以貴州區(qū)域作為典型案例研究換電站與大功率快充充電樁對于電動重卡優(yōu)劣勢分析

摘 要：本文圍繞換電站與大功率快充充電樁在貴州電動重卡應(yīng)用中的情況展開研究。首先闡述研究背景、目的和方法，包括數(shù)據(jù)收集、調(diào)研和理論分析。接著分別分析換電站和大功率快充充電樁的優(yōu)劣勢，換電站在占地面積、換電效率、對電網(wǎng)和電池友好等方面有優(yōu)勢，但前期建設(shè)成本高、運(yùn)營管理復(fù)雜、服務(wù)范圍有限；大功率快充充電樁占地面積小、技術(shù)成熟兼容性好、建設(shè)成本低、適用范圍廣，但對電網(wǎng)影響大、損害電池、充電效率受環(huán)境和車輛因素影響。最后根據(jù)不同區(qū)域（火電及煤炭行業(yè)集中地區(qū)、物流行業(yè)集中區(qū)域、礦山企業(yè)區(qū)域）提出充換電基礎(chǔ)設(shè)施的布局建議。

關(guān)鍵詞：電動重卡 換電站 快充充電樁 充換電基礎(chǔ)設(shè)施

1 緒論

1.1 研究背景

近年來，全球能源轉(zhuǎn)型和環(huán)境保護(hù)的浪潮洶涌澎湃，促使交通運(yùn)輸領(lǐng)域加速向綠色、低碳方向變革。在這一背景下，貴州積極踐行 “電動貴州” 理念，大力推動電動重卡產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。貴州作為資源豐富且工業(yè)基礎(chǔ)雄厚的地區(qū)，以 “黔石出山”“富礦經(jīng)開” 為代表的產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略深入推進(jìn)，物流運(yùn)輸、礦山開采等行業(yè)對重卡的需求持續(xù)攀升。同時，政府對環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的高度重視，進(jìn)一步推動了電動重卡在這些行業(yè)的應(yīng)用。隨著電動重卡保有量的快速增加，與之相匹配的充換電基礎(chǔ)設(shè)施的需求也日益凸顯，這也成為構(gòu)建 “電動貴州” 的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，將有力促進(jìn)貴州在資源開發(fā)與綠色運(yùn)輸協(xié)同發(fā)展道路上不斷邁進(jìn)，讓 “黔石出山”更環(huán)保高效，“富礦經(jīng)開” 更具可持續(xù)性。

據(jù)貴州省交通運(yùn)輸部門統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，過去五年內(nèi)，貴州電動重卡的年增長率高達(dá)35.65%，保有量在2000輛，預(yù)計未來幾年這一增長趨勢仍將持續(xù)。物流行業(yè)也不甘落后，國家電投集團(tuán)貴州金元股份有限公司下屬的貴州金元綠鏈物流開發(fā)有限公司，是貴州省最早開展電動重卡試點的單位，也是目前在黔市場占有率最高的單位。充分表明電動重卡正逐步成為貴州運(yùn)輸行業(yè)的主力軍，而與之相對應(yīng)的充換電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)卻相對滯后，無法滿足日益增長的電動重卡運(yùn)營需求，這成為制約電動重卡進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵因素。

1.2 研究目的

電動重卡數(shù)量劇增，貴州發(fā)展該產(chǎn)業(yè)時合理布局充換電基礎(chǔ)設(shè)施至關(guān)重要。換電站與大功率快充充電樁各有千秋，貴州地理、經(jīng)濟(jì)及電動重卡運(yùn)營模式下哪種更優(yōu)尚待探究。本研究全面剖析二者在貴州電動重卡應(yīng)用中的利弊，詳細(xì)比對占地面積、充電效率、電網(wǎng)友好度與電池友好度等關(guān)鍵因素，為貴州電動重卡充換電設(shè)施科學(xué)布局提供參考，有利于優(yōu)化現(xiàn)有配置、提升運(yùn)營效率，為投資決策與政策制定助力，推動產(chǎn)業(yè)高效可持續(xù)發(fā)展。

