【文章內(nèi)容簡介】 充電站贏利模式分析 ............................................ 126 充電站運營收入來源 ................................................................................... 126 不同運營模式下的贏利模式分析 .............................................................. 127 充電站運營風險分析 ............................................ 132 電動汽車充電營運系統(tǒng) .......................................... 135 總結(jié)和建議 .................................................... 137 結(jié) 束 語 .......................................................... 139 6 附錄 專業(yè)術(shù)語 ..................................................... 142 參考文獻和標準 .................................................... 145 電動汽車充電機（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口國，石油對外依存度從 1995 年的 %增加到 2021 年的 %。 2021 年中國進口 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 石油依靠進口，今后幾年石油進口將繼續(xù)快速增長 ，預計 2021 年后，將超過 億噸。到 2020 年，中國石油消費量預計要達到 億噸左右，石油對外依存度將達到 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做出了巨大貢獻，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任，是公認的污染大氣的 “頭號殺手 ”。資料顯示，北京大氣中的有害氣體大多來自機動車的排放污染，其所占比例為：碳氫化合物 %、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)達到了嚴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（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、維修及運行成本低等優(yōu)點，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，電動汽車成為當代汽車發(fā)展的主要方向，必是 21 世紀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)，有些已達到較高的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模?，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，被部分學者認為是電動汽車發(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)濟效益。目前純電動汽車的缺點仍然較為突出，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，國家從維護能源安全，改善大氣環(huán)境，提高汽車工業(yè)競爭力，實現(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)、高等院校和科研機構(gòu)聯(lián)合進行攻關(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，研究確立了促進電動汽車產(chǎn)業(yè)化推廣的政策、法規(guī)和相關(guān)標準，從而為我國在 5 至 10 年內(nèi)實現(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)對于實際的電動汽車而言是不可缺少的子系統(tǒng)，當蓄電池的電能用完之后，就必須使用充電系統(tǒng)對電池進行再充電。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)，以增強公眾對使用電動汽車的興趣和信心。因此，充電機（站）的建設(shè)更是實現(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)提供理論與實踐的支持，是一項對于促進電動汽車產(chǎn)業(yè)化進一步發(fā)展有重要意義的工作，在技術(shù)、經(jīng)濟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)濟命脈的國有重要骨干企業(yè)， 大力推動電動汽車充電機（站）設(shè)計 緒論 3 電動汽車發(fā)展、 充電機（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 落實科學發(fā)展觀、實施國家能源發(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結(jié)構(gòu)中的比例的有效措施； 3）電動汽車充電機（站）可以采用夜間或低谷負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)負荷特性，減少為維持電網(wǎng)低負荷運行而引起的費用，為電力行業(yè)帶來直接的經(jīng)濟效益； 4） 通過建設(shè)電動汽車用充電機（站）積極推進發(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（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 運行 ； （ 2） 電動汽車 充電機設(shè)計及其試驗； （ 3） 電動汽車 充電機（站）配電系統(tǒng)設(shè)計； （ 4） 電動汽車 充電機（站）監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計； （ 5） 電動汽車 充電機（站）安全防護； （ 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 運營模式 。 第 1 章 電動汽車 充電站結(jié)構(gòu)及運 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 充電機進行電動汽車常規(guī)充電。 2021 年 6 月 21 日，北京市純電動公共汽車示范運行項目暨國內(nèi)首支電動汽車充電機（站）設(shè)計 電動汽車 充電站結(jié)構(gòu)及運行 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)化運行。電動公交車在運行中采用和傳統(tǒng)燃油公交車混編的模式運行。截至 2021 年 6 月 25 日，電動公交車隊已累計完成運營里程 公里，總計實現(xiàn)運營收入 219158 元。 我國在奧運工程建設(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 年北京奧運會辦成真正的綠色奧運會。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，為奧運場館及相關(guān)設(shè)施服務(wù)。當車輛進入充電間后，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行充 電。充電站的每個充電單元由 12 臺 12kW 充電機、 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，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)對象的特點及其充電需求，給出運營模式的建議方案，從而為大規(guī)模建設(shè)的充電站運營模式的選擇提供技術(shù) 參考 ，推動充電體系的建設(shè)，進而推進電動汽車產(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行特點進行分析研究。 電動汽車種類 根據(jù) 城市 電動汽車目標市場定位，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（站）設(shè)計 電動汽車 充電站結(jié)構(gòu)及運行 5 1）特定區(qū)域用車。例如博覽會園區(qū)、 公園景區(qū)、 奧運會等特殊園區(qū)用車。 2）集團車隊。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。 電動汽車運行特點 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，由專職司機駕駛、維護，由城市公交公司或企業(yè)投資運營，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 。 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行距離為 200km～ 300km，有停運時段 ； 北京 121 路公交車輛平均每車每日運行距離為 78km～ 150km。 （ 2） 特殊園區(qū)用車 特殊園區(qū)用車 服務(wù)目標明確，車輛相對集中，使用頻繁，一次充電難以滿足每日運行要求 ， 內(nèi)部建有集中停車場。 例如 2021 年北京奧運會，車輛用于 奧運村內(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、風景名勝、旅游景點、城市水源保護區(qū)等 服務(wù)、觀光 等，一般夜間停運。 （ 3） 城市環(huán)衛(wèi)、郵政車輛