基于收益最大化的电动汽车充电站选址规划

黄蕾

摘要：作为电动汽车产业的基本配套设施，充电站的建设位置与规模对推广电动汽车有着重要的意义。文章针对电动汽车充电站位置和规模问题，建立了一个考虑了建设成本、运行成本、充电成本和电动汽车数量分布的收益最大化的多等级充电站选址模型；利用微分进化算法的全局寻优能力，同时确定出充电站最大收益的建址位置、建造等级。最后通过仿真算例表明，本文所提出的最大收益模型的有效性和可行性。

关键词：收益最大化；电动汽车；充电站；选址规划

引言

近年来，随着石油价格的不断上升以及越来越突出的环境问题，促使新能源汽车迅猛发展。其中近十年来电动汽车电池技术不断革新，电动汽车（EV）在一些欧美发达国家已经初步形成规模化市场，中国也提出了到2020年电动汽车（包括混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车等）保有量达到500万辆的发展规划。因此，城市电动汽车充电站规划优化问题变得非常有研究意义。分析了对电动汽车充电站规划的相关影响因素，对布局规划提出了原则性建议。提出了充电站电动汽车充电方式的优化选址模型以及充电设施规划的流程以及原则。通过动态交通网络思想，在基于硬时间窗约束下，建立了充电站布局及最优规模的多目标优化模型，并提出两段式启发式算法求解。研究了接人电力系统的电动汽车充电站对公共电网产生的谐波的影响，并建立了相关仿真模型。基于排队论，以充电设施建设费用优化为目标，研究了不同配置的充电设施对电网负荷率的影响。

1、基于收益最大化的电动汽车充电站选址规划

1.1、对经济收益的考虑

1.1.1、前期投资成本分析

在电动汽车充电站的建设需要投入大量资金，该资金主要用来支付建设项目的勘探、设计、施工和管理等产生费用。在建设充电站初期，需对项目建设进行土地预审、文物勘探、环境评估和自然灾害预测等工作，这些对建设位置进行可行性分析产生的费用前期投资成本的主要费用之一，其被统称为充电站的前期准备费用。在前期准备工作完成之后，则需求单位委托有先关资质的电动汽车充电站设计单位进行勘查作业及施工图纸的设计，最后给出预算报告和勘察文件，这项工作需要的费用称为充电站的设计费用，它也是前期投资成本的重要组成部分。前期投资成本还有一主要部分是充电站的建设费用，其包括充电站的设备和建筑材料采购费用、建筑工程费、安装工程费以及其他费用，该部分占前期投资费用的2/3以上。

1.1.2、建设成本分析

建设成本是充电站的初期投资最主要费用，该部分费用由征地成本和购买充电设备成本两部分组成。年均建设成本为充电站在整个运营周期平均分配到每一年的成本，其与充电站的运行年限和每年回收率相关。充电站规划建设的位置和等级决定了征地费用的多少。由于城市规划与发展不均衡，根据性质不同大致可以分为商业区、居民区和工业区三部分。在城市中心位置，有着很多名胜古迹和商业步行街等一系列以服务行业为主的区域，人流量多，各个商业都想在此区域内发展，扩大企业知名度，因此该区域征地价格昂贵。居民区主要是人口居住的地方，其主要是为工作在该区域和当地居民提供住所，该区域人流量相对少些，征地价格也相对便宜一些。工业区由于是新兴区域，该区域为居民区居民提供工作岗位，也为商业区提供工业产品，该区域征地价格最便宜，但市人口较少。充电站的占地面积与建设等级相关，等级越高，所需要的征地面积越大，其征地费用也相应的越高。充电站的购买充电设备费用受建设等级的影响，等级越高，充电设备需求量越大，则花费费用越多。充电站建设之后，其建设可以长期使用，其规划有一定的目标年限，在运行的时间内，平均摊排到每一年的建设成本，充电站的年均建设成本Cc为征地费用和设备购买费用CBi两部分之和。其表示为：

式中：CAi为第i个充电站单位征地面积的成本；Ai为第i个充电站的占地面积；λ为充电站的年回收率。

1.1.3、运行维护成本

电动汽车充电站的运行成本指的是充电站建成后运行期间需要耗费的成本，它包括充电设备输出电能后向供电公司缴纳的购电成本、充电机等电气设备的电能消耗成本、充电站滤波补偿装置的运行成本以及充电站运行所需的人工成本等。其中，购电成本指的是在电动汽车充电站提供充电服务的过程中输出电能的电量和电价的乘积，而一年的输出电量约等于充电设备的年利用小时数乘以充电设备的额定功率。设备电能消耗成本是指充电站所有电气设备运行期间消耗的电量乘以电价，而电气设备一年消耗的电量约等于设备的年利用小时数乘以设备平均消耗功率。充电站滤波补偿装置运行成本是指电动汽车充电站在进行谐波过滤和无功补偿时所耗费的成本。人工成本则是指充电站运行时支付给劳动者的工资以及支付的其他间接费用之和。

1.2、社会收益的考虑

对充电站社会收益的研究主要集中在减少碳排放量，合理的规划建设能够减少电动汽车行驶路程，在降低电能消耗的同时减小了二氧化碳的排放量。充电站的规划建设，保障了电动汽车良好的充电，在与传统汽车行驶相同路程时，电动汽车能够有效的减少二氧化碳排放量。此外，充電站还能够提高土地利用率和电网效率。从以上的总结可以看出，当前对充电站社会收益的研究比较稀少，而且研究主要是由电动汽车产生的社会效益，而非充电站本身所产生的社会收益。本文将研究合理的充电站选址规划对电动汽车的促进作用，增加电动汽车数量，产生良好的社会效益；还能够增加电动汽车用户充电便捷度，促进其实用电动汽车的频繁程度，增加了充电站的社会贡献；此外。充电站还能够分配部分碳排放量，减少区域内的碳排放量，以上几点对充电站的经济收益有较大的影响。因此，在考虑充电站收益最大化时，对其社会收益的研究具有重要意义。

2、对电动汽车充电站选址的未来展望

本文对电动汽车充电站选址规划社会收益的研究中，虽然在某一定程度上符合实际，但还有些地方还需进行深入研究：

1）大规模电动汽车能够作为备用电源，充电站作为电动汽车与电网的连接通道。下一步制定合理充放电价格，减小电网的峰谷差，即能增加充电站的经济收益，又能增加其社会收益。

2）充电站的规划建设所在区域，对其附近的居民、工厂就会产生不同的影响，下一步考虑充电站在不同区域的影响，建立全面信息的充电站选址规划模型。

结束语

总而言之，根据以上影响充电站社会收益的分析，并将以上的社会收益转化为充电站的经济收益，建立了考虑社会收益的电动汽车充电站选址规划模型。此外，在考虑社会收益时，还把经济收益最大化作为充电站选址规划的目标函数，并与电动汽车增长数量、用户满意度和低碳收益等多模型行比较分析。

参考文献：

[1]肖永乐.考虑社会收益的电动汽车充电站选址规划[D].华东交通大学，2016.

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[3]宋志成，王勋，伦利，陈首昆.基于收益最大化的电动汽车充电站选址规划[J].华东交通大学学报，2014，（01）：50-55.