我国高速公路服务区充电设施的问题探析

常小永

一、引言

我国经济的飞速发展，使得环境污染与能源消耗问题更为严重。为了应对目前我国国情，环境保护和节能减排政策与技术也相继出台，电动汽车作为新兴环保技术，成为燃油汽车替代品是未来发展的必然趋势。但目前我国由于充电设施不完善，电动汽车还未被广泛使用，因此依托高速公路服务区加快电动汽车充电基础设施建设，是扩大新能源电动汽车应用范围的客观需求。

二、高速公路服务区电动汽车用户充电需求与用电特性分析

1.电量消耗快

电动汽车在快速行驶时电量消耗速度十分快，如在时速120km/h的高速下，汽车电动机处于高负荷状态，输出效率显著低于其在40～60km/h经济时速下的输出效率，因此电能消耗增加。此外，汽车行驶速度越快，其空气阻力也就越大，能耗随着车速的增加而提高，因此在高速行驶的情况之下，汽车续航里程衰减增快。

2.充电时间需求短

高速公路上，电动汽车能够在短时间内获得大量续航是用户的刚性需求。常规服务区充电桩多是以大功率快速充电桩为主，而对于有住宿区的服务区，可以根据配套设置部分的慢充充电桩。

3.充电桩电网负荷大

电动汽车充电设施属于大功率非线性负荷设备，单点负荷比较大，因此在设备工作时会产生较高谐波电流和冲击电压，带来一定的用电安全隐患。另外，公共配电网建设时未考虑高速公路服务区的运营用电需求，随着电动汽车的发展普及，服务区充电桩的设置会成为标配，因而高速公路服务区整体用电功率必然会提高。

三、电动汽车充电设施形式

根据电动汽车不同的能量补给方式，充电设施一般分为交流充电桩、充电站以及换电站三大类，其中：

1.换电站

换电站则是为电动汽车提供更换电池服务的站点，主要由电池更换系统、电池室、配电系统、监控系统等组成，按照换电站内设备功能不同也可分为换电站、电池充电中心与电池配送站三大类，其中电池更换设备也常被成为底面充电系统，也就是机械充电，由于电池组重量比较大，电池的更换专业化程度高，必须由专业操作人员借助专业的机械完成电池的更换、充电以及维护工作。电池更换方式花费时间短，可一定程度上降低电动汽车成本高带来的电动汽车市场推广障碍。但建设成本高，在整车布置、安全设计、责任界定等面临挑战。目前我国主要应用于电动公交车环卫车等大型电动车辆的换电，欧美日等主流汽车企业认为在乘用车上实现起来难度较大，因此关注度不高。

2.交流充电桩

交流充电桩是可为电动汽车提供交流电能的桩型装置，其系统一般较简单，占地面积小，安装十分方便，可安装在公共停车场、服务区停车场等场所。交流充电桩主要是用于整车的交流充电，电流较小，充电速度慢，但操作方便，是电动汽车重要的充电设施之一。其建设方便，成本低，充电灵活方便，规模化以后可随时随地充电，也可充分利用电力低谷时段进行充电，降低充电成本，但充电时间长，无法满足高速车辆应急需求，主要应用于居民小区，停车场等。

3.充电站

充电站采取整车充电模式为电动汽车提供电能补给，一般可分为平面充电站与立体充电站两种，通常平面充电站占地面积较大，多建于土地资源相对宽裕的地点，而立体充电站则占地面积小，空间利用率高，多建于人口密集的居民区、商业区等。一个完整的充电站主要包括供电系统、充电系统、监控系统等几大部分组成。充电时间比换电站时间长但比充电桩时间短。充电电流大，易对电网带来谐波影响，大电流频繁充电会降低充电电池使用寿命，目前主要应用于电动出租汽车充电或电动公交车的充电。

四、高速公路服务区充电设施建设困境

1.充电桩数量供不应求

近年来，低碳环保的电动汽车销量猛增，市场保有量大大提高，但是另一方面关于电动汽车的质疑声也越来越大，其中充电难问题尤为突出，尤其是我国的国庆假期期间，“电动汽车服务区排队充电”屡上热搜。数据显示，截至2021年9月底，国内电动汽车拥有量为678万辆，且以每年200万辆的上升幅度增长。相较之下，高速公路服务区充电桩仅有一万左右，遇到长假等充电高峰期难以满足服务需求。整体来讲，国庆长假也是对服务区充电桩行业发展的一次测试，充电桩数量少、充电速度慢是高速公路服务区充电设施建设需要解决的首要问题。

