陳廣開，曲大鵬，胡曉靜，張洪財(cái)，胡澤春，王科

(1.廣州供電局有限公司，廣州市 510620；2.清華大學(xué)電機(jī)系，北京市 100084； 3. 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，廣州市 510080)

基于全生命周期分析的電動(dòng)汽車充換電站成本收益評(píng)估

陳廣開1，曲大鵬1，胡曉靜2，張洪財(cái)2，胡澤春2，王科3

(1.廣州供電局有限公司，廣州市 510620；2.清華大學(xué)電機(jī)系，北京市 100084； 3. 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，廣州市 510080)

針對(duì)電動(dòng)汽車充換電站的運(yùn)營(yíng)，考慮充換電設(shè)施建設(shè)、充電站運(yùn)營(yíng)、換電站運(yùn)營(yíng)、監(jiān)控與智能調(diào)度運(yùn)營(yíng)等多個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)充換電站的成本收益結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)建模，提出了基于全生命周期分析的電動(dòng)汽車充換電站成本收益評(píng)估方法。以廣州市充換電設(shè)施規(guī)劃數(shù)據(jù)為例，對(duì)電動(dòng)汽車充電站、換電站進(jìn)行了成本效益對(duì)比分析，并進(jìn)一步分析了充換電服務(wù)費(fèi)、政府補(bǔ)貼和充電機(jī)造價(jià)等因素對(duì)于電動(dòng)汽車充換電站盈虧水平的影響。

電動(dòng)汽車；充換電站；全生命周期；運(yùn)營(yíng)模式

0 引 言

隨著能源短缺日益嚴(yán)重以及環(huán)保呼聲的高漲，電動(dòng)汽車作為一種低碳、節(jié)能、清潔的交通工具，受到世界各國(guó)政府的高度關(guān)注和大力推廣[1-3]。為滿足電動(dòng)汽車用戶的需求，進(jìn)一步推動(dòng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大規(guī)模建設(shè)充換電站勢(shì)在必行[4-7]。2009年，我國(guó)政府啟動(dòng)了節(jié)能與新能源汽車示范推廣試點(diǎn)工作(簡(jiǎn)稱“十城千輛”工程)，對(duì)推廣使用節(jié)能與新能源汽車給予補(bǔ)助。另外，中國(guó)政府在《“十三五”新能源汽車戰(zhàn)略規(guī)劃》中提出，到2020年建立完善的電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)科技體系及產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各類電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化，促進(jìn)新能源汽車戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速成長(zhǎng)期。文獻(xiàn)[8]針對(duì)市區(qū)電動(dòng)汽車充電設(shè)施，提出了一種基于分區(qū)充電需求系數(shù)的選址定容方法。但是，由于電動(dòng)汽車發(fā)展整體規(guī)模尚小，沒有形成便捷齊全的充電網(wǎng)絡(luò)，已投資的充電設(shè)施出現(xiàn)了一定程度的閑置棄用和虧損的情況，對(duì)電動(dòng)汽車的大規(guī)模推廣帶來(lái)不利影響。充換電站的投資和運(yùn)營(yíng)對(duì)電動(dòng)汽車的普及具有至關(guān)重要的作用，因此研究電動(dòng)汽車充電設(shè)施成本收益評(píng)估的方法，對(duì)引導(dǎo)電動(dòng)汽車充電設(shè)施投資具有重要意義。