1.3 研究方法

1.3.1 相關(guān)數(shù)據(jù)收集

為確保研究的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，本研究綜合運(yùn)用了多種方法。

從多個渠道收集全面而準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。一方面，深入挖掘政府部門發(fā)布的統(tǒng)計資料，包括貴州省經(jīng)濟(jì)和信息化委員會、交通運(yùn)輸廳等相關(guān)部門關(guān)于電動重卡發(fā)展規(guī)劃、注冊登記數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃等文件。另一方面，廣泛搜集行業(yè)報告，涵蓋了國內(nèi)外知名咨詢機(jī)構(gòu)、行業(yè)協(xié)會發(fā)布的關(guān)于電動重卡市場動態(tài)、技術(shù)發(fā)展趨勢以及充換電設(shè)施運(yùn)營數(shù)據(jù)的報告。這些數(shù)據(jù)來源相互印證和補(bǔ)充，為研究提供了豐富而可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1.3.2 調(diào)研法

組織專業(yè)調(diào)研團(tuán)隊，深入貴州各地開展實地調(diào)研。重點考察了電動重卡的主要應(yīng)用場景，包括礦山、物流園區(qū)、建筑工地等。在礦山地區(qū)，詳細(xì)記錄了電動重卡的工作時長、運(yùn)輸距離、充換電頻率等運(yùn)營數(shù)據(jù)，并對礦山周邊的地理環(huán)境、電力供應(yīng)情況進(jìn)行了評估，收集了第一手的現(xiàn)場資料。

1.3.3 理論分析法

運(yùn)用多學(xué)科的理論知識對收集到的數(shù)據(jù)和實地調(diào)研結(jié)果進(jìn)行深入分析。從能源經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度，分析充換電設(shè)施的成本效益，評估換電站和快充充電樁在不同交通場景下的適用性和布局合理性，為基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)化布局提供理論支撐。

2 換電站在貴州電動重卡應(yīng)用中的優(yōu)勢與劣勢

2.1 換電站在貴州電動重卡應(yīng)用中的優(yōu)勢

2.1.1 占地面積方面

換電站的設(shè)計相對緊湊，通常一個標(biāo)準(zhǔn)規(guī)模的換電站占地面積約為200平方米，考慮轉(zhuǎn)彎半徑和電動重卡的通行，大約需要2000平方米。相比之下，若要建設(shè)同等服務(wù)能力的快充充電樁站點，由于需要考慮車輛排隊充電的空間以及充電樁之間的安全距離等因素，占地面積更大。

2.1.2 效率方面

換電過程迅速，一般一輛電動重卡的換電時間僅需3-5分鐘，這與傳統(tǒng)燃油重卡加油時間相近。這種高效的換電模式極大地提高了電動重卡的運(yùn)營效率。以礦山運(yùn)輸為例，在一個工作日內(nèi)，電動重卡通過快速換電可以增加運(yùn)輸次數(shù)2-3次，有效提升了礦山的生產(chǎn)運(yùn)輸效率。在物流配送中，換電時間短意味著電動重卡可以更快地返回運(yùn)輸路線，減少貨物運(yùn)輸?shù)难诱`時間，提高物流企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量和競爭力。

2.1.3 對電網(wǎng)友好程度

換電站自帶電池，具有儲能功能。在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期（如夜間），換電站可以利用低價電為電池充電，存儲電能；在電網(wǎng)高峰負(fù)荷期（如白天用電高峰），換電站可以為電動重卡提供換電服務(wù)，避免了大量電動重卡同時充電對電網(wǎng)造成的沖擊。目前換電站是可儲存7塊備用電池，一塊備用電池是282kWh，技術(shù)商可實現(xiàn)使用350kWh的電池，可以減少極大的瞬時負(fù)荷，有效起到了削峰填谷的作用，增強(qiáng)了電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2.1.4 對電池的友好程度

