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充电站典型模块设计及经济效益分析

作者:admin 来源:未知 日期:2020-09-09 08:22人气:
摘要:为了探究电动汽车充电站方案设计并寻求其最大经济效益,以福建省为例,基于福建省地标对箱变容量的规定以及现有市场充电桩规格,设计了4种充电站典型模块。通过对租金模式和服务费分成模式进行财务对比以及敏感因素影响研究,分析不同方案的经济效益。结果显示,采用大功率的充电桩经济性好,单位投资最低,收益率高。研究结果对充电站运营模式的选择、规模确定、设备选型等起到一定指导作用,同时对全国范围内充电站的建设也具有一定的参考价值。
 
关键词:充电站;典型模块设计;经济效益;对比分析
 
在石化资源逐步枯竭、大气污染日趋严重的大背景下,大力发展新能源汽车已成为社会共识。电动汽车因具有零排放、节约能源、使用成本低等优点而广受青睐。特别是中国电动汽车市场呈爆发之势,这从根本上刺激了充电设施建设和运营需求。电动汽车保有量高速增长亦使充电站的配套建设愈加紧迫。根据国家发改委2015年11月印发的《电动汽车充电基础设施发展指南(2015—2020年)》,到2020年,新增集中式充换电站超过1.2万座,分散式充电桩超过480万个,以满足全国500万~600万辆电动汽车的充电需求。据中国电动充电基础设施促进联盟2019年7月10日发布的最新电动汽车充电基础设施整体情况,截至2019年6月,全国充电基础设施累计数量约100.2万台,距离480万个的要求仍差约380万个,缺口巨大。另据《关于加快充电基础设施建设促进新能源汽车推广应用的实施方案》(闽发改能源〔2017〕649号)文,为配套支撑35万辆电动汽车充电,需要加快新能源汽车推广应用,推行绿色低碳生产生活方式。按照“立足实际、适度超前”的基本原则,结合福建省电动汽车分年度推广应用计划和实际数量,提出全省充电基础设施分年度建设目标。到2020年,全省累计建成固定充电桩及移动储能充电设施28万个,桩车比达到0.8∶1,以满足全省累计35万辆电动汽车的充电需求。无论是全国还是福建省,充电站市场潜力可观,对充电站进行经济技术研究意义重大。目前,围绕充电桩的优化配置[1]、运营模式[2-3]、选址[4-5]等问题进行了较多的研究,国家及地方也配套颁布了一些规程规范[6-12]。本文以福建省内建设充电站为例,结合福建省地标《福建省电动汽车充电基础设施建设技术规程》(DBJ13-278-2017)中对箱变容量的相关规定及市面上常用充电桩的规格,设定了4种充电站典型模块。在此基础上,论文进行了进一步的经济效益对比分析。本文研究结果对福建省内充电站运营模式选择、规模确定、设备选型等有一定的指导意义,同时对全国范围内充电站的建设也具有一定的参考价值。
 
1充电站典型模块设计
 
充电站的建设规模除了受场地限制外,也受限于变压器的容量。根据《福建省电动汽车充电基础设施建设技术规程》(DBJ13-278-2017)中5.2.1(2)条:当充电设备总安装容量较大且布置相对集中时宜单独设置变压器;5.2.2(4)条:不具备低压接入条件且不具备条件建设变配电房的电动汽车充电场站,可采用高压接入箱式变电站供电方式,并设置相应的安全设施,箱式变压器的额定容量不宜大于800kVA。另根据5.1节用电负荷可得,对于1个充电场站,假定有台相同的直流充电桩,考虑变压器合理的负载率80%,则变压器容量:式中:P1为单台充电桩功率;cos为功率因数,根据规程要求,充电站功率因数应达到0.9以上,取0.95;η为充电桩工作效率,高频开关整流充电桩取0.92;K为同时系数,根据规范DBJ13-278-2017中5.1.3条:采用单体充电设备,1对1充电,没有统一负荷调度,无法进行充电排序的,同时系数宜取值0.8。根据上述条件可得:式中:Smax取800kVA;目前市面上比较普遍的充电桩单台功率为60kW、120kW和150kW,则可得出:(1)P1=60kW时,n≤11.7;(2)P1=120kW时,n≤5.8;(3)P1=150kW时,n≤4.7。综上,本项目设定了4种充电站模块,设计汇总如下。模块1:充电桩功率选60kW时,充电站安装的充电桩数量不超过11台;模块2:充电桩功率选120kW时,充电站安装的充电桩数量不超过5台;模块3:充电桩功率选150kW时,充电站安装的充电桩数量不超过4台;模块4:结合功率150kW充电桩,加入选取充电桩群充模式,采用箱变(含4组150kW1拖4群充)及直流充电终端。
 
