第二章 打造新能源汽车市内补能体系

第一节 市内补能体系建设需解决好多层面问题

一、设施运行效能低，应用场景受限

以充电基础设施为例，《2021年中国主要城市充电基础设施监测报告》采用桩数利用率、时间利用率、周转率等多项指标对25座城市公用桩的平均运行效能进行了测算，发现多数城市公用桩的平均桩数利用率不足40%（图2-1），平均时间利用率不足7%（图2-2），平均周转率不足2辆（图2-3），充电效能普遍偏低。其原因有两方面，一方面私人充电桩数量随新能源乘用车保有量的增加逐年递增，随车配桩比例始终保持在65%～70%，乘用车以出行前私人充电桩充电为主，公用充电桩的应用场景更多局限于出行途中的临时补电和老城区等资源短缺片区的补电；另一方面，配置公用充电桩的车位被燃油车等占用、与换电站等其他能源设施相比服务时间偏长等因素在一定程度上也限制了公用充电桩的应用。

换电站方面，尽管换电站建设在近两年发展较快，但服务对象主要为出租车、物流车、分时租赁等品牌相对集中、动力蓄电池规格相对一致、对动力蓄电池寿命和维护要求高的商用电动汽车。由于不同整车企业的车型众多、动力蓄电池型号不统一、跨企业换电标准尚未一致，加之换电站建设成本高，目前电动乘用车换电站建设仅以蔚来、特斯拉、北汽新能源等整车企业为主，服务的私人乘用车主主要为无专属停车位、无法安装私人充电桩且充电不便的消费群体，并未在全国范围内大面积普及。

加氢站的应用相对更加受限，目前主要支持国家大型赛事活动的举办，践行“绿色低碳零排放”的理念。例如，2007年建成的上海世界博览会加氢站，为上海世界博览会期间196辆车提供加氢服务；2010年建成的广州亚运会加氢站，为亚运会观光车提供加氢服务；2022年北京冬奥会共新建16座加氢站，支持延庆和张家口赛区氢燃料电池电动汽车的使用。其余已建成的加氢站多以示范、科研功能为主，少量为定向合作的公交车、物流车服务。

二、空间规划存盲区，设施建设缺管控

《2021年中国主要城市充电基础设施监测报告》显示，不仅所有25座城市的服务效能普遍偏低，其中公用桩密度以及覆盖率较高的城市在服务效能方面相对更低（表2-1）。由此可见，前期以建桩补助为主的激励政策直接导致公用充电桩的建设发展过度超前，国内主要城市对充电设施的总量并未进行有效管控，既有设施与城市需求间并未形成良好的匹配服务关系，增量建设已难兼顾运营效能的提升。

另一方面，《2021年中国主要城市充电基础设施监测报告》以900m服务半径为衡量标准，监测到25座城市中心城区的公用桩平均覆盖率为73.5%，并且覆盖率的提升随公用充电桩密度的增加逐步趋缓。以北京、上海等大城市为例（图2-4、图2-5），公用充电桩的覆盖盲区主要集中在北京朝阳区东坝、十八里店东南区域、黄港桥周边，以及上海浦东新区港口、高桥镇、外环沪嘉立交东部等中心城外围片区。同时，从图2-6中可以看出，25座城市中心城区的公用桩占全市域比例的均值达到58%，这在一定程度上反映出国内主要城市的充电基础设施集中在中心城区，外围郊区、乡镇、农村的建设相对薄弱，亟待编制规划对选址布局给予指导；此外，25座城市直流公用桩平均覆盖率为62.9%，较所有公用桩的平均覆盖率低10%，其中，济南、深圳、成都、武汉等部分城市的直流公用桩覆盖率显著低于所有公用桩的覆盖率，空间布局存在较大的提升空间。

国内多个城市在编制城市停车基础设施专项规划时，逐步开始将充电基础设施的规划同步纳入，但仍然存在相当数量的城市尚未编制充电基础设施专项规划，对充电设施的建设计划停留在数量指标，缺少对设施空间布局选址、用地指标等的规划指引。与之相似，除上海等部分发达地区近两年开始组织编制车用加氢站布局专项规划外，绝大部分地区尚未启动加氢站专项规划的编制工作。部分城市已经建成“光储充”一体化设施，或即将建设“油气氢电”综合能源站，这种综合性交通能源设施在空间上更加缺少选址依据。此外，这些交通能源基础设施专项规划基本按照能源类别独立编制，彼此间缺乏空间统筹，在既有的专项规划类别中也极少出现将多种新型交通能源设施统合在一起的规划。总体上，新能源汽车补能基础设施空间规划编制体系相对滞后于新能源车辆及对应补能设施的发展，无法满足城市规划部门对设施落地的空间管理需求。