目前，已有一些對(duì)電動(dòng)汽車充換電站的成本收益評(píng)估的研究成果發(fā)表。文獻(xiàn)[9]中分析了電動(dòng)汽車充電站整車充電、更換電池2種運(yùn)營(yíng)模式，并從具體運(yùn)營(yíng)過(guò)程、盈利方式及對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響等方面對(duì)2種運(yùn)營(yíng)模式進(jìn)了比較。文獻(xiàn)[10]研究了換電站的成本效益模型，但未考慮充電站的相應(yīng)模型。文獻(xiàn)[11]建立了基于微電網(wǎng)的電動(dòng)汽車換電站的運(yùn)營(yíng)模式和充換電模型，分析了市場(chǎng)容量、換電價(jià)格、新能源滲透率對(duì)微電網(wǎng)運(yùn)行成本的影響。文獻(xiàn)[12]以全壽命周期成本理論為基礎(chǔ)，從消費(fèi)者角度建立了電動(dòng)汽車的全壽命周期成本模型。在成本收益評(píng)估方面，現(xiàn)有研究主要針對(duì)獨(dú)立的運(yùn)營(yíng)案例進(jìn)行分析，包括對(duì)換電站運(yùn)營(yíng)狀況的分析和對(duì)充電站運(yùn)行過(guò)程的經(jīng)濟(jì)核算，但缺少對(duì)充換電站經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一建模和分析，不能系統(tǒng)性地比較充換電站的盈利水平[13-14]，也沒有全面考慮影響電動(dòng)汽車充電設(shè)施的整個(gè)壽命周期要素[15-16]。

本文考慮充換電設(shè)施建設(shè)、充電站運(yùn)營(yíng)、換電站運(yùn)營(yíng)、監(jiān)控與智能調(diào)度運(yùn)營(yíng)等多個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)充換電站的成本收益結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，并提出基于全生命周期理論的成本效益分析方法。以電動(dòng)公交車為例，對(duì)電動(dòng)公交車充換電站進(jìn)行了全生命周期經(jīng)濟(jì)性分析和對(duì)比。結(jié)合當(dāng)前廣州市電動(dòng)汽車及充換電站的市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)情況，有針對(duì)性地研究分析充電服務(wù)費(fèi)收取、政府補(bǔ)貼和充電機(jī)造價(jià)對(duì)電動(dòng)公交車充換電站運(yùn)營(yíng)的影響，得出充換電站運(yùn)營(yíng)與收取服務(wù)費(fèi)的盈虧平衡關(guān)系。

1 電動(dòng)汽車充換電站成本收益分析方法

1.1 電動(dòng)汽車充換電站運(yùn)營(yíng)分析

電動(dòng)汽車的能源供給方式可分為充電模式和換電模式。充電模式指電動(dòng)汽車整車直插充電，其按充電功率的大小可以分為慢速充電、常規(guī)充電、快速充電。換電模式則是將電動(dòng)汽車和電池分開，電池能量不足時(shí)直接更換一組電池。由專門的公司或部門負(fù)責(zé)更換電池，對(duì)電池充電、維護(hù)保養(yǎng)和回收廢舊電池[17]。

電動(dòng)汽車充換電站主要為電動(dòng)汽車提供充換電服務(wù)，其業(yè)務(wù)主要表現(xiàn)為向電網(wǎng)購(gòu)電，再轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車用戶出售。由于充換電服務(wù)需要專業(yè)設(shè)備和人力資源的支持，充換電站的運(yùn)營(yíng)成本評(píng)估需要考慮用地與建筑成本、設(shè)備成本和人力資源成本。

系統(tǒng)地分析充換電站成本與收益的來(lái)源，并將其與運(yùn)營(yíng)模式結(jié)合，對(duì)現(xiàn)有充換電站運(yùn)營(yíng)狀況進(jìn)行分析，并以此來(lái)評(píng)估充換電站的經(jīng)濟(jì)性，是本文的出發(fā)點(diǎn)。

1.2 研究路線圖

本文的研究路線圖如圖1所示。首先根據(jù)服務(wù)電動(dòng)汽車的規(guī)模，得到電動(dòng)汽車充換電站充換電負(fù)荷量，假設(shè)每輛電動(dòng)公交日充電需求量相同，則依據(jù)充換電站每站日服務(wù)車輛數(shù)，進(jìn)而可以確定充換電站的耗電成本(用電成本)；根據(jù)充換電站設(shè)施配建規(guī)模，可以確定充換電設(shè)備和電池購(gòu)置成本、充換電站維修維護(hù)成本、以及換電站電池租賃成本；根據(jù)充換電人員配置，可以確定充換電站人力資源成本。設(shè)備和電池購(gòu)置成本結(jié)合充換電站建筑建設(shè)成本、土地費(fèi)用和前期的軟硬件投資成本則構(gòu)成充換電站初期投資成本；耗電成本、充換電站維修、維護(hù)成本、換電站電池租賃成本和充換電站人力資源成本則構(gòu)成充換電站的運(yùn)營(yíng)成本，由初期投資成本和運(yùn)營(yíng)成本可得充換電站總成本。充換電站的總收入則由收取的服務(wù)費(fèi)和政府補(bǔ)貼構(gòu)成。