2福建省充电站盈利来源
 
目前福建省内运营的充电站主要盈利来源为服务费和补贴。
 
2.1服务费
 
一般情况,服务费是运营企业最直接的收入来源,也是较为普遍的一种运营模式。2014年国家发改委下发《关于电动汽车用电价格政策有关问题的通知》,明确充换电设施经营企业可向用户收取电费和一定的充换电服务费。其中,电费按照国家规定的电价政策执行;充换电服务费由地方按照“有倾斜、有优惠”原则实行政府指导价管理。福建省充电电费为固定电费,上缴给售电公司;服务费为充电站运维利润来源。根据福建省物价局《关于进一步完善电动汽车充电服务价格有关问题的通知》(闽价服〔2017〕123号):(1)电动乘用车充电服务价格实行政府指导价管理,按充电电量收取。(2)经营性集中式充电设施充电服务价格上限标准:电动乘用车1.00元/kWh(不含电费),下浮不限。经营者可在规定的上限价格之内确定具体价格。(3)对向电网经营企业直接报装接电的经营性集中式充换电站用电,暂免收基本电费、不执行峰谷分时电价,电度电价按当地大工业目录电度电价减半执行。综上,福建省2017年7月1日起执行的大工业电价为0.5802元/kWh,因此经营性集中式充换电站充电电度电价为:0.2901元/kWh。服务费:电动乘用车不超过1.00元/kWh(不含电费),下浮不限。
 
2.2充电桩补贴
 
根据福建省政府发布的《关于下达2016年省级新能源非公交汽车推广应用和充电设施建设奖补资金的通知》(闽经信计财〔2016〕439号)文件精神:2016年充电设施建设补助资金标准为直流快充桩495元/kW;2019年的公用直流桩、公用交流桩补助金额按照2016年标准退坡20%;2020年的公用直流桩、公用交流桩补助金额按照2016年标准退坡30%。
 
34种充电站典型模块经济效益分析
 
3.1经济效益边界设定
 
结合福建省实际情况,参考已投产的充电站运营情况,经济效益边界设定如下:(1)充电站运营模式。场地租金模式:参考市场上充电设施投资公司在福建已建充电站项目的场地租金,暂定每车位600元/月。服务费分成模式:分成比例暂按停车场方占20%,项目投资方80%。(2)效益分析边界条件。服务价格,参照其它省市及福建省已投项目充电服务费标准,暂按0.6元/kWh收取。充电设备有效工作时间,按10h/d计算。充电站年运行天数,按300天考虑。折旧年限,国家规定的充电桩的使用寿命为不低于5年折旧,本次按10年折旧。充电站运营期为10年。充电站建设周期一般约3个月。充电机负载率按50%考虑。(3)运营成本。对于租金模式,充电站营业成本=折旧费+运营维护成本+充电站物业成本+充电站修缮成本+电量损耗费+场地租金。其中,折旧费,折旧率按5%,按10年折旧,残值率考虑5%;运营维护成本,包括设备修理维护费、备品备件等;每年的维修费按充电站固定资产总值的6%的计提比例测算;充电站修缮成本,包括充电站配套辅助设施的修缮费用,每站每年按5万元测算;电量损耗费,充电站的整站用电效率按0.9测算,购电费0.2901元/kWh。相较于租金模式,服务费分成模式的营业成本不包括场地租金。(4)营业收入。对于租金模式,营业收入=充电服务费收入=充电服务价格×充电设备额定功率×充电设备负载率×充电设备每天有效充电时间×充电站运行天数÷10000。相较于租金模式,服务费分成模式营业收入为正常收入的80%。(5)税收及补贴。增值税率6%;城市维护建设税率7%;教育税及附加税率5%;教育税及附加税率5%;所得税率25%;2019年福建省公用直流桩补贴为396元/kW。
 
