【好文推荐】电动汽车公共充电站布局规划研究（上）
摘要
全球正遭遇能源紧缺和环境危机，电动汽车作为新能源领域最具发展潜力的行业之一，近年来发展如火如荼，以电动汽车替代传统燃油汽车成为各国共识。然而，公共充电设施的缺乏严重制约着电动汽车的推广，如何准确把握电动汽车的出行规律，优化布局公共充电设施是推动电动汽车发展至关重要的一环。本文以成都市为例，借助出租车浮动车数据分析电动汽车出行规律，划定公共充电服务圈，提出一种基于控规平台的公共充电站布局规划方法。
近年来国家发改委、能源局、住建部等多部门连续发布了《关于加快电动汽车及充电基础设施建设的指导意见》、《电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020 年）》等一系列政策文件，助推电动汽车充电基础设施发展。成都作为国家新能源汽车示范推广城市，截止 2016 年初，全市共有电动汽车 6840 辆，各类充电桩 1701 个，总桩车比约为 1:4，总体发展水平仍较低。按照充电基础设施的服务对象和充电特征可将充电基础设施分为自用充电桩、专用充电站和公共充电站三类，其中公共充电站对全社会开放，是充电设施实现社会公共服务的主体，也是充电设施规划布局的重难点。
公共充电站的布局规划本质上是一个多目标问题，目前已有众多国内外专家学者从电动汽车使用者成本、社会总成本、充电便利度等多角度对电动汽车公共充电站的布局规划进行了深入研究，并取得了大量研究成果。如Wang H 等考虑充电站及电网特征，类比加油加气站的布局进行充电桩需求分布预测，最终建立多目标函数模型优化充电站的布局；李菱等以年建设总成本最低为目标建立了公共充电站布局模型，并运用遗传算法进行求解；张国亮等提出建设不同等级的公共充电站，并以建设成本和用户成本两者的总成本最小为目标建立了数学模型，利用改进的禁忌搜索算法求解；何战勇等从投资者运营成本和用户充电成本之和最小的角度建立数学模型，并给出了求解算法。目前多数研究成果偏于理论研究，与目前国内城市规划管理的实际特点结合不足，因此对政府制定公共充电设施规划的指导作用存在一定局限性。（表 1）
表 1 电动汽车充电基础设施体系
为了更准确地分析电动汽车充电需求的空间分布特征，本文首先借鉴城市划分交通小区的思路，对成都市中心城区进行公共充电服务圈的划分，继而利用交通生成方法，依据电动汽车特性和控制性详细规划的相关信息计算公共充电服务圈的充电需求，并依据区域内总充电需求数据对计算结果进行修正。得到公共充电服务圈充电需求后，利用出租车浮动车数据模拟电动汽车出行特征，获取电动汽车停车充电特征，对公共充电服务圈内的用地进行充电站点位初选，最终依据交通、安全等条件对公共充电站进行精确选址，形成成都市中心城区充电站布局方案。（图 1）
图 1 技术路线
3.1 服务圈划定
电动汽车公共充电服务圈是指充电需求相对固定的范围或城市片区，即位于同一公共充电服务圈的电动汽车倾向于使用相同的充电站（一个或多个）进行充电。公共充电站的的大小（覆盖面积）主要取决于电动汽车电池的续航特性、片区交通组织方式、人的心理耐受力等因素。本文通过续航特性分析、同类设施类比法及案例借鉴确定公共充电服务圈的半径。
3.1.1 电动汽车电池续航特性
电动汽车在电池电量低的情况下会发出警报，警示车辆电量低亟需充电。根据电动汽车车辆的特性，车辆在电池报警后还可以低速巡航一段距离，一般低于 10 公里，但随着电池使用，报警后车辆巡航里程逐渐降低。电量警报造成驾驶员的焦虑，而焦虑状态往往造成粗心驾驶行为，影响行车安全，因此当电动汽车发出低电量警报后应在尽可能短的时间内到达公共充电站。按照低电量状态下电动汽车行驶速度 30 公里 / 小时，车辆出现报警后 5 分钟内到达充电站计算，充电站服务半径应小于 2.5 公里。