圖1 研究路線示意圖

在以上成本和收益分析的基礎(chǔ)上，考慮時(shí)間因素對(duì)充換電站成本收益的影響，建立全生命周期成本收益模型。以電動(dòng)公交為例，分析服務(wù)費(fèi)的收取、政府對(duì)充電設(shè)施補(bǔ)貼比例和充電機(jī)造價(jià)對(duì)電動(dòng)公交充換電站服務(wù)費(fèi)盈虧平衡點(diǎn)的影響。

2 電動(dòng)汽車充換電站成本收益模型

本節(jié)將具體給出電動(dòng)汽車充換電站的成本收益模型。

2.1 充換電站成本模型

2.1.1 充換電站初期投資成本模型

充電設(shè)施初期投資成本主要由充電設(shè)施場(chǎng)所建設(shè)工程費(fèi)、充換電設(shè)施購(gòu)置費(fèi)、土地費(fèi)用、其他費(fèi)用和前期的軟硬件投資成本構(gòu)成。

充電設(shè)施場(chǎng)所建設(shè)工程費(fèi)主要指充換電站建筑建設(shè)產(chǎn)生的費(fèi)用，建設(shè)工程費(fèi)Cc為

CC=CY+CF+CT+CS

(1)

式中：CY為工作用房、車輛停放區(qū)域等營(yíng)業(yè)用房建設(shè)成本；CF為配電室、變電室等輔助用房建設(shè)成本；CT為土石及路面廣場(chǎng)工程的成本；CS為場(chǎng)地綠圍墻等服務(wù)性工程項(xiàng)目建設(shè)成本。

設(shè)備購(gòu)置費(fèi)按照所需的各類充電設(shè)備進(jìn)行累加。充電設(shè)備包括交流充電樁、直流快速充電機(jī)、換電機(jī)械設(shè)備以及各類輔助設(shè)備。對(duì)于換電站而言，設(shè)備購(gòu)置費(fèi)應(yīng)包含電池組的購(gòu)置費(fèi)用。設(shè)各類充電設(shè)備單價(jià)為Pi，數(shù)量為Ni，所需購(gòu)買充電設(shè)備種類數(shù)為n，則設(shè)備購(gòu)置費(fèi)CD為

(2)

土地費(fèi)用CL是充換電站建設(shè)的重要組成部分，可由式(3)計(jì)算：

CL=LPLS

(3)

式中：LP為單位面積地價(jià)；LS為充換電站占用的土地面積。

其他費(fèi)用CO指建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生的建設(shè)管理費(fèi)和勘察設(shè)計(jì)費(fèi)，可按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)估算。

在運(yùn)營(yíng)電動(dòng)汽車監(jiān)控與智能調(diào)度系統(tǒng)業(yè)務(wù)時(shí)，需要對(duì)前期相應(yīng)的軟硬件進(jìn)行購(gòu)買和投資，設(shè)為CM。

因此，充換電站前期建設(shè)成本模型為

CI=CC+CD+CL+CO+CM

(4)

2.1.2 充換電站各運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)成本模型

對(duì)于充電站，主要有充電站的運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)和電動(dòng)汽車監(jiān)控與智能調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)；對(duì)于換電站，主要有換電站運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)和電動(dòng)汽車監(jiān)控與智能調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)。

充電站的運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)成本CCO可表達(dá)為

CCO=CCP+CCM+CCH

(5)

式中：CCP為耗電成本，取決于充電站的購(gòu)電電量及電價(jià)；CCM為建筑和充電設(shè)施維護(hù)成本，建筑設(shè)施平均每年的維護(hù)費(fèi)用按建筑工程造價(jià)的1%估算，充電設(shè)備平均每年的維護(hù)費(fèi)用按設(shè)備價(jià)格的2%估算；CCH為運(yùn)營(yíng)人員費(fèi)用，與當(dāng)?shù)毓べY水平及人數(shù)相關(guān)。

