路灯充电桩建设方案研究

肖 雄， 刘 洋

（宜昌供电公司路灯管理中心， 湖北 宜昌 443000）

引言

环境保护的压力使得越来越多的人们选择环保节约型的出行方式，尤其现今我国深入实施可持续发展战略，正在大力开展节能减排工作。新能源汽车的出现可以完美地解决传统汽车尾气排放污染度高的问题，因此，这种以电代油、环保高效的电动汽车被政府大力推行。近几年，我国电动汽车正处于蓬勃发展阶段，政府通过财政补贴的形式让更多的民众使用这种电动汽车，该类型的电动汽车具有良好的发展前景。但充电桩过少以及充电电池更换价格贵成为制约电动汽车发展的重要原因，电池更换价格较贵问题可以通过科技发展来解决，但充电桩数量的不足却更多缘于社会、企业以及个人的原因。现在已有一些地区针对充电桩不足的问题将传统路灯改造为路灯充电桩。基于以上背景，作者提出路灯充电桩建设方案，为推动我国电动汽车使用贡献力量。

1 新能源汽车充电桩发展现状及问题

目前我国电动汽车充电桩数量庞大，充电设施运营企业较多，但因为我国各地区经济发展的不平衡，所以充电桩的布局也呈现不均衡现象。另外，一些地区的电网线路承载力有限，不能在公共区域添加充电桩，造成充电桩使用紧张，不利于新能源汽车的推广。此外，由于新能源汽车是新兴事物，目前国家缺乏统一的充电桩设置规范，结果各企业充电桩过于分散化分布，不利于对充电桩及其配件的统一。充电桩管理不合理也是造成充电桩市场萎靡的重要原因，新能源车辆的用户量在不断增多，但一些地方的充电桩数量并未相应增加，人为、自然损坏甚至导致充电桩数量在减少，管理的缺失使得一些充电桩损坏，这是影响充电桩产业发展的重要原因。

2 路灯式充电桩的优势

路灯式充电桩一般布设在公共区域，这样就使得充电桩的分布更加均衡，方便用户找到最近的充电桩位置。路灯与充电桩的结合意味着可统一为充电桩提供直流电源，解决变压器不足的问题，提高电能使用效率，降低电能的损耗。充电桩数量的多少直接决定了我国新能源汽车的用量，充电桩数量的不足严重阻碍了我国新能源汽车的推广，要想进一步提升我国国民对新能源汽车的使用量就必须加大基础设施建设，增加充电桩数量，而新能源汽车的使用也会促进充电桩行业的发展。但当下，充电桩分布不合理情况造成了资源浪费及发展困境，因此需要借助路灯式充电桩优化产业模式，为企业带来经济效益，促进社会生态文明建设。

3 具体建设方案

3.1 整体设计

整体路灯充电桩建设方案是要把传统高压钠灯改造成LED，节省50%左右的容量供充电桩使用。目前而言，市场上的充电桩多采用交流供电模式，本文根据实际情况划分为交流供电建设方案和直流供电建设方案。

3.2 交流供电建设方案

交流供电建设方案是指将充电桩改造为交流充电模式，交流供电系统主要包含配电柜、智能控制系统、LED路灯以及交流充电桩等模块[1]。其中，配电柜主要作用在于把交流电网上的电源转变为三相380 V的交流电；LED路灯主要包含驱动器以及LED灯头两部分，驱动器的作用是把220 V交流电转为直流电压；交流充电桩中的通信与控制器可实现智能通信和对指令的传输，人机交换界面实现对汽车充电信息的显示。

智能控制系统的三大组成部分为：前端硬件信息采集设备、传输信道、后端软件平台。其中，后端软件平台主要由LED智能控制系统以及充电桩智能控制系统两部分组成；前端硬件信息采集设备的主要组成部分包括：集中控制器、防盗报警设备、数据集采集扩展等子系统。集中器通常设置在配电柜中，与下属支路分控器进行数据的交换与采集，最终将处理后的数据传输至主站。该智能控制系统中的分控器对接远程开关、防盗终端，可以提高整个控制系统的防盗能力。经过以上分析我们可以看出，该设计方案结构较为简单，但该系统的缺点在于要把交流电转为直流电后LED路灯的驱动器才可使用，且只能给带有车载充电机的汽车充电。

3.3 直流供电建设方案

直流供电建设方案是指充电桩采用直流充电桩，该形式的节能充电桩可以直接对电动汽车充电。该系统主要包含四大部分，分别为：供电系统、LED路灯、直流充电桩以及智能控制系统。其中，供电系统包含配电柜、电源模块以及控制系统三部分，电源模块将配电柜输出的交流电转换成一定电压范围的直流电，为路灯和充电桩提供电源；LED路灯内的恒流源可以把电源模块提供的直流电电流值稳定在一定范围内（350 mA或700 mA）；直流充电桩能够把电源模块输出的直流电转换为电动汽车所需的直流电（一定电压范围），该模块内的充电机主控制器能够实现对电能变换、人机交换以及对外信息传输的控制管理[2]。

4 节能效益评价

根据收集到的数据可知：若把研究区域内所有的高压钠灯都换成LED路灯，那么在同样光照强度下LED路灯的耗电量要比高压钠灯的耗电量少50%以上，按照50%功率机型替换得出的每年节电量为1.8119亿kW·h×50%=0.906亿kW·h。表1为高压钠灯一年的耗电量。

根据相应的研究资料可知：我国现有的火电厂煤耗是326g/（kW·h），其中CO2的排放是997g/（kW·h），这样可计算出在该研究区域内进行节能改造后，节省的电能相当于减少2.954 t的煤耗，亦或是减排9.033 t的CO2排放。

表1 高压钠灯一年耗电量统计

对目前电动汽车用户响应度低的现状，路灯充电桩建设具有很强的可行性，适宜在城市范围内迅速推行，其现实应用具有典型的示范案例，如北京、上海、长沙等一二线城市中，其商业模式也在逐步探讨之中。以北京市昌平地区电动出租车充电为例，在过去，使用慢充桩充电时间为4～5 h，使用快充桩30 min可快速补电80%。这批充电桩的投入使用有效地缓解了昌平地区的电动汽车充电问题。与集中式充电站建设相比，采用路灯充电桩模式，不需要使用大面积的建设用地，其可以有效减少占地土地200 m2；与路灯系统共用配电设施和电缆，可节约配网线路改造和增设变压器成本约30余万元。

5 结论

通过前文对路灯充电桩建设方案研究可知：在路灯的基础上设置充电桩是可行的，路灯充电桩的设置可以达到节约空间，实现节能减排的目的。其中，交流电的方案设计结构简单，但只可为部分带有车载充电机的电动车充电，直流电供电方案可以有效地减少交直流转换的次数，降低电能损耗，值得推广与应用。