【文章內(nèi)容簡介】 充電站贏利模式分析 ............................................ 126 充電站運(yùn)營收入來源 ................................................................................... 126 不同運(yùn)營模式下的贏利模式分析 .............................................................. 127 充電站運(yùn)營風(fēng)險分析 ............................................ 132 電動汽車充電營運(yùn)系統(tǒng) .......................................... 135 總結(jié)和建議 .................................................... 137 結(jié) 束 語 .......................................................... 139 6 附錄 專業(yè)術(shù)語 ..................................................... 142 參考文獻(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn) .................................................... 145 電動汽車充電機(jī)（站）設(shè)計 緒論 1 緒論 目前，珍惜地球上有限的石油資源，保護(hù)人類賴以生存的自然環(huán)境，減少溫室氣體排放量，遏制全球變暖趨勢已經(jīng)成為世界各國面臨的共同課題。 根據(jù)美國《 Oil and Gas Journal》雜志的年度調(diào)查結(jié)果顯示，截至 2021 年底已探明世界石油儲量為 12 925 億桶 (1 億噸 )，按照 2021 年世界對石油的總需求量 8240 萬桶 /天來計算，世界石油資源僅夠 用 43 年時間。即使世界各國在不斷加強(qiáng)石油勘查與開發(fā)活動，并且使得已探明世界石油儲量能夠持續(xù)增長，但依靠科學(xué)技術(shù)提高石油利用效率，發(fā)展替代能源，必然成為世界各國的努力方向。 截至 2021 年，我國的已探明石油可儲量為 億噸，預(yù)計未來 5 年可年均增長 9～ 10 億噸。我國從 1994 年起就成為了石油純進(jìn)口國，石油對外依存度從 1995 年的 %增加到 2021 年的 %。 2021 年中國進(jìn)口 9 100 萬噸原油， 比2021 年增長 30%。我國是石油消耗大國， l/3～ 1/2 石油依靠進(jìn)口，今后幾年石油進(jìn)口將繼續(xù)快速增長 ，預(yù)計 2021 年后，將超過 億噸。到 2020 年，中國石油消費(fèi)量預(yù)計要達(dá)到 億噸左右，石油對外依存度將達(dá)到 60%。 汽車作為現(xiàn)代社會化大工業(yè)的產(chǎn)物，為推動人類文明向前躍進(jìn)做出了巨大貢獻(xiàn)，給人類的生活帶來了便捷和舒適。目前汽車燃油消耗已經(jīng)成為石油消耗的主體，據(jù)聯(lián)合國的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在世界石油消耗中，航空耗油占 12%，海運(yùn)耗油占7%，而汽車耗油占 75%。在我國，汽車的石油消耗已經(jīng)占到了全國石油消耗總量的 25%，并且還將持續(xù)增長下去，根據(jù)預(yù)測，到 2021 年我國的汽車石油消耗將占全國石油消耗量的 35%，到 2020 年我國汽車對石油的消耗將達(dá)到全國石油消耗總量的 55%。汽車在消耗了大量石油資源的同時，還排放大量汽車尾氣，對自然生態(tài)環(huán)境的惡化也有著難以推卸的責(zé)任，是公認(rèn)的污染大氣的 “頭號殺手 ”。資料顯示，北京大氣中的有害氣體大多來自機(jī)動車的排放污染，其所占比例為：碳?xì)浠衔?%、一氧化碳 %、氮氧化物 37%。目前我國大中城市的空氣污染情況已經(jīng)達(dá)到了嚴(yán)重影響人民身心健康和社會可持續(xù)發(fā)展的程度。