智慧充電生態(tài)重構(gòu)：解碼新能源汽車基建的可持續(xù)發(fā)展路徑

以新能源汽車民用充電樁為研究對(duì)象，在分析充電樁建設(shè)運(yùn)營(yíng)的政府推動(dòng)模式、電網(wǎng)企業(yè)推動(dòng)模式、汽車廠商推動(dòng)模式等三種模式利弊的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，提出我國(guó)現(xiàn)階段應(yīng)實(shí)行汽車廠商與電網(wǎng)企業(yè)聯(lián)盟建設(shè)充電樁的模式。

建立一個(gè)考慮政府補(bǔ)助，建設(shè)成本和運(yùn)行成本的充電樁利潤(rùn)函數(shù)模型，并提出充電樁運(yùn)營(yíng)的基本思路，為新能源汽車充電在中國(guó)的長(zhǎng)期發(fā)展提供思路和理論基礎(chǔ)。

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引言

近年來(lái)隨著環(huán)境惡化、節(jié)能減排、國(guó)家能源安全等問(wèn)題不斷被提上議程，新能源汽車也再次進(jìn)入世人的眼簾，政府因勢(shì)利導(dǎo)出臺(tái)了一系列政策和法規(guī)。然而目前電動(dòng)車在國(guó)內(nèi)的推廣情況依然不容樂(lè)觀，據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，2013年全國(guó)僅銷售新能源汽車17642輛，其中主要是出租及公交系統(tǒng)，私家車?guó)P毛麟角。

由于公交系統(tǒng)容量有限，私家車才是推動(dòng)新能源汽車產(chǎn)業(yè)化的主力軍。但目前民用電樁建設(shè)困難，汽車廠商在電力技術(shù)問(wèn)題上難以突破，而電網(wǎng)企業(yè)缺少終端客戶信息，建樁大量閑置，造成盲目投資。

因此民用新能源汽車充電樁建設(shè)方面的缺失，制約了新能源汽車的市場(chǎng)化，而選擇合適的運(yùn)營(yíng)模式，對(duì)于充電樁建設(shè)初期至關(guān)重要，進(jìn)而影響到整個(gè)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。面對(duì)這種局勢(shì)提出由汽車廠商和電網(wǎng)企業(yè)聯(lián)盟建設(shè)充電樁的模式。

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相關(guān)研究回顧

新能源汽車是零污染、零排放的新能源綠色產(chǎn)品，具有良好的發(fā)展前景，而新能源汽車的能量補(bǔ)給是其發(fā)展的前提和基礎(chǔ)，針對(duì)此問(wèn)題，現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)充電站的布局規(guī)劃、選址、設(shè)施利用率及運(yùn)行模式研究較多，而針對(duì)民用充電樁的研究較少，對(duì)于充電樁的運(yùn)營(yíng)分析更是鮮有，因此本文針對(duì)慢充方式的充電樁運(yùn)營(yíng)模式進(jìn)行研究，以期提出一種合理的充電樁運(yùn)營(yíng)模式，盡快完善新能源汽車的基礎(chǔ)設(shè)施水平，推動(dòng)新能源汽車的市場(chǎng)化進(jìn)程。

03

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國(guó)際主流的三種充電樁運(yùn)營(yíng)模式分析

目前國(guó)際主流的充電樁運(yùn)營(yíng)模式有三種，它們分別是:政府為推動(dòng)的充電樁運(yùn)營(yíng)模式、電網(wǎng)企業(yè)為推動(dòng)的充電樁運(yùn)營(yíng)模式、汽車廠商為推動(dòng)的充電樁運(yùn)營(yíng)模式。它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，接下來(lái)將對(duì)比結(jié)果分別進(jìn)行如下論述:

政府為推動(dòng)的充電樁運(yùn)營(yíng)模式，即政府作為新能源汽車充電樁的投資主體，政府組織汽車廠商、電力供應(yīng)商、設(shè)備供應(yīng)商共同參與充電樁的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)，代表國(guó)家如日本和美國(guó)。該模式適用于新能源汽車發(fā)展初期、商業(yè)化運(yùn)行規(guī)模較小的階段，需要政府鼓勵(lì)和扶持企業(yè)從事充電樁的建設(shè)。政府出資建設(shè)運(yùn)營(yíng)充電樁，產(chǎn)生的虧損可由財(cái)政負(fù)擔(dān)，可促進(jìn)新能源汽車商業(yè)化運(yùn)行的實(shí)施和發(fā)展，但是隨著充電樁數(shù)量的增加，投資需求變大，政府財(cái)政將難以支撐，且該模式由于缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，會(huì)導(dǎo)致充電樁項(xiàng)目效率低下。

