1緒論

1.1研究背景
全球?qū)κ妥鳛檫\輸燃料的高度依賴己經(jīng)造成了一系列的問題,例如:大氣污染,油價上升,中東地區(qū)的政治不穩(wěn)定性,以及全球氣候變暖。這些廣泛的負(fù)面影響引起社會上對減少石油使用的呼吁。盡管提高石油的使用效率可以在一定程度上減少能量的損耗,但是從長遠(yuǎn)來看,擺脫對石油的依賴型,更有效的方法是用另一種能量來源來代替石油,尤其是汽車和卡車的燃料來源。根據(jù)調(diào)查顯示,中國是一個汽車消費大國,我國汽車的需求量年平均增長21.8%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于全球年平均2.7%的增長幅度,這些汽車的使用都依賴于石油。但是,隨著汽車消費的快速增長,不僅使得石油供應(yīng)安全面臨嚴(yán)峻的形勢,同時也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。根據(jù)調(diào)査顯示,目前汽車的有害排放物質(zhì)已經(jīng)成為世界性大氣污染的重要來源,數(shù)據(jù)表明,目前,城市中60%的一氧化碳、50%的氣氧化合物和30%的碳?xì)浠衔镂廴揪鶃碓从跈C動車的尾氣排放,同時交通車輛還帶來了城市中80%的噪音污染。自上世紀(jì)70年代起,世界各國人民開始關(guān)注“可持續(xù)發(fā)展”相關(guān)的話題。央視主持人柴靜制作的霧霾記錄片《穹頂之下》,不到一天時間,視頻的點擊率就已突破三千萬,這一數(shù)據(jù)表明,環(huán)境污染問題己成為全民關(guān)注的重點。而根據(jù)數(shù)據(jù)顯示,籠罩30個省(市)的霧霜的最主要產(chǎn)生原因之一就是機動車的尾氣,例如,北京霧霾顆粒中機動車尾氣占22.2%。大氣環(huán)境的污染,加上全球石化能源的供應(yīng)短缺問題,節(jié)能減排已成為刻不容緩的頭等大事,尋找新型能源替代傳統(tǒng)燃料也因此也成為未來的重要發(fā)展方向。電動汽車在使用過程中具有零排放或者超低排放、低噪聲且低熱輻射等特性,同時,電能來源也越來越多樣化、清潔化,因此既減少環(huán)境污染又降低碳排放的電動汽車,即兼具“節(jié)能”與“環(huán)�！碧匦缘碾妱悠囋谫Y源和環(huán)境的雙重約束下,被社會普遍認(rèn)為是理想的燃油汽車替代品。近年來,我國電動汽車領(lǐng)域已經(jīng)攻克了許多決定性的技術(shù)難題,部分己實現(xiàn)跟歐、美、日同步發(fā)展。雖然電動汽車技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了電動汽車產(chǎn)業(yè)的壯大,但是充電設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的不完善依然很大程度上阻礙了電動汽車的廣泛應(yīng)用。2010年年初,國際氣候組織對40多名電動汽車相關(guān)行業(yè)專家進(jìn)行了訪談,訪談結(jié)果表明充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要程度在電動汽車發(fā)展眾多影響因素中排名第2,并且超過了購買價格因素,僅僅落后于電動汽車的電池技術(shù)因素。
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1.2電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀
中國在電動汽車技術(shù)研發(fā)活動及示范推廣工作上一直處于世界的前列,尤其是在電動汽車示范推廣方面。"八五”時期,我國首次確立電動汽車研究項目;“十五”時期,確立“三橫三縱"布局,研發(fā)樣車,著手推廣;“十二五”時期,加強市場試營和商業(yè)化推廣。為了推動電動汽車在國內(nèi)的普及范圍,政府也先后相應(yīng)出臺了一系列相關(guān)利好政策,如:2009年6月17日,工業(yè)和信息化部發(fā)布了《新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理規(guī)則》,該管理規(guī)則按照相關(guān)指標(biāo)將新能源汽車分為三個技術(shù)階段,并指出不同技術(shù)階段的相對應(yīng)的管理方式,同時還規(guī)定了新能源汽車產(chǎn)品和企業(yè)的準(zhǔn)入條件。2010年6月,財政部、科技部、工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委聯(lián)合出臺了《關(guān)于幵展私人購買新能源汽車補貼試點的通知》,文件中提出對試點城市私人購買、登記注冊和使用的插電式混合動力乘用車和純電動用車給予一次性補貼。2012年三月,財政部、工信部和國家稅務(wù)總局發(fā)出通知,為促進(jìn)新能源的汽車、船舶的發(fā)展,節(jié)約能源,經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn),從2012年1月1日起,節(jié)約能源的車船,可享受減半征收車船稅的優(yōu)惠;以新能源作為燃料的車船,可以不用繳納車船稅。2014年3月,《天津市小客車總量調(diào)控管理辦法》中特別規(guī)定新能源車購置可直接申領(lǐng)號牌,沒有限制購買的約束。2014年8月中旬,工信部公布了免征新能源汽車車輛購置稅等相關(guān)事項,規(guī)定自2014年9月1日至2017年12月31日,新能源汽車將免征車輛購置稅。2015年4月,北京市政府在發(fā)布新一輪尾號限行措施時,也發(fā)布了消息稱自2015年起,純電動小客車不受尾號限行影響。
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2相關(guān)理論及研究綜述

