浙江圖盛輸變電工程有限公司溫州科技分公司 曲 鈺 王慕將 國網(wǎng)溫州供電公司 黃海寧

在全球能源危機(jī)和自然資源不堪重負(fù)的時代背景下，新能源電動汽車的推廣和普及速度大幅度加快，電動汽車以低碳環(huán)保、能源來源多元化、對環(huán)境外部性較小等優(yōu)勢得到了市場消費者和許多國家政府的支持。充電樁是向電動汽車電力能源的重要基礎(chǔ)設(shè)施，充電樁的使用效率對于電動汽車產(chǎn)業(yè)的推廣、普及和低碳化運行具有重要意義，綠色共享經(jīng)濟(jì)時代，電動汽車充電樁共享不僅是一種時尚流行的經(jīng)濟(jì)模式，而且是推動電動汽車快速普及推廣且大幅度提升低碳綠色程度的重要保證，充電樁共享可省去大批資金和物資去建設(shè)更多的充電樁設(shè)施。

作為電動汽車電力能源補(bǔ)給的重要設(shè)施，充電樁一般安裝在專用充電站、公用停車場或私人停車場，安裝在專用充電站、公用停車場的充電樁一般為向公眾開放的公共充電樁，安裝在私人停車場上的充電樁一般為個人私有專屬使用。在當(dāng)前電動汽車電池技術(shù)條件下，電動汽車的續(xù)航里程普遍較小或有限，因此使用充電樁進(jìn)行充電的頻率較高，每次充電所需的時間一般在1～3個小時左右。

隨著電動汽車數(shù)量的增長，公共充電樁問題也越來越突出，如區(qū)域分布不均勻、燃油車不當(dāng)占位、充電排隊以及額外停車費用等。私人充電樁使用起來相對方便快捷且成本較低，因此不少電動汽車用戶選擇安裝私人充電樁，但私人充電樁的安裝費用和后期的維護(hù)成本也相對較高，同時私人充電樁的設(shè)備閑置率一般也較高，一定程度上浪費了充電樁的資源利用率，既給電動汽車用戶帶來了諸多不便，也給充電樁運營帶來了一定的損失，此外還抑制了電動汽車產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。充電樁經(jīng)營方具有全面的關(guān)于電動汽車充電行為等方面的信息，但它忽略了電動汽車車主構(gòu)建用戶網(wǎng)絡(luò)的可能性與可行性，以及其在充電樁資源整合和信息共享中的作用。基于此，本文從電動汽車用戶網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的視角研究了充電樁共享及其機(jī)制問題。

1 電動汽車用戶網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及其意義

社會網(wǎng)絡(luò)及其節(jié)點之間的關(guān)系一直為人們所重視，并廣泛應(yīng)用到自然或社會問題的解決之中。公共充電樁建立之初就是基于共享的目的而去的，這里所講的充電樁共享是指私人充電樁的共享。在此電動汽車用戶網(wǎng)絡(luò)是一個重要的存在，它負(fù)責(zé)生成并傳遞充電樁共享的大部分重要信息，這個網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點是每一個擁有電動汽車的用戶，這些用戶根據(jù)是否擁有私人充電樁將其分為兩類，一類是私人充電樁擁有者、表示為OCP,一類是不擁有私人充電樁、表示為NOCP，OCP 可向NOCP 提供充電樁設(shè)備進(jìn)行電動汽車充電，于是二者就建立了提供者和使用者間的關(guān)系。

OCP 既要負(fù)責(zé)管理經(jīng)營共享充電樁，又要滿足自身電動汽車的充電要求，由于單個充電樁所能承載的電動汽車數(shù)量有限，單位時間內(nèi)只能滿足部分電動汽車用戶的充電需求，在一個網(wǎng)絡(luò)信息傳輸不完善的電動汽車用戶網(wǎng)絡(luò)中，共享充電樁的信息傳送和共享較差，通常會存在OCP 無法找到NOCP，而NOCP 又集中使用少數(shù)OCP 充電樁的情況，所以在電動汽車用戶網(wǎng)絡(luò)中共享充電樁的信息資源整合就顯得非常重要，要整合和完善電動汽車用戶網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵在于構(gòu)建科學(xué)合理的電動汽車用戶網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[1]，從而提高和完善共享充電樁的信息傳播質(zhì)量和傳播效率，構(gòu)建科學(xué)的充電樁共享機(jī)制，提高共享充電樁使用效率。

