摘要：随着化石能源的日益枯竭，能源危机和环境污染等问题严重。以环保、清洁、节能著称的新能源电动汽车的发展已经升级为国家战略，作为新能源汽车配套的充电基础设施必须与电动汽车发展齐头并进。充电基础设施是国家政策支持最多、发展前景最为广阔的行业之一。本文对目前充电基础设建设难点进行分析，并进行建设方案探讨。
关键词：充电基础设施 建设模式 运营管理 电力场地 建议
1、前言
根据发改委印发的《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020年)》显示，我国充电基础设施发展的目标是到2020年，建成集中充、换电站1.2万座，分散充电桩480万个，基本建成适度超前、车桩相随、智能高效的充电基础设施体系，满足全国500万辆电动汽车充电需求。
发展指南要求新建住宅配建停车位100%建设充电基础设施或预留建设安装条件，大型公共建筑物配建停车场、社会公共停车场建设充电基础设施或预留建设安装条件的车位比例不低于10%，每2000辆电动汽车应至少配套建设一座公共充电站。
根据《关于“十三五”新能源汽车充电基础设施奖励政策及加强新能源汽车推广应用的通知》显示，2016至2020年，中央财政将继续安排资金对充电基础设施建设、运营给予奖补。
因此，利用国家新能源的政策契机，大力发展充电基础设施势在必行，充电基础设施包括各类集中式充、换电站和分散式充电桩。充电基础设施建设场地有如下几种方式：政府统一规划划拨、单位或私人产权土地。而实际充电基础设施工程建设中遇到两个最大的问题 “建设场地”和“可用电量”。本文对充电基础设施建设不同条件下遇到的难点进行分析和建议。
2、新能源汽车充电基础设施简介
2.1充电基础设施定义
充电基础设施功能类似于加油站里面的加油机，在电动汽车使用中扮演着重要角色，安装于公共建筑（商业、写字楼、交通枢纽、公共停车场等）和居民小区停车场，可以根据不同类别为各种型号的电动汽车提供快慢充电服务。充电基础设施的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电，为了缩短用户充电时间，充电基础设施普遍采用高电压、大电流的工作方式。
2.2充电类型和充电速度的分类
以充电类型和充电速度进行分类主要分为交流桩和直流桩。
交流桩输出为交流电源，单台交流桩常用功率为7kW，一般5~12小时充满，又定义慢充桩，充电设施成本和充电费用成本较低，可利用电网低谷充电，平抑电网峰谷差，需引入220kV交流电，主要用于家用车和具有较长停住时间的车，直流桩输出为直流电源，单台直流桩常用功率为30~60kW，一般1~2小时充满，又定义快充桩（其中特斯拉专用充电桩功率为120kW），充电设施费用高，充电电流大，可能对电网产生冲击，需引入380kV交流电，主要用于公交车、集团用车、社会用车等。
2.3充电基础设施类型
（1）以安装条件进行分类，主要分为落地式和壁挂式。
落地式无需靠墙，适用于户外和车位空间较大的停车位，而壁挂式须依靠墙体或顶棚固定，适用于室内和车位空间较小停车位。
（2）以服务对象进行分类，主要分为公共充电基础设施、专用充电基础设施和自用充电基础设施。
公共充电基础设施由政府机关等具有公共服务性质的机构置办，服务对象面向任何电动汽车车主，例如公共停车场。而专用充电基础设施多为企业建造，服务对象为客户和内部人员，例如商场停车场。自用充电基础设施为私人充电设施，安装于私人领域，不对外开放。
（3）以安装地点进行分类，主要分为室内型和室外型。
室内充电设施的外壳防护等级需要起码达到IP32以上，而室外充电设施需要面临风雨交加的恶劣环境，需要更好的绝缘性和避雷条件，其外壳防护等级起码要达到IP54方可保障人身安全、车身安全和充电设备安全。
（4）以充电接口的数量进行分类，主要分为一体式和分体式。
一体式充电基础设施，顾名思义，将充电设备、配电设备、管理辅助设备集成到一个设备上，一体式又分为含单枪输出、双枪独立输出、双枪轮充输出、双枪功率分配输出等，是户外直流快速充电的最佳选择。分体式由整流机柜与户外充电终端组成。需要满足安装整流机柜位置。多用于高速公路快充站、城市公交大巴、景区旅游大巴、环境清洁车等大型车辆。由于运行路线固定，电动汽车的耗电量、充电时间及次数可以进行有效的控制。
2.3充电桩基础建设原则