2.1電動汽車及服務(wù)設(shè)施簡介
電動汽車以車載電源為動力,在使用過程中對環(huán)境影響較小,在空氣污染及石油燃料不足的環(huán)境下,是傳統(tǒng)汽車的最佳替代品。目前市場上的電動汽車主要分為三種:純電動汽車、混合動力汽車和燃料電動汽車。純電動汽車由電動機驅(qū)動;混合動力汽車的驅(qū)動包括可再充的電動存儲裝置和可消耗的燃料;燃料電動汽車則是以燃料電池作為動力電源。這三種電動汽車相對于傳統(tǒng)汽車而言,最大的優(yōu)點在于零排放或者近似零排放,從而減輕了給環(huán)境帶來的污染。但是,與傳統(tǒng)汽車相比,由于技術(shù)的限制,目前市場上的電動汽車仍然存在一些不足之處。由于電池技術(shù)的限制,目前,市場上存在的電動汽車的續(xù)航里程基本處于50公里到250公里之間,少量高端車型續(xù)航里程達(dá)到300公里,大部分的電動汽車的續(xù)航里程不超過150公里,而普通的燃油汽車的續(xù)航里程都能達(dá)到500公里以上。對于在高速公路上行駛的電動汽車,在建設(shè)充電設(shè)施時,需要充分考慮電動汽車的續(xù)航里程問題。
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2.2電動汽車充電服務(wù)設(shè)施研究現(xiàn)狀
由于電動汽車市場規(guī)模的不斷壯大,電動汽車配套的充電設(shè)施建設(shè)問題也逐漸引起各個領(lǐng)域相關(guān)學(xué)者的重視。目前國內(nèi)外對于電動汽車充電設(shè)施服務(wù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃研究主要可以分為定性和定量兩個方面。定性研究主要是從定性的角度來研究電動汽車充換電設(shè)施網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)、影響因素、方法和對電網(wǎng)的影響等多方面情形。在國內(nèi),居勇(2011)探討了建設(shè)電動汽車充電站的約束條件及綜合效益分析;許文超,牛濤(2011)研究了電動汽車充電站需求影響因素。高瑞蹇(2012)主要研究了我國電動汽車充電設(shè)施建設(shè)及標(biāo)準(zhǔn)化概覽;魯莽,周小兵,張維(2010)介紹了國內(nèi)外電動汽車充電設(shè)施的發(fā)展?fàn)顩r,同時對未來我國電動汽車充電的商業(yè)模式及發(fā)展前景進(jìn)行了初步研究,提出積極推動電動汽車充電設(shè)施建設(shè)應(yīng)是電網(wǎng)企業(yè)義不容辭的責(zé)任;馮超等(2012)采用Delphi法建立電動汽車充電站站址綜合評價指標(biāo)體系,采用GAHP法量化定性影響因素,從而提出一種新的綜合評價方法;張志偉和顧丹珍(2012)綜述了電動汽車充電對電網(wǎng)的影響。在國外,Amoroso和Cappuccino (2011)提出對不同的充電效率收取不同的費用,從而協(xié)調(diào)充電效率和充電速率的關(guān)系;Amoroso和Cappuccino (2011)提出對不同的充電效率收取不同的費用,從而協(xié)調(diào)充電效率和充電速率的關(guān)系;Kley和Lerch (2011)提出為了最小化電動汽車對電力網(wǎng)絡(luò)的影響,電動汽車應(yīng)該選在非峰值晚間時段進(jìn)行充電,因此,在電動汽車配置的第一階段,大部分的車輛應(yīng)該在晚間在家里充電,公共的充電網(wǎng)絡(luò)只是偶爾使用;Egbue和Long (2012)指出雖然插入式電動汽車(PEV)對環(huán)境有利,但是在PEV被廣泛應(yīng)用之前,需要克服一些社會、文化等方面的挑戰(zhàn),其中一個就是非家庭式充電設(shè)施的有限利用度.
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3高速公路網(wǎng)絡(luò)上的電動汽車充電站選址定容......23
3.1問題描述23
3.2 FRLM 理論......23
3.2.1模型邏輯......23
3.2.2......FRLM......24
3.2.3......FRLM中路徑上流量的確定......25
3.3基于FRLM的選址定容模型......26
3.3.1模型假設(shè)......26
3.3.2數(shù)學(xué)模型......27
3.3.3 模型求解......28
3.4 靈敏度分析......30
3.4.1行駛范圍對實驗結(jié)果的影響......31
3.4.2充電樁服務(wù)速率對實驗結(jié)果的影響......32
3.5本章小結(jié)......34
4城區(qū)內(nèi)的電動汽車充電站選址定容......35
4.1問題描述......35
4.2城區(qū)內(nèi)電動汽車充電站選址定容模型......35
4.2.1模型假設(shè)......36
4.2.2數(shù)學(xué)模型......364.2.3模型求解......37
4.3靈敏度分析......40
4.3.1預(yù)算費用對結(jié)果的影響......40
4.3.2充電樁服務(wù)速率對結(jié)果的影響......41
4.4 本章小結(jié)......42
5 總結(jié)......43
5.1總結(jié)......43
5.2研究展望......44

