馮乾隆 康凱 王軍雷 吳松

（中國汽車技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300）

主題詞：充電基礎(chǔ)設施 經(jīng)濟性 全生命周期 新能源汽車

1 前言

充電基礎(chǔ)設施作為7 大新基建的重要領(lǐng)域之一，近年來受到國家、各級政府及企業(yè)的高度重視[1]。發(fā)展新能源汽車是我國由汽車大國邁向汽車強國的必由之路，而加快建設充電基礎(chǔ)設施，是助推我國汽車產(chǎn)業(yè)向電動化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)，是實現(xiàn)充電便利性的支撐，是推動交通運輸領(lǐng)域提前實現(xiàn)碳中和的保障。目前，各級政府在規(guī)劃充電基礎(chǔ)設施時，多以固定比例的車樁比為基礎(chǔ)，結(jié)合純電動汽車保有量，進而以一定比例折算充電樁數(shù)量，未充分考慮充電基礎(chǔ)設施建設和運營的經(jīng)濟性，容易導致充電樁建設數(shù)量和新能源汽車推廣契合度不足，且當充電基礎(chǔ)設施建設功率和數(shù)量與需求不匹配時，致使運營商經(jīng)營過程中不能實現(xiàn)合理收益，影響充電站點的可持續(xù)發(fā)展。

為合理規(guī)劃和建設充電基礎(chǔ)設施，科學研判各功率充電樁建設數(shù)量，亟需在建設、運營、回收等全生命周期范圍內(nèi)，科學測算各功率充電設施全生命周期的經(jīng)濟性，進而規(guī)劃充電樁數(shù)量或比例，確保充電樁數(shù)量和新能源汽車保有量契合發(fā)展，從而推動運營商在盈利的情況下合理經(jīng)營充電樁，實現(xiàn)充電領(lǐng)域的可持續(xù)性，帶動行業(yè)良性發(fā)展。

文獻[2]從能耗角度分析了直流充電樁運營的經(jīng)濟性，為電動汽車充電節(jié)能降耗提供支撐；文獻[3]基于有序充電，通過聚類分析優(yōu)化了新能源汽車充電時間，以最大程度利用電網(wǎng)谷期充電降低充電成本；文獻[4]基于當前充電運營商的經(jīng)營模式，測算了未來充電市場的前景。

海南省是全球首個提出所有細分領(lǐng)域車輛清潔能源化目標和路線圖的地區(qū)[5]。鑒于未來海南省龐大的新能源汽車市場和充電需求，以海南省為例，結(jié)合新能源汽車充電場景，從充電基礎(chǔ)設施建設、運營和回收全生命周期出發(fā)，分析充電運營商成本投入與盈利情況，在確保運營商盈利情況下測算各功率充電樁數(shù)量，支撐充電基礎(chǔ)設施的運營和推廣，并為相關(guān)政策的制定提供參考。

2 海南省充電服務市場測算

截至2020 年底，海南省汽車保有量150 萬輛，其中新能源汽車6.4 萬輛，占比4.3%。從細分領(lǐng)域看，截至2020 年底，海南省私人領(lǐng)域新能源汽車保有量約3.4 萬輛，其中2020 年新增2.3 萬輛，實現(xiàn)較快增長；新能源公務車約700 輛；新能源巡游出租車和網(wǎng)約出租車共約2.3 萬輛；新能源環(huán)衛(wèi)車約0.3 萬輛；新能源客車（包括公交車、旅游客車、班線車）約0.47 萬輛；新能源輕型貨車約0.5 萬輛。隨著新能源汽車推廣力度的加大和全面禁售燃油車時間表的趨近，未來海南省新能源汽車將繼續(xù)保持較快增長，其中公務車、公交車、巡游出租車等公共服務領(lǐng)域車輛有望在2025 年前實現(xiàn)全面電動化，環(huán)衛(wèi)車、網(wǎng)約出租車、旅游客車、班線車、輕型貨車等社會運營領(lǐng)域車輛將加速電動化進程，將在2030 年實現(xiàn)全面禁售燃油車目標。

從充電基礎(chǔ)設施建設進程來看，截至2020 年底，海南省累計建設充電樁26 402 個，其中公共充電樁11 020 個，專用充電樁1 639 個，自用充電樁13 743個，總體車樁比達到2.4:1，達到國內(nèi)領(lǐng)先水平，基本實現(xiàn)“車樁相伴、協(xié)同發(fā)展”的格局。未來，海南省將根據(jù)新能源汽車的推廣情況，繼續(xù)加快充電樁建設進程，車樁比將進一步實現(xiàn)優(yōu)化，解決新能源汽車充電難題，充電服務市場也將進一步擴大。

為合理測算2025年海南省充電服務市場，在已測算得到的未來新能源汽車保有量基礎(chǔ)上，需結(jié)合應用場景對各領(lǐng)域車輛電耗情況進行預估。因此，本文首先做出如下假設。