2.充电站的投资风险

目前，包括高速公路服务在内的充电桩已超36万个。基于充电桩企业的经营数据，可以看出充电桩运营商企业退出市场的主要原因是盈利模式单一。根据2021年电动汽车充换电技术产业报告发现，交流充电桩单个建设成本为3000～20000元，但充电桩的充电效率比较低，充电时间长。直流充电桩的充电速度快，但是建设成本较高，单个充电站的建设成本为300万～500万元。而以60kW直流快充充电桩的回报周期来看，单桩利用率为5%，也就是说一个充电中每天使用1.2h，回收成本需要3.8年，再加上土地、建设等其他成本，投资回收期可能会更长。另外，充电桩的投资风险还源于没有土地，加油站与加气站在国土空间规划中，在一个城市规划中加油站和加气站的规划会直接将土地规划出来，但是充电站并未在土地规划中体现，同时还会随时面临着拆迁的可能性。投资大、运维成本以及拆迁风险高等使得许多企业退出充电设施建设领域。相关数据显示，2017年我国充电桩公司约1000家，而发展至2019年，则只剩下不到100家。

3.充电设施效率低

相较于燃油汽车的能量补给模式，电动汽车即便在充电桩数量充足的情况下，其充电效率也远远不如燃油车。一般来讲燃油车加油只需5分钟即可完成，而电动汽车充电时间则需要数小时完成。因此为了提高效率，部分电动汽车企业新推出“换电”解决方式，相较于充电桩充电模式，换电模式则更为方便快捷。所谓的换电模式指拆分电动汽车和电池，当电动汽车电量不足时可以拆下旧电池换上新的满电电池，该过程需要3～5分钟即可完成，充电效率大大提高，可以媲美燃油车，解决充电桩充电时间长、速度慢等问题，同时由于电动汽车中动力电池占比较大，换电可以通过电车分离的方式使得购车成本大大降低。但换电模式的推广也困难重重，一方面是不同品牌电动汽车的电池标准不统一，作为核心竞争力之一，电动车汽车是电动汽车企业在市场中胜出的重要武器，统一电动汽车电池技术标准，对于新能源企业厂商来讲意愿不大；另一方面，换电站的建设成本比较高，换电只能解决充电效率低的问题，但无法解决供电场地的问题，充电需要固定的充电桩，而换电则需要固定的换电站，单个换电站的投入成本也在300万元左右，若要满足换电需求频率，也需要考虑覆盖密度的问题，因此对于运营商来讲，投资成本与运营成本的提高也是不小的考验。

4.用电成本较高

采用清洁能源代替化石燃料已成为全球节能减排共识，但用电成本依旧很高。首先，电动汽车的电池使用寿命以及报废后的回收综合利用问题也不容忽视。目前电动汽车的电池成本非常高，约占总成本的30%，许多电动车企业对消费者承诺的电池使用寿命为10年，但是若考虑到具体使用环境等，电动汽车电池的平均寿命可能只有五六年，一次性换电池也将是不小的开支。而近些年来讲，锂电池的成本也在持续走高，电池价格的上涨成本最终还是由消费者买单。其次，基于环保角度，对电池的回收综合利用成本也比较高，几百斤的电动汽车电池若废弃于自然环境中必然会对环境造成污染，另外还会导致重金属和化学物质进入大自然。但是锂电池的回收工艺十分复杂，且不同厂家的电池材料与配方并不相同，回收难度又进一步增加。最后，目前我国电力结构中火电占比依旧较高，火电本身依旧会产生排放，因而新能源汽车并非是真正的零排放，电力供应依旧呈现紧张状态，若电动汽车大规模地普及，电力供应紧张局面又会继续增加。

五、高速公路服务区充电设施建设建议

1.纳入新服务区建设整体规划中

各高速公路业主经营单位要将高速公路服务区充电设施建设纳入服务区的整体功能设计规划中。一方面对拟开工新建的服务区，在设计规划阶段就将充电场站的建设纳入其中，争取足够的较为便宜的建设用地指标；另一方面是在服务区的新建或扩建中，对现有服务区进行升级改造时预留充电桩建设用地，在服务区整体规划中纳入充电桩所需电力容量，争取行政主管部门支持，特别是土地政策方面支持，降低后期建设与运营成本。

2.加强补贴促进现有服务区充电设施建设

各高速公路经营业主主要为国有企业，政府可将传统能源获得的税收收入用于补助高速公路服务区充电设施建设，培育高速公路服务充电设施数量。并以行政手段推动高速公路服务区充电设施建设工作的落地，全国各省列出建设时间表以及具体要求，使得这项工作受到各级单位高度重视，将工作提高至政治站位，拉动需求侧改革的高度。

3.多策并举解决现有服务区电容增容问题

电网公司与高速公路业主单位要密切配合，清理现有服务区的电容，要将所需的高压电容线接入服务区红线，若附近高压已有电容，可直接下线。为了进一步节省成本，还可以与原线路共用接入分项计费，若无法解决电容的话，可探索风光储设备，逐步引入风能、光能等绿色能源，推广应用风光储模式，将通过合理配置电网低谷期电能、风能和光能，实现本地能量储备与能量消耗的动态平衡，缓解充电桩用电对电网的考验压力。在能耗方面，采用储能系统为电池提供能量，并利用峰谷电价提高能源转换效率，节约用电成本。