电动汽车充电站建设可行性分析

郭国太

（厦门电力勘察设计院有限公司，福建，厦门 361009）

电动汽车充电站建设可行性分析

郭国太

（厦门电力勘察设计院有限公司，福建，厦门 361009）

以公用充电站和专用充电站建设为例，对厦门市现有电动汽车及充电站运营进行调研分析，确定了充电站建设技术方案和投资效益分析的指标，从技术、经济、工程等方面进行研究和分析，并对项目建成以后可能取得的财务、经济效益进行预测，提出投资风险及机遇分析；对今后电动汽车充电设施建设可行性研究方案提供参考。

充电站；服务对象；建设方案；投资效益分析

目前电池是电动汽车的惟一动力能量，电池技术的初始成本高和续驶里程不理想等问题制约了电动汽车大规模应用，而通过建设电动汽车充换电设施网络，实现及时对电动汽车进行充电，能够有效延长电动汽车的续驶里程。

充电站是充换电设施网络重要组成部分。充电站建设还处于探索实践阶段，已建充电站由于建设方案不合理，投资效益分析的指标选取不正确，甚至一些建设项目因为时间紧迫未做可行性研究或可行性研究流于形式等原因，造成项目投资效益不明显，甚至建成后亏损运营。目前只有少数央企、地方国企介入，推广建设的速成度缓慢，充电站建设越缓慢越不利于电动汽车推广，投资效益越低，也就越难吸引更多企业参与建设，形成了不良循环。因此，充电站建设可行性研究工作对充电站推广一项基础性工作。

1 充电站类型及服务对象

充电站按服务车辆类型不同可分公共充电站、专用充电站。在不同运行模式下，要求电动汽车续驶能力及充电时间也不同，从而也导致充电站类型和充电机功率选择不同。私家车、公务车是白天出行，时间短，行驶里程有限，夜间停在小区车位或单位停车位，有足够的时间充电，一般以家庭、单位自建充电桩和公共充电站为其提供充电服务。出租车全天几乎都运营，行驶里程长，充电时间有限，一般以公共充电站快速为其提供充电服务。公交、环卫、邮政等社会公共服务用车具有城市区域行驶、停车场地固定、行驶路线固定、行驶里程相关稳定等特征，一般以专用充电站为其提供充电服务。

2 建设方案

2.1 充电系统

公共充电站属无固定服务车辆的充电站，必须能够满足进入市场的各种电压等级的电动汽车充电需求。现在研发的电动汽车存在多种电压等级，电动汽车高压系统标准电压：144V、288V、317V、346V、400V、576V。充电机配置方案是否合理，关系到充电机有效功率和充电时间，从而影响充电站投资效益。

1）方案一：选择同一规格充电机，充电机功率为60kW，充电电压为300～750V，最大充电电流为80A。假如充电机对比亚迪E5充电，充电电压为680V，有效充电功为54.4kW；假如对北汽福田EV200充电，充电电压为380V，有效充电功只有30.8kW。因此，充电电压越低有效充电功率越低，充电时间越长，变压器负载越轻。现已建充电站大部分采用这种方案。

2）方案二：选择多种规格充电机，一种规格对一种车型或充电参数相近的几种车型充电。目前电动汽车种类繁多，充电机难于选择，且需人员人为充电调度管理，增加运营成本。

3）方案三：选用最大充电电压和最大充电电流多档可调的充电机，即是充电功率不变，选择不同档充电压匹配不同充电电流。充电机功率为60kW充电电压为300～500V，500～750V，最大充电电流为120A、80A。假如对比亚迪E5充电，充电电压为680V，最大充电电流为80A有效充电功为54.4kW；假如对北汽福田EV200充电，充电电压为380V，最大充电电流为120A，有效充电功也有46.2kW。可明显提高充电电电压低的有效充电功率。

专用充电站属固定服务车辆的充电站，根据车辆的电池容量、充电电压、充电速率，准确地选择充电机额定功率、充电电压和充电电流，充电机的有效充电功率近乎等于充电机额定功率。因此，专用充电站投资效益比较高。

充电机的最大充电电压应根据电动汽车电池的特性及电池单体串联数量确定，充电机输出电压（Ur）可按式（1）计算选择，大于等于Ur的数值确定为充电机最大充电电压，即

式中，n为电动汽车电池的串联电池单体数量；Ku为充电机输出电压裕度系数，一般取1.0～1.1；Ucm为单体电池最高电压（V）。

根据电动汽车电池的容量和充电速度以及供电能力和设备性价比，在电池BMS系统允许，确保安全、可靠充电的情况下确定最大充电电流。充电机最大输出电流可按式（2）计算，选择大于等于Ir的数值确定为充电机最大充电电流，即

