中國新能源汽車充電基礎設施發展現狀與應對策略

趙世佳，趙福全，郝 瀚，劉宗巍

(清華大學汽車產業與技術戰略研究院，汽車安全與節能國家重點實驗室，北京 100084)

中國新能源汽車充電基礎設施發展現狀與應對策略

趙世佳，趙福全，郝 瀚，劉宗巍

(清華大學汽車產業與技術戰略研究院，汽車安全與節能國家重點實驗室，北京 100084)

充電基礎設施的建設和運營對于新能源汽車的推廣應用具有重要意義。近年來，中國充電基礎設施的發展取得了一些成績，但仍存在一些問題，總體上滯后于新能源汽車的增速，對新能源汽車產業的可持續發展構成了制約，必須給予高度重視。本文綜合分析了全球和中國新能源汽車充電基礎設施的發展現狀，系統闡述了行業層面和企業層面存在的問題，在此基礎上，結合未來發展趨勢提出了加快新能源汽車充電基礎設施建設的具體策略和建議。

新能源汽車；充電基礎設施；汽車產業；智能化

1 引言

隨著能源和環境的挑戰日益嚴峻，世界各國紛紛致力于推進新能源汽車的普及推廣，全球汽車產業進入了動力革命的全新發展階段[1-2]。在中國，發展新能源汽車已經成為國家戰略：一方面，新能源汽車對于后發趕超、建成汽車強國具有重要意義[3-4]，另一方面，發展新能源汽車是解決能源緊缺、環境污染等問題的重要舉措。在《中國制造2025》汽車領域規劃中，節能與新能源汽車被列為重點領域之一，明確提出了到2025年新能源汽車在國內汽車市場占比達15%的發展目標[5]。2016年國務院出臺的《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》重點提出推動新能源汽車產業快速壯大，構建可持續發展新模式[6]。

作為電動汽車和插電式混合動力汽車補給電能的重要配套設施，充電基礎設施發展的滯后，是影響消費者對新能源汽車接受程度的因素之一[7]。近年來，中國從頂層設計、建設獎勵、電價優惠、行業管理等維度密集出臺多項充電基礎設施相關支持政策和指導意見，加快充電基礎設施的建設，鼓勵充電服務企業創新商業模式。站在全球視角下，系統研究和對比分析作為全球第一大新能源汽車市場的中國的充電基礎設施發展實踐，有助于把握中國新能源汽車推廣進程，并為其他國家提供有益的參考。

國內外學者關于新能源汽車充電基礎設施的布局規劃、技術發展、有序充電等方面進行了大量研究。王暋輝綜合考慮了充電站城市交通公共服務設施和普通用電設施雙重屬性,采用超效率數據包絡分析評價方法，建立了充電站多目標規劃模型[8]。He基于駕駛員的駕駛行為和充電需求，以最小化其旅行和充電時間，探討了如何在公路網絡上優化電動汽車的公共充電站[9]。Asamer應用800輛出租車的運營數據，識別和估計電動出租車的充電需求，最大限度地滿足充電需求，規劃充電站的大體區域，該方法在2014年應用于奧地利維也納出租車充電站的布局規劃[10]。徐智威以電動汽車充電站運營收益最大化為目標,以配電變壓器容量及最大限度滿足用戶充電需求為約束條件，建立充電站電動汽車有序充電的數學模型，進而有助于提高電動汽車充電站的經濟效益[11]。

2 新能源汽車充電基礎設施發展分析

2.1 充電方式分類

目前，新能源汽車電能供給的方式主要分為整車充電和電池更換兩種方式。整車充電方式根據充電裝置和汽車接受裝置的不同連接形式分為傳導式充電和感應式充電[12]，此外還有直接更換電池的換電模式。其中，傳導式充電包括交流充電和直流充電兩種，感應式充電即無線充電。