換電站的運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)成本CSO可表達(dá)為

CSO=CSP+CSM+CSH

(6)

與充電站運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)成本類似，CSP為換電站耗電成本；CSM為建筑和充電設(shè)施維護(hù)成本；CSH為運(yùn)營(yíng)人員費(fèi)用。

對(duì)于換電站，假如換電所需電池全部由換電站提供，則會(huì)產(chǎn)生高昂的前期投資成本，故部分電池采用電池租賃形式。設(shè)電池租賃成本CBL可表示為

CBL=NBLPBL

(7)

式中：PBL為租賃電池組的單價(jià)；NBL為租賃電池組的數(shù)量。

電動(dòng)汽車監(jiān)控與智能調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)成本CMO可表達(dá)為

CMO=CMP+CMM+CMH

(8)

式中：CMP為耗電成本；CMM為維護(hù)成本；CMH為人力資源成本。

則充電站的年運(yùn)營(yíng)總成本CCA為

CCA=CCO+CMO

(9)

換電站的年運(yùn)營(yíng)總成本CSA為

CSA=CSO+CBL+CMO

(10)

2.1.3 充換電站收入模型

充換電站的運(yùn)營(yíng)收入來(lái)自于提供充換電服務(wù)的收入，表現(xiàn)為收取的充換電費(fèi)和合理的服務(wù)費(fèi)。在本文中，以收取的服務(wù)費(fèi)單價(jià)與充電價(jià)格之和P與充換電站全年總充換電量N的乘積作為充換電站的年收入，則運(yùn)營(yíng)年收入IO為

IO=PN

(11)

通過(guò)收集車輛的運(yùn)行特性、充電需求量與時(shí)間分布信息，計(jì)算得到電動(dòng)汽車全年在峰、谷、平電價(jià)時(shí)段的充電量。對(duì)于給定的充換電服務(wù)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，則可以得到電動(dòng)汽車充換電站的運(yùn)營(yíng)收入。

為推動(dòng)電動(dòng)汽車的發(fā)展，目前政府對(duì)充電設(shè)施給予一定的補(bǔ)貼，設(shè)為IG，則電動(dòng)汽車充換電站的年總收入為

IA=IO+IG

(12)

2.2 全生命周期成本效益模型

20世紀(jì)70年代末至80年代初，英美一些學(xué)者提出了全生命周期成本(lifecyclecost，LCC)理論，全生命周期管理從整個(gè)項(xiàng)目生命周期出發(fā)進(jìn)行探索，側(cè)重于對(duì)項(xiàng)目決策、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)各階段全部造價(jià)的確定與控制[18]。應(yīng)用全生命周期理論對(duì)電動(dòng)汽車充換電站投資進(jìn)行管理的目標(biāo)是引導(dǎo)合理的投資決策和指導(dǎo)充換電服務(wù)費(fèi)的設(shè)定。

根據(jù)電動(dòng)汽車充電站的實(shí)際情況，將其全生命周期分為以下幾個(gè)階段：前期投資建設(shè)階段、運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段和結(jié)束回收階段[19]。

前期投資建設(shè)階段所產(chǎn)生的成本是指充電設(shè)施從決策立項(xiàng)到建成投入使用期間所發(fā)生的全部成本。該成本主要包括充換電站的建設(shè)成本、占地成本、充電機(jī)、換電機(jī)械裝置、電池等直接充電設(shè)備或相關(guān)輔助設(shè)備的購(gòu)置成本等。前期投資建設(shè)階段沒有效益來(lái)源。

對(duì)于初期投資成本中的各項(xiàng)，將其加和形成總初期投資成本IC，即前文公式(4)中的CI。運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段所產(chǎn)生的成本是指充電設(shè)施在為電動(dòng)汽車提供充電或換電服務(wù)的運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生的全部成本。該成本主要包括耗電成本、充電設(shè)施維護(hù)成本、建筑設(shè)施維護(hù)成本和人員成本等。運(yùn)營(yíng)階段所產(chǎn)生的效益則是電動(dòng)汽車充電或換電收取的服務(wù)費(fèi)和政府補(bǔ)貼。

