基于TOPSIS 法的電動重卡運力規(guī)劃和換電站設(shè)置策略研究

戴淼 王翼

摘要：隨著應(yīng)用場景的持續(xù)挖掘，換電重卡市場蓬勃發(fā)展。然而，當(dāng)前換電站建設(shè)及運營水平差異顯著，盈利水平大相徑庭。針對換電模式發(fā)展中存在的盈利能力不足、換電站與車輛匹配不當(dāng)?shù)葘嶋H問題，本文綜合考慮電動重卡運力規(guī)劃與換電站設(shè)置，以提高車輛和換電站使用率、降低總運營成本為核心指標(biāo)。通過應(yīng)用TOPSIS 法和熵權(quán)法，本文實現(xiàn)了對最優(yōu)方案的精準(zhǔn)、客觀選擇。研究成果對于運力需求方在整體布局電動化解決方案時具有重要的參考價值。

關(guān)鍵詞：換電；運力；TOPSIS ；熵權(quán)法

中圖分類號：U461 DOI ：10.20042/j.cnki.1009-4903.2024.06.007

0 引言

近幾年換電重卡在政策與市場雙重驅(qū)動下實現(xiàn)了快速發(fā)展。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2020—2022 年，我國新能源重卡銷量由2 500 輛增長至2.52 萬輛，滲透率也從0.15% 提升至3.74%。其中，換電重卡約占新能源重卡的半壁江山，尤其在鋼廠、礦山、港口等中短途資源運輸型場景實現(xiàn)了較好的應(yīng)用。

換電模式相較于充電模式，具有4 大顯著優(yōu)勢：首先，大幅提升了電動重卡的補能效率，將原本數(shù)小時的補能時間縮短至幾分鐘；其次，通過車電分離和電池租賃的方式，有效降低了車輛購置成本；第三，集中管理電池減少了電池?fù)p傷與容量衰減，進而提高了電池壽命與安全性；第四，換電模式便于控制充電時段，從而調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰谷價差，降低了用電成本。

然而，當(dāng)前換電站的建站及運營水平參差不齊，導(dǎo)致盈利水平存在顯著差異。換電站建設(shè)與運營面臨的主要問題包括投入成本高、選址困難以及站點使用率低。其中，站點使用率是決定換電站盈利能力的關(guān)鍵因素，而這又取決于運力規(guī)劃的合理性和換電站設(shè)置的科學(xué)性。因此，將電動重卡運力規(guī)劃與換電站設(shè)置統(tǒng)籌考慮，對于提升電動重卡與換電站的運營經(jīng)濟性具有重要意義。

目前國內(nèi)對于換電模式的研究主要聚焦在產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化、基礎(chǔ)設(shè)施布局優(yōu)化以及經(jīng)濟性優(yōu)化等方面。殷曉雪[1] 基于對換電重卡產(chǎn)業(yè)鏈條中的參與者及各個環(huán)節(jié)的活動價值的分析，提出了產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化的理論機制。李艷波[2] 等綜合考慮運營路徑上電動汽車流量與初始剩余電量的隨機特性，引入擴張網(wǎng)絡(luò)理論，構(gòu)建了多路徑條件下潛在的換電站選址數(shù)學(xué)模型。張彩慶[3] 等選擇凈現(xiàn)值、內(nèi)部收益率和效益費用比3 個指標(biāo)作為經(jīng)濟評價指標(biāo)，構(gòu)建了電動汽車充換電站成本- 收入分析模型并對換電站的經(jīng)濟性進行了評價。這些研究大多僅從站端角度出發(fā)，缺乏對運力需求滿足的考慮，同時行業(yè)也缺乏多維目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化的方法。

在進行電動重卡運力規(guī)劃與換電站設(shè)置時，需要綜合考慮運力滿足程度、運輸時效性、運營經(jīng)濟性等多個方面，這本質(zhì)上是一個多目標(biāo)決策問題。對于此類問題，采用TOPSIS 法進行評價所得結(jié)果比較客觀。盧葉春[4] 等通過分析加油站要素和業(yè)態(tài)屬性之間的相似性，以TOPSIS 法為基礎(chǔ)，采用定性和定量分析相結(jié)合的方法，建立了多指標(biāo)多業(yè)態(tài)決策模型。呂星皓[5]等運用熵權(quán)TOPSIS 法確定應(yīng)急物流二級配送中心評價指標(biāo)權(quán)重并計算各備選區(qū)域的重要度，得到應(yīng)急物流二級配送中心的最優(yōu)布局方案。

因此，本文將電動重卡運力與換電站設(shè)置進行統(tǒng)籌考慮，從運力滿足程度、運輸時效性和運營經(jīng)濟性等方面對各細(xì)分指標(biāo)進行深入分析。通過構(gòu)建基于TOPSIS 法的電動重卡運力規(guī)劃與換電站設(shè)置策略模型，旨在優(yōu)化采用換電模式的場景，進一步提升換電模式的運營能力。