应优先考虑充电需求旺盛及经济/社会效益显著区域，充电服务半径内已建成充电桩群情况，场景内剩余电量等供电系统现状，站点位置应便于电动汽车的出入及停放，充电桩与基站、室分产生协同效应的区域，充电站宜与现有的公共服务设施合建，合建后不应影响原有设施的安全与使用功能，充电桩应设在通风良好区域，以利于蓄电池产生的气体排放，充电桩不应设在室外地势低洼、易积水的场所和易发生次生灾害的地点，充电桩不应设在有剧烈振动、高温或多尘的场所，充电桩不应靠近有潜在火灾或爆炸危险的地方，充电桩不宜设在水雾或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源风向的下风侧。
2.4充电桩选址评估方法
2.4.1电力评估
（1）系统容量：系统总容量、剩余容量
（2）剩余开关：可供使用的开关大小及数量
（3）供电路由：路由是否畅通、原有布线桥架或管道可否利用
（4）引电位置：供电位置、与桩群距离
（5）用电类型：商业用电或大工业电
（6）电费情况：每度电价收取标准
2.4.2交通评估
（1）交通情况：周围街路交通状况
（2）出入便捷性：出入口位置是否临街、临近城市主干道
2.4.3场地评估
（1）地势条件：地势高低、有无积水影响
（2）环境条件：环境温度、扬尘、振动性
2.4.4车位评估
（1）位置情况：室外或室内、地上或地下
（2）车位规模：总车位数量及区域分布情况
（3）使用情况：日常停车高峰时间段及平均使用率
（4）经营形式：长期租用、临时停车
（5）对外经营性：是否对外开放
（6）收费标准：停车费收取情况
（7）车位管理：有无专人管理及管理时间
2.5充电基础建设模式
根据客户类型及车辆可充电时长，可分为如下建桩模式：
2.6充电基础设施运营管理
根据不同的建设类型和建设方式采取如下运营管理模式：
2.7充电设施衍生拓展业务
充电基础设施可利用现有资源实现东环监测、微基站WIFI、视频监控、公共广播、应急求助、信息查询、视频监控等一系列衍生业务。推动充电基础设施业务的发展的同时带动智慧城市的建设。
3、充电基础设施建设难点分析
3.1规划不合理，充电基础设施利用率低
自从国家电网公司2014年5月27日宣布向社会资本开放分布式电源并网工程和电动汽车充换电桩设施两个市场以来，充电基础设施建设进入一个“百花齐放”的时期，各个投资建设方均采取“跑马圈地”的方式抢占资源。这也造成无序充电桩建设。上海市新能源汽车公共数据采集与监测研究中心做了700个公共充电桩的分析，一个充电桩一天只要有一个人充，就认为它这天被使用了。但即使这样，使用率还是小于10%，而且在充电桩上充电的时间几乎都小于2小时。已建公共桩使用率低，企业难以盈利，靠着政府的补贴过日子。但不建公共桩，消费者又不愿意为新能源汽车埋单。如此便进入了恶性循环。
3.2存在恶性压价竞争，皮包公司骗补现象
充电基础设施建设中，存在部分厂家及投资方恶性压低价格中标现象，充电基础设施建设是个长期项目，并不是一次性工程。建设后需提供技术支持，售后保障和技术升级等后续服务。如果某些不良厂家或皮包公司低价中标骗取补助后续又无能力提供保障服务，也造成了“僵尸桩”的出现。这不仅限制了正规企业的发展，也阻碍了充电基础设施甚至是新能源汽车的发展和推广。
3.3电力容量问题
即使各方达成统一共识，建设时所选址站点电力容量又是另一个难题，一般建筑建设初期会根据全局需求工艺负荷来配置高低压系统及外线引入容量，而充电基础设施所需功耗较大（单个直流桩功耗为30kW~60kW，单个交流桩功耗为7kW），现有配电系统很难满足容量需求。需要进行容量扩容。容量扩容涉及现有配电系统及外线容量。该建筑物现有配电区域也不一定满足增容建设新增设备安装需求。
即使安装区域满足，如果商业繁华区域或居民居住区域有多个充电桩选址地点均需要扩容，这导致这一区域的用电量骤升。如果下级变压器容量的大幅增高很可能导致上级变压器的容量也需增高，而该地域换电站建设初期也未考虑此容量需求。导致电力增容很难实现。
3.4场地问题
以北京为例，新能源汽车消费群体主要为城市居民，城市土地规划先于城市建设，政府很难重新规划建设场地。城市建设需求最为迫切的地点如下：居民小区、大型商超、写字楼、交通枢纽、政府机关、工业园区等等。这些地点现有场地有限，又无法重新规划建设用地，只能采取投资建设方与该地点地产或物业采取合作分成的合作建设方案。这种建设方式往往需要投资方、运营方、物业、地产等多家单位利益分成，而充电基础设施并未完全普及且收益周期略长(以北京铁塔建设为例成本回收年限为5年以上)，短时间内无法取的好的效益，又涉及到设备日常维护和安全管理等问题，各方要求不一很难达成共识，导致各方对参与充电基础设施建设积极性均不高。