假設(shè)充換電站使用壽命為T年，充換電站1年的運(yùn)營(yíng)成本為AC，即前文中的充電站的年運(yùn)營(yíng)總成本CCA和換電站的年運(yùn)營(yíng)總成本CSA。對(duì)于全生命周期T年，視在運(yùn)營(yíng)總成本NOC為

NOC=TAC

(13)

根據(jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)理論，對(duì)于長(zhǎng)周期的經(jīng)濟(jì)計(jì)算，要考慮機(jī)會(huì)成本的影響，通過(guò)貼現(xiàn)率來(lái)體現(xiàn)，設(shè)為i%，則全生命周期內(nèi)貼現(xiàn)運(yùn)營(yíng)總成本LCOC為

(14)

結(jié)束回收階段，可能會(huì)出現(xiàn)相轉(zhuǎn)讓或出賣產(chǎn)生的資產(chǎn)清理費(fèi)等相關(guān)成本，設(shè)在充電設(shè)施全生命周期T結(jié)束時(shí)，結(jié)束回收視在成本為NDC，則考慮機(jī)會(huì)成本影響后，貼現(xiàn)到現(xiàn)在的實(shí)際結(jié)束回收成本LCDC為

(15)

因此，全生命周期成本LCC為

LCC=IC+LCOC+LCDC

(16)

對(duì)于全生命周期收入，主要由運(yùn)營(yíng)收入和回收過(guò)程中設(shè)施殘值產(chǎn)生。

年運(yùn)營(yíng)收入AI即與前文公式(12)中IA相對(duì)應(yīng)。對(duì)于全生命周期T年，視在運(yùn)營(yíng)總收入NOI為

NOI=T×AI

(17)

同理，需要對(duì)年運(yùn)營(yíng)收入做貼現(xiàn)處理。則全生命周期內(nèi)貼現(xiàn)運(yùn)營(yíng)總收入LCOI為

(18)

在回收過(guò)程中，設(shè)施殘值設(shè)為NDI，則考慮機(jī)會(huì)成本影響后，貼現(xiàn)到現(xiàn)在的實(shí)際結(jié)束回收成本LCDI為

(19)

因此，全生命周期收入LCI為

LCI=LCOI+LCDI

(20)

故可以得到全生命周期的凈收益LCP為

LCP=LCI-LCC

(21)

3 算例分析

3.1 參數(shù)說(shuō)明

應(yīng)用所提出的電動(dòng)汽車成本收益核算及全生命周期計(jì)算方法，以純電動(dòng)公交車為例，對(duì)充電站和換電站進(jìn)行成本效益分析。對(duì)于一個(gè)純電動(dòng)公交車的充電站，其占地面積在800m2左右，配備20個(gè)充電車位和20個(gè)額定功率為100kW的直流充電機(jī)，為20輛純電動(dòng)公交車服務(wù)。對(duì)于一個(gè)純電動(dòng)公交車的換電站，其占地面積在1 000m2左右，具有4個(gè)換電車位，配備80個(gè)額定功率為100kW的直流充電機(jī)為電池充電，日服務(wù)80輛純電動(dòng)公交車[20]。假設(shè)公交車電池使用壽命為4年，其他設(shè)施使用年限為10年。

3.2 電動(dòng)公交車充換電站成本收益核算

3.2.1 電動(dòng)公交車充換電站建設(shè)成本核算

房屋建筑工程費(fèi)和其他費(fèi)用參考某加油站的建設(shè)[21]；直流充電機(jī)的單價(jià)為30萬(wàn)元，換電設(shè)備4套，其單價(jià)為50萬(wàn)元[20]；換電站需配備0.5倍服務(wù)車輛的換電電池，在這里假定換電站購(gòu)買與租賃電池的比例為 4∶1，每組電池的購(gòu)買單價(jià)為60萬(wàn)元，租賃電池組的年單價(jià)為15.72萬(wàn)元；充換電站地價(jià)按照廣州商業(yè)用地地價(jià)10 000 元/m2計(jì)算。電動(dòng)汽車監(jiān)控與智能調(diào)度系統(tǒng)每站建設(shè)需10.5萬(wàn)元[22]。根據(jù)計(jì)算，單個(gè)電動(dòng)公交充電站和換電站的初期投資總成本分別如表1和表2所示。

