)錄像機(jī)等裝置組成。安防監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)站內(nèi)充電區(qū)域進(jìn)行24h不間斷的監(jiān)視。

3）計(jì)量系統(tǒng)包括電網(wǎng)關(guān)口計(jì)量、充電計(jì)量?jī)刹糠?。網(wǎng)關(guān)口計(jì)量采用高壓側(cè)計(jì)量，設(shè)置在10kV母線(xiàn)上；充電計(jì)量在直流充電樁的輸出側(cè)配置直流智能電表。

2.4 通信系統(tǒng)

采用內(nèi)置在充電樁內(nèi)的認(rèn)證計(jì)費(fèi)模塊或交換機(jī)，通過(guò)公共4G網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)通信或光纖通信方式接入車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

2.5 土建

充電站的布置以應(yīng)便于服務(wù)車(chē)輛的進(jìn)出站及停放為原則，功能區(qū)域分充電車(chē)位、設(shè)備區(qū)、站區(qū)道路等部分。

設(shè)備區(qū)設(shè)置充電車(chē)位周?chē)?，設(shè)備區(qū)和充電車(chē)位間距不大于50m，若設(shè)備有被車(chē)撞的可能時(shí)，應(yīng)設(shè)置其高度不應(yīng)小于0.8m防撞欄。

充電車(chē)位應(yīng)根據(jù)服務(wù)車(chē)型、站內(nèi)交通組織等進(jìn)行布置，優(yōu)先選擇單列垂直式、雙列垂直式布置方式。乘用車(chē)位尺寸推薦采用：長(zhǎng)5～6m、寬2.3～2.8m，公交車(chē)據(jù)車(chē)型尺寸不同，采用：長(zhǎng)10～13m，寬3～3.5m，車(chē)位與充電樁之間設(shè)車(chē)擋，防止充電樁被撞。

車(chē)位前通道寬度應(yīng)根據(jù)車(chē)型尺寸及轉(zhuǎn)彎半徑確定，滿(mǎn)足車(chē)輛順利進(jìn)出車(chē)位。站內(nèi)單車(chē)道寬度不應(yīng)小于3.5m，雙車(chē)道寬度不應(yīng)小于6m。站內(nèi)的道路轉(zhuǎn)彎半徑按行駛車(chē)型確定，且不宜小于9m。

室外電纜管溝原則上與道路、構(gòu)筑物、充電車(chē)位平行或垂直布置，優(yōu)化布置減少交叉，且宜按遠(yuǎn)期規(guī)模一次建成。

在露天充電車(chē)位宜設(shè)置車(chē)棚，優(yōu)先采用輕型膜結(jié)構(gòu)，車(chē)棚高度應(yīng)保證服務(wù)車(chē)輛進(jìn)出，投影面積應(yīng)滿(mǎn)足充電區(qū)域遮陽(yáng)擋雨。

充電站水消防應(yīng)根據(jù)站內(nèi)建筑物的火災(zāi)危險(xiǎn)性和建筑體積確定，無(wú)建筑物不考慮水消防系統(tǒng)，配置手提式干粉滅火器分布在充電區(qū)域即可。

3 投資效益分析

3.1 投資估算（見(jiàn)表3）

表3 投資估算表

3.2 投資成本分析

投資估算以固定資產(chǎn)投資作為成本預(yù)測(cè)的主要對(duì)象，包括了靜態(tài)費(fèi)用和動(dòng)態(tài)費(fèi)用兩部分，靜態(tài)投資包括建筑工程費(fèi)、設(shè)備購(gòu)置費(fèi)、安裝工程費(fèi)和其他費(fèi)用，動(dòng)態(tài)費(fèi)用包括價(jià)差預(yù)備費(fèi)和建設(shè)期貸款利息。充電站在現(xiàn)有停車(chē)場(chǎng)上建設(shè)，土地購(gòu)置和場(chǎng)地平整的費(fèi)用排除在外，建設(shè)周期較短，因此，其建設(shè)期貸款利息和價(jià)差預(yù)備費(fèi)基本可忽略不計(jì)，固定資產(chǎn)投資可簡(jiǎn)化為靜態(tài)費(fèi)用估算。

3.3 運(yùn)營(yíng)調(diào)研分析

廈門(mén)市共計(jì)3850輛公交車(chē)，包括2條純電動(dòng)公交線(xiàn)路，每天平均行駛里程大約為220～250km；全市共計(jì)660輛純電動(dòng)出租車(chē)，每天分為白班和夜班，每個(gè)班行駛里程280～350km，每班需充電2～3次。