不同新能源充電基礎設施的使用場景不同，充電特點不盡相同，如表1所示。交流充電是交流電流入車載充電機，經其轉換后輸出直流電，對動力電池進行充電，受車載充電裝置功率的限制(通常為3.5kW/7kW)，充電效率較低，充電時間長，一般需要6～10小時。交流充電的突出特點在于充分利用夜間波谷充電，緩解電網壓力，交流充電樁主要建設在居民小區、單位大樓，適用于私家車、單位和集團車輛。建設成本和運營成本均較低，但是由于交流充電樁較為分散，管理和維護難度非常大。

直流充電通過充電機整流后，為新能源汽車進行快速充電，由于充電機功率較大(通常為 45～60kW)，直流充電速度較快。直流充電樁通常位于中、大型城市、高速公路充電站內，主要適用于公交車、出租車及私家車，特斯拉超級充電站是當今電動汽車直流充電技術的代表，其功率達到了120kW。直流充電建設和運營成本較高，一旦形成規模效應，收益將大幅提升。

作為感應式充電方式，無線充電的送電裝置及受電裝置之間沒有物理連接，完全通過電磁波傳輸能量，無線充電可以通過停車位和專用車道對新能源汽車實現大規模充電，目前在公交領域有所應用，后續在乘用車市場有較大的拓展潛力。挑戰在于充電效率和配套設施的建設與維護成本。

換電方式憑借標準化、便捷化的特點，在公交車、出租車等特定使用場景具有優勢，主要特點是能源補給時間短，有利于合理安排充電功率，減小對電網的沖擊負荷。但這種方式的前提是高度統一的電池規格與標準，同時還要打消電池所有者對于更換電池的顧慮，因此換電模式在私人出行領域是否具有可行性仍有待探索。

表1 不同新能源汽車充電方式的比較

2.2 全球充電基礎設施發展分析

目前，隨著全球新能源汽車銷量的迅猛增長，主要國家都在加緊布局充電基礎設施建設，全球充電基礎設施保有量快速增長。

從建設扶持角度看，各國政府采取不同措施積極支持新能源充電基礎設施建設，支持方式以財政補貼和財稅減免為主。例如，2015年美國聯邦基金支持建立36500個公共充電樁；日本政府出資建立500個快充和650個標準充電樁的財政資金；法國政府為搭建全國范圍內充電網絡，對私人投資建設充電樁進行財政減免[13]。

從發展規模角度看，全球充電基礎設施迎來高速增長期。在總量方面，全球充電基礎設施從2014年82萬個增長到2015年145萬個，主要以私人充電樁為主，公共充電樁占比穩定在13%左右。在增長速度方面，2015年新能源汽車充電基礎設施的增長率與電動汽車增長率相當，達到70%以上，其中公共快充和慢充領域的增長率分別為63%和73%[14](注：慢充樁包括22kW以下充電樁，快充樁包括直流43kW充電樁、直流充電樁、特斯拉充電樁)。在人均方面，日本、美國、歐洲國家具有較大優勢，中國充電基礎設施總量世界領先，但由于人口基數大，人均水平不容樂觀，美國、日本每百萬居民充電基礎設施擁有量為1340、1171個，而中國僅有265個。與此同時，充電基礎設施呈現出一定的地理分布特征。總體而言，充電基礎設施分布大體與電動汽車保有量分布一致。不論是私人充電樁領域還是公共充電樁領域，中國、美國、日本都占據全球充電基礎設施半壁江山，如圖1所示。

圖1 2015年全球不同類型充電基礎設施區域分布

從未來預期角度看，未來全球充電基礎設施建設將大幅提升。日益擴大的新能源汽車市場將進一步推動充電基礎設施市場，中國、歐盟、日本、韓國、印度等國都制定了中長期充電基礎設施的發展規劃。根據Global EV outlook預測，在全球公共充電基礎設施領域，2020年交流充電樁從2015年16.1萬增長至170萬個，直流充電樁從2015年2.7萬個增長至30萬個，增長因子約為10。2030年交流充電樁增長至1290萬個，直流充電樁增長至220萬個，增長因子為80～120[14]。