下表为某项目投资效益分析表：
3.5国家电网与其他投资运营商的问题
北京市规定对向电网经营企业直接报装接电的经营性集中式充换电设施用电执行大工业用电价格（约为0.637元/度），此规定要求只能有一路电进行挂表核减适用大工业用电。无论是充电基础设施建设方还是政府职能部门对此业务生疏，流程不清晰，导致申请困难。很难给各方带来好的效益。
国家电网既是惟一的输配电企业，又是国内早期开始建设充电基础设施，虽然国家电网已放开充电基础设施建设权限，但是国家电网与民营充电基础设施投资运营商的竞争关系明显，如果某一区域存在国家电网已经规划充电桩建设，民营投资方运营商很难在进入，因为无论是用电增容申请还是用电挂表核减均很难得到当地电力部门的批准。
3.6工程建设周期略长。
一个选址站点，选址单位前期沟通，设计单位勘察确定初步建设方案需要15个工作日，各方确定合作分成需要15个工作日。用电申请加上工程设计大约需要20个工作日，工程施工大约需要20个工作日，工程验收、装表接电需要10个工作日。此部分为工程实际需要时间，再加上繁杂的手续使得审批时间。工程周期略长。
3.7充电基础设施接口不统一
现有充电桩建设中各家企业各自为战，车和桩不能良好匹配，大部分充电桩厂家采用接口不满足国外一些新能源汽车使用（例如特斯拉等），不兼容而造成的社会资源浪费，降低了充电设备的利用率。一些高档小区或CBD对于建设不满足特斯拉等产品的充电桩建设积极性不高。很大程度上影响了充电基础设施的行业发展。
4、新能源基础设施建设方案探讨
将从不同建设角度对充电基础设施的建设方案进行探讨及建议。
4.1电力角度：
在电力无法扩容的情况下：最大限度地利用现有的配电设备，提高充电设备的容纳率，需要在充电站装设专用的配套装置，对进出线路进行电能质量数据的采集，并以此为基础进行全网电能质量的管控，保证重要用户的用电质量。以配电变压器为核心，监测负荷与电网的运行状态，实现充电管理系统和电网运行管理系统间的信息交互。研制电网同步信息综合采集装置，实现变压器实时剩余容量及电网同步相量数据采集；研究充电管理系统、智能配电平台、电网运行管理系统间的通信机制。依据实时电网负荷波动、剩余容量、三相不平衡度等参数，实现充电设施优化调度策略和车辆充电引导策略；
电力可以增容改造情况下：政府需出台相关政策要求国家电网全力配合相关企业和投资建设方进行电力增容改造，以满足新能源汽车配套设施建设。政策需要公开透明，相关补助需准确、具体。
4.2 场地角度
由政府统一有目标、有计划、有规模建设充、换电站建设场地.加大宣传推广力度,提高相关场所管理者对充电桩的认识和接受程度。
4.3其他建议
由政府主导出台相关标准要求交、直流充电接口和协议对所有“进口和国产”的一致性。降低因不兼容而造成的社会资源浪费，能够有效提升充电设备的利用率。对于充电运营企业来说，充电标准的统一扫清了新能源汽车与充电接口不匹配的问题，减少了充电资源的闲置情况，也有利于运营市场的打开。
由行业协会进行技术和管理上的监管。在补贴政策上逐步向运营端倾斜，改变过去“重建设，轻运营”的现状。
创新发展充电方式（光伏充电站、移动式光伏发电车棚、无线充电、V2G模式等）、减小用地难等建设阻力和供电压力,化解建设场所难题。
规范充电基础设施运营平台标准，完成充电设施与运营管理平台之间的通信协议，，保障充电设施和电桩运营平台的互联互通，发挥充电设施的使用效率，最大程度为用户提供供电便利。
由政府主导建设充电网车联网、互联网‘三网融合’的能源互联网。通过统一调度、统一管理，实现削峰填谷，降低对电网的冲击。由政府进行充电基础设施综合分析与顶层设计方法，提高充电设施和电网规划、建设与运行方法。加强行业内企业的合作交流，形成互惠合作共识。
5、结束语
在各种新能源汽车技术路线的角逐中，电动汽车已经成为我国新能源汽车发展的主要方向，作为新能源汽车配套的充电基础设施具有举足轻重的地位，是整个新能源电动汽车产业链条中重要的一环，通过充电基础设施的建设，普及电动汽车知识提高社会对电动汽车的认知和接受度。
故应由政府主导解决充电基础设施建设难点，相关企业、技术学会完善技术标准解决技术难题，以促进新能源电动汽车产业的发展和完善。
论文作者:王启凡,宋晓伟,杨明
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/26
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