廈門(mén)市現(xiàn)有公交運(yùn)營(yíng)充電站，每個(gè)站配備1名工作人員，作為充電站調(diào)度管理，年薪5萬(wàn)元；部分公交車(chē)夜間有效充電時(shí)間為21∶30～5∶00，部分公交車(chē)夜間有效充電時(shí)間為24∶00～6∶00，白天運(yùn)營(yíng)時(shí)有效補(bǔ)充電時(shí)間10～30min。

廈門(mén)市已投運(yùn)28座充電站的全站用電效率為80%～85%之間；公共充電機(jī)目前主要為全市660輛純電動(dòng)出租車(chē)和少量網(wǎng)約車(chē)服務(wù)，每天充電工作時(shí)間約為4～6h，換算為有效充電時(shí)間約為3～4.5h，所謂有效充電時(shí)間即是充電機(jī)在額定功率下的充電時(shí)間。

3.4 效益分析邊界條件

國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布《關(guān)于加快新能源汽車(chē)推廣應(yīng)用的指導(dǎo)意見(jiàn)》國(guó)辦發(fā)[2014]35號(hào)文規(guī)定，2020年前，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電服務(wù)費(fèi)實(shí)行政府指導(dǎo)價(jià)管理?！陡＝ㄊ∥飪r(jià)局關(guān)于我省電動(dòng)汽車(chē)充電服務(wù)價(jià)格有關(guān)問(wèn)題的通知》閩價(jià)服[2016]143號(hào)文規(guī)定，經(jīng)營(yíng)性集中式充電設(shè)施充電服務(wù)價(jià)格上限標(biāo)準(zhǔn)：電動(dòng)乘用車(chē)1.00元/kW·h（不含電費(fèi)），電動(dòng)公交車(chē)0.8元/ kW·h（不含電費(fèi)），下浮不限。

公共充電站選擇多檔可調(diào)的充電機(jī)有效工作時(shí)間可按5h/天計(jì)算。專(zhuān)用充電站服務(wù)12m長(zhǎng)純電動(dòng)公交車(chē)每輛日均行駛里程為230km，百公里耗電為110/kW·h，充電樁與公交車(chē)的數(shù)量配比按1∶2測(cè)算。充電站年運(yùn)行天數(shù)按350天考慮。充電站設(shè)備部分折舊按10年考慮。

3.5 運(yùn)營(yíng)成本

公共充電站的運(yùn)營(yíng)成本主要包括：銀行利息、運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本、充電站運(yùn)行時(shí)電量損耗費(fèi)等。專(zhuān)用充電站為了提高了車(chē)樁比的值，配備專(zhuān)人作為充電調(diào)度管理，因此，專(zhuān)用充電站的運(yùn)營(yíng)成本還應(yīng)包括運(yùn)營(yíng)管理成本。

1）銀行利息：按照目前銀行5年以上貸款利率4.9%測(cè)算。

2）運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本：包括設(shè)備修理維護(hù)費(fèi)、備品備件，可按充電站固定資產(chǎn)總值的2～5%的比例測(cè)算。

3）電量損耗費(fèi)：充電站的整站用電效率按0.85測(cè)算；購(gòu)電費(fèi)用以“優(yōu)惠大工業(yè)用電（1～10kV）”測(cè)算，即平時(shí)段：0.6222元/kW·h；高峰時(shí)段：0.9119元/kW·h；低谷時(shí)段：0.3325元/kW·h；取平時(shí)段價(jià)格測(cè)算。

4）運(yùn)營(yíng)管理成本：主要管理人員工資，充電站配備1名工作人員，年薪按6萬(wàn)元測(cè)算。

3.6 經(jīng)營(yíng)收入及效益

充電站營(yíng)業(yè)收入主要是充電站服務(wù)費(fèi)收入。充電站投資效益有社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)濟(jì)效益主要是充電站的經(jīng)營(yíng)利潤(rùn)，見(jiàn)表4。

公共充電服務(wù)費(fèi)收入=充電服務(wù)價(jià)格×充電設(shè)備臺(tái)數(shù)×充電設(shè)備功率×有效工作時(shí)間×充電站運(yùn)行天數(shù)÷10000。

專(zhuān)用充電服務(wù)費(fèi)收入=充電樁數(shù)量×車(chē)樁比×日均行駛里程×（百公里耗電÷100）×公交年行駛有效天數(shù)×充電服務(wù)價(jià)格÷10000。