表1 電動(dòng)公交車充電站初期投資成本 萬(wàn)元

Table 1 Primeval investment costs of electric vehicle charging station

由表1和表2可知，土地費(fèi)用和設(shè)備購(gòu)置費(fèi)占據(jù)充換電站前期投資成本的絕大部分，雖然換電站需要配備電池及所需充電機(jī)的數(shù)量較多，但土地費(fèi)用并沒隨服務(wù)車輛成比例增加，因此換電站服務(wù)單輛車的初期投資成本略低于充電站。

表2 電動(dòng)公交車換電站初期投資成本 萬(wàn)元

Table 2 Primeval investment costs of electric vehicle swapping station

3.2.2 電動(dòng)公交車充換電站年運(yùn)營(yíng)成本核算

根據(jù)電動(dòng)公交車的年耗電量，結(jié)合其在峰、谷、平電價(jià)時(shí)段充電量及對(duì)應(yīng)價(jià)格，可以計(jì)算得到每個(gè)充換電站的耗電成本。假設(shè)電動(dòng)公交車日耗電量為247.5 kW·h，電動(dòng)公交車日峰、谷、平電價(jià)時(shí)段耗電比例和電價(jià)如表3所示；運(yùn)營(yíng)人員工資參考廣東地區(qū)薪酬?duì)顩r確定，假設(shè)充電站運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)需要5人，換電站運(yùn)營(yíng)需要7人，1人可負(fù)責(zé)2個(gè)電動(dòng)汽車監(jiān)控與智能調(diào)度系統(tǒng)，電動(dòng)汽車監(jiān)控與智能調(diào)度業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)各項(xiàng)成本根據(jù)文獻(xiàn)[22]確定。則單個(gè)電動(dòng)公交車充電站和換電站的平均年運(yùn)營(yíng)成本如表4和表5所示。

表3 峰、平、谷時(shí)耗電比例及電價(jià)

Table 3 Time-of-power ratio and time-of-use

從表4和表5可以看出，換電站年運(yùn)營(yíng)成本遠(yuǎn)高于充電站，但換電站服務(wù)單輛車的年運(yùn)營(yíng)成本略低于充電站，這是由于換電站服務(wù)車輛數(shù)目多于充電站服務(wù)車輛產(chǎn)生的結(jié)果。

3.2.3 電動(dòng)公交車充換電站全生命周期收益核算

由前面分析可知，電動(dòng)公交車充換電站的收益高低取決于收取的服務(wù)費(fèi)水平，假設(shè)收取的服務(wù)費(fèi)價(jià)格為1.0元/(kW·h)時(shí)，貼現(xiàn)率取6%，則單個(gè)電動(dòng)公交車充換電站全生命周期收益情況如表6所示(結(jié)果四舍五入取整)。

表4 充電站年運(yùn)營(yíng)成本

Table 4 Annual operating cost of charging station 萬(wàn)元

表5 換電站年運(yùn)營(yíng)成本

表6 電動(dòng)公交車充換電站全生命周期收益 萬(wàn)元

表6顯示在收取的服務(wù)費(fèi)價(jià)格為1.0元/(kW·h)時(shí)充電站全生命周期凈效益為-63萬(wàn)元，而換電站全生命周期凈效益為-2 849萬(wàn)元，在此服務(wù)費(fèi)水平下，換電站虧損程度高于充電站。

3.3 靈敏度分析

本文研究數(shù)據(jù)基于文獻(xiàn)調(diào)研和假設(shè)得到，考慮未來(lái)政策變化、技術(shù)升級(jí)等的影響，充電換電站收取的服務(wù)費(fèi)水平、政府補(bǔ)貼比例和充電設(shè)施造價(jià)等可能發(fā)生變化，故需要對(duì)其進(jìn)行靈敏度分析[23]。