根據(jù)國家環(huán)保中心的預(yù)測， 2021 年我國汽車尾氣排放量將占空氣污染源的 64%。 要緩解這兩個日趨嚴(yán)重的問題，汽車工業(yè)必然向 著環(huán)保、清潔、節(jié)能的方向發(fā)展，包括發(fā)展燃用清潔替代燃料汽車和電動汽車等。 電動汽車，是全部或部分的以電力來做為驅(qū)動系統(tǒng)動力源的汽車，相對以汽電動汽車充電機(jī)（站）設(shè)計 緒論 2 油燃燒作為動力的傳統(tǒng)汽車而言，電動汽車在環(huán)保、清潔、節(jié)能等方面占據(jù)著明顯的優(yōu)勢。電動汽車具有無 (低 )污染物排放、噪聲低、能效高、維修及運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，它的廣泛普及將是緩解大氣環(huán)境污染和能源緊缺的最有效方式之一。因此，電動汽車成為當(dāng)代汽車發(fā)展的主要方向，必是 21 世紀(jì)最有潛力的交通工具。目前各大國際汽車制造商紛紛投入大量的資金和人力進(jìn)行電動汽車的研究和開發(fā)，多種電動汽車樣 車頻頻涌現(xiàn)，有些已達(dá)到較高的產(chǎn)業(yè)化規(guī)?！，F(xiàn)在電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展形成了混合動力汽車、純電池驅(qū)動電動汽車（純電動汽車）和燃料電池電動汽車三個主要方向。完全由二次電池 (如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰離子電池 )提供動力的純電動汽車，被部分學(xué)者認(rèn)為是電動汽車發(fā)揮作用的技術(shù)基礎(chǔ)和未來。純電動汽車本身不排放有害氣體，可以充分利用晚間富余電力，提高能源利用效率，提高經(jīng)濟(jì)效益。目前純電動汽車的缺點(diǎn)仍然較為突出，如能量低、質(zhì)量大、充電時間長、成本高、折舊快，還容易對環(huán)境造成二次污染等，因而在應(yīng)用方面受到一定的限制。但是，純 電動汽車完全消除了車輛在運(yùn)行中的廢氣排放，完全使用二次能源 ——電能，完全符合能源持續(xù)利用戰(zhàn)略，因而隨著技術(shù)水平的進(jìn)步，純電動汽車擁有著廣闊的發(fā)展前景。 在我國 “十五 ”計劃期間，國家從維護(hù)能源安全，改善大氣環(huán)境，提高汽車工業(yè)競爭力，實(shí)現(xiàn)汽車工業(yè)跨越式發(fā)展的戰(zhàn)略高度考慮，設(shè)立了 “電動汽車重大科技專項 ”，組織企業(yè)、高等院校和科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合進(jìn)行攻關(guān)，以電動汽車產(chǎn)業(yè)化技術(shù)平臺為工作重心，在電動汽車關(guān)鍵單元技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)及整車技術(shù)上取得了重大突破，研究確立了促進(jìn)電動汽車產(chǎn)業(yè)化推廣的政策、法規(guī)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，從而為我國在 5 至 10 年內(nèi)實(shí)現(xiàn)電動汽車產(chǎn)業(yè)化而奠定了政策和技術(shù)基礎(chǔ)。 充電系統(tǒng)對于實(shí)際的電動汽車而言是不可缺少的子系統(tǒng)，當(dāng)蓄電池的電能用完之后，就必須使用充電系統(tǒng)對電池進(jìn)行再充電。而且，要在較大范圍內(nèi)推廣普及電動汽車，就必須配套建設(shè)充電系統(tǒng)，以增強(qiáng)公眾對使用電動汽車的興趣和信心。因此，充電機(jī)（站）的建設(shè)更是實(shí)現(xiàn)電動汽車產(chǎn)業(yè)化和推廣普及的關(guān)鍵條件，研究電動汽車充電系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)問題，為充電系統(tǒng)的設(shè)計和建設(shè)提供理論與實(shí)踐的支持，是一項對于促進(jìn)電動汽車產(chǎn)業(yè)化進(jìn)一步發(fā)展有重要意義的工作，在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會效益等多方面都具有重大的意 義，這也是本 書 的意義所在。 