2.3 中國新能源汽車充電基礎設施發展分析

2015年中國新能源汽車產銷量超過美國躍居世界第一，為助力新能源汽車普及推廣，中國政府，地方政府，汽車企業、電力企業、充電運營企業等各類企業大力發展新能源汽車充電基礎設施。

從建設扶持角度看，國家從頂層設計、建設獎勵、電價優惠、行業管理等多個角度密集出臺新能源汽車充電基礎設施支持政策，各地方政府積極配合國家要求，相繼發布實施規劃，旨在形成樁站先行、布局合理、智能高效的充電基礎設施體系，最大限度地滿足充電車輛的充電需求，如圖2所示。國家和地方對于充電基礎設施的大力支持，凸顯了其重視程度，推動了充電基礎設施市場的發展，也為充電樁運營企業創造了新一輪的發展契機。

圖2 國家和地方充電基礎設施政策梳理

從發展規模角度看，中國充電基礎設施建設數量增長強勁。2015年中國累計建成充換電站3600座、公共充電樁4.9萬個，在新能源汽車充電基礎設施建設的起步階段，電力企業依然是重要的參與者，其中國家電網、南方電網、普天集團三大央企仍是主力，建設量達到80%[15]。為了推動新能源汽車產業發展，2014年5月國家電網全面開放電動汽車充換電設施市場，各方力量積極參與到充電基礎設施產業鏈的建設中。在此之上，中國充電基礎設施產業鏈加速形成，如圖3所示。充電設備、電網企業等產業鏈上游企業積極在充電樁領域布局，以充電運營企業為代表的產業鏈中游逐步取得突破性進展，大力推進“互聯網+充電基礎設施”，提高充電服務智能化水平，提升運營效率和用戶體驗，用戶的體驗與反饋進一步促進上游、中游企業的創新與改進。新能源汽車產業的快速發展，促使充電基礎設施產業鏈布局提速，充電基礎設施市場蘊含巨大商機。

從未來預期角度看，多部委聯合出臺的《電動汽車充電基礎設施發展指南(2015—2020年)》明確提出到2020年，按照適度超前原則明確充電基礎設施建設目標，新增集中式充換電站超過1.2萬座，分散式充電樁超過480萬個，并且對于不同領域、不同地區、不同使用場所方面明確提出了建設目標[16]。各省市按照國家規劃、結合地區新能源汽車充電基礎設施的需求，提出了“十三五”期間的發展目標和建設規劃。

3 中國新能源汽車充電基礎設施存在的主要問題

在國家、地方的支持以及各參與方的積極推進下，中國新能源汽車充電基礎設施取得了長足發展。但是，目前仍存在一些突出的問題。

3.1 行業層面

目前，充電基礎設施仍嚴重不足，在一定程度上影響了新能源汽車的使用和推廣。

圖3 中國充電基礎設施產業鏈

首先，充電基礎設施整體發展滯后、使用效率低。一方面，充電基礎設施發展明顯落后于新能源汽車的發展速度。相比于新能源汽車，充電基礎設施建設不足，充電網建設滯后，仍是制約新能源汽車推廣應用的主要瓶頸之一。截至2015年底，中國新能源汽車保有量達到58.32萬輛，各類交直流充電樁僅為4.9萬個，充電站3600座。車樁比遠遠低于實際需求，難以有效滿足新能源汽車日常運行要求。另一方面，眾多公共充電停車位被非電動汽車所占據，充電位被當作普通停車位來對待的現象時有發生，降低了充電設施的資源配置效率，同時限于大部分充電基礎設施缺乏統一的維護以及對充電設施的有效管護機制，綜合導致低下的利用率，也增加了新能源汽車消費者的使用負擔，甚至動搖了消費者對新能源汽車的信心。

