面向新基建的充电桩综合能源服务示范工程应用研究

朱晔 王堃 周德群 张甍 陈鹏

面向新基建的充电桩综合能源服务示范工程应用研究

朱晔1,2王堃2周德群1张甍3陈鹏2

(1.南京航空航天大学经济与管理学院，江苏南京，211106；2.国网电力科学研究院，江苏南京，211106；3.国网南京供电公司，江苏南京，210019)

充电桩业务不仅是新基建的重点业务，也是“国家电网公司综合能源服务业务发展2019－2020行动计划”的主要内容。南京江宁DS公交集团充电桩综合能源服务示范工程项目的建设内容囊括了面向客户的定制化整体解决方案、最新研发的360千瓦直流充电机产品以及引领技术革新的配套运营监控管理平台，充分展示了良好的技术应用成效、客户满意度以及经济和社会效益。该项目对后续类似业务具有借鉴与示范指导

新基建；充电桩；运营监控管理平台；公交；综合能源服务。

0 引言

近年来，新能源汽车充电桩业务日益成为大家关心的主要话题之一。一方面，它成功入选“国家电网公司综合能源服务业务发展2019－2020行动计划”的四大重点业务领域；另一方面，面对2020年新冠疫情的复杂严峻形势，以新能源汽车充电桩为代表的国家新型基础设施建设（以下简称“新基建”）日益成为推动国家经济建设的重要力量。

其中，新能源公交车辆及其配套的充电桩，因为其保障城市正常运转的特殊地位，历来成为各个城市政策扶持和优先发展的对象[1-2]。以南京市江宁区为例，江宁区人民政府于2019年明确：3年内实现江宁全区镇村公交纯电动化，而江宁仅仅是南京市11个区之一，因此全市、全省乃至全国的公交纯电动化及其配套充电桩的市场需求更毋庸置疑了。政策扶持加上市场需求，为新能源汽车充电桩业务带来了巨大商机。

1 实施背景

2018年4月，南瑞集团（国网电力科学研究院）与江宁区人民政府和DS公交集团进行沟通交流并达成合作意向。该意向明确由南瑞集团承担DS公交集团下属30个公交场站新能源公交充电桩的建设任务（DS公交集团充电桩综合能源服务示范工程），以满足不少于1000辆新能源公交车的充电需求，初定合作期为10年。

为了更好推进相关工作，南瑞集团邀请国网江苏综合能源服务有限公司和国网南京供电公司共同参与，与江宁公交集团成立联合专项工作小组。联合专项工作小组的各家单位选派精兵强将，迅速启动现场踏勘、车桩位置和线路走向确定等前期工作，共同讨论并不断细化具体内容，最终在很短时间内形成定制化的整体解决方案[3-4]。

项目分为若干期：一期工程（8个公交场站新能源公交充电桩）于2018年8月正式启动，2018年12月底顺利竣工；二期工程（6个公交场站新能源公交充电桩）于2019年9月正式启动，2020年6月底顺利竣工。

2 主要设备组成

2.1 充电设备

本项目采用南瑞集团最新研发的360 kW直流分体式一柜双桩四枪群控型充电机产品。该产品采用一台充电机配置多个充电枪的集群控制模式，实现多个充电接口的功率共享与充电负荷调节功能。

一柜双桩四枪：整流柜的最大输出功率为360 kW，单枪最大输出功率180 kW，四枪可以同时输出90 kW。

2.1.1同时充电模式

该模式满足四辆车同时以90 kW功率充电，适合夜间模式，可大大减少倒车频次、节省人工，适用于任何直流充电车辆。

2.1.2快速补电模式

在该模式中，充电枪#1-A和#1-B同时工作，充电枪#2-A与#2-B不工作；可同时对两辆车以180 kW功率充电，适合白天模式，可减少单次充电时间、满足车辆白天调度需求，适用于任何直流充电车辆[3]。

2.1.3大功率充电模式

在该模式中，充电枪#1-A和#1-B双枪并机同时工作，以360 kW为同一辆车充电；充电枪#2-A与#2-B不工作；满足双枪以360 kW功率为一辆车充电，适用于大功率快充模式，可适用于有双充电口的大功率充电车辆，例如使用钛酸锂电池的双充口充电车辆[4]。

2.2 运营监控管理平台

运营监控管理平台能够实现充电监控、安防监控、计量、通信等功能。

2.2.1充电监控功能

充电监控功能主要包括数据采集、控制调节、数据处理和存储、事件记录等。

能够采集充电机的工作状态、温度、故障信号、功率、电压、电流等信息；能够向充电机下达控制命令，遥控充电机起停、校时、紧急停机、远方设定充电参数等指令[5-6]。

能够根据站内数据的性质与重要性进行分类，即当数据量大时可以根据预定策略选择或自动屏蔽信息，以保证重要信息的实时上送；能够实现充电机遥测、遥信、报警事件等实时数据和历史数据的集中存储和查询；能够具备越限报警、系统故障、运行参数异常、电池组参数异常记录等功能[7-8]。