式中，Kc为充电机输出电流裕度系数，一般取1.0～1.25；Im为电动汽车电池最大允许持续充电电流（A）。

电动汽车充电机由大容量电力电子设备构成，容易造成谐波污染、功率因数下降和电压波动等问题。因此，充电机配置有源滤波和无功补偿装置，功率因数可补偿到0.95以上。

为了方便后面对两种充电站的经济效率分析比较，两种充电站的建设总充电功率均为600kW，公共充电站以乘用车快速充电站为例，选择10台60kW多档可调的充电机；专用充电站以公交充电站为例，选择5台120kW充电机。其充电机主要技术参数见表1。

表1 充电机主要技术参数表

2.2 供配电系统

供配电系统包括配电变压器、开关柜及进出电缆部分，配电变压器决定了供配电系统的建设规模。配电变压器供电负荷主要是充电机负荷及站用电负荷。充电机总容量可按式（3）计算，站用电负荷可按式（4）计算。

式中，P1为充电机的输出功率；cosϕ为功率因数，取0.95；η为充电机工作效率，高频开关整流充电机取0.92；K为需要系数，充电站服务车辆类型不同，充电机需要系数也不同，公共充电站取0.7，专用充电站取0.85。

式中，P2为站用电的功率，包括安防设备、照明等，约为5kW；cosϕ为功率因数，取0.9；K为需要系数，取0.8。

变压器负载率一般取0.8，其变压器选择结果详见表2。

表2 变压器选型表

2.3 监控系统

监控系统包括充电监控系统、安防监控系统及计量系统。

1）直流充电桩内配置监控装置，监控装置具有数据采集、控制调节、数据处理与存储和记事记录功能，向车联网发送相关数据，并接车联网平台下发的控制命令。

2）安防监控系统由摄像头、硬盘录像机等装置组成。安防监控系统对站内充电区域进行24h不间断的监视。

3）计量系统包括电网关口计量、充电计量两部分。网关口计量采用高压侧计量，设置在10kV母线上；充电计量在直流充电桩的输出侧配置直流智能电表。

2.4 通信系统

采用内置在充电桩内的认证计费模块或交换机，通过公共4G网络无线通信或光纤通信方式接入车联网平台。

2.5 土建

充电站的布置以应便于服务车辆的进出站及停放为原则，功能区域分充电车位、设备区、站区道路等部分。

设备区设置充电车位周围，设备区和充电车位间距不大于50m，若设备有被车撞的可能时，应设置其高度不应小于0.8m防撞栏。

充电车位应根据服务车型、站内交通组织等进行布置，优先选择单列垂直式、双列垂直式布置方式。乘用车位尺寸推荐采用：长5～6m、宽2.3～2.8m，公交车据车型尺寸不同，采用：长10～13m，宽3～3.5m，车位与充电桩之间设车挡，防止充电桩被撞。

车位前通道宽度应根据车型尺寸及转弯半径确定，满足车辆顺利进出车位。站内单车道宽度不应小于3.5m，双车道宽度不应小于6m。站内的道路转弯半径按行驶车型确定，且不宜小于9m。

室外电缆管沟原则上与道路、构筑物、充电车位平行或垂直布置，优化布置减少交叉，且宜按远期规模一次建成。

在露天充电车位宜设置车棚，优先采用轻型膜结构，车棚高度应保证服务车辆进出，投影面积应满足充电区域遮阳挡雨。

充电站水消防应根据站内建筑物的火灾危险性和建筑体积确定，无建筑物不考虑水消防系统，配置手提式干粉灭火器分布在充电区域即可。

3 投资效益分析

3.1 投资估算（见表3）

表3 投资估算表

3.2 投资成本分析

投资估算以固定资产投资作为成本预测的主要对象，包括了静态费用和动态费用两部分，静态投资包括建筑工程费、设备购置费、安装工程费和其他费用，动态费用包括价差预备费和建设期贷款利息。充电站在现有停车场上建设，土地购置和场地平整的费用排除在外，建设周期较短，因此，其建设期贷款利息和价差预备费基本可忽略不计，固定资产投资可简化为静态费用估算。

3.3 运营调研分析

厦门市共计3850辆公交车，包括2条纯电动公交线路，每天平均行驶里程大约为220～250km；全市共计660辆纯电动出租车，每天分为白班和夜班，每个班行驶里程280～350km，每班需充电2～3次。

厦门市现有公交运营充电站，每个站配备1名工作人员，作为充电站调度管理，年薪5万元；部分公交车夜间有效充电时间为21∶30～5∶00，部分公交车夜间有效充电时间为24∶00～6∶00，白天运营时有效补充电时间10～30min。

厦门市已投运28座充电站的全站用电效率为80%～85%之间；公共充电机目前主要为全市660辆纯电动出租车和少量网约车服务，每天充电工作时间约为4～6h，换算为有效充电时间约为3～4.5h，所谓有效充电时间即是充电机在额定功率下的充电时间。