3.3.1 服務(wù)費(fèi)水平對(duì)充換電站盈虧水平的影響

電動(dòng)公交車充換電站的收益來(lái)自收取的充換電服務(wù)費(fèi)，而單位電量服務(wù)費(fèi)的高低決定了充換電站是否盈利。假設(shè)政府不提供補(bǔ)貼，充電設(shè)施價(jià)格如3.2.1節(jié)所述，則單個(gè)公交車充電站和換電站在不同服務(wù)費(fèi)下全生命周期收益如圖2和圖3所示。

圖2 服務(wù)費(fèi)水平對(duì)公交車充電站生命周期收益的影響

圖3 服務(wù)費(fèi)水平對(duì)公交車換電站生命周期收益的影響

從圖2和圖3可以看出，在無(wú)政府補(bǔ)貼的情況下，當(dāng)服務(wù)費(fèi)價(jià)格約為1.05元/(kW·h)時(shí)，電動(dòng)公交車充電站盈虧平衡，而電動(dòng)公交車換電站的服務(wù)費(fèi)價(jià)格則需達(dá)到1.25元/(kW·h)時(shí)才可以實(shí)現(xiàn)盈虧平衡。在本算例情景下，電動(dòng)公交車換電站服務(wù)費(fèi)盈虧平衡點(diǎn)高于充電站。燃油公交車(車長(zhǎng)12 m)每百km耗油40 L，純電動(dòng)公交車的電耗約為1(kW·h)/km。目前柴油的價(jià)格約在5.7元/L，每km燃油費(fèi)成本約為2.296元，電價(jià)按表3電價(jià)加權(quán)平均，則充電站充電平均電價(jià)為0.610元/(kW·h)，換電站換電平均電價(jià)為0.467元/(kW·h)。充換電站收取的服務(wù)費(fèi)與電價(jià)之和低于燃油成本，電動(dòng)公交車具有較明顯的使用成本優(yōu)勢(shì)。

3.3.2 政府補(bǔ)貼對(duì)充換電站盈虧水平的影響

為推動(dòng)電動(dòng)汽車的發(fā)展，目前政府對(duì)充換電設(shè)施給予了一定的補(bǔ)貼。不同的補(bǔ)貼力度則會(huì)影響充換電站的成本收益。假設(shè)政府對(duì)充換電設(shè)施提供補(bǔ)貼，補(bǔ)貼比例為0～100%，則單個(gè)電動(dòng)公交車充電站和換電站在不同政府補(bǔ)貼下全生命周期收益的服務(wù)費(fèi)盈虧平衡點(diǎn)如圖4和圖5所示。

圖4 公交車充電站服務(wù)費(fèi)盈虧平衡點(diǎn)與政府補(bǔ)貼的關(guān)系

圖5 公交車換電站服務(wù)費(fèi)盈虧平衡點(diǎn)與政府補(bǔ)貼的關(guān)系

從圖4和圖5可以看出，隨著政府補(bǔ)貼比例的提高，電動(dòng)公交車充換電站收取服務(wù)費(fèi)盈虧平衡點(diǎn)降低。在本算例情景下，換電站服務(wù)費(fèi)的盈虧平衡點(diǎn)始終高于充電站服務(wù)費(fèi)的盈虧平衡點(diǎn)。由于電動(dòng)公交車的使用成本低于燃油公交車，因此此處政府的補(bǔ)貼實(shí)際應(yīng)考慮對(duì)購(gòu)買電動(dòng)公交車成本的平衡。

3.3.3 充電機(jī)造價(jià)對(duì)充換電站盈虧水平的影響

對(duì)于本算例，充電機(jī)購(gòu)置成本占據(jù)充換電站初期投資成本的大部分，隨著電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，受規(guī)模效益影響，充電機(jī)造價(jià)會(huì)逐年下降。假設(shè)政府不對(duì)充電設(shè)施提供補(bǔ)貼，充電機(jī)造價(jià)以現(xiàn)在為基準(zhǔn)，降低0～60%時(shí)，單個(gè)電動(dòng)公交車充電站和換電站在不同充電機(jī)造價(jià)下全生命周期收益的服務(wù)費(fèi)盈虧平衡點(diǎn)如圖6和圖7所示。