電力企業(yè)作為關(guān)系國家能源和國民經(jīng)濟(jì)命脈的國有重要骨干企業(yè)， 大力推動電動汽車充電機(jī)（站）設(shè)計 緒論 3 電動汽車發(fā)展、 充電機(jī)（站）建設(shè) 具有重大的意義 ， 具體表 現(xiàn) 在： 1） 以電力 作為 汽車驅(qū)動系統(tǒng)動力源 ， 是 落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、實(shí)施國家能源發(fā)展戰(zhàn)略 、建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會 、履行社會責(zé)任 的重大戰(zhàn)略舉措； 2） 電力作為綠色能源在應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，將成為電力企業(yè)的潛在的重要市場 ，電動 交通工具是提高電能在我國終端能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比例的有效措施； 3）電動汽車充電機(jī)（站）可以采用夜間或低谷負(fù)荷期完成充電的工作方式，有利于電網(wǎng)調(diào)節(jié)峰谷 平衡，改善電網(wǎng)負(fù)荷特性，減少為維持電網(wǎng)低負(fù)荷運(yùn)行而引起的費(fèi)用，為電力行業(yè)帶來直接的經(jīng)濟(jì)效益； 4） 通過建設(shè)電動汽車用充電機(jī)（站）積極推進(jìn)發(fā)展綠色能源交通，可加大對電力企業(yè)的宣傳力度，有效展示電力能源品牌形象、樹立電力企業(yè)的良好社會形象。 本 書的目的是 為電動汽車充電機(jī)（站）設(shè)計提供技術(shù) 參考 ，具體包括以下 主要內(nèi)容 ： （ 1） 電動汽車 充電站結(jié)構(gòu)及 運(yùn)行 ； （ 2） 電動汽車 充電機(jī)設(shè)計及其試驗； （ 3） 電動汽車 充電機(jī)（站）配電系統(tǒng)設(shè)計； （ 4） 電動汽車 充電機(jī)（站）監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計； （ 5） 電動汽車 充電機(jī)（站）安全防護(hù)； （ 6） 電池管理系統(tǒng)功能和技術(shù)要求 ； （ 7）純電動公交充電系統(tǒng)容量需求分析與設(shè)計 ； （ 8） 電動汽車 充電站 運(yùn)營模式 。 第 1 章 電動汽車 充電站結(jié)構(gòu)及運(yùn) 行 電動汽車充電站建設(shè)的現(xiàn)狀 在各地政府的大力支持下，通過幾年努力，北京、武漢和天津等７個城市建立了電動汽車示范充電站。 北京市 121 路電動汽車示范線充電站采用 28 臺 30kW 充電機(jī)進(jìn)行電動汽車常規(guī)充電。 2021 年 6 月 21 日，北京市純電動公共汽車示范運(yùn)行項目暨國內(nèi)首支電動汽車充電機(jī)（站）設(shè)計 電動汽車 充電站結(jié)構(gòu)及運(yùn)行 4 電動公交車隊在公交 121 線路正式開通，首批 14 輛裝載鉛酸電池、具備完全自主知識產(chǎn)權(quán)的純電動公交 車投入商業(yè)化運(yùn)行。電動公交車在運(yùn)行中采用和傳統(tǒng)燃油公交車混編的模式運(yùn)行。截至 2021 年 6 月 25 日，電動公交車隊已累計完成運(yùn)營里程 公里，總計實(shí)現(xiàn)運(yùn)營收入 219158 元。 我國在奧運(yùn)工程建設(shè)中始終把可持續(xù)發(fā)展理念放在首位，減少能源和資源消耗，爭取把 2021 年北京奧運(yùn)會辦成真正的綠色奧運(yùn)會。為此，由北京市科委立項，北京市公交總公司作為業(yè)主，投入 50 輛純電動公交車，并配套建設(shè)一個地面充電站，為奧運(yùn)場館及相關(guān)設(shè)施服務(wù)。當(dāng)車輛進(jìn)入充電間后，采用快速更換模式置換車載電池，被置換的電池以單箱電池為單元進(jìn)行充 電。充電站的每個充電單元由 12 臺 12kW 充電機(jī)、 12 個電池組及電池管理系統(tǒng)、煙霧傳感器、 24V 直流電源、電池存儲架（和快速更換系統(tǒng)匹配）等組成。