2.2.2安防监控功能

安防监控功能主要由摄像头、硬盘录像机等设备来实现，能够实现公交场站主要电气设备、关键设备安装地点以及周围环境的全天候监视，同时可满足充电站安全警卫要求[9-10]。

安防监控系统应监视的范围包括监视站内区域内的充电机、车位、监视站内变压器栅栏等[11-12]。

2.2.3计量功能

计量系统有两部分：电网和充电设施之间的计量；充电设施和电动汽车之间的计量[13-14]。

电网与充电设施之间的计量：采用高供高计，在高压环网柜进线侧配置高压关口表。

充电设施和电动汽车之间的计量：分体式直流充电机直流输出侧配置直流智能电能表。

2.2.4通信功能

该平台利用通讯管理单元通过无线通道将信息上传至上级运营监控系统。

2.3 其他设备

其他设备主要包括环网柜、箱式变压器、电缆、照明、灭火器、车辆限位器等。

2.4 说明

该工程的所有设备均为红线内设备，红线外设备由外部电源单位（供电公司）投资、建设，并归其所有。

与此同时，考虑到公交场站土地产权、规划备案等因素，该工程没有建设配电房。

3 项目可研及实际运营情况

由于工程分为若干期实施，因此我们选取已竣工且稳定投运1年的一期工程，对项目可研和实际运营情况进行分析。

3.1 电量测算

在可研阶段，DS公交集团提供的信息如下：新能源公交车投放200辆（一期工程），车长为10.5 m，每个月会保养1到2天；为稳妥起见，年度行驶天数按照每年330天来考虑；单车日均行驶里程由DS公交集团提供，车辆的平均耗电量参考以往实际运行数据（如表1所示）。

表1 百公里耗电量（度）

因此，可研阶段的充电电量测算逻辑为：年度充电电量=单车日均行驶里程×投放车辆数×年度行驶天数×平均耗电量。

3.2 充电服务费

通过分析南京近3年的充换电服务收费政策文件和江苏省发改委[2018]1295号文的意见精神，得出如下结论：

第一，充电设施企业可以收取电费和充电服务费两项费用。其中，电费按照国家及省有关电价政策执行。目前，大工业电价为0.6418元/kW·h，充电服务费为1.22元/kW·h[5]。

第二，充电服务费的费用制定标准参照地级市、县级人民政府按照国家及省确定的原则制定，并报省发改委备案。

第三，充电服务收费价格处于上下波动阶段，项目可研及实际运营情况均如此[6]。

3.3 建设和运营成本

3.3.1建设成本

一期工程未考虑贷款，为一次性投资建设，项目可研及实际运营情况均如此。

3.3.2运营成本

运营成本主要包括运行人员费用与运行维护费用。运行人员由充电工和运维人员组成，其中，充电工的配置情况如表2所示，项目可研及实际运营情况均如此。

表2 充电工配置情况表

3.3.2.1 充电工配置标准

（1）每人每天工作定额：负责2个充电桩且单个充电桩的充电时长不超过6小时；负责3个充电桩且单个充电桩的充电时长不超过4小时；负责4个充电桩且单个充电桩的充电时长不超过3小时。（2）工作定额超出部分，同比例配置人员（以A公交场站为例，6个充电桩，每个充电机每天的充电时长为5.39小时，所以每天配置3人）。（3）轮班制：3天一循环，2天工作，1天休息。（4）主管1名、资料员1 名，巡视检查（机动）1名，总计为24人（14×3/2+1+1+1=24）。（5）根据江苏省统计局2020年6月15日发布信息，2019年江苏省城镇非私营单位就业人员年平均工资为96527元，按照工资年度递增5%来考虑。

3.3.2.2 运行维护费用

根据合作约定，前3年为质保期，第4和第5年按照建设成本的2.5%收取，第6至第10年按照建设成本的3%收取。

3.4 国家补贴

根据《南京市新能源汽车推广应用财政补贴实施细则》和《江苏省新能源汽车推广应用省级财政补贴实施细则》文件精神，该工程适用的补贴标准如下：（1）建设补贴标准：900元/kW，单站建设补贴不超过180万元。（2）运营补贴标准：充电设施建设运营单位的年度充电量在本市范围内达到150万千瓦时（含）以上的，公交充电设施给予运营补贴0.05元/ kW·h。

需要注意的是在实际建设过程中，由于充电桩的建设容量比较大，一些规模较大的公交场站的补贴理论值有可能超过180万元，因此在备案申请过程中需要优化创新工作思路和方法，力争满额获得建设补贴。

3.5 实际运营情况

项目可研的实现情况以及经济性良好的投资回报率，是保障投资方利益的重要基础。我们选取时间利用率和功率利用率位居中等的A公交场站进行分析，A公交场站的建设投资为497万元，配置充电工为3人。

表3 运营情况数据表

3.6 小结

由运营情况数据表（表3）可见：第一，2020年的新冠疫情（主要为1月28日至4月30日）这一不可抗力对于充电电量的影响较大；第二，尽管受到新冠疫情影响，但是2020年的充电电量也超过2019年同期水平；第三，从2020年开始，充电服务费收益已覆盖和超过建设成本和运营成本，而且尚未考虑国家补贴因素；第四，与可研测算的充电电量相对比，实际充电电量超过可研测算的充电电量，也就为该工程带来更多的收益；第五，项目的可行性研究报告总体上看是合理的。