其次，一些地方的配套支撐仍需加強。第一，部分地方政府缺乏對充電基礎設施發展的重視，發展路徑仍不清晰，配套支持政策也有欠缺，對于部分區域的先進模式推廣不足，如萬幫充電模式在北京、上海取得了良好的效果，但是仍缺乏有效的推廣[17]。第二，權、責、利關系沒有處理好，在城市建設及相關規劃中對充電基礎設施考慮不足，對居民區、社會停車場等安裝困難的場所協調推動不夠，充電基礎設施財稅支持政策與電動汽車支持政策不匹配，導致對社會資本吸引力不足[18]。第三，充電網絡尚未充分互聯互通，已建設的充電樁主要是為滿足企業自身的需要，都是獨立的“孤島”，車主在尋找充電樁、支付過程中面臨困擾，缺乏有效的信息互通，浪費了很多公共資源。

最后，電力供應缺乏頂層設計。一方面，隨著充電基礎設施數量增多、規模擴大，大量充電負荷接入配電網，對配電網可靠性提出更高要求，配電網更新遲滯現象仍待解決，并且大規模充電導致電力負荷增加，迫切需要對電網電力增容，電網改造亟需明確責任方。另一方面，充電網與電網仍缺乏有效融合，充電設施的無序建設將會增加電網負擔、擴大峰谷差值，隨著充電基礎設施建設規模的擴大，電網的安全性將受到一定威脅。

3.2 企業層面

創新的商業模式和強大的技術支撐是充電企業發展的兩大抓手，而中國企業恰恰在這兩方面仍有存在亟待解決的問題。

第一，充電基礎設施商業模式不夠清晰。一方面，大多數充電運營企業還只是單一的充電業務模式，較難實現盈利，必須借助“互聯網+”的思維和條件，探索新的商業模式、盈利點。例如目前充電收費包括充電服務費、電費、停車費等，其中電費和停車費有電網公司和停車場的業主收取，充電設施運營商只能獲取充電服務費部分。實際上，隨著互聯網的發展，充電基礎設施的商業價值不僅體現在充電業務本身，完全可以充電樁為入口，基于充電大數據，探索廣告、保險、金融等增值服務以獲得收益。另一方面，大部分充電運營企業尚未實現規模化，據不完全統計，2015年中國充電樁企業數量已超過300家，數量本就嚴重不足的充電設施由如此眾多的企業分擔，每家企業的規模不足可想而知。規模是決定充電基礎設施能否盈利的關鍵，只有實現規模效應，充電運營企業的收入才能大大抵消成本，實現良性商業化運營。

第二，充電設備制造企業對于核心技術掌控不足。一方面，直流充電技術尤其是在功率模塊、電子芯片、漏電保護、安全防護等方面仍有差距，換電技術存在電池與車輛連接結構的不穩定性風險、換電機器人精準、協同操作等問題。另一方面，中國企業對于前瞻性技術研發、儲備不足，例如車網接入電網(Vehicle-to-grid，V2G)、雙向車載充電技術等方面還停留在試驗階段，無線充電技術還需要在國內進行進一步商業推廣[5]。

4 中國新能源汽車充電基礎設施建設的應對策略

目前，中國政府和行業對新能源汽車充電基礎設施問題的重視程度不斷提升，將其視為確保新能源汽車產業可持續發展的基本保障，結合當前存在的主要問題，本文分析認為，中國的新能源汽車充電基礎設施還將不斷提速，并在規劃布局、關鍵技術、商業模式、智能化和網聯化建設四個方面著重發力，如圖4所示。

圖4 中國充電基礎設施發展策略

4.1 加緊研究充電基礎設施合理布局

第一，對公共基礎設施進行前瞻性的動態規劃。各個地方需要根據新能源汽車的市場規模和用戶的充電需求，結合公共基礎設施與新能源汽車的配套比例，公共充電樁與新能源汽車的比例在0.14～0.24[19]，優化公共充電基礎設施布局。第二，針對不同類別充電樁進行合理布局。由于公共交流充電樁、直流充電樁、充電站的建設成本差異巨大，因此，利用大數據信息按照不同類別需求，規劃建設充電基礎設施，將在提高新能源汽車充電基礎設施利用率的同時，充分利用土地資源配置，降低基礎設施建設成本，實現社會效益最大化。第三，推動城市群充電基礎設施體系建設。隨著生態重塑和產業轉移，新一輪城市化建設面臨重要契機。在城市群協同效應下，長江中下游城市群、東北城市群、成渝城市群等可以通過優化資源調配，建立區域內統一的充電基礎設施標準體系，完善充電基礎設施布局規劃對于地方發展新能源汽車產業也將具有巨大的推動意義。