（1）2025 年保有的私人電動乘用車平均100 km電耗約12～14 kW·h；

（2）其余車輛100 km電耗和行駛里程結(jié)合工信部公告統(tǒng)一估測；

（3）結(jié)合海南省當前充電市場情況，預設2025 年充電服務費平均為0.75 元/kW·h；

（4）因私人車輛以自建充電樁充電為主，且未來自建充電樁力度將持續(xù)提升，取2025年私人車輛僅有25%采用公共充電樁充電；

（5）結(jié)合當前市場調(diào)研情況，2025年公務車、環(huán)衛(wèi)車、貨車采用公共充電樁充電比例為80%，出租車（包括巡游出租車和網(wǎng)約出租車）、客車采取公共充電樁充電比例為95%。

基于以上假設，得到2025年海南省充電市場情況如表1所示。

表1 海南省2025年充電市場服務費測試

因此，預測2025年海南省全年充電服務費市場規(guī)模將達到19億元左右，在新能源汽車強勢帶動下，充電服務市場將得到較快發(fā)展，未來市場空間廣闊。

3 充電基礎(chǔ)設施投入與收益模型

為分析充電基礎(chǔ)設施建設的經(jīng)濟性，為后期合理規(guī)劃充電樁提供支撐，本文以海南省某配備38 臺60 kW 直流快充樁的充電站為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從充電站設計、施工、運營到設備報廢回收全生命周期出發(fā)，進行經(jīng)濟性測算，從而實現(xiàn)充電基礎(chǔ)設施運營經(jīng)濟性評估。全生命周期內(nèi)充電站的投入包括前期建設投資和日常運營投資，收益在不考慮增值的情況下，主要包括用戶充電服務費收益、政府補貼和設備報廢回收收益等。

3.1 建設與運營投資模型

充電基礎(chǔ)設施建設投資成本Cic包括充電設施及設備購置成本Cep、安裝工程成本Cin和其他成本Cot。其相應計算如式（1）：

其中，設施及設備購置成本Cep是與充電相關(guān)的所有設備購置費，包括充電樁體、通信系統(tǒng)、配電設備、調(diào)度設備等；安裝工程成本Cin主要包括配電系統(tǒng)、消防設施和雨棚、站內(nèi)調(diào)度亭和基礎(chǔ)配套的建設與安裝投入成本；其他成本Cot是指充電站施工設計、技術(shù)服務、管理、驗收監(jiān)測等費用。

日常運營投資Cop主要包括充電樁土地租金Cso、站點管理與調(diào)度成本Cman、設備維護成本Ceq、充電電量損耗成本Clo、納稅成本Ctax和其他日常運營成本Cel。

其中土地租金成本因站點選址不同將會產(chǎn)生較大差異，而為提升充電樁利用率和充電便利性，運營商傾向于選址交通流較為密集的區(qū)域布站[6]。而交通熱點區(qū)域由于用地緊張且價格浮動較大，土地租金較難準確預估，本文依據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)，選取建有38個充電樁的充電站年土地租金為28萬元/年。站點管理與調(diào)度成本主要為人工成本，為車主提供良好充電服務；設備維護成本包括常規(guī)維護和意外維護成本，由于意外維護存在偶然性，因此將總維護成本分攤到每一年，扣除第1年設備保修期外，假設第2年維護成本為設備購置成本的6%，今后每年以遞增5%預估；電量損耗成本以充電量的10%計算；納稅成本按充電服務費3%計算；其他日常運營成本主要包括調(diào)度亭水電費、站點宣傳支出等費用，以設備購置成本的5%進行計算。

由于充電站運營及使用周期較長，在充電樁全生命周期經(jīng)濟性計算時，需考慮通貨膨脹對總成本的影響，本文假設折現(xiàn)率r為8%[7]。因此未來n年日常運營成本的凈現(xiàn)值如式（2）所示，根據(jù)計算得到某充電站投入情況如表2所示。

表2 某充電站投入情況

根據(jù)充電樁利用率和充電情況，得到運營商需承擔的電量損耗如圖1所示。

圖1 充電樁利用率與電量損耗關(guān)系

3.2 充電站運營收益模型

由于目前充電基礎(chǔ)設施增值收益模式和方法尚不明確，因此運營商仍主要以收取用戶充電服務費和政府補貼獲取收益。其中海南省為加快充電樁建設并確保良好充電服務，因此分別給予充電基礎(chǔ)設施建設補貼和運營補貼，建設補貼中，規(guī)定2020 年前建設的充電樁以每千瓦200 元予以補貼，上限不超過設備投資的15%；2021～2025 年建設的充電樁以每千瓦100 元予以補貼，上限不超過設備投資的10%；運營補貼中，2020 年前給予度電0.2 元補貼，2021～2025 年度電以0.1 元補貼，且年補貼上限不高于每千瓦200 元[8]。因此充電基礎(chǔ)設施獲得的政府補貼與充電樁利用率和充電量密切相關(guān)，其關(guān)系如圖2 所示。

