常小永

一、引言

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，使得環(huán)境污染與能源消耗問(wèn)題更為嚴(yán)重。為了應(yīng)對(duì)目前我國(guó)國(guó)情，環(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排政策與技術(shù)也相繼出臺(tái)，電動(dòng)汽車(chē)作為新興環(huán)保技術(shù)，成為燃油汽車(chē)替代品是未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。但目前我國(guó)由于充電設(shè)施不完善，電動(dòng)汽車(chē)還未被廣泛使用，因此依托高速公路服務(wù)區(qū)加快電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，是擴(kuò)大新能源電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用范圍的客觀需求。

二、高速公路服務(wù)區(qū)電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)充電需求與用電特性分析

1.電量消耗快

電動(dòng)汽車(chē)在快速行駛時(shí)電量消耗速度十分快，如在時(shí)速120km/h的高速下，汽車(chē)電動(dòng)機(jī)處于高負(fù)荷狀態(tài)，輸出效率顯著低于其在40～60km/h經(jīng)濟(jì)時(shí)速下的輸出效率，因此電能消耗增加。此外，汽車(chē)行駛速度越快，其空氣阻力也就越大，能耗隨著車(chē)速的增加而提高，因此在高速行駛的情況之下，汽車(chē)?yán)m(xù)航里程衰減增快。

2.充電時(shí)間需求短

高速公路上，電動(dòng)汽車(chē)能夠在短時(shí)間內(nèi)獲得大量續(xù)航是用戶(hù)的剛性需求。常規(guī)服務(wù)區(qū)充電樁多是以大功率快速充電樁為主，而對(duì)于有住宿區(qū)的服務(wù)區(qū)，可以根據(jù)配套設(shè)置部分的慢充充電樁。

3.充電樁電網(wǎng)負(fù)荷大

電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施屬于大功率非線性負(fù)荷設(shè)備，單點(diǎn)負(fù)荷比較大，因此在設(shè)備工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生較高諧波電流和沖擊電壓，帶來(lái)一定的用電安全隱患。另外，公共配電網(wǎng)建設(shè)時(shí)未考慮高速公路服務(wù)區(qū)的運(yùn)營(yíng)用電需求，隨著電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展普及，服務(wù)區(qū)充電樁的設(shè)置會(huì)成為標(biāo)配，因而高速公路服務(wù)區(qū)整體用電功率必然會(huì)提高。

三、電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施形式

根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)不同的能量補(bǔ)給方式，充電設(shè)施一般分為交流充電樁、充電站以及換電站三大類(lèi)，其中：

1.換電站

換電站則是為電動(dòng)汽車(chē)提供更換電池服務(wù)的站點(diǎn)，主要由電池更換系統(tǒng)、電池室、配電系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等組成，按照換電站內(nèi)設(shè)備功能不同也可分為換電站、電池充電中心與電池配送站三大類(lèi)，其中電池更換設(shè)備也常被成為底面充電系統(tǒng)，也就是機(jī)械充電，由于電池組重量比較大，電池的更換專(zhuān)業(yè)化程度高，必須由專(zhuān)業(yè)操作人員借助專(zhuān)業(yè)的機(jī)械完成電池的更換、充電以及維護(hù)工作。電池更換方式花費(fèi)時(shí)間短，可一定程度上降低電動(dòng)汽車(chē)成本高帶來(lái)的電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)推廣障礙。但建設(shè)成本高，在整車(chē)布置、安全設(shè)計(jì)、責(zé)任界定等面臨挑戰(zhàn)。目前我國(guó)主要應(yīng)用于電動(dòng)公交車(chē)環(huán)衛(wèi)車(chē)等大型電動(dòng)車(chē)輛的換電，歐美日等主流汽車(chē)企業(yè)認(rèn)為在乘用車(chē)上實(shí)現(xiàn)起來(lái)難度較大，因此關(guān)注度不高。