值得注意的是，目前市場上銷售的大部分電動汽車行駛里程小于300公里，而通用、福特、本田等車企都宣布部署超過300公里的車型，電池容量的改變將極大影響基礎設施結構和數量，車樁比也將發生較大的變化。因此，國家、地方應根據用戶的充電頻率和時間的大數據分析進行系統分析，動態規劃和及時調整各類充電基礎設施的建設數量，既要避免不敷使用，也要避免過度建設。

4.2 重點突破充電基礎設施相關關鍵技術

一是加快實現無線充電規模化應用。隨著新能源汽車的推廣應用，無線充電技術受到新能源汽車相關企業和機構的重視。無線充電技術不僅能提高電動汽車的充電效率，使充電更加便捷、靈活，甚至將成為充電技術的變革。中國企業和相關研究機構亟需在無線充電的關鍵核心技術領域，電池兼容、傳輸效率、輻射安全等方面加大研發投入，推動產學研聯動，提升關鍵技術掌控能力，實現產業化和商業化突破，打破國外企業的壟斷態勢。

二是大力發展V2G技術。根據新能源汽車和動力電池技術的發展水平，V2G應用階段不同，如改善負荷曲線、微電網、與可再生能源發電協調運行等。首先，由于不同的通信接口和協議將阻礙電網的統一協調調度，國家應建立統一的通信協議，用于汽車與電網的交互。其次，國家和地區應建立快速可靠的通信網絡，為實時控制提供支撐。最后，積極擴展電網能量管理系統，提升對于數目龐大且分散的新能源汽車納入電網管理能力。

4.3 全面加強充電基礎設施商業模式創新

地方政府應加強對企業的引導。一方面，加大對充電服務模式創新的支持力度，引導更多具有創新能力的經濟主體展開充電服務模式創新探索，鼓勵更多的社會資源參與充電服務模式創新，并在用地保障、廊道通行等方面給予支持。面向未來電動智慧城市的建設，拉動社會資本拓展多樣化的商業模式。另一方面，切實做到規劃政策透明、投資盈利預期和公平競爭，通過市場競爭擇優選擇投資運營主體，為社會資本進入充電基礎設施領域創造與國有資本同等的市場競爭平臺，確保電力供應滿足充換充電設施運營需求，要為充電基礎設施接入電網提供便利條件，如開辟綠色通道，限時辦結等。

企業應積極創新充電設施建設和運營模式。第一，充電運營企業積極探索通過與整車企業合作，創新建設充電基礎設施商業合作模式，最大限度地實現資源整合，互惠互利，如采取線上線下相結合等方式，提供智能充放電、電子商務、廣告等增值服務，力爭通過大數據分析，為消費者提供精準營銷，增加企業的盈利能力，從而提升企業可持續發展能力。第二，大中型充換電站應主動尋求與商業地產相結合的發展方式，如與商超、影院、便利店等商業場所合作為用戶提供輔助充電服務，與此同時，具有創新能力的停車充電場地所有者主動進行商業模式創新，爭取成為充電基礎設施建設和運營模式的主導者。第三，基于私人充電樁的龐大數量以及資源共享、提升使用效率的理念，探尋有效的私人充電樁共享商業模式，實現盤活存量、提高充電樁社會利用效率和充分利用私人充電樁潛在價值的多贏。

4.4 大力推動充電設施智能化、網聯化建設

近年來，互聯網技術、移動通信技術的迅猛發展，使充電基礎設施的智能化、網聯化成為重要的發展趨勢，這將進一步提升充電基礎設施運營效率和用戶體驗，促進充電設施建設與電網、交通、信息平臺等結合，形成智能化網絡的整體。