整個充電站一共 24 個充電單元，共有 288 個充電機(jī)，每兩個單元構(gòu)成 3 個車的充電系統(tǒng)。 另外，武漢市利用市公交集團(tuán)的場站資源，共同建立了混合動力公交車的維修保養(yǎng)陣地，在市區(qū)內(nèi)建立了 9 個電動車輛的充電站。天津市在中國汽車技術(shù)研究中心和開發(fā)區(qū)各建設(shè)一個充電站。杭州市建立了電動公交車和電動出租車 2座充電站（換電站維護(hù)中心）。株洲在株洲市黃河南路公交河西基地院內(nèi)，建有五個充電車 位，一個帶維修地溝的專用維修車間，實(shí)現(xiàn)了電動公交車的充電、維修及保養(yǎng)功能。威海市在公交公司廠區(qū)建設(shè)了一座有 8 臺充電機(jī)的充電站。 隨著電動汽車的推廣普及，充電站的建設(shè)將直接影響電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在此背景下，本 書后續(xù)內(nèi)容 將 側(cè)重于 設(shè)計充電站建設(shè)的總體結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，分析區(qū)域內(nèi)服務(wù)對象的特點(diǎn)及其充電需求，給出運(yùn)營模式的建議方案，從而為大規(guī)模建設(shè)的充電站運(yùn)營模式的選擇提供技術(shù) 參考 ，推動充電體系的建設(shè)，進(jìn)而推進(jìn)電動汽車產(chǎn)業(yè)化和推廣普及。 充電站服務(wù)對象 電動汽車充電站的服務(wù)對象是各種各樣的電動汽車，充電站必 須滿足不同電動汽車的充電需求。在研究充電站的建設(shè)和運(yùn)營之前有必要對充電站的服務(wù)對象—— 電動汽車的種類和運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行分析研究。 電動汽車種類 根據(jù) 城市 電動汽車目標(biāo)市場定位，按照電動汽車的發(fā)展趨勢，電動汽車將逐步應(yīng)用到城市的各個部分 ，按其用途可分為以下 4 類： 電動汽車充電機(jī)（站）設(shè)計 電動汽車 充電站結(jié)構(gòu)及運(yùn)行 5 1）特定區(qū)域用車。例如博覽會園區(qū)、 公園景區(qū)、 奧運(yùn)會等特殊園區(qū)用車。 2）集團(tuán)車隊。例如工程車、公務(wù)車、商務(wù)車等。 3）社會車輛。例如公交車、環(huán)衛(wèi)車、郵政車等。 4）微型車輛。例如出租車、私家車等。 其中，公交車、環(huán)衛(wèi)車、郵政車輛具有一定的共性， 通常行駛線路、行駛里程、行駛時間是固定的；私家車用于上下班時行駛線路、行駛里程也較為固定；博覽會 園 區(qū) 和 公園景區(qū)等特殊園區(qū)的服務(wù)車、觀光車行駛在一定的小區(qū)域范圍內(nèi)；公務(wù)車、商務(wù)車、社會車輛等行駛路線和行駛里程一般能預(yù)估；工程車、出租車等行駛線路、行駛里程不固定，變化較大。 電動汽車運(yùn)行特點(diǎn) 不同種類的車輛具有不同的用途，在行駛線路、行駛里程、行駛時間上會有所不同。 （ 1） 公交車 用來滿足公共交通的需要，由專職司機(jī)駕駛、維護(hù)，由城市公交公司或企業(yè)投資運(yùn)營，且行駛路線固定，一般在首末站都建有大型停車場 ，夜間停運(yùn) 。 例如統(tǒng)計數(shù)據(jù) 表 明，目前上海市公交車輛平均每車每日運(yùn)行距離為 200km～ 300km，有停運(yùn)時段 ； 北京 121 路公交車輛平均每車每日運(yùn)行距離為 78km～ 150km。 （ 2） 特殊園區(qū)用車 特殊園區(qū)用車 服務(wù)目標(biāo)明確，車輛相對集中，使用頻繁，一次充電難以滿足每日運(yùn)行要求 ， 內(nèi)部建有集中停車場。 例如 2021 年北京奧運(yùn)會，車輛用于 奧運(yùn)村內(nèi)部環(huán)線、北部賽區(qū)內(nèi)部環(huán)線和媒體村內(nèi)部環(huán)線 3 條純電動公交線路， 要求 提供 24 小時不間斷服務(wù)； 2021 年 將要在上海舉辦的世博會， 車輛用于 上海世博園、風(fēng)景名勝、旅游景點(diǎn)、城市水源保護(hù)區(qū)等 服務(wù)、觀光 等，一般夜間停運(yùn)。 （ 3） 城市環(huán)衛(wèi)、郵政車輛