4 亮点和意义

4.1 疫情后首个示范工程

作为新冠疫情之后，南京地区第一个竣工的充电桩综合能源服务示范工程，本项目不仅是对“国家电网公司综合能源服务业务发展2019－2020行动计划”的有力呼应[15-16]，而且成为国家2020年“新基建”的优秀代表，恰逢其时、意义重大、影响深远。

4.2 创新商业合作生态圈

该项目采取多家单位合作的模式，由国网江苏综合能源服务有限公司投资和运营、南瑞集团EPC承建、国网南京供电公司提供能源保障、DS公交集团使用，形成了共同参与、各司其职、合作共赢的全新综合能源服务商业合作生态圈[17-18]。

4.3 极大提升客户满意度

该产品采用全球先进的柔性功率控制、高防护设计、大功率充电等技术，具备柔性充电控制、即插即充等功能，能够满足用户在不同场景下的多样性充电需求；充电枪采用在线式液冷技术，重量明显降低，用户体验大大提升。本项目投运一年以来，未出现任何重大技术问题，深受用户好评。

4.4 引领充电桩技术革新

该产品已实现从单纯的“充电插座”向“智慧终端”的转变，可通过南瑞集团自主研发的新能源汽车充电设施运营监控管理系统平台进行海量充电数据信息的收集、汇总和分析，促进“充电网、车联网、能源网”三网融合发展，助力更加智能高效的绿色出行和低碳经济的发展。

4.5 经济效益日益显著

一期工程和二期工程覆盖DS公交集团的14个公交场站，EPC合同金额接近5000万元，打破了南瑞集团公交场站充电桩合同的最高纪录；该产品在DS公交集团的使用效果良好，为国网江苏综合能源服务有限公司和国网南京供电公司带来稳定、充足的综合能源服务业务收入。

4.6 社会效益逐渐显现

本项目投运后，预计10年合作期可实现电能替代1.39亿千瓦时，节约标准煤约1.7万吨，相应减少温室气体排放量6.26万吨，对于有效缓解能源和环境压力具备良好示范意义；与此同时，以新能源汽车充电桩为代表的“电能替代”、“绿色低碳”、“节能环保”等理念也进一步深入人心[19-20]。

4.7 社会反响空前热烈

本项目自建设以来，深受多方关注。2019年11月，国家电网公司顾问亲临现场听取项目汇报，充分肯定工作成果；江宁区人民政府专门出台2019年2373号文，对于本项目予以肯定并支持相关单位继续在本地区开展充电桩建设工作。

本项目建成投运的新闻报道，先后发表于《中国能源报》、《国家电网报》、《今日头条》、《电网头条》、《中国城市能源周刊》、《北极星电力网》等十余家媒体，并刊发于国家电网总部网站和《国家电网总部手机报》，在我国综合能源服务业务领域产生广泛影响。

5 结束语

本项目实现了预期目标，也成为新冠疫情之后国家电网公司面向新基建的充电桩综合能源服务业务典型示范工程。本项目向用户提供了定制化的整体解决方案；最新研发的360千瓦直流充电机产品为首次大规模应用；配套的运营监控管理平台能够优化整合充电监控、安防监控、计量、通信等多种功能。本项目的客户满意度较高，经济、社会效益显著，项目整体思路和工程实践经验为后续充电桩综合能源服务业务提供了可复制、可借鉴的宝贵经验，具有重要的示范及推广意义。

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On a Charging Pile Integrated Energy Service Demonstration Project Based on New Infrastructure Construction

ZHU Ye1,2& WANG Kun2& ZHOU Dequn1& ZHANG Meng3& CHEN Peng2

The charging pile business is not only one of the key elements of China's new infrastructure construction, but also the main content of. The construction contents ofinclude customized overall solutions, a newly-developed 360 kW DC charger, as well as a supporting operation monitoring and management platform with technological innovation. The project has proved to be effective in boosting technology application, customer satisfaction as well as economic and social benefits. The project can provide reference and guidance for follow-up similar projects in future.

new infrastructure construction; charging piles; operation monitoring and management platform; public transport; integrated energy service

TM73

A

1009-1114（2020）03-0007-05

2020-06-17

1. 朱晔（1985—），安徽池州人，博士研究生，高级经济师，硕士生导师，研究方向为综合能源服务。

2. 王堃（1981—），江苏淮安人，学士，工程师，研究方向为综合能源服务。

3. 周德群（1963—），江苏盐城人，博士，教授，博士生导师、长江学者，研究方向为综合能源服务。

4. 张甍（1980—），江苏南京人，硕士，高级工程师，研究方向为综合能源服务。

5. 陈鹏（1988—），江苏泰州人，硕士研究生，工程师，研究方向为综合能源服务。

国家自然科学基金《基于城市光伏密集接入地区楼宇空调虚拟机组组合及联动策略的研究》（51577028）

文稿责编 邓延安