在智能化方面，第一，企業應致力于全面提高充電服務智能化水平，如通過遠程系統實時了解充電設施位置和當前使用狀態、遠程預約，基于充電效率最大化原則，適時推出智能化地鎖，避免占位停車現象；對于充滿電的車主推送充電實時消息，收取大額超時停車費等。第二，企業可以依托社會化信息服務平臺，通過信息技術手段盤活停車存量，據統計，大部分汽車96%的時間處于停止狀態[20]，因此，企業有效匯總充電需求，合理調配電力資源，將實現電網平穩運行、企業削減成本、用戶收益的多贏模式。

在網聯化方面，大中城市加快發展智能充電樁網絡，且充分鼓勵和發揮地方政府的應有作用。首先，各地應大力推進充電新國標的貫徹與舊樁改造實施工程，充電基礎設施要做到互聯互通，解決充電接口的標準化、上傳數據的標準化、結算體系的標準化三大關鍵問題。其次，地方應努力推動區域內充電樁數據互聯互通以及與電網的智能互通，進一步提升充電效率，積極打造全國領先的智能充電服務示范區，為全國范圍內實現互聯互通建立基礎。最后，配電網可以通過充電網絡與城市用電分配進行數據交互，根據城市用電負荷的變化合理分配用電資源，做到城市用電和純電動車用電的相互協調，在保證充足供電的同時，實現削峰填谷、調頻、調壓、備用的功能，有序充電。

5 結論

充電基礎設施是新能源汽車產業的重要支撐，是一種新型的城市基礎設施，也是新能源汽車產業衍生的、具有重大商機的全新產業。同時，充電設施的安全性、便捷性，還顯著影響著消費者對新能源汽車的接受程度。因此，充電設施建設是事關新能源汽車未來可持續發展的重要環節之一。當前，中國充電設施雖然有了長足的發展，但總體上仍有很多問題，滯后于新能源汽車的普及推廣速度。“十三五”時期正值中國加快發展新能源汽車、實現汽車產業轉型升級的戰略機遇期，充電基礎設施問題也必須加強研究、加大投入、加快解決。針對中國充電基礎設施目前主要的問題，本文建議：國家尤其是各個區域應重點研究新能源汽車的市場規模和用戶的充電需求，系統制定并動態更新充電基礎設施的合理布局規劃；重點突破無線充電、V2G等前瞻性技術，確保與國外同步進而趕超；充分調配各類資源，積極探索創新型可盈利的商業模式；同時，大力推動充電設施智能化、網聯化建設，全面提升充電基礎設施運營效率和用戶體驗。最終，通過充電基礎設施的快速穩健建設，支撐并助力中國新能源汽車產業的可持續發展。

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(責任編輯 劉傳忠)

TheCurrentSituationandCountermeasuresinChineseChargingInfrastructureofNewEnergyVehicles

Zhao Shijia，Zhao Fuquan，Hao Han，Liu Zongwei

(Tsinghua Automotive Strategy Research Institute，State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy，Beijing 100084，China)

The constructions and operations of new energy vehicles’ charging infrastructure have great significance for the promotion and application.In recent years，the Chinese charging infrastructure has made some achievements，however，there are still some problems.The overall development of charging infrastructure is lagging behind the growth of new energy vehicles，which makes a constraint to sustainable development of the new energy vehicles industry.This paper analyzes the current situation of global and China’s new energy vehicles charging infrastructure，and expounds the problems from the industry and the enterprise level systematically.Moreover，combined with the future development trend of the new energy vehicles，we present the specific strategies and recommendations to speed up the construction of charging infrastructure.

New energy vehicles；Charging infrastructure；Automotive industry；Intelligentization

科學技術部新能源汽車創新發展戰略研究(ZLY2015017),北京自然科學基金項目：“綠色北京”建設背景下的汽車產業鏈生態效益評價研究(9162008)，北京市科委項目：新能源汽車電池技術發展前沿跟蹤及預測研究(Z16110800310000)。

2017-02-04

趙世佳(1985-)，女，吉林人，清華大學汽車工程系博士后；研究方向：新能源汽車基礎設施、汽車強國評價、汽車人才競爭力分析等。

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