表4 投資效益分析表

（續(xù)）

4 投資風(fēng)險(xiǎn)及機(jī)遇分析

4.1 風(fēng)險(xiǎn)分析

市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)：電改放開(kāi)后，充電設(shè)施建設(shè)實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化，隨著各界資本紛紛進(jìn)入充電運(yùn)營(yíng)領(lǐng)域。

服務(wù)費(fèi)價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)：目前充電服務(wù)市場(chǎng)還處在投入期，為鼓勵(lì)企業(yè)建設(shè)積極性和規(guī)范服務(wù)費(fèi)市場(chǎng)價(jià)格，政府出臺(tái)服務(wù)費(fèi)收取政策，但隨著民營(yíng)資本的介入，可能導(dǎo)致服務(wù)價(jià)的下降。

技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)：充電樁產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展很快，技術(shù)進(jìn)步可能導(dǎo)致設(shè)備更新?lián)Q代，現(xiàn)有投入設(shè)備可能被淘汰。

4.2 機(jī)遇分析

公交專(zhuān)用充電站可通過(guò)優(yōu)化公交車(chē)線(xiàn)路、行駛里程、充電調(diào)度管理等，增加服務(wù)車(chē)輛，提高車(chē)樁比和每天行駛里程，以提高經(jīng)濟(jì)益率。

公共充電站初期主要服務(wù)于出租車(chē)、網(wǎng)約車(chē)、及少數(shù)公務(wù)車(chē)和私家車(chē)，隨著人們出行觀(guān)念改變、電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)發(fā)展、國(guó)家行業(yè)扶持補(bǔ)貼政策，私家車(chē)的數(shù)量不斷增加，則可提高充電樁有效充電時(shí)間。

目前收費(fèi)包括時(shí)段電費(fèi)和服務(wù)費(fèi)，電動(dòng)汽車(chē)選擇低谷時(shí)段將成為一種趨勢(shì)，這樣充電站運(yùn)營(yíng)損耗電費(fèi)也將減少，經(jīng)營(yíng)利潤(rùn)增加。

5 結(jié)論

服務(wù)車(chē)型決定了建設(shè)充電站的類(lèi)型，根據(jù)不同充電站類(lèi)型的特性選擇充電機(jī)充電電流電壓及功率。充電站類(lèi)型和規(guī)模決定了充電機(jī)的需要系數(shù)，只有合理選取需要系數(shù)才能科學(xué)選擇配電變壓器。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有充電設(shè)施的調(diào)研分析，現(xiàn)階段公共充電站有效功率、有效充電時(shí)間指標(biāo)較低，投資回收年限較長(zhǎng)，專(zhuān)用充電站的投資回收較為思想。

電動(dòng)汽車(chē)仍處于發(fā)展初期，電池技術(shù)還未取得突破，電動(dòng)汽車(chē)的行駛里程得到明顯提高前，充電站網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是解決電動(dòng)汽車(chē)出行憂(yōu)慮的有效辦法，提高充電站的投資效益，吸引更多的社會(huì)資金和力量參與充電站建設(shè)，做好充電站建設(shè)項(xiàng)目可行性研究工作是推進(jìn)充電站建設(shè)健康有序發(fā)展的重要基礎(chǔ)工作。

[1] GB 50966—2014. 電動(dòng)汽車(chē)充電站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB/T 29781—2013. 電動(dòng)汽車(chē)充電站通用要求[S].

[3] GB/T 31466—2015. 電動(dòng)汽車(chē)高壓系統(tǒng)電壓等級(jí)[S].

[4] 章桐, 賈永軒. 電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)革命[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2014.

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[6] 許少倫, 嚴(yán)正, 馮冬涵, 等. 基于多智能體的電動(dòng)汽車(chē)充電協(xié)同控制策略[J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備, 2014, 34(11): 7-13.

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Analysis and Research on the Feasibility of Electric Vehicle Charging Station Construction

Guo Guotai
(Xiamen Electric Power Survey and Design Instiute Co., Ltd, Xiamen, Fujian 361009)

To the common battery charging station and a special charging station construction, for example, of Xiamen City, the existing electric vehicle and charging station operation research and analysis, charging station construction technical scheme and investment benefit analysis of index is determined, from the technical, economic, and other aspects of the project of research and analysis, and to the completion of the project may be made in the financial and economic benefits are predicted and analyzed and put forward the investment risks and opportunities, provide a reference for the future electric vehicle charging facilities construction feasibility study program.

charging station; Service object; construction project; investment benefit analysis