2.交流充電樁

交流充電樁是可為電動(dòng)汽車(chē)提供交流電能的樁型裝置，其系統(tǒng)一般較簡(jiǎn)單，占地面積小，安裝十分方便，可安裝在公共停車(chē)場(chǎng)、服務(wù)區(qū)停車(chē)場(chǎng)等場(chǎng)所。交流充電樁主要是用于整車(chē)的交流充電，電流較小，充電速度慢，但操作方便，是電動(dòng)汽車(chē)重要的充電設(shè)施之一。其建設(shè)方便，成本低，充電靈活方便，規(guī)模化以后可隨時(shí)隨地充電，也可充分利用電力低谷時(shí)段進(jìn)行充電，降低充電成本，但充電時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)法滿(mǎn)足高速車(chē)輛應(yīng)急需求，主要應(yīng)用于居民小區(qū)，停車(chē)場(chǎng)等。

3.充電站

充電站采取整車(chē)充電模式為電動(dòng)汽車(chē)提供電能補(bǔ)給，一般可分為平面充電站與立體充電站兩種，通常平面充電站占地面積較大，多建于土地資源相對(duì)寬裕的地點(diǎn)，而立體充電站則占地面積小，空間利用率高，多建于人口密集的居民區(qū)、商業(yè)區(qū)等。一個(gè)完整的充電站主要包括供電系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等幾大部分組成。充電時(shí)間比換電站時(shí)間長(zhǎng)但比充電樁時(shí)間短。充電電流大，易對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)諧波影響，大電流頻繁充電會(huì)降低充電電池使用壽命，目前主要應(yīng)用于電動(dòng)出租汽車(chē)充電或電動(dòng)公交車(chē)的充電。

四、高速公路服務(wù)區(qū)充電設(shè)施建設(shè)困境

1.充電樁數(shù)量供不應(yīng)求

近年來(lái)，低碳環(huán)保的電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量猛增，市場(chǎng)保有量大大提高，但是另一方面關(guān)于電動(dòng)汽車(chē)的質(zhì)疑聲也越來(lái)越大，其中充電難問(wèn)題尤為突出，尤其是我國(guó)的國(guó)慶假期期間，“電動(dòng)汽車(chē)服務(wù)區(qū)排隊(duì)充電”屢上熱搜。數(shù)據(jù)顯示，截至2021年9月底，國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)擁有量為678萬(wàn)輛，且以每年200萬(wàn)輛的上升幅度增長(zhǎng)。相較之下，高速公路服務(wù)區(qū)充電樁僅有一萬(wàn)左右，遇到長(zhǎng)假等充電高峰期難以滿(mǎn)足服務(wù)需求。整體來(lái)講，國(guó)慶長(zhǎng)假也是對(duì)服務(wù)區(qū)充電樁行業(yè)發(fā)展的一次測(cè)試，充電樁數(shù)量少、充電速度慢是高速公路服務(wù)區(qū)充電設(shè)施建設(shè)需要解決的首要問(wèn)題。

2.充電站的投資風(fēng)險(xiǎn)