三、存量空间须转型，供给模式不集约

中国电动汽车充电基础设施促进联盟（以下简称充电联盟）近几年发布的中国充电基础设施年度发展报告中，私人充电桩在充电基础设施中的占比基本在50%～60%，数量增长也很迅速。《中国新能源汽车大数据研究报告（2020）》的统计数据显示，2019年私家车月均行驶天数15.62天，日均行驶里程42km，每月平均行驶总里程约为656km。按月充电里程700km、电动汽车平均耗电量为12.5kW·h/100km、慢充桩功率为7kW计算，私人充电桩的平均时间利用率仅为1.7%。同时，《2021年中国主要城市充电基础设施监测报告》通过对不同建筑业态周边的公用充电桩效能进行统计发现，居住类业态周边的公用充电桩平均时间利用率达到4.7%，上海、广州、天津、石家庄等部分城市居住类建筑周边配置的公用桩使用效能在所有业态中最高，显著高于私人充电桩效能。随着新能源汽车续驶里程的逐渐增加，私家车月均充电次数将逐渐减少，既有的“一车一位、随车配桩”模式将造成充电基础设施资源的极度浪费。

另一方面，城市内传统的交通能源基础设施以加油加气站为主，其中很多加油站已经布局充电设施，而加油加气站与加氢站、换电设施等其他基础设施合并建站的案例相对较少，基础设施的增量规划建设并未充分利用传统能源基础设施的先发选址优势，空间布局的集约度有待进一步提升。

四、标准规范不健全，配套政策待完善

近几年，国家相关部委从规模结构配置、工程技术、财政补贴等方面出台政策，明确管理办法，规范编制标准，不断促进补能基础设施的良性发展。以充电基础设施为例，国家从2014年起密集出台一系列的指导意见推进充电基础设施的发展，2020年3月中央政治局常委会明确将充电桩作为“新基建”的重要组成部分后，又迎来一波政策密集发布的高峰（图2-7）。

然而，既有的补能基础设施相关标准规范仍然存在短板。以规划类标准规范为例（表2-2），2021年底发布的团体标准T/UPSC 0008—2021《电动汽车充电设施布局规划导则》填补了充电设施标准的空白，但其中尚未从车桩比等角度对充电设施的规模提出配置要求，对公共充电站内单桩充电功率的界定和服务应用场景的定位均有待商榷。对于“油气氢电”综合能源站等合建设施，仅仅有地方标准给予指导，例如陕西省出台的DB 61/T 1275—2019《充电加油加气合建站充电设施技术要求》，缺少国家层面的标准规范或导则。对于加氢站的国家规划设计规范中，液氢运输、高压储氢、液氢储存设备标准仍然相对欠缺，车载氢系统的压力等级也未统一。同时，在补能基础设施项目的规划建设运营审批方面，各地的审批管理主体仍然有待进一步明确。

2015年，国务院印发《加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》，明确指出，新建住宅应按车位100%比例预留配电容量、电缆管线、综合计量箱等充电桩安装条件，其他大型公共建筑物配建停车场、社会公共停车场建设或预留建设充电设施安装条件的车位比例不少于总停车位的10%。《2021年中国主要城市充电基础设施监测报告》的研究表明，虽然南方城市的公用桩建设密度总体高于北方城市，但北方城市的公用桩发展潜力较大，冬季的效能增加幅度更加显著。当前国内大部分城市在出台建筑物充电基础设施配置标准时，忽略南北方城市的差异，“一刀切”现象明显。统计国内43座城市充电桩的配建指标发现，大部分城市均提到的是“住宅建筑100%预留安装条件、公建建筑不低于10%直建或预留安装条件”，配置标准趋同，并未结合城市地域特点。同时，建筑物充电基础设施配置标准中尚未对直流桩、交流桩的配比要求进行明确，部分城市的公建类建筑配置直流桩比例偏低，一定程度降低了电动车辆出行全过程的临时补电体验。

五、设施建设面临挑战，车能融合潜力亟待开发

在设施建设方面，城乡智能充电网络面临诸多问题与挑战，如图2 -8所示。

（一）充电服务

当前城乡智能慢充设施主要采取“自建自管”的模式，电动汽车用户普遍面临停车位不足、电网扩容难、运营维护成本高等问题。

1.住宅小区停车位和配电容量不足

城乡智能慢充网络建设取决于车主居住条件。截至2020年末，我国汽车保有量达2.81亿辆，而截至2020年末，我国停车位仅约1.3亿个，车位缺口巨大，严重制约了城乡智能充电网络的建设。国内住宅建筑车位配比由当地城市规划设计管理技术要求而定，以北京市为例，住宅建筑配建停车位指标因居住项目类别和区域类别有所差异，例如三类地区商品房指标为1.3车位/户[1]，而旧城地区租赁类保障性住房仅为0.3～0.4车位/户，平均约为1车位/户[2]。考虑到一户多车等因素，小区停车位不足将对私人充电桩建设形成较大制约。