圖6 電動(dòng)公交車充電站服務(wù)費(fèi)盈虧平衡點(diǎn)與充電機(jī)造價(jià)的關(guān)系

圖7 電動(dòng)公交車換電站服務(wù)費(fèi)盈虧平衡點(diǎn)與充電機(jī)造價(jià)的關(guān)系

從圖6和圖7可以看出，隨著充電機(jī)造價(jià)的降低，電動(dòng)公交車充換電站收取服務(wù)費(fèi)盈虧平衡點(diǎn)將進(jìn)一步降低。在本算例情景下，換電站服務(wù)費(fèi)的盈虧平衡點(diǎn)始終高于充電站服務(wù)費(fèi)的盈虧平衡點(diǎn)。對(duì)比3.3.2節(jié)與3.3.3節(jié)知，政府補(bǔ)貼對(duì)充換電站盈虧水平的影響程度高于充電機(jī)造價(jià)對(duì)充換電站盈虧水平的影響。

4 結(jié) 論

(1)電動(dòng)公交車換電站初期投資和年運(yùn)營(yíng)成本高于電動(dòng)公交車充電站，因而電動(dòng)公交車換電站服務(wù)費(fèi)盈虧平衡點(diǎn)高于充電站。

(2)在充換電站滿負(fù)荷運(yùn)行情景下，若充換電站服務(wù)費(fèi)按其盈虧平衡點(diǎn)收取，則電動(dòng)公交車的使用成本明顯低于燃油公交車。

(3)隨著政府補(bǔ)貼比例的提高和充電機(jī)造價(jià)的降低，電動(dòng)公交車充換電站服務(wù)費(fèi)的盈虧平衡點(diǎn)線性降低。其中，政府補(bǔ)貼對(duì)充換電站盈虧水平的影響程度高于充電機(jī)造價(jià)的影響。

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(編輯 張媛媛)

Cost Benefit Evaluation of Electric Vehicle Charging/Swapping Station Based on Life Cycle Analysis

CHEN Guangkai1, QU Dapeng1, HU Xiaojing2, ZHANG Hongcai2, HU Zechun2, WANG Ke3

(1.Guangzhou Power Supply Company, Guangzhou 510620, China; 2. Department of Electrical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 3. Electric Power Research Institute of China Southern Power Grid, Guangzhou 510080, China)

According to the operation of electric vehicle charging/swapping station, we construct a systematic model for the cost benefit structure of charging/swapping station, and propose the cost benefit evaluation method of electric vehicle charging/swapping station based on life cycle analysis, with considering the charging/swapping infrastructure construction, the operations of charging station and swapping station, and the operation of monitoring and intelligent scheduling etc. Taking the planning data of charging/swapping infrastructure in Guangdong Province as example, we compare and analyze the cost benefits of electric vehicle charging/swapping station, and further analyze the influences of charging/swapping tariff, government subsidy, charging spot’s unit price and other factors on the profit and loss level of electric vehicle charging/swapping station.

electric vehicle; charging/swapping station; life cycle; operation pattern

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(973項(xiàng)目)(2013CB228202)

TM 743

A

1000-7229(2016)01-0030-08

10.3969/j.issn.1000-7229.2016.01.005

2015-09-09

陳廣開(1974)，男，工程師，主要研究方向?yàn)殡娏κ袌?chǎng)營(yíng)銷，新能源應(yīng)用；

曲大鵬(1983)，男，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)殡娏κ袌?chǎng)營(yíng)銷，新能源應(yīng)用；

胡曉靜(1991)，女，碩士研究生，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)分析和優(yōu)化技術(shù)；

張洪財(cái)(1990)，男，博士研究生，主要研究方向?yàn)殡妱?dòng)汽車與智能電網(wǎng)；

胡澤春(1979)，男，博士，副教授，本文通信作者，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)、電力系統(tǒng)運(yùn)行與規(guī)劃；

王科(1983)，男，博士，工程師，主要研究方向?yàn)榇笕萘績(jī)?chǔ)能及微電網(wǎng)技術(shù)。

Project supported by the National Basic Research Program of China (973 Program)(2013CB228202)