4城區(qū)內(nèi)的電動汽車充電站選址定容

城區(qū)內(nèi)的電動汽車充電需求大部分產(chǎn)生在居住小區(qū)、購物中心和寫字樓等節(jié)點上,因此,我們可以借鑒基于點需求的選址問題進(jìn)行研究�；邳c需求的電動汽車設(shè)施選址定容模型主要指的是充電需求產(chǎn)生在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上時,且各個需求點之間是相互獨立且隨機產(chǎn)生的,如何選擇充電站的地址及相應(yīng)的配置數(shù)量,能夠在最大的響應(yīng)時間內(nèi),使得接受充電服務(wù)的電動汽車數(shù)量最大。

4.1問題描述

為了更好地推廣電動汽車旳使用,政府及相關(guān)企業(yè)需要建設(shè)完善的充電設(shè)施網(wǎng)絡(luò),保證電動汽車在行駛過程中能夠及時充電,車主不用擔(dān)心在行駛過程中電動汽車電量耗完卻無法充電的情形。同時,當(dāng)電動汽車發(fā)出充電需求到到達(dá)充電站接受充電并離開的響應(yīng)時間不應(yīng)太長。本節(jié)引入響應(yīng)時間的概念,響應(yīng)時間包括從需求點到充電站之間的旅行時間和到達(dá)充電站后,在站內(nèi)的逗留時間(逗留時間包括排隊等待時間和充電服務(wù)時間),電動汽車應(yīng)在承諾的響應(yīng)時間范圍內(nèi)完成充電服務(wù)。本章節(jié)建立了非線性整數(shù)規(guī)劃模型,并對該模型給出了相應(yīng)的啟發(fā)式算法。本章提出的模型,目標(biāo)在于確定充電站的地址及站內(nèi)配備的相應(yīng)的充電樁數(shù)量,從而使得接受充電服務(wù)的電動汽車數(shù)量的期望值最大。因此,該模型的決策變量有兩個,一個是選擇決策,一個是定容決策。由于預(yù)算費用的限制,如果選擇多個充電站,那么相應(yīng)的配備的充電樁數(shù)量就會減少,雖然減少了從需求點到充電站之間的旅行時間,但是卻增加了充電站內(nèi)排隊等待的時間;如果選擇在一個充電站內(nèi)配備較多的充電樁,那么可選擇建設(shè)的充電站數(shù)量就會減少,這樣雖然減少了充電站內(nèi)排隊等待的時間,但是也相應(yīng)增加了從需求點到充電站之間的旅行時間。Benedict,Daskin,ReVelle和Hogan研究的擁擠情況下的服務(wù)系統(tǒng)最大覆蓋問題中,建立了一個使得服務(wù)站可以覆蓋的期望需求量最大的模型,他們的研究為本文的研究提供了理論基礎(chǔ)。本文通過建立相應(yīng)的模型確保選址和定容兩個決策變量最優(yōu)。