電網(wǎng)企業(yè)為推動(dòng)的充電樁運(yùn)營(yíng)模式，即電網(wǎng)企業(yè)作為新能源汽車充電樁的投資主體，負(fù)責(zé)新能源汽車充電樁的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)，充電設(shè)施具有完全的商業(yè)化性質(zhì)，代表國(guó)家有法國(guó)和德國(guó)。該模式適用于新能源汽車商業(yè)化運(yùn)行規(guī)模較大，充電用戶規(guī)模和服務(wù)需求相對(duì)穩(wěn)定，投資渠道通暢。目前已有國(guó)家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)承擔(dān)新能源汽車充電樁的建設(shè)。電網(wǎng)企業(yè)建設(shè)充電樁是看好充電樁的盈利前景，電網(wǎng)企業(yè)建充電樁具備電力資源優(yōu)勢(shì)、網(wǎng)絡(luò)傳輸優(yōu)勢(shì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)勢(shì)，但是缺少終端銷售網(wǎng)絡(luò)和充電樁的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)。

汽車廠商為推動(dòng)的充電樁運(yùn)營(yíng)模式，即汽車廠商為促進(jìn)新能源汽車的推廣需要，自己投資建設(shè)充電樁，如新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)通用、豐田都是自己建設(shè)運(yùn)營(yíng)充電樁，為用戶提供商業(yè)化的充電服務(wù)。該模式適用于新能源汽車商業(yè)化運(yùn)行規(guī)模較大，充電服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施良好、商業(yè)化條件成熟、投資渠道通暢的發(fā)展階段。汽車廠商投資充電樁，是將充電樁的建設(shè)視為新能源汽車后市場(chǎng)服務(wù)的部分內(nèi)容，將產(chǎn)品與服務(wù)價(jià)值鏈整合，也是按照市場(chǎng)化原則實(shí)施商業(yè)化運(yùn)作。但是當(dāng)充電樁大規(guī)模增加時(shí)，提供的電力和技術(shù)可能無(wú)法滿足實(shí)際需求，充電樁利潤(rùn)受到電價(jià)波動(dòng)的影響。

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我國(guó)新能源汽車充電樁運(yùn)營(yíng)模式的選擇

截至2013年底，我國(guó)各類新能源汽車?yán)塾?jì)銷售大約4.5萬(wàn)輛，遠(yuǎn)落后于美國(guó)累計(jì)銷售20萬(wàn)輛，其中私人購(gòu)置新能源汽車只有一小部分。新能源汽車在我國(guó)還處于發(fā)展初期，新能源汽車基數(shù)小，截至2013年底電網(wǎng)企業(yè)已累計(jì)建成1.9萬(wàn)臺(tái)充電樁，并且一小區(qū)27個(gè)充電樁僅一業(yè)主開(kāi)新能源汽車，電網(wǎng)企業(yè)布局充電樁閑置情況各地都有存在，電網(wǎng)企業(yè)要想獲得盈利，還是處于“萬(wàn)里長(zhǎng)征第一步”都沒(méi)開(kāi)始的階段。

因此現(xiàn)階段不宜單純采用某一種模式，較為理想的選擇應(yīng)是“汽車廠商+電網(wǎng)企業(yè)”的聯(lián)盟模式，即汽車廠商和電網(wǎng)企業(yè)聯(lián)盟建設(shè)運(yùn)營(yíng)充電樁。電網(wǎng)企業(yè)具有電能提供的條件，汽車廠商擁有龐大的終端銷售網(wǎng)絡(luò)以及掌握著充電樁的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，二者的合作能到達(dá)互利共贏的局面。汽車廠商在電力技術(shù)問(wèn)題上難以突破，而電網(wǎng)企業(yè)建設(shè)充電樁也離不開(kāi)汽車廠商，所以雙方的聯(lián)盟可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ):推動(dòng)新能源汽車標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，推動(dòng)新能源汽車市場(chǎng)化進(jìn)程。該模式不僅具備理論依據(jù)，而且可以克服單純的電網(wǎng)企業(yè)推動(dòng)模式和汽車廠商推動(dòng)模式的缺點(diǎn)，能較好地滿足現(xiàn)階段充電樁建設(shè)與運(yùn)營(yíng)的需要。

