羅偉超

摘要：在新能源汽車(chē)中電動(dòng)汽車(chē)使用尤為廣泛（本文研究對(duì)象新能源汽車(chē)主要指電動(dòng)汽車(chē)），它淘汰了傳統(tǒng)的燃料供能，采用電力供能的方式，不產(chǎn)生有毒有害氣體，進(jìn)而更易被人接受。但是其自身發(fā)展存在一定局限性，例如電動(dòng)汽車(chē)采用車(chē)載電池的方式供能，不能像燃料供能一樣隨加隨走，電池充電條件不如燃料供能方便，且存在著充電設(shè)施建設(shè)數(shù)量不足、建設(shè)難度較大、選址布局不科學(xué)等問(wèn)題，這些問(wèn)題很大程度上阻礙了新能源汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展。就電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施存在的問(wèn)題而言，提供一種科學(xué)的、全面的充電設(shè)施選址規(guī)劃方案，對(duì)解決充電設(shè)施選址困難的問(wèn)題和促進(jìn)新能源汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē);充電設(shè)施;選址規(guī)劃

1我國(guó)新能源汽車(chē)充電設(shè)施面臨的主要困境

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的充電樁多為公共充電樁，以及近年來(lái)響應(yīng)國(guó)家政策，為新建建筑物預(yù)留的相應(yīng)的私人充電樁。但無(wú)論是哪種充電樁，都相對(duì)集中在大中型城市，新能源汽車(chē)的續(xù)航里程又相對(duì)較小，很難有效地滿足農(nóng)民的日常出行需求，農(nóng)村的新能源汽車(chē)使用規(guī)模沒(méi)有得到有效推廣，充電設(shè)施的覆蓋程度自然就相對(duì)落后了。同時(shí)，又因?yàn)閺V大農(nóng)村地區(qū)缺乏完善的配套設(shè)施，使得新能源汽車(chē)滲透率較低，直接引發(fā)大眾需求與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)矛盾。即使是在大中型城市，也存在公共充電樁分布不均勻的問(wèn)題。對(duì)于部分在建或新建區(qū)域，還可與主體工程同時(shí)推進(jìn)住宅小區(qū)停車(chē)位配套充電設(shè)施的設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收，盡量避免“有車(chē)無(wú)樁”“有樁無(wú)車(chē)”現(xiàn)象的產(chǎn)生，統(tǒng)一建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，提高充電樁利用效率，使公共充電設(shè)施均衡發(fā)展。但是在老城區(qū)或是老住宅區(qū)，停車(chē)位非常緊缺，且大多為公共車(chē)位，想要將新能源汽車(chē)的充電設(shè)施覆蓋進(jìn)去不僅要考慮建樁位置、電力增容、電壓安全等技術(shù)性問(wèn)題，還要考慮業(yè)主使用、后期維護(hù)、車(chē)輛胡亂占用等社會(huì)性問(wèn)題，難度系數(shù)非常大。另外，由于新能源汽車(chē)市場(chǎng)發(fā)展速度參差不齊，造成已經(jīng)建好的新能源汽車(chē)充電樁在技術(shù)上和質(zhì)量上也不盡相同。由于充電設(shè)施領(lǐng)域的廠商較多，且充電設(shè)備大多都是依照國(guó)標(biāo)生產(chǎn)的零件，所以充電設(shè)備領(lǐng)域已成為紅海，部分原來(lái)僅是充電設(shè)備生產(chǎn)商的公司逐漸開(kāi)始向下游運(yùn)營(yíng)領(lǐng)域延伸，充電設(shè)備商由于發(fā)展較早，進(jìn)入門(mén)檻較低，利潤(rùn)空間有限，存在嚴(yán)重的同質(zhì)化現(xiàn)象。

2新能源汽車(chē)充電設(shè)施選址規(guī)劃

尋求一種適應(yīng)能力更強(qiáng)、安全性更高、使用更便捷的充電設(shè)備配置方式，再加以安全防盜系統(tǒng)維持保護(hù)，才能使電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)更和諧的發(fā)展。我國(guó)燃料汽車(chē)行業(yè)發(fā)展比較成熟，加油站的配置比較合理，因此充電站的建設(shè)可以借鑒加油站的配置方法。城市中心的建設(shè)更為復(fù)雜，需要綜合交通線路、電網(wǎng)壓力、人口密集程度等多方面影響因素，設(shè)計(jì)一種更加全面的算法，使充電樁配置更合理。