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總結(jié)

在節(jié)能減排的號召下,電動汽車成為傳統(tǒng)燃油汽車的替代物,加快推廣電動汽車的使用十分重要。為了消除電動汽車在行駛過程中電量耗盡而沒有充電設(shè)施的顧慮,建設(shè)配套合理的充電站網(wǎng)絡(luò)迫在眉睫。與傳統(tǒng)燃油汽車相比,電動汽車充電的時間比較長,不可忽略,較少的站內(nèi)配套設(shè)施數(shù)量將會造成較長的排隊隊伍。由于預(yù)算費用的限制,如果選擇多個充電站,那么相應(yīng)的配備的充電樁數(shù)量就會減少,因此,雖然充電站提供的服務(wù)覆蓋水平增加,但是卻也相應(yīng)增加了充電站內(nèi)排隊等待的時間;如果選擇在一個充電站內(nèi)配備較多的充電樁,那么可選擇建設(shè)的充電站數(shù)量就會減少,這樣雖然減少了充電站內(nèi)排隊等待的時間,但是也相應(yīng)減少了充電站的服務(wù)范圍。因此,在規(guī)劃充電設(shè)施網(wǎng)絡(luò)時,除了要考慮服務(wù)數(shù)量之外,還應(yīng)考慮服務(wù)水平。本文以電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀為背景,主要研究了帶有時間效率的電動汽車充電站選址定容問題。本文結(jié)合排隊論相關(guān)知識和現(xiàn)有選址理論知識,分析不同場景下電動汽車充電站的選址定容問題,建立不同需求模式下的電動汽車充電站選址定容問題。本文的研究中,假設(shè)電動汽車充電需要的產(chǎn)生服從泊松分布,充電時間服從負(fù)指數(shù)分布,即電動汽車充電站排隊系統(tǒng)為M/M/n模式�；诔潆娬镜呐抨犇Ｐ�,通過分析、建模和數(shù)值實驗等步驟,研究了不同條件下的充電站選址定容問題。本文主要研究了基于路徑需求和基于點需求的電動汽車充電站選址定容問題。速公路網(wǎng)絡(luò)上的電動汽車充電站選址定容問題,是一種基于路徑需求的選址定容問題,以網(wǎng)絡(luò)中的起點到終點路徑中的電動汽車流為需求對象,研究了如何決策充電站地點和站內(nèi)配備的充電樁數(shù)量,使得在最大容忍排隊等待時間范圍內(nèi),網(wǎng)絡(luò)中服務(wù)電動汽車充電需求最大的問題。
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參考文獻(xiàn)(略)

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本文編號：40829