換電站對于能源補(bǔ)給體系至關(guān)重要，對電池友好性意義非凡。其調(diào)節(jié)能力為電池健康護(hù)航，一可依備用電池儲備策略，在滿足換電需求時，優(yōu)先分配優(yōu)質(zhì)電池，留存需維護(hù)電池處理；二能利用閑時，在保障換電前提下，慢充平衡電芯電量差異，減少快充危害，延長電池壽命、降成本；還可依峰谷電價差增效，谷電時大規(guī)模充電儲能，精準(zhǔn)控參護(hù)電池，如低溫涓流充電避損傷。綜合舉措提升友好度，利電池穩(wěn)定運(yùn)行與運(yùn)營效益最大化，促電動車輛生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。

2.2 換電站在貴州電動重卡應(yīng)用中的劣勢

2.2.1 前期建設(shè)成本高

換電站的建設(shè)涉及高昂的成本投入。首先，電池儲備是換電站建設(shè)成本的重要組成部分，購買大量的電動重卡電池需要巨額資金，一般，中等規(guī)模的換電站（7+1工位，其一是備用倉，總2540kW的換電站為例），僅考慮備用電池，電池成本約200萬元，此外，換電設(shè)備的購置和安裝、場地建設(shè)以及安全防護(hù)設(shè)施的配備等都需要大量資金。例如，一套先進(jìn)的自動換電設(shè)備價格約為200萬-300萬元，再加上場地建設(shè)和其他附屬設(shè)施費(fèi)用，一個換電站的前期建設(shè)總成本可能達(dá)到700萬-800萬元，這對于投資者來說是一個較大的資金壓力。

2.2.2 運(yùn)營管理復(fù)雜

換電站的運(yùn)營管理涉及多個復(fù)雜環(huán)節(jié)。在電池管理方面，需要對大量的電池進(jìn)行實時監(jiān)控，包括電池的電量、溫度、健康狀態(tài)等信息，以確保電池的安全和合理使用。電池的調(diào)度是一個難題，要根據(jù)電動重卡的換電需求，合理安排電池的充電和分配，避免出現(xiàn)電池閑置或換電等待時間過長的情況。換電站的運(yùn)營管理涉及多個復(fù)雜環(huán)節(jié)。在電池管理方面，需要對大量的電池進(jìn)行實時監(jiān)控，包括電池的電量、溫度、健康狀態(tài)等信息，以確保電池的安全和合理使用。電池的調(diào)度是一個難題，要根據(jù)電動重卡的換電需求，合理安排電池的充電和分配，避免出現(xiàn)電池閑置或換電等待時間過長的情況。

這一系列復(fù)雜的運(yùn)營管理工作需要智能化作為支撐，并且依賴專業(yè)的技術(shù)人員團(tuán)隊。然而，構(gòu)建這樣一套智能化系統(tǒng)需要高額的資金投入來保障運(yùn)營安全。

3 大功率快充充電樁在貴州電動重卡應(yīng)用中的優(yōu)勢和劣勢

3.1 大功率快充充電樁在貴州電動重卡應(yīng)用中的優(yōu)勢

3.1.1 占地面積方面

大功率快充充電樁布局相對靈活，單個充電樁占地面積較小，通常僅需10-20平方米。在一些空間有限的場所，如城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)周邊的小型停車場或物流園區(qū)的閑置停車區(qū)等，可以較為方便地進(jìn)行安裝。以區(qū)某物流園區(qū)為例，在其原有的場地上，在不改變場地原有用途的基礎(chǔ)上，就成功安裝了3個大功率快充充電樁，而無需像換電站那樣占用大面積土地來儲備電池和設(shè)置換電設(shè)備。這種占地面積小的特點使得快充充電樁在城市內(nèi)以及一些用地緊張的區(qū)域具有較好的適應(yīng)性，能夠在不改變現(xiàn)有場地布局的情況下，為電動重卡提供充電服務(wù)。