配电方面，目前一般住宅小区每户配电容量约6kW，但一台普通慢充桩的额定充电功率就达到7kW，对应变压器扩容成本接近2000元，配电网升级成本巨大。小区既有配电容量仅能保障生活用电，无法同时满足居民电动汽车无序充电用电需求，一方面易形成生活用电与汽车充电抢负荷的情况；另一方面由于本身稀缺的负荷资源缺乏统一规划、管理，势必造成小区充电设施安装上“先到先得，后到不得”的矛盾。国家电网负责增容改造也面临投资大、回收期慢、扩容功率不确定及建设周期长等巨大压力。居民小区特别是已建小区，现有配电网均未预留足够充电桩接入的接电开关、电力通道井和电缆桥架等，如无统一规划，实现“逐户单桩”困难重重。

2.私人充电设施建设流程复杂、监管难度大、安全责任主体不明

私人充电设施建设牵涉多方主体，用户需经历准备材料、申请用电、现场勘察、施工建设、接电确认、运营维护六个步骤（图2-9），居民还需自行协调业主委员会、物业、整车企业、供电企业等多方主体，单靠个人报建困难重重。

一是自用充电桩建设监管困难、维护管理缺失，可能存在施工、辅材质量问题以及漏电、火灾等严重安全隐患。二是安全责任主体无法落实，居民既不具备消除安全隐患的能力，也无法承担安全事故的后果，居民、整车企业、物业、供电企业安全责任难以划分，留下安全管理盲区。按照相关文件规定，充电设施所有权人应自行或委托物业维护管理，但居民个人或物业均不具备充电设施专业维护能力，造成事实上的维护管理缺失。三是如果缺乏保护措施，无序充电也势必影响电网安全。

3.私人充电桩共享模式面临阻碍

目前星星充电、特来电、云快充等均在提供私人充电桩共享服务，蔚来、小鹏等整车企业也联手推出充电共享服务，但目前共享充电桩数量仍然较少。截至2022年5月，共享私人充电桩为74345个[3]，仅有3.4%私人充电桩参与共享[4]。究其原因，共享充电桩平台建设、外部车辆进社区、停车位调度与管理、充电计量与缴费等问题是私人充电桩共享面临的主要制约因素。此外，基于“统建统管”的共享充电还需进一步创新商业模式。按照“自建自管”模式，由于整车企业销售电动汽车时采取随车赠桩（含施工安装），车主使用期间仅需支付电费，而按照“统建统管”模式，由于第三方运营商须对居民小区配电设施统一改造和必须使用软件互联互通管理实现有序充电，为收回投资成本，还要在电费基础上向车主收取一定服务费用，导致部分车主对统建统管模式存在抵触情绪。

（二）车能融合

尽管城乡智能充电网络是未来车能融合的核心场景，但当前住宅及办公场所充电基础设施仍难以满足车能融合需求。

1.设备升级改造成本高，缺乏可持续运营模式

首先，实现车能融合需要充电桩与配电网协同升级，但目前配电网智能化改造成本分摊方式尚不明确。根据《输配电定价成本监审办法》（发改价格规〔2019〕897号），对输配电业务相关的固定资产可按规定折旧计入输配电定价成本，而输配电固定资产具体包括输配电线路、变电配电设备、用电计量设备、通信线路级设备、自动化设备级仪器仪表、检修维护设备等，而并未对配电网智能化改造成本范围进行明确界定。尤其对于居民小区而言，老旧、新建住宅情况各异，配电设施投资运营维护责权主体复杂，对引入充电增值服务商业模式带来较大挑战。

其次，目前V2G（Vehicle to Grid，即新能源汽车对电网送电技术）市场规模小，导致单桩设计、生产线成本分摊高，V2G充电桩的实际价格远高于常规充电桩，而国内居民用电价格偏低，且绝大部分地区实施固定电价政策，电动汽车在居民小区开展车网互动的经济效益远低于其成本投入。

综上原因，当前车能融合项目仍然较少，有限的V2G试点主要针对工商业用户本地电压台区内自平衡为主，并以工商业场景1 +N商业模式（削峰填谷+多种电力辅助服务）拓展为主要方向，而广大私家电动汽车无法向更高电压等级电网反向送电，极大限制了广大电动私家车的储能潜力。