4.1

汽車廠商與電網(wǎng)企業(yè)聯(lián)盟模式的理論依據(jù)

該模式的理論基礎(chǔ)是20世紀(jì)90年代后半期西方發(fā)達(dá)國(guó)家興起，并逐步波及到世界各國(guó)及地區(qū)，成為各國(guó)及地區(qū)普遍采用的供應(yīng)鏈合作伙伴關(guān)系理論，該理論的核心思想是供應(yīng)鏈管理應(yīng)當(dāng)以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向、以顧客需求為中心，通過(guò)合同方式核心企業(yè)與成員企業(yè)建立起來(lái)的共享收益和共擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的一種合作伙伴關(guān)系。

汽車廠商與電網(wǎng)企業(yè)聯(lián)盟模式是該模式在新能源汽車充電樁建設(shè)運(yùn)營(yíng)上的具體應(yīng)用。供應(yīng)鏈合作伙伴關(guān)系管理主要是指核心企業(yè)與成員企業(yè)之間在相互信任的基礎(chǔ)上建立合作機(jī)制。

4.2

汽車廠商與電網(wǎng)企業(yè)聯(lián)盟模式的可行性分析

大規(guī)模建設(shè)充電樁需要大量的土地征用和高額的成本，而汽車廠商與電網(wǎng)企業(yè)聯(lián)盟建設(shè)充電樁，能進(jìn)行成本分?jǐn)?、利益共享、風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)?，能?yōu)化資源配置，減少市場(chǎng)成本。

2014年公布的數(shù)據(jù)表明：今明兩年全國(guó)充電樁建設(shè)的投資額將超過(guò)600億其中關(guān)于充電樁設(shè)備采購(gòu)的預(yù)算達(dá)到了120億元所以初期成本巨大。據(jù)美國(guó)洛基山研究所(RockyMountain Institute)近日對(duì)汽車制造商、充電樁服務(wù)商、研究機(jī)構(gòu)和不同城市做了一項(xiàng)調(diào)查，分析了目前家庭充電樁的建設(shè)成本，包括硬件設(shè)施、材料、人工費(fèi)和安裝等項(xiàng)目。

4.3

聯(lián)盟模式下充電樁的運(yùn)營(yíng)分析

目前政府對(duì)充電基礎(chǔ)設(shè)施的補(bǔ)助力度在加大，政府為了鼓勵(lì)新能源汽車的使用，2013年上海市出臺(tái)了新能源汽車充電樁的補(bǔ)貼政策，一個(gè)充電樁至高可享受30%的補(bǔ)貼，建樁的成本將大大減少。

政府不直接參與基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，而應(yīng)是制定發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行市場(chǎng)規(guī)范，必要的時(shí)候提供一些有效的激勵(lì)政策。充電樁是向新能源汽車用戶提供快速、高質(zhì)量的電能供應(yīng)服務(wù)，其建設(shè)運(yùn)營(yíng)需要綜合考慮充電汽車數(shù)量、運(yùn)行費(fèi)用、政府政策等因素。本文探討的充電樁是小區(qū)民用充電樁，應(yīng)區(qū)別于公用充電樁。

汽車廠商和電網(wǎng)企業(yè)聯(lián)盟模式下充電樁的普及率會(huì)大幅度提高，新能源汽車的潛在消費(fèi)人群就不用擔(dān)心充電問(wèn)題。電網(wǎng)企業(yè)負(fù)責(zé)充電智能網(wǎng)絡(luò)的鋪設(shè)，汽車廠商將充電設(shè)施納入自身的產(chǎn)品售后服務(wù)體系，由于汽車廠商掌握著終端客戶的信息，雙方的聯(lián)盟能給新能源汽車消費(fèi)群體帶來(lái)便利。

建設(shè)初期電網(wǎng)企業(yè)和汽車廠商共同支付一定的建樁費(fèi)，當(dāng)用戶給新能源汽車充電時(shí)電網(wǎng)企業(yè)和汽車廠商向用戶收取一定的充電費(fèi)用來(lái)實(shí)現(xiàn)自身的盈利。新能源汽車充電電價(jià)將按民用電價(jià)加上10%的利潤(rùn)值收費(fèi)，執(zhí)行峰谷電價(jià)優(yōu)惠，夜間充電將更便宜。