3.1.2 技術(shù)成熟度與兼容性

技術(shù)成熟度高，大功率快充技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展和實踐應(yīng)用，已經(jīng)相對成熟。目前市場上的大功率快充充電樁能夠在30-60分鐘內(nèi)為電動重卡充入80%的電量，滿足電動重卡的快速補(bǔ)能需求。同時兼容性能好，大功率快充充電樁的標(biāo)準(zhǔn)相對統(tǒng)一，不同品牌和型號的電動重卡大多可以使用同一類型的快充充電樁進(jìn)行充電。這對于電動重卡用戶來說非常方便，無需擔(dān)心因車輛品牌不同而無法充電的問題。在貴州省的高速公路服務(wù)區(qū)，這種兼容性優(yōu)勢尤為明顯，過往的各種電動重卡都可以在服務(wù)區(qū)的快充充電樁進(jìn)行充電，提高了充電設(shè)施的通用性和利用率。

3.1.3 建設(shè)成本較低

大功率快充充電樁的建設(shè)成本相對較低，主要包括充電樁設(shè)備采購、安裝以及相關(guān)的電力配套設(shè)施建設(shè)。一般而言，一個大功率快充充電樁（含配套電力設(shè)施）的建設(shè)成本約為15萬-30萬元。與換電站相比，無需大量購置電池和復(fù)雜的換電設(shè)備，投資門檻較低。對于小型企業(yè)或個體經(jīng)營者來說，更容易承擔(dān)快充充電樁的建設(shè)費(fèi)用。使得這些企業(yè)能夠以較低的成本為自己的電動重卡提供充電服務(wù)，促進(jìn)了電動重卡在中小規(guī)模運(yùn)營場景中的應(yīng)用。

3.2 大功率快充充電樁在貴州電動重卡應(yīng)用中的劣勢

3.2.1 對電網(wǎng)的影響較大

大功率快充充電樁在充電過程中會產(chǎn)生較大的電流和功率需求，這對電網(wǎng)的負(fù)荷能力提出了較高要求。當(dāng)多個電動重卡同時使用快充充電樁充電時，可能會導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波動、過載等問題。例如，在用電高峰時段，單個充電站如果10輛以上的電動重卡同時使用大功率快充充電樁，電網(wǎng)的負(fù)荷可能會瞬間增加3000千瓦左右，這可能會超出園區(qū)原有電網(wǎng)的承載能力，需要對電網(wǎng)進(jìn)行升級改造，增加了電網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)營的成本。而且這種大電流充電方式可能會對電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響，如引起電網(wǎng)諧波等問題，影響其他用電設(shè)備的正常運(yùn)行。

3.2.2 對電池的損害較大

大功率快充涉及較高電流與功率，充電時易致電池內(nèi)部溫度升高、極化現(xiàn)象加劇。研究顯示，長期頻繁使用大功率快充，電池內(nèi)部溫度可達(dá)50-60攝氏度（正常充電溫度應(yīng)低于40攝氏度），這不僅降低充放電效率，還可能引發(fā)內(nèi)部短路、鼓包等問題，嚴(yán)重威脅電池安全與壽命。據(jù)實驗數(shù)據(jù)，常使用大功率快充的電動重卡電池，使用壽命比正常慢充電池短30%-50%，致使運(yùn)營成本因電池更換頻率上升而提高。

慢充和快充對動力電池正負(fù)極材料影響各異。慢充功率低，鋰離子在正負(fù)極間緩慢移動，能減少極化，降低內(nèi)部應(yīng)力與溫度，抑制鋰金屬在負(fù)極沉積，利于保護(hù)正負(fù)極材料，延長電池壽命。而快充因高電流與功率，使電池內(nèi)部溫度升高、極化加劇，鋰離子快速嵌入負(fù)極材料時可能產(chǎn)生析鋰現(xiàn)象，即鋰金屬在負(fù)極表面析出，除降低充放電效率外，還可能引發(fā)內(nèi)部短路，危及電池安全與壽命。所以，慢充對電池友好度高，快充雖補(bǔ)能迅速，但使用不當(dāng)會損害電池正負(fù)極材料。

3.2.3 依據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平布局

在資源集中、交通要道、主要干線等物流資源穩(wěn)定、車流量大的區(qū)域，采用換電站。因為換電站的效率更高，更便捷，場地允許的情況下利用率更高，經(jīng)濟(jì)性更好。充電樁作為補(bǔ)充，一些停車區(qū)，高速干線等，除了可以給電動重卡，還可以兼顧現(xiàn)在的新能源乘用車使用。充、換電站各自發(fā)揮自身優(yōu)勢，完善貴州省的充換電基礎(chǔ)設(shè)施布局。