目前，包括高速公路服務(wù)在內(nèi)的充電樁已超36萬(wàn)個(gè)?；诔潆姌镀髽I(yè)的經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)，可以看出充電樁運(yùn)營(yíng)商企業(yè)退出市場(chǎng)的主要原因是盈利模式單一。根據(jù)2021年電動(dòng)汽車(chē)充換電技術(shù)產(chǎn)業(yè)報(bào)告發(fā)現(xiàn)，交流充電樁單個(gè)建設(shè)成本為3000～20000元，但充電樁的充電效率比較低，充電時(shí)間長(zhǎng)。直流充電樁的充電速度快，但是建設(shè)成本較高，單個(gè)充電站的建設(shè)成本為300萬(wàn)～500萬(wàn)元。而以60kW直流快充充電樁的回報(bào)周期來(lái)看，單樁利用率為5%，也就是說(shuō)一個(gè)充電中每天使用1.2h，回收成本需要3.8年，再加上土地、建設(shè)等其他成本，投資回收期可能會(huì)更長(zhǎng)。另外，充電樁的投資風(fēng)險(xiǎn)還源于沒(méi)有土地，加油站與加氣站在國(guó)土空間規(guī)劃中，在一個(gè)城市規(guī)劃中加油站和加氣站的規(guī)劃會(huì)直接將土地規(guī)劃出來(lái)，但是充電站并未在土地規(guī)劃中體現(xiàn)，同時(shí)還會(huì)隨時(shí)面臨著拆遷的可能性。投資大、運(yùn)維成本以及拆遷風(fēng)險(xiǎn)高等使得許多企業(yè)退出充電設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2017年我國(guó)充電樁公司約1000家，而發(fā)展至2019年，則只剩下不到100家。

3.充電設(shè)施效率低

相較于燃油汽車(chē)的能量補(bǔ)給模式，電動(dòng)汽車(chē)即便在充電樁數(shù)量充足的情況下，其充電效率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如燃油車(chē)。一般來(lái)講燃油車(chē)加油只需5分鐘即可完成，而電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)間則需要數(shù)小時(shí)完成。因此為了提高效率，部分電動(dòng)汽車(chē)企業(yè)新推出“換電”解決方式，相較于充電樁充電模式，換電模式則更為方便快捷。所謂的換電模式指拆分電動(dòng)汽車(chē)和電池，當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)電量不足時(shí)可以拆下舊電池?fù)Q上新的滿(mǎn)電電池，該過(guò)程需要3～5分鐘即可完成，充電效率大大提高，可以媲美燃油車(chē)，解決充電樁充電時(shí)間長(zhǎng)、速度慢等問(wèn)題，同時(shí)由于電動(dòng)汽車(chē)中動(dòng)力電池占比較大，換電可以通過(guò)電車(chē)分離的方式使得購(gòu)車(chē)成本大大降低。但換電模式的推廣也困難重重，一方面是不同品牌電動(dòng)汽車(chē)的電池標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，作為核心競(jìng)爭(zhēng)力之一，電動(dòng)車(chē)汽車(chē)是電動(dòng)汽車(chē)企業(yè)在市場(chǎng)中勝出的重要武器，統(tǒng)一電動(dòng)汽車(chē)電池技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于新能源企業(yè)廠商來(lái)講意愿不大；另一方面，換電站的建設(shè)成本比較高，換電只能解決充電效率低的問(wèn)題，但無(wú)法解決供電場(chǎng)地的問(wèn)題，充電需要固定的充電樁，而換電則需要固定的換電站，單個(gè)換電站的投入成本也在300萬(wàn)元左右，若要滿(mǎn)足換電需求頻率，也需要考慮覆蓋密度的問(wèn)題，因此對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)講，投資成本與運(yùn)營(yíng)成本的提高也是不小的考驗(yàn)。

4.用電成本較高

采用清潔能源代替化石燃料已成為全球節(jié)能減排共識(shí)，但用電成本依舊很高。首先，電動(dòng)汽車(chē)的電池使用壽命以及報(bào)廢后的回收綜合利用問(wèn)題也不容忽視。目前電動(dòng)汽車(chē)的電池成本非常高，約占總成本的30%，許多電動(dòng)車(chē)企業(yè)對(duì)消費(fèi)者承諾的電池使用壽命為10年，但是若考慮到具體使用環(huán)境等，電動(dòng)汽車(chē)電池的平均壽命可能只有五六年，一次性換電池也將是不小的開(kāi)支。而近些年來(lái)講，鋰電池的成本也在持續(xù)走高，電池價(jià)格的上漲成本最終還是由消費(fèi)者買(mǎi)單。其次，基于環(huán)保角度，對(duì)電池的回收綜合利用成本也比較高，幾百斤的電動(dòng)汽車(chē)電池若廢棄于自然環(huán)境中必然會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，另外還會(huì)導(dǎo)致重金屬和化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入大自然。但是鋰電池的回收工藝十分復(fù)雜，且不同廠家的電池材料與配方并不相同，回收難度又進(jìn)一步增加。最后，目前我國(guó)電力結(jié)構(gòu)中火電占比依舊較高，火電本身依舊會(huì)產(chǎn)生排放，因而新能源汽車(chē)并非是真正的零排放，電力供應(yīng)依舊呈現(xiàn)緊張狀態(tài)，若電動(dòng)汽車(chē)大規(guī)模地普及，電力供應(yīng)緊張局面又會(huì)繼續(xù)增加。