4.4

聯(lián)盟模式下雙方職責(zé)界定

國(guó)家電網(wǎng)在建設(shè)方面負(fù)有以下職責(zé)，負(fù)責(zé)制定充電樁建設(shè)管理的制度、辦法、標(biāo)準(zhǔn);負(fù)責(zé)充電樁建設(shè)的總體規(guī)劃編制與實(shí)施;負(fù)責(zé)制定充電樁建設(shè)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn);負(fù)責(zé)充電網(wǎng)絡(luò)的布線與供電。在運(yùn)行方面，合理核定新能源汽車充電樁的運(yùn)營(yíng)成本和服務(wù)價(jià)格;負(fù)責(zé)研究、協(xié)調(diào)充電樁運(yùn)行過(guò)程中的重大事項(xiàng)和問(wèn)題;負(fù)責(zé)指導(dǎo)、監(jiān)督、考核、評(píng)價(jià)充電樁的運(yùn)行管理工作。

汽車廠商的主要職責(zé)是給消費(fèi)者安裝充電樁;為新能源汽車用戶提供安全可靠的更好服務(wù);不斷提高新能源汽車充電樁的運(yùn)營(yíng)效率;不斷促進(jìn)新能源汽車充電樁的技術(shù)革新。

總之電網(wǎng)企業(yè)一方面為充電樁供電，作為能源供給方，另一方面建設(shè)充電樁直接參與市場(chǎng)，輸配電等關(guān)鍵環(huán)節(jié)和運(yùn)營(yíng)管理由電網(wǎng)企業(yè)負(fù)責(zé)。出資與設(shè)備提供由汽車廠商負(fù)責(zé)，并委派4S店負(fù)責(zé)給新能源汽車用戶安裝充電樁。

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應(yīng)用方案

圖1 有序充電管理系統(tǒng)示意圖

圖2 平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

充電運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的充電設(shè)施管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)充電樁的監(jiān)控、調(diào)度和管理，提高充電樁的利用率和充電效率，提升用戶的充電體驗(yàn)和服務(wù)質(zhì)量。用戶可以通過(guò)APP或小程序提前預(yù)約充電，避免在充電站排隊(duì)等待的情況，同時(shí)也能為充電站提供更準(zhǔn)確的充電需求數(shù)據(jù)，方便后續(xù)的調(diào)度和管理。

通過(guò)平臺(tái)可對(duì)充電樁的功率、電壓、電流等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理充電樁故障和異常情況對(duì)充電樁的功率進(jìn)行控制和管理，確保充電樁在合理的功率范圍內(nèi)充電，避免對(duì)電網(wǎng)造成過(guò)大的負(fù)荷。

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安科瑞充電樁云平臺(tái)具體的功能

平臺(tái)除了對(duì)充電樁的監(jiān)控外，還對(duì)充電站的光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)以及供電系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控和統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，提高充電站的運(yùn)行可靠性，降低運(yùn)營(yíng)成本，平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 充電樁運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

大屏顯示：展示充電站設(shè)備統(tǒng)計(jì)、使用率排行、運(yùn)營(yíng)統(tǒng)計(jì)圖表、節(jié)碳量統(tǒng)計(jì)等數(shù)據(jù)。

圖4 大屏展示界面

站點(diǎn)監(jiān)控：顯示設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)、設(shè)備列表、設(shè)備日志、設(shè)備狀態(tài)統(tǒng)計(jì)等功能。

圖5 站點(diǎn)監(jiān)控界面

設(shè)備監(jiān)控：顯示設(shè)備實(shí)時(shí)信息、配套設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備實(shí)時(shí)曲線、關(guān)聯(lián)訂單信息、充電功率曲線等。

圖6 設(shè)備監(jiān)控界面

運(yùn)營(yíng)趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)：顯示運(yùn)營(yíng)信息查詢、站點(diǎn)對(duì)比曲線、日月年報(bào)表、站點(diǎn)對(duì)比列表等功能。

