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电动汽车充换电定价模型及政策研究

梁燕妮  
【摘要】:基于节能减排以及未来技术发展的需求,中国政府出台了一系列政策大力支持电动汽车的发展。本文在对电动汽车相关政策进行分类和总结的基础上,发现提高电动汽车竞争力有助于其推广应用。为寻找提高电动汽车市场竞争力的切入点,本文首先提出了一个带灰色关联约束锥的DEA模型来对比电动汽车和传统燃油汽车的综合性能。该模型考虑了电源结构、用户充电规律、峰谷分时充电价格、相关电动汽车财税政策以及车辆配置参数等因素,并将环境和经济指标设置为输入参数,技术指标为输出参数。结果表明,鉴于电动汽车较优的环境和综合性能,政府应该给予政策支持促进电动汽车的推广。然而与传统燃油汽车相比,电动汽车的经济效益还较弱。由于电动汽车的节能减排效应和其充电模式以及充电规律密切相关,因此,通过合理的充换电定价机制引导用户有序充换电,能够在实现电动汽车节能减排的同时,降低其使用成本,从而提高其市场竞争力。为设计合理的充换电定价机制,本文根据电动汽车电能补给方式的不同,分别对充电模式和换电模式展开研究。充电模式下,根据服务对象的不同将公共充电站和私人充电桩的充电定价区别开来研究。相对较为普及的充电模式,换电模式还不够成熟,换电站极高的建设成本成为阻碍其推广的主要原因之一。因此,在对换电定价研究前,本文先对换电站的投资运营策略进行分析,目的是确定影响换电站投资运营收益的关键因素,帮助换电模式的推广。为研究充电模式下电动汽车的综合效益,本文利用系统动力学构建公共充电站实时充电定价模型。模型包括六个模块:电动汽车电能消耗、发电机调度、充电定价、用户响应、各方利益评估以及充电站生命周期净收入模块。实证结果表明,在电动汽车现有发展规模下,基于峰谷分时电价的定价方式较为适用。此外,政府补贴在推动电动汽车发展的初期显得尤为重要,但随着电动汽车规模的扩大和竞争力的提升,政府补贴应该逐步减少直到完全退出。敏感性分析说明模型具有较好的鲁棒性,电动汽车充电功率的增加有利于提高充电服务运营商的收益。在考虑私人电动车电源环境和经济效益以及私人充电桩充电负荷对电网负荷影响的基础上,本文建立了一个私人充电桩充电定价模型。该模型根据私人充电桩的充电功率和用户充电转移率来模拟用户对不同峰谷电价组合的响应。根据地方电源结构,计算发电侧电动私家车的煤耗、二氧化碳减排量以及发电成本。实证结果表明,本文提出的峰谷分时充电价格可以最小化电网负荷峰谷差,同时还可以改善电动私家车的环境效应以及提高电力系统的经济收益。研究表明,北京私人充电桩的峰段、平段和谷段充电价格分别为1.8、1和0.4元/kWh时,可以促进电动汽车大规模的投入和使用。敏感性分析结果表明,当电动汽车的数量扩大时,私人充电桩的负荷转移效果将更加明显。为提高换电站的节能减排效应和经济效益,本文提出了换电站投资运营模型并设计了三种充电策略。该模型研究了换电站电能供应、充换电设备购置和电池充电安排等问题,由五个模块组成:电池管理、负荷监测、能源供应、投资运营和生命周期分析模块。仿真结果表明将电池充电集中在谷段时期的充电策略能够最小化电网负荷的峰谷差并实现换电站最大的节能减排效应。通过敏感性分析可知,电池成本和换电价格是影响换电站生命周期净收入的关键因素。因此,在现有电池技术条件下,政府有必要利用有效的换电定价机制引导用户有序换电。为增强电动汽车在换电模式下的节能减排效果,本文从系统的角度提出了换电站实时换电定价模型。换电定价系统包括换电定价的主要影响因素以及利益相关者。模型包括五个模块:电网负荷监测、发电机组调度、换电站运营、出租车司机响应及各方利益评估模块。仿真结果说明,分散式充电策略下基于峰谷分时电价的换电定价方式具有最高的能源效率与经济效益。最后根据模型仿真结果,提出电动汽车充换电定价政策建议。


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