2.1基于點(diǎn)需求的選址規(guī)劃

基于點(diǎn)需求的選址模型目前分為三種：p-中值問(wèn)題、p-中心問(wèn)題、覆蓋問(wèn)題。這類問(wèn)題是將待求點(diǎn)和需求點(diǎn)分別放在網(wǎng)絡(luò)固定的某些節(jié)點(diǎn)上，需求點(diǎn)的位置是確定的，待求點(diǎn)的位置可以是需求點(diǎn)也可以在一些其他的節(jié)點(diǎn)，需求點(diǎn)和待求點(diǎn)之間由交通線路連接。p-中值問(wèn)題也是最優(yōu)點(diǎn)求解的問(wèn)題，在P個(gè)可行的點(diǎn)中尋求一個(gè)促使目標(biāo)最大化的點(diǎn)。是通過(guò)選定p個(gè)待求點(diǎn)的位置，加以條件比較，最后選定性能最優(yōu)解。Revelle和Swain是p-中值問(wèn)題關(guān)于整體規(guī)劃模型的構(gòu)建者。p-中值問(wèn)題經(jīng)常被用在倉(cāng)庫(kù)、工廠等物流配送問(wèn)題的處理上。在p-中值問(wèn)題中，性能指標(biāo)一般是指使某種成本最小，充電設(shè)施的規(guī)劃中一般使兩點(diǎn)間的總距離最短。以最短距離作為指標(biāo)，主要適用于解決優(yōu)化組合問(wèn)題，例如最優(yōu)點(diǎn)規(guī)劃問(wèn)題、各種選址問(wèn)題、最小成本或最大利潤(rùn)問(wèn)題等等，該指標(biāo)又稱為“經(jīng)濟(jì)效益性”指標(biāo)。而帶有福利和公共性質(zhì)場(chǎng)所的選址優(yōu)化指標(biāo)一般被稱為“集體福利性指標(biāo)”。Hakimi（2011）構(gòu)建了以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的p-中值問(wèn)題，此外，他認(rèn)為p-中值里所有可行解中總會(huì)存在一個(gè)最佳的解是由一個(gè)完整網(wǎng)絡(luò)的頂點(diǎn)組合而成。p-中心問(wèn)題最早由Hakimi提出，該問(wèn)題考慮如何在網(wǎng)絡(luò)中為p個(gè)服務(wù)設(shè)施進(jìn)行最優(yōu)選址，目的是為了促使一定區(qū)域內(nèi)任意點(diǎn)到充電服務(wù)設(shè)施所在地的距離達(dá)到最小。該種問(wèn)題分為兩種情況，包括絕對(duì)中心問(wèn)題和頂點(diǎn)中心問(wèn)題。其區(qū)別在于對(duì)服務(wù)設(shè)施的位置是否做限制，是否要求將建設(shè)服務(wù)設(shè)施的待定點(diǎn)設(shè)置在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上。p-中心問(wèn)題要在給定的條件下，求任一點(diǎn)到需求點(diǎn)的最大距離，因此也是求最小最大化問(wèn)題。覆蓋問(wèn)題就目前的研究可以分為兩大類：集覆蓋問(wèn)題和最大覆蓋問(wèn)題。集覆蓋問(wèn)題是指當(dāng)充電設(shè)施所在地能夠?qū)χ苓叿秶鷥?nèi)的充電需求都能進(jìn)行滿足，那么這個(gè)充電設(shè)施服務(wù)站點(diǎn)如何選擇才能使服務(wù)流量最大或經(jīng)濟(jì)耗費(fèi)最小，此時(shí)該問(wèn)題又回歸了最優(yōu)化問(wèn)題。集覆蓋問(wèn)題的解決方法可以看成是一個(gè)優(yōu)化選址問(wèn)題，主要研究當(dāng)服務(wù)設(shè)施在能夠覆蓋網(wǎng)絡(luò)中所有需求點(diǎn)的前提下，如何對(duì)其進(jìn)行選址規(guī)劃的問(wèn)題，該問(wèn)題要使充電服務(wù)設(shè)施的經(jīng)濟(jì)成本達(dá)到最小值。集覆蓋問(wèn)題最早應(yīng)用在城市消防隊(duì)服務(wù)站的建設(shè)中，使服務(wù)站能夠在服務(wù)規(guī)定地區(qū)的前提下，使總的建設(shè)成本最小，通過(guò)建設(shè)最少的服務(wù)站，服務(wù)最廣的范圍。集覆蓋問(wèn)題的優(yōu)化目標(biāo)是指在特定距離內(nèi)滿足所有需求點(diǎn)使建設(shè)的設(shè)施數(shù)量最小。