圖7 運(yùn)營(yíng)趨勢(shì)界面

收益查詢：提供收益匯總、實(shí)際收益報(bào)表、收益變化曲線、支付方式占比等功能。

圖8 收益查詢界面

故障分析：提供故障匯總、故障狀態(tài)餅圖、故障趨勢(shì)分析、故障類型餅圖等功能。

圖9 故障分析界面

訂單記錄：提供實(shí)時(shí)/歷史訂單查詢、訂單終止、訂單詳情、訂單導(dǎo)出、運(yùn)營(yíng)商應(yīng)收信息、充電明細(xì)、交易流水查詢、充值余額明細(xì)等功能。

圖10 訂單查詢界面

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產(chǎn)品選型

安科瑞為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式，便攜式、壁掛式、落地式等多種類型的充電樁，包含智能7kw/21kw交流充電樁，30kw直流充電樁，60kw/80kw/120kw/180kw直流一體式充電樁來(lái)滿足新能源汽車行業(yè)快速、經(jīng)濟(jì)、智能運(yùn)營(yíng)管理的市場(chǎng)需求。

實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池快速、安全、合理的電量補(bǔ)給，同時(shí)為提高公共充電樁的效率和實(shí)用性，具有有智能監(jiān)測(cè)：充電樁智能控制器對(duì)充電樁具備測(cè)量、控制與保護(hù)的功能；智能計(jì)量：輸出配置智能電能表，進(jìn)行充電計(jì)量，具備完善的通信功能；云平臺(tái)：具備連接云平臺(tái)的功能，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，財(cái)務(wù)報(bào)表分析等等；遠(yuǎn)程升級(jí)：具備完善的通訊功能，可遠(yuǎn)程對(duì)設(shè)備軟件進(jìn)行升級(jí)；保護(hù)功能：具備防雷保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)，漏電保護(hù)和接地保護(hù)等功能；適配車型：滿足國(guó)標(biāo)充電接口，適配所有符合國(guó)標(biāo)的新能源汽車，適應(yīng)不同車型的不同功率。下面是具體產(chǎn)品的型號(hào)和技術(shù)參數(shù)。

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現(xiàn)場(chǎng)圖片

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結(jié)論

從以上的分析表明，汽車廠商和電網(wǎng)企業(yè)同時(shí)參與并建立聯(lián)盟，是新能源汽車充電樁市場(chǎng)上至為合理的合作模式。

本文還以充電樁綜合至大利潤(rùn)為目標(biāo)，該目標(biāo)函數(shù)考慮了建設(shè)充電樁所需的充電電器等固定設(shè)備成本以及人工工資、設(shè)備維護(hù)費(fèi)用等運(yùn)行成本，求解了能使充電樁利潤(rùn)至大化的新能源汽車運(yùn)營(yíng)數(shù)量，同時(shí)通過(guò)matlab對(duì)某假定區(qū)域新能源汽車充電樁和新能源汽車數(shù)量的配比進(jìn)行了仿真。

至終得出了一些有意義的結(jié)論:（1）充電樁服務(wù)的至優(yōu)新能源汽車數(shù)量與發(fā)電的成本系數(shù)相關(guān)，隨著發(fā)電的成本系數(shù)的減小，運(yùn)營(yíng)的新能源汽車數(shù)量變大，聯(lián)盟運(yùn)營(yíng)充電樁模式的利潤(rùn)呈先減小后增加的趨勢(shì)。（2）當(dāng)新能源汽車規(guī)模較小時(shí)，充電樁的數(shù)量應(yīng)該隨著新能源汽車的數(shù)量增加而建設(shè);當(dāng)運(yùn)營(yíng)的新能源汽車數(shù)量達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，新能源汽車市場(chǎng)穩(wěn)定，充電樁可以共用，建充電樁的速度可適當(dāng)放緩。

本文一些研究結(jié)論是在一定的假設(shè)條件下得出的，但針對(duì)充電樁聯(lián)盟運(yùn)營(yíng)模式所采用的建模思路、量化分析方法，以及研究中所得出的結(jié)論，將為實(shí)際中電樁聯(lián)盟建設(shè)運(yùn)營(yíng)提供思路和模式。另外對(duì)于汽車廠商和電網(wǎng)企業(yè)聯(lián)盟后的利潤(rùn)分配設(shè)計(jì)問(wèn)題，還可以進(jìn)一步采用收益共享契約進(jìn)行探討。

審核編輯 黃宇