3.1.2 同类设施类比
加油站作为汽车的能源补充设施，与电动汽车公共充电站具有相似的服务属性，两者的服务半径具有较强的可比性。加油站的规划建设经过多年实践，其服务半径大小已相对稳定，各城市也基本达成共识，目前国家规范规定城市加油站的服务半径宜为 0.9~1.2 公里。
3.1.3 案例借鉴
目前，国内已有多个城市对城市公共充电设施进行了规划，综合比较北京市中心城区、天津市中心城区、广州城市核心区、深圳城市核心区、重庆主城核心区、重庆其他区域等的充电设施服务半径，可以发现，较多城市的核心区采用 1 公里的充电服务半径进行布局，而其他区域则以 2.~5 公里不等。（表2）
表 2 各城市不同区域的充电设施服务半径情况
综合考虑成都市域各地区的功能定位、等级规模、经济基础、区位条件、道路行驶条件等，确定成都市中心城区核心区（二环路以内）的公共充电设施服务半径小于 1 公里，成都中心城区非核心区（二环路以外）的公共充电设施服务半径小于 1.5 公里。
另外，公共充电服务圈的划定还应考虑城市管理的便捷性和功能的一致性，充电服务圈不宜跨越行政区划和功能结构边界以及保证服务圈内各区域的可达性；充电服务圈不宜跨越铁路、河流等对城市产生较大阻隔的设施和自然屏障，最终将成都市中心城区划分为 135 个公共充电服务圈，如图 2所示。
图 2 成都市中心城区公共充电服务圈划分
3.2充电服务圈充电需求预测
公共充电圈充电需求由充电圈内各个地块的电动汽车吸引量和电动汽车停车充电系数决定，具体计算方法如下。
3.2.1 充电需求预测
某一地块的小汽车高峰小时停车需求可利用交通影响评价中的方法估算，小汽车高峰小时停车需求乘以电动汽车占小汽车总量的比例及电动汽车停车充电系数可得该地块电动汽车高峰小时停车充电需求。设充电服务圈 j 内共有 n 个地块，则电动汽车充电服务圈内的充电需求 V（j）可表示为：
公式中：
——充电服务圈 j 内第 i 块用地的用地面积、容积率指标；
——充电服务圈 j 内第 i 块用地所处区域该类用地的交通出行率、小汽车交通分担率；
——充电服务圈 j 内第 i 块用地类型的高峰小时吸引系数；
——小汽车车辆载客比，取2.1 人 / 车；
——电动汽车占小汽车的比例系数；
——电动汽车停车充电系数。
地块用地面积根据控规确定，地块容积率根据《成都市规划管理技术规定》确定，交通出行率、小汽车分担率及高峰小时吸引系数根据城市综合交通调查数据确定，电动汽车占小汽车的比例系数以及电动汽车停车充电系数在下一步需求总量控制修正过程中会约去，此处不做取值（后期具有相关调查数据后可取经验值计算）。
3.2.2 中心城区充电需求总量控制修正
由于目前我国电动汽车仍处于发展初期，电动汽车相关技术发展并不成熟，相比传统燃油汽车，电动汽车也并不具备性能和价格上的优势，其发展趋势很大程度上取决于政府的推广力度，具有很强的政策相关性，因此在各充电服务圈充电需求计算结束后，需对各充电服务圈的充电需求进行修正，充电需求总量可利用多种方法计算，本文数据利用目标导向法和环境容量限制法两种方法计算得出，成都市中心城区充电桩需求总量 M 为4900-6000 个，则电动汽车充电服务圈内修正后的充电需求
最终计算得成都市中心城区各充电服务圈充电桩需求分布如图 3所示。
图3 成都市中心城区公共充电桩需求分布
（详见《成都规划》2017年第四期）
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