3.2单个典型模块经济效益分析
 
每年充电站经济效益=营业收入-营业成本。以11台60kW一体式充电桩典型模块为例,对单个典型模块经济效益分析,计算得出租金模式和服务分成模式下财务评价结果表2所示,其他模块以此参照。由表2可见,服务费分成模式(8成)比租金模式经济效益好,投资回收期短。同一模式下,有政府补贴将缩短充电站投资回收周期。在有补助资金情况下,对建设投资和充电桩利用天数两个因素变化±10%以及充电服务费和每天有效工作时间变化时的敏感性分析,结果如表3所示。结合表2,由表3可得,建设投资和有效利用天数对内部收益率的影响均较明显,提高有效利用天数比减少建设投资更有利于提高内部收益率。由表4可得,充电服务费变化时,对两种运营模式的收益率影响均较大。随着充电服务费增加,内部收益率增加,但同等条件下两种模式受充电服务费影响差别不大。由表5可见,随着有效工作时间的不断减少,内部收益率减少的十分明显,特别是对于租金模式,每天有效工作时间为9h时,内部收益率已接近10%。显然,在有效工作时间难以确定时,建议采用服务分成模式内部收益率更有保障。3.34种典型模块经济效益分析对4种典型模块的投资与收益率对比,如表6。由上可见,选用150kW充电桩的单位千瓦综合投资最低,投资收益率最高,选用120kW充电桩单位千瓦综合投资次之,投资收益率稍高,但与选用150kW充电桩的单位千瓦综合投资相差不大,选用60kW充电桩单位千瓦综合投资最高,投资收益率稍低。可见采用大功率充电桩经济性更有优势。
 
4结论
 
结合福建省地标对箱变容量的限制,设定了11台60kW直流快充、5台120kW直流快充、4台150kW直流快充及4台150kW智能群充等4种充电站模块。考虑了服务费用分成模式和租金模式2种模式,进行财务对比分析,可得:(1)由于建设投资、充电桩有效利用天数、充电服务费和每天有效工作时间变化时,对服务费用分成模式和租金模式的影响均较大。其中,充电桩有效利用天数和每天有效工作时间变化受充电站位置影响很大。可见,充电站选址很关键。(2)服务费用分成模式比租金模式经济效益好,投资回收期短,特别是在各敏感因素不太明确时,建议尽可能采用服务分成模式。(3)政府补贴政策将明显缩短充电站投资回收周期,对促进充电桩行业发展,提高企业建设积极性,减少企业投资压力具有积极意义。(4)采用大功率充电桩经济性较好,收益率较高,建议新增项目多采用120kW及150kW大功率充电桩。
 
参考文献
 
1张帝,姜久春,张维戈,等.电动出租车充电桩优化配置[J].电工技术学报,2015,30(18):181-188.
 
2周逢权,连湛伟,王晓雷,等.电动汽车充电站运营模式探析[J].电力系统保护与控制,2010,38(21):63-66.
 
3刘娟娟,曹胜兰.电动汽车充电桩运营模式研究[J].科技管理研究,2015,19(38):202-208.
 
4黄振森,杨珺.考虑服务容量的充电站选址问题[J].工业工程与管理,2015,20(5):111-118.
 
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6福建省电动汽车充电基础设施建设技术规程:DBJ13-278-2017[S].福州:福建科学技术出版社,2017.
 
7电动汽车充电基础设施建设技术规范:DGTJ08-2093-2012[S].上海:[出版社不详],2012.
 
8电动汽车传导充电用连接装置:GBT20234.3-2015[S].北京:中国标准出版社,2015.
 
9电动汽车充电站通用要求:GB/T29781-2013[S].北京:中国标准出版社,2013.
 
10电动汽车充换电设施建设技术导则:NB/T33009-2013[S].北京:中国电力出版社,2013.
 
11电动汽车充电站设计规范:GB50966-2014[S].北京:中国计划出版社,2014.
 
12电动汽车分散充电设施工程技术标准:GB/T51313-2018[S].北京:中国计划出版社,2018.
 
作者:黄陈锋 黄银华 郭燕强 罗新才 陈航鹏 丘宗南 单位:福建闽投电力有限责任公司福建福州 中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司

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