2.2基于路徑需求的選址規(guī)劃

在現(xiàn)實(shí)生活中，所有的需求點(diǎn)并不都位于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上，為了使不在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的需求點(diǎn)得到滿足，需要從需求點(diǎn)開(kāi)始到服務(wù)點(diǎn)的距離最短。最先對(duì)這一假設(shè)提出質(zhì)疑的學(xué)者是Jansson，他認(rèn)為，類似于便利店、加油站等公共設(shè)施，服務(wù)的對(duì)象就屬于路徑需求，這些需求源于網(wǎng)絡(luò)中的OD對(duì)，并被所在路徑上的設(shè)施“截獲”以滿足需求?；诼窂叫枨蟮哪Ｐ头譃榛诹髁康淖畲蟾采w模型（FCLM）和截獲流量最大模型（FRLM）。兩者的區(qū)別主要在于是否考慮車(chē)輛的行駛里程限制。FCLM問(wèn)題中在車(chē)輛經(jīng)過(guò)的路段上只要存在一個(gè)服務(wù)站即可，在FRLM問(wèn)題中在車(chē)輛經(jīng)過(guò)的路段上至少需要存在多個(gè)服務(wù)站才可以滿足要求。在實(shí)際應(yīng)用中FRLM被應(yīng)用更多，在經(jīng)過(guò)完善之后，使得其更加完整。

2.3新能源汽車(chē)充電服務(wù)排隊(duì)

排隊(duì)論通過(guò)研究排隊(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)量指標(biāo)，估計(jì)系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量，以此為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定系統(tǒng)的合理結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)參數(shù)的合理值，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)合理改進(jìn)和對(duì)新建系統(tǒng)的最優(yōu)設(shè)計(jì)等。排隊(duì)論系統(tǒng)在解決最優(yōu)化問(wèn)題的時(shí)候包括靜態(tài)優(yōu)化和動(dòng)態(tài)優(yōu)化兩種。動(dòng)態(tài)優(yōu)化指的是在現(xiàn)有的排隊(duì)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上找到一個(gè)目標(biāo)函數(shù)使其達(dá)到最優(yōu)的結(jié)果，而靜態(tài)優(yōu)化是指根據(jù)質(zhì)量指標(biāo)，確定目標(biāo)參數(shù)的最優(yōu)值，使經(jīng)濟(jì)最優(yōu)。針對(duì)排隊(duì)論模型的求解列出如下假設(shè)：（1）假設(shè)用戶產(chǎn)生充電需求時(shí)到充電站距離最短（2）車(chē)輛的速度不會(huì)因?yàn)槭Ｓ嚯娏康亩嗌侔l(fā)生變化。（3）不同充電站的充電樁充電功率和服務(wù)效率相同。（4）不考慮不同節(jié)點(diǎn)處的地價(jià)的差異。（5）車(chē)主能夠通過(guò)APP等途徑得知充電地點(diǎn)的待充電人數(shù)和充電情況。（6）電動(dòng)汽車(chē)在高峰時(shí)段和平峰時(shí)段都均勻到達(dá)。求解排隊(duì)論模型優(yōu)化問(wèn)題的首要關(guān)鍵是根據(jù)所求問(wèn)題本身，建立一個(gè)目標(biāo)函數(shù)，這個(gè)目標(biāo)函數(shù)和排隊(duì)論優(yōu)化問(wèn)題模型的某個(gè)或某些數(shù)量指標(biāo)相關(guān)。另外，確定決策變量，即確定模型問(wèn)題中哪些變化因素，最終使目標(biāo)函數(shù)得到最優(yōu)解。

3結(jié)束語(yǔ)

總之，我國(guó)新能源汽車(chē)行業(yè)和充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展迅速，電動(dòng)汽車(chē)保有量和充電樁設(shè)置規(guī)模不斷壯大，實(shí)現(xiàn)較大程度的量與質(zhì)的提升。但電動(dòng)汽車(chē)和充電設(shè)施的發(fā)展技術(shù)水平還需進(jìn)一步提升，特別是充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展目前仍滯后于電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展，需要加強(qiáng)對(duì)充電設(shè)施選址布局的科學(xué)規(guī)劃。充電站的選址方案和充電樁的分配數(shù)量是促進(jìn)我國(guó)新能源汽車(chē)發(fā)展的重要推動(dòng)力。

參考文獻(xiàn)

[1]朱東友，鄧云嵩，鄧海文，邵杰.電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].時(shí)代汽車(chē)，2021（04）：22-23.

[2]劉镕旗，龐博聰，李艷香.新能源汽車(chē)及充電設(shè)施發(fā)展戰(zhàn)略研究[J].中國(guó)市場(chǎng)，2020（36）：54-55.