圖2 充電基礎(chǔ)設施補貼關(guān)系

基于政府財政補貼和充電樁服務費收益情況，得到充電基礎(chǔ)設施運營收益，如式（3）所示。

式中，Pop為運營收益凈現(xiàn)值；Pse,n為第n年用戶充電的總服務費收益；Psu,n為第n年政府財政補貼。

3.3 充電設施殘值收益

由于充電站點調(diào)度亭的殘值收益較難預估，因此只考慮充電基礎(chǔ)設施及設備報廢回收的殘值收益。充電站使用壽命一般可以達到7～9年，由于海南省屬于高溫、高濕、高鹽霧和多雨的“三高一多”氣候，對充電設備內(nèi)部器件的腐蝕較為嚴重，因此海南省充電基礎(chǔ)設施使用壽命普遍偏低，本文選取海南省充電設施使命壽命為6年。

假設站內(nèi)所有充電基礎(chǔ)設施統(tǒng)一報廢回收，設備回收時收益的凈現(xiàn)值為設備及其配套購置成本的5%，則得到的殘值收益如式（4）所示。

式中，Pre,n為設備在第n年報廢后回收的凈現(xiàn)值。

4 全生命周期經(jīng)濟性分析模型

以海南省某充電站2020年建設的充電樁為例，分析充電基礎(chǔ)設施經(jīng)濟性情況。首先假定充電樁服務費為0.75 元/kW·h，且每年服務費暫不變化。針對充電基礎(chǔ)設施特點，選取經(jīng)濟性評價指標為投資回報期和平準化充電成本及收益。

其中，投資回報期是設備投資過程中，投入成本與盈利實現(xiàn)收支平衡的時間點。期間投資成本與運營收益相當，其計算公式如式（5）所示[9]。

在評估充電基礎(chǔ)設施全生命周期經(jīng)濟性時，對于投資規(guī)模不同的運營商，投資回報期不足以全面展示充電基礎(chǔ)設施的盈利能力，而平準化充電成本和收益是設備全生命周期內(nèi)平均每單位用電量成本c和收益r，可表示為式（6）和式（7）。

式中，En為充電基礎(chǔ)設施在第n年的總售電量。因此，結(jié)合充電樁利用率，得到充電基礎(chǔ)設施日均充電量、經(jīng)營年份及收益關(guān)系，經(jīng)濟性圖如圖3所示。

圖3 充電設施運營經(jīng)濟性

根據(jù)分析結(jié)果可以看出，若確保此充電站在2 年內(nèi)實現(xiàn)盈利，在確保所有充電樁正常工作情況下，每個充電樁日均供電量需不低于208 kW·h，若實現(xiàn)3年內(nèi)盈利，每個充電樁日均供電量應高于176.3 kW·h。

考慮到用戶充電習慣，多選擇在新能源汽車電池電量下降至30%以下開始充電，同時綜合充電效率和充電安全等因素，快充情況下多在電池電量達到95%左右時斷開充電，因此以載有60 kW·h動力電池的車輛為例，平均單車每次充電電量約為32 kW·h[10]。因此，為確保充電站經(jīng)營2年開始實現(xiàn)盈利，單樁日均需服務純電動乘用車6.5輛，若3年內(nèi)實現(xiàn)盈利，單樁日均服務車輛5.6輛。

同理，對于功率為120 kW的直流充電樁，若期望2年內(nèi)開始實現(xiàn)盈利，每個充電樁日均供電量應達到272 kW·h，即日均服務純電動乘用車8.3輛；若3年開始盈利，每個充電樁日均供電量應達到220 kW·h，日均服務車輛需多于6.8輛。

運營商在規(guī)劃和建設充電站時，不但需要綜合考慮充電設施全生命周期經(jīng)濟性，同時還需要考慮用戶充電效率和便利性。根據(jù)分析，120 kW充電樁在3年回本周期內(nèi)，每天服務車輛需比60 kW 充電樁多1 輛車，但具有較高充電效率，充電高峰期可極大節(jié)約用戶充電時間，同時服務更多車輛。因此，運營商在規(guī)劃充電站時，應基于各功率充電基礎(chǔ)設施的經(jīng)濟性，綜合考慮用戶里程焦慮和等待成本，合理規(guī)劃充電基礎(chǔ)設施功率，提供高質(zhì)量充電服務。

5 結(jié)論

本文基于海南省未來各領(lǐng)域新能源汽車保有量，測算了2025年充電服務市場，預期未來充電市場空間廣闊。進一步基于全生命周期分析方法，以海南省某充電站為例，根據(jù)充電基礎(chǔ)設施建設和運營投資成本、運營收益、殘值收益等，搭建了全生命周期經(jīng)濟性測算模型，并對功率為60 kW和120 kW的直流快充樁進行經(jīng)濟性測算。通過分析，得到60 kW和120 kW直流充電樁分別在2年和3年內(nèi)實現(xiàn)盈利需服務純電動乘用車的數(shù)量，為政府和企業(yè)規(guī)劃充電樁功率和數(shù)量提供數(shù)據(jù)和理論支撐，從而在確保運營商可實現(xiàn)盈利情況下建設與新能源汽車推廣高度契合的充電基礎(chǔ)設施數(shù)量，助力充電市場可持續(xù)發(fā)展。