3.4 效益分析边界条件

国务院办公厅发布《关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》国办发[2014]35号文规定，2020年前，对电动汽车充电服务费实行政府指导价管理。《福建省物价局关于我省电动汽车充电服务价格有关问题的通知》闽价服[2016]143号文规定，经营性集中式充电设施充电服务价格上限标准：电动乘用车1.00元/kW·h（不含电费），电动公交车0.8元/ kW·h（不含电费），下浮不限。

公共充电站选择多档可调的充电机有效工作时间可按5h/天计算。专用充电站服务12m长纯电动公交车每辆日均行驶里程为230km，百公里耗电为110/kW·h，充电桩与公交车的数量配比按1∶2测算。充电站年运行天数按350天考虑。充电站设备部分折旧按10年考虑。

3.5 运营成本

公共充电站的运营成本主要包括：银行利息、运营维护成本、充电站运行时电量损耗费等。专用充电站为了提高了车桩比的值，配备专人作为充电调度管理，因此，专用充电站的运营成本还应包括运营管理成本。

1）银行利息：按照目前银行5年以上贷款利率4.9%测算。

2）运营维护成本：包括设备修理维护费、备品备件，可按充电站固定资产总值的2～5%的比例测算。

3）电量损耗费：充电站的整站用电效率按0.85测算；购电费用以“优惠大工业用电（1～10kV）”测算，即平时段：0.6222元/kW·h；高峰时段：0.9119元/kW·h；低谷时段：0.3325元/kW·h；取平时段价格测算。

4）运营管理成本：主要管理人员工资，充电站配备1名工作人员，年薪按6万元测算。

3.6 经营收入及效益

充电站营业收入主要是充电站服务费收入。充电站投资效益有社会效益和经济效益，经济效益主要是充电站的经营利润，见表4。

公共充电服务费收入=充电服务价格×充电设备台数×充电设备功率×有效工作时间×充电站运行天数÷10000。

专用充电服务费收入=充电桩数量×车桩比×日均行驶里程×（百公里耗电÷100）×公交年行驶有效天数×充电服务价格÷10000。

表4 投资效益分析表

（续）

4 投资风险及机遇分析

4.1 风险分析

市场风险：电改放开后，充电设施建设实现市场化，随着各界资本纷纷进入充电运营领域。

服务费价格风险：目前充电服务市场还处在投入期，为鼓励企业建设积极性和规范服务费市场价格，政府出台服务费收取政策，但随着民营资本的介入，可能导致服务价的下降。

技术风险：充电桩产品技术发展很快，技术进步可能导致设备更新换代，现有投入设备可能被淘汰。

4.2 机遇分析

公交专用充电站可通过优化公交车线路、行驶里程、充电调度管理等，增加服务车辆，提高车桩比和每天行驶里程，以提高经济益率。

公共充电站初期主要服务于出租车、网约车、及少数公务车和私家车，随着人们出行观念改变、电动汽车技术发展、国家行业扶持补贴政策，私家车的数量不断增加，则可提高充电桩有效充电时间。

目前收费包括时段电费和服务费，电动汽车选择低谷时段将成为一种趋势，这样充电站运营损耗电费也将减少，经营利润增加。

5 结论

服务车型决定了建设充电站的类型，根据不同充电站类型的特性选择充电机充电电流电压及功率。充电站类型和规模决定了充电机的需要系数，只有合理选取需要系数才能科学选择配电变压器。通过对现有充电设施的调研分析，现阶段公共充电站有效功率、有效充电时间指标较低，投资回收年限较长，专用充电站的投资回收较为思想。

电动汽车仍处于发展初期，电池技术还未取得突破，电动汽车的行驶里程得到明显提高前，充电站网络建设是解决电动汽车出行忧虑的有效办法，提高充电站的投资效益，吸引更多的社会资金和力量参与充电站建设，做好充电站建设项目可行性研究工作是推进充电站建设健康有序发展的重要基础工作。

[1] GB 50966—2014. 电动汽车充电站设计规范[S].

[2] GB/T 29781—2013. 电动汽车充电站通用要求[S].

[3] GB/T 31466—2015. 电动汽车高压系统电压等级[S].

[4] 章桐, 贾永轩. 电动汽车技术革命[M]. 北京: 机械工业出版社, 2014.

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[7] 许璐, 袁越, 王敏, 等. 含电动汽充电的配电网谐波潮流计算[J]. 现代电力, 2014, 31(2): 21-26.

Analysis and Research on the Feasibility of Electric Vehicle Charging Station Construction

Guo Guotai
(Xiamen Electric Power Survey and Design Instiute Co., Ltd, Xiamen, Fujian 361009)

To the common battery charging station and a special charging station construction, for example, of Xiamen City, the existing electric vehicle and charging station operation research and analysis, charging station construction technical scheme and investment benefit analysis of index is determined, from the technical, economic, and other aspects of the project of research and analysis, and to the completion of the project may be made in the financial and economic benefits are predicted and analyzed and put forward the investment risks and opportunities, provide a reference for the future electric vehicle charging facilities construction feasibility study program.

charging station; Service object; construction project; investment benefit analysis