圖1給出了電動汽車用戶網(wǎng)絡(luò)中共享充電樁的共享過程，在該網(wǎng)絡(luò)中OCP、NOCP、充電樁是三者重要節(jié)點，OCP 與NOCP 之間是共享關(guān)系，這也是整個充電樁共享用戶網(wǎng)絡(luò)能夠存在的基礎(chǔ)和前提，因此對該網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整的主要問題是在OCP 與NOCP 間構(gòu)建完善的共享關(guān)系。

圖1 用戶網(wǎng)絡(luò)中共享充電樁的共享過程

如圖1所示，充電樁共享用戶網(wǎng)絡(luò)通過充電樁共享構(gòu)建了OCP、NOCP、充電樁三個重要參與節(jié)點的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，OCP 具有決定是否共享其私人充電樁的權(quán)利，NOCP 具有是否選擇使用OCP 共享充電樁的權(quán)利，因此整個網(wǎng)絡(luò)的自組織性非常強(qiáng)，整個網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與NOCP 選擇偏好、充電樁所在區(qū)域環(huán)境、充電樁設(shè)備的信息共享程度等都有著直接的關(guān)系。事實上，只要對該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母深A(yù)和調(diào)節(jié)就能大幅度地提升網(wǎng)絡(luò)的性能，充電樁經(jīng)營機(jī)構(gòu)在長期的業(yè)務(wù)過程中積累了大量的關(guān)于充電樁、OCP 及其充電行為等方面的大量數(shù)據(jù)[2]，因此在其網(wǎng)絡(luò)調(diào)控方面具有先天性的優(yōu)勢，所以作為充電樁經(jīng)營機(jī)構(gòu)，應(yīng)加強(qiáng)對用戶網(wǎng)絡(luò)信息傳播對充電樁共享影響的重視，構(gòu)建相應(yīng)的共享機(jī)制，促進(jìn)電動汽車充電樁共享的發(fā)展。

相關(guān)研究表明，社會性網(wǎng)絡(luò)都具有小范圍、小世界和非標(biāo)度性等特征，小范圍、小世界等特性使得社會性網(wǎng)絡(luò)的各節(jié)點之間平均路徑具有趨于最小化的特征，非標(biāo)度性使得網(wǎng)絡(luò)中的少數(shù)幾個節(jié)點占有相對較多的關(guān)聯(lián)性關(guān)系，并由此帶來節(jié)點之間的異質(zhì)性，最終使得網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點分布和權(quán)重屬性分布不均勻。這種特征同樣適用于電動汽車用戶網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點用戶可通過最小化的路徑產(chǎn)生鏈接關(guān)系，但在非標(biāo)度特征的作用下，會導(dǎo)致在某段時間內(nèi)大量的不擁有私人充電樁的用戶搶奪共享充電樁進(jìn)行充電的現(xiàn)象，這就需著手解決電動汽車用戶網(wǎng)絡(luò)視角下的充電樁共享機(jī)制構(gòu)建問題。

2 電動汽車用戶網(wǎng)絡(luò)視角下的充電樁共享機(jī)制的構(gòu)建

要構(gòu)建電動汽車用戶網(wǎng)絡(luò)視角下的充電樁共享機(jī)制，充電樁經(jīng)營機(jī)構(gòu)就須著手搭建電動汽車用戶網(wǎng)絡(luò)平臺，在電動汽車充電樁擁有者自愿授權(quán)的條件下，登記充電樁及其所有者的基本信息、充電記錄、區(qū)位位置、空閑時間、使用時間、支付方式、預(yù)約方法等，系統(tǒng)對所有登記注冊的充電樁及其用戶的信息進(jìn)行處理分析，將與充電樁共享相關(guān)的重要信息、參數(shù)與屬性在用戶網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行分發(fā)和推送，以供共享充電樁需求者查找和選擇，在需求者選擇某共享充電樁進(jìn)行充電時，其信息也會自動推送到充電樁所有者，從而在信息充分對稱的基礎(chǔ)上實現(xiàn)共享充電樁的使用，解決了傳統(tǒng)的充電樁分布不均、充電排隊和找充電樁困難等問題[3]。