4 結(jié)論

物流行業(yè)集中區(qū)域：對于物流企業(yè)集中的地區(qū)，如物流園區(qū)、貨物集散地等，根據(jù)物流企業(yè)的運(yùn)營規(guī)模和電動重卡的數(shù)量，合理配置換電站和大功率快充充電樁。對于大型物流企業(yè)，可以為其定制專屬的換電服務(wù)方案，建設(shè)企業(yè)內(nèi)部換電站或共享換電站，提高物流運(yùn)輸?shù)臅r效性。對于中小物流企業(yè)，提供大功率快充充電樁服務(wù)，滿足其日常充電需求。

礦山企業(yè)區(qū)域：礦山開采運(yùn)輸中電動重卡使用頻繁且集中，應(yīng)根據(jù)礦山的規(guī)模和電動重卡的保有量建設(shè)換電站。同時，可以在礦山周邊設(shè)置少量大功率快充充電樁，作為備用充電設(shè)施，以應(yīng)對換電站突發(fā)故障或電池調(diào)度緊張等情況，保障礦山運(yùn)輸?shù)牟婚g斷進(jìn)行。

4.1 總結(jié)優(yōu)劣

換電站在貴州電動重卡應(yīng)用中具有多方面的優(yōu)勢，包括占地面積相對集中、換電效率高、對電網(wǎng)友好、對電池友好等，但也存在前期建設(shè)成本高、運(yùn)營管理復(fù)雜和服務(wù)范圍受限等劣勢。大功率快充充電樁的優(yōu)勢在于占地面積小、技術(shù)成熟度高且兼容性好、建設(shè)成本低、適用范圍廣，但在對電網(wǎng)影響、對電池?fù)p害以及充電效率受環(huán)境和車輛因素影響等方面存在不足。

4.2 展望發(fā)展趨勢

在貴州省電動重卡充換電基礎(chǔ)設(shè)施的未來發(fā)展中，應(yīng)著重推進(jìn)綜合布局與協(xié)同發(fā)展，確保充電樁與換電站成為這一體系中不可或缺的兩大支柱。充電樁以其靈活便捷、成本較低的特點，扮演著輔助與聯(lián)通的角色；而換電站則以其高效運(yùn)作、高投入高回報及高利用率的優(yōu)勢，成為主動脈般的存在，二者相輔相成，互為補(bǔ)充。在資源集中區(qū)域，應(yīng)以換電站為主導(dǎo)，充電樁作為輔助，通過科學(xué)規(guī)劃與布局，實現(xiàn)效率最大化與資源最優(yōu)利用。換電站不僅能夠大幅提升充換電效率，還能憑借其獨(dú)特功能，對整個體系內(nèi)的動力電池進(jìn)行優(yōu)化管理，使之更加可靠、安全且易于監(jiān)管。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，有望促進(jìn)換電站與大功率快充樁的深度融合。政策層面，政府應(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)化支持引導(dǎo)，鼓勵企業(yè)創(chuàng)新合作，共同推動充換電產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。此外，還應(yīng)加強(qiáng)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，統(tǒng)一電池與充電接口標(biāo)準(zhǔn)，以降低運(yùn)營復(fù)雜性，提升設(shè)施的通用性與兼容性，為構(gòu)建綠色高效的運(yùn)輸體系奠定堅實基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張必達(dá).電動汽車充換電站址規(guī)劃及路徑優(yōu)化問題研究[D].北京：北京郵電大學(xué)，2023.

[2]耿承文.充電基礎(chǔ)設(shè)施對我國新能源汽車推廣的影響[D].鄭州：河南大學(xué)，2021.

[3]陶冶，黃妙華，陳宇瀑，等.電動汽車充電設(shè)施優(yōu)化布局研究綜述[J].中南大學(xué)學(xué)報，2021，28（10）：3268-3278.