五、高速公路服務(wù)區(qū)充電設(shè)施建設(shè)建議

1.納入新服務(wù)區(qū)建設(shè)整體規(guī)劃中

各高速公路業(yè)主經(jīng)營(yíng)單位要將高速公路服務(wù)區(qū)充電設(shè)施建設(shè)納入服務(wù)區(qū)的整體功能設(shè)計(jì)規(guī)劃中。一方面對(duì)擬開(kāi)工新建的服務(wù)區(qū)，在設(shè)計(jì)規(guī)劃階段就將充電場(chǎng)站的建設(shè)納入其中，爭(zhēng)取足夠的較為便宜的建設(shè)用地指標(biāo)；另一方面是在服務(wù)區(qū)的新建或擴(kuò)建中，對(duì)現(xiàn)有服務(wù)區(qū)進(jìn)行升級(jí)改造時(shí)預(yù)留充電樁建設(shè)用地，在服務(wù)區(qū)整體規(guī)劃中納入充電樁所需電力容量，爭(zhēng)取行政主管部門(mén)支持，特別是土地政策方面支持，降低后期建設(shè)與運(yùn)營(yíng)成本。

2.加強(qiáng)補(bǔ)貼促進(jìn)現(xiàn)有服務(wù)區(qū)充電設(shè)施建設(shè)

各高速公路經(jīng)營(yíng)業(yè)主主要為國(guó)有企業(yè)，政府可將傳統(tǒng)能源獲得的稅收收入用于補(bǔ)助高速公路服務(wù)區(qū)充電設(shè)施建設(shè)，培育高速公路服務(wù)充電設(shè)施數(shù)量。并以行政手段推動(dòng)高速公路服務(wù)區(qū)充電設(shè)施建設(shè)工作的落地，全國(guó)各省列出建設(shè)時(shí)間表以及具體要求，使得這項(xiàng)工作受到各級(jí)單位高度重視，將工作提高至政治站位，拉動(dòng)需求側(cè)改革的高度。

3.多策并舉解決現(xiàn)有服務(wù)區(qū)電容增容問(wèn)題

電網(wǎng)公司與高速公路業(yè)主單位要密切配合，清理現(xiàn)有服務(wù)區(qū)的電容，要將所需的高壓電容線接入服務(wù)區(qū)紅線，若附近高壓已有電容，可直接下線。為了進(jìn)一步節(jié)省成本，還可以與原線路共用接入分項(xiàng)計(jì)費(fèi)，若無(wú)法解決電容的話，可探索風(fēng)光儲(chǔ)設(shè)備，逐步引入風(fēng)能、光能等綠色能源，推廣應(yīng)用風(fēng)光儲(chǔ)模式，將通過(guò)合理配置電網(wǎng)低谷期電能、風(fēng)能和光能，實(shí)現(xiàn)本地能量?jī)?chǔ)備與能量消耗的動(dòng)態(tài)平衡，緩解充電樁用電對(duì)電網(wǎng)的考驗(yàn)壓力。在能耗方面，采用儲(chǔ)能系統(tǒng)為電池提供能量，并利用峰谷電價(jià)提高能源轉(zhuǎn)換效率，節(jié)約用電成本。