具體過程如下：電動汽車用戶網(wǎng)絡(luò)平臺尚未構(gòu)建時的OCP、NOCP 與充電樁所處的狀態(tài)是一對一的關(guān)系，即所有者專享充電樁，其他沒有私人充電樁的電動汽車用戶即NOCP 處于孤立節(jié)點狀態(tài)。

圖3 T1時刻充電樁開始共享時的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖

從圖2可看出，網(wǎng)絡(luò)中相當(dāng)一部分的充電樁開始與NOCP 共享，由于私人充電樁充電成本較公用充電樁要低，所以相當(dāng)一部分的NOCP 用戶會選擇使用私人共享充電樁，并在這個共享過程中構(gòu)建起來了NOCP 與OCP 的關(guān)聯(lián)關(guān)系，充電樁起到一個中間媒介作用[4]。這一時刻網(wǎng)絡(luò)中的充電樁1、充電樁2、充電樁3共享給了用戶NOCP1，NOCP2，…NOCP7，選擇充電樁1的用戶有4個，選擇充電樁2的用戶有2個，選擇充電樁3的用戶有1個，因此充電樁1的設(shè)備利用率最高。充電樁4和充電樁5依然處于獨享狀態(tài)，用戶NOCP8還沒有加入到充電樁共享網(wǎng)絡(luò)之中。由于充電樁1的使用者最多，因此需要排隊輪流充電，充電樁3的共享人數(shù)最少，因此其空閑時間最多，同時充電樁4、充電樁5和電動汽車用戶NOCP8沒有加入到網(wǎng)絡(luò)之中，因此從整個網(wǎng)絡(luò)上來看資源分配和配置并不合理，需采取措施來調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使之實現(xiàn)充電樁資源的最佳利用[5]。圖3給出了T2時刻的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖。充電樁4和充電樁5的所有者開放了充電樁共享，加入到了充電樁共享網(wǎng)絡(luò)之中，電動汽車用戶NOCP8也進(jìn)入到了共享網(wǎng)絡(luò)之中，用戶NOCP1，NOCP2,…NOCP8在信息充分對稱的情況下經(jīng)過比較選擇了如圖3所示的充電樁進(jìn)行共享充電，這時原來需要排隊使用的充電樁1的部分用戶在充分信息指引下選擇了其他相對空閑的充電樁進(jìn)行充電，這時更多的所有的用戶和充電樁均加入到了共享網(wǎng)絡(luò)之中，充電樁資源得到了充分利用。綜上，隨著電動汽車的快速發(fā)展，充電樁建設(shè)顯得相對滯后，因此在當(dāng)前情況下發(fā)展共享充電樁能夠快速彌補(bǔ)充電樁建設(shè)的不足，也能實現(xiàn)充電樁資源的最大化利用，將私人充電樁改造并加入到共享充電樁網(wǎng)絡(luò)中，不但能降低私人充電樁的使用成本，還能大幅度地改善目前公用充電樁資源分布不均、數(shù)量不足等問題，對于電動汽車用戶的車輛使用和推動電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都會帶來方便和好處，能夠有效的解決目前電動汽車充電難問題，提升電動汽車用戶的充電體驗。本文提出并構(gòu)建的電動汽車用戶網(wǎng)絡(luò)視角下的充電樁共享網(wǎng)絡(luò)及其運行機(jī)制，能有效實現(xiàn)對電動汽車用戶網(wǎng)絡(luò)資源的整合，從而為網(wǎng)絡(luò)中的每個電動汽車用戶提供一個充分的信息交流和資源共享平臺，并可依托該平臺實現(xiàn)充電資源信息在大量電動汽車用戶節(jié)點之間的推送和共享。

圖2 T1時刻網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