2.居民电价机制有待完善

尽管随着电力市场改革深入，电动汽车等电力需求侧资源的市场主体定位日渐清晰，但现有的市场化改革更多面向工商业市场主体，居民用户市场化交易的空间仍然较小。根据国家发展和改革委员会印发的《关于进一步深化燃煤发电上网电价市场化改革的通知》（发改价格〔2021〕1439号）要求，各地要有序推动工商业用户全部进入电力市场，按照市场价格购电，取消工商业目录销售电价，10kV及以上的用户要全部进入。与此同时，文件也明确要求继续保持居民、农业用电价格稳定，居民、农业用电由电网企业保障供应，执行现行目录销售电价政策，各地要优先将低价电源用于保障居民、农业用电。此后发布的《关于组织开展电网企业代理购电工作有关事项的通知》（发改办价格〔2021〕809号）也提出各地执行保量保价的优先发电（不含燃煤发电）电量继续按现行价格机制由电网企业收购，并强调要加强代理购电与分时电价政策的协同，在现货市场未运行的地方，电网企业代理购电用户代理购电合同未申报用电曲线，以及申报用电曲线但分时电价峰谷比例低于当地分时电价政策要求的，用户用电价格应当按照当地分时电价政策规定的时段划分及浮动比例执行。但政策执行情况各异，26个省市自治区电网企业相继发布的2021年12月电网代购电价范围是0.25～0.50元/kW·h，加上输配电价和政府性基金附加，其峰谷价差普遍比目录电价中分时电价要小。可见，当前我国电价形成机制仍存在较多历史遗留问题，居民用户电价机制与车网互动场景仍有待衔接。

3.辅助服务规则不明，服务场景开发不足

辅助服务方面，现有政策在运行管理、安全标准、通信方式、调度规定等方面并未对车网互动给出明确细则。首先，现有需求侧资源参与辅助服务集中在大体量、集中式工业负荷上，但分散且数量巨大的私人充电参与各类辅助服务场景的商业模式开发不足。其次，各地辅助服务政策往往对电力容量、响应时间等设置了较高准入门槛，单台位于住宅及办公地点的充电桩负荷较小，需要第三方主体以聚合方式与调度中心、交易中心衔接，这也增大了车网互动成本。

4.车网互动对动力蓄电池性能的潜在影响引起用户顾虑

车网互动势必影响电动汽车充电自由度，可能引发部分车主对车网互动产生顾虑。特别是在共享充电桩模式下，车辆接入电网的时间有限，更限制了用户参与车网互动的灵活度。此外，电动汽车车主也普遍存在V2G对动力蓄电池寿命和续驶里程影响的顾虑。理论上，动力蓄电池技术路线、充放电工况、工作温度及湿度都会影响动力蓄电池的储电能力，大量研究也表明V2G运行会加速动力蓄电池老化。尽管随着车辆续驶里程能力的提升和动力蓄电池成本的下降，车主对动力蓄电池衰减的敏感度可能下降，但其对车网互动的潜在影响仍然不容忽视。为打消用户顾虑，部分新能源整车企业在原有动力蓄电池质保标准的基础上增加了V2G循环的质保服务，基于累计充放电循环（电量）的动力蓄电池质保标准也有助于消解用户顾虑。但上述模式创新仅处于初步探索阶段，用户对此的反馈仍有待观察。

六、配套建设大规模发展，电网承受巨大冲击

新能源汽车规模化发展将给电网侧带来冲击。根据本书课题组测算，碳中和情景下，中国2025年和2030年新能源汽车保有量将分别达到3964万辆和10937万辆。

假设，2025年乘用车、客车、轻型货车、中重型货车平均电耗分别为13、71、44、72kW · h/100km，到2030年分别可降为12.6、66、42、68kW · h/100km；乘用车、客车、货车年里程分别按照1.3万、6万与5万km测算。

充电桩总数量以2020年车桩比3:1为基准逐年下降，2025年车桩比预计将达到1.95:1，2030年预计将达到1.3:1。假设私人充电桩占比逐年上升，以2021年公共桩占比46%为基准，2025年和2030年公共桩占比将分别下降至34%、16.5%。

假设所有充电桩可能在同一时间供电，功率负荷100%；公共直流桩功率按照平均70kW、公共交流桩及私人桩按照平均7kW计算。2030年新能源汽车充电需求将达到258TW·h/年，所有车充电的最大功率或达到1200GW（表2-3）。

新能源汽车补能需求对电网侧的冲击在大城市尤为明显。以新能源汽车保有量较高的北京为例，测算到2025年居住区内年充电电量需求情况见表2-4。预计“十四五”期间居住区私人充电桩增加34.5万个，新增充电负荷241.5万kW，小区公共充电桩增加4.9万个，按照直流充电桩与交流充电桩1:4比例配置，预计新增充电负荷47.04万kW。