电动汽车充电服务供给与匹配研究

发布时间：2019-09-26 02:29

【摘要】：作为交通领域实现节能减排的重要工具,电动汽车的推广和使用吸引了全球范围内的高度关注。电动汽车尽管呈现出大规模推广应用的趋势,但过去面临的诸多挑战至今依然存在。其中,电池及其充电技术的相对不成熟,以及充电服务不完善,已然成为阻碍电动汽车市场推广和应用的突出因素。而且,以充电服务供给不足与充电服务运行机制缺失为代表的充电服务发展问题,使得当前的电池与充电技术对电动汽车推广与使用的制约作用更为突显。加快充电服务发展,已是电动汽车实现成功发展必须重视的现实关键问题,也是保障未来大规模电动汽车市场正常运行必须重视的前瞻性问题。本文正是在这样的背景和问题导向下,从电动汽车、充电基础设施与充电服务三个市场共同构成的生态系统框架出发,在现有相关研究基础上,对包括充电服务供给与充电服务市场运行的供需匹配机制进行研究和设计,从理论上丰富充电基础设施建设以及特定目标下的充电服务市场运行机制的研究成果,在实践层面为加快充电服务发展的机制选择提供参考。首先,本文在分析充电基础设施经济属性的基础上,研究了充电基础设施建设主体问题。从包含互补品的波特竞争力模型以及电动汽车推广应用与充电基础设施建设运营之间的博弈支付来看,充电基础设施建设是非常必要和紧迫的。通过对充电基础设施的消费使用过程分析,电动汽车接入充电基础设施进行的充电过程会对电网及其他负荷的运行产生溢出效应,充电基础设施表现出明显的准公共品属性。根据项目区分理论以及改进的经营系数模型,对实际充电基础设施建设运营的案例分析表明,充电基础设施具有非常显著的准经营特性。不过,随着技术进步以及充电价格或者补贴政策的制定,充电基础设施的准公共品属性和准经营特性这种经济属性是可以转变的。但是,当前充电基础设施的这种经济属性以及充电基础设施投入产出效应分析表明,充电基础设施建设需要政府与市场的共同参与。而且,通过政府与市场的博弈分析表明,市场开展充电基础设施建设需要政府支持。因此,本文认为,充电基础设施建设需要采取政府支持、市场建设的主体多元化策略以及相应的投融资模式。其次,本文基于二部图匹配理论,对实现充电服务资源配置最大化的快速充电服务需求侧最大匹配进行了研究和设计,并在该基本框架上引入集体理性,以更好地实现市场资源配置效率为目标,对快速充电服务需求侧集体最优的最大匹配进行了研究和设计。本文将市场离散化的一轮快速充电服务运行中电动汽车与充电基础设施双方关于充电服务的交易问题,抽象为一个二部图匹配问题。在该框架下,市场资源配置最大化转化为充电服务二部图最大匹配问题。本文建立了充电服务需求侧最大匹配模型,并根据二部图匹配中的Hall婚配定理,构建了快速充电服务需求侧最大匹配机制。随后,在市场资源配置中引入集体理性假设,并在时间与成本两种集体偏好情形下,根据带权最大最小二部图匹配理论,对快速充电服务需求侧集体最优的最大匹配进行了研究和设计,从集体偏好的角度实现了充电服务市场资源配置效率。算例分析表明,需求侧集体最优的最大匹配可最低成本或最快地实现充电服务匹配,具有良好的场资源配置效率。再次,本文引进机制设计的个体理性与激励相容目标,在需求侧最大匹配基础上,根据非合作博弈纳什均衡理论,对快速充电服务需求侧个体最优的纳什均衡匹配进行了研究,并进一步将个体理性延伸至整个充电服务市场,根据合作博弈稳定匹配理论,对快速充电服务市场稳定匹配进行了研究。针对仅有电动汽车用户具有个体理性的“单边理性市场”情形,本文在设定电动汽车用户效用函数基础上,建立了快速充电服务需求侧完全信息静态博弈模型,并在引入Hall条件作为判断和排除充电拥挤冲突问题的前提下,构建了快速充电服务需求侧纳什均衡匹配机制。该机制下的最终匹配方案是一种Pareto最优方案,不仅能够实现市场资源配置效率目标,而且还符合需求侧的个体理性与激励相容目标。随后,本文从技术经济分析角度,对充电服务供给侧可能存在个体理性的情形进行了论证。针对充电服务供需双侧均具有个体理性的“双边理性市场”情形,本文在设定双方效用函数的基础上,根据延迟接受机制建立了严格偏好下的快速充电服务市场稳定匹配机制。该机制的最终方案也是一种Pareto最优方案,不仅可以实现市场资源配置效率,还符合供需双侧的个体理性与激励相容。算例分析表明,快速充电服务个体最优的博弈匹配在实现满足充电服务市场资源配置效率、个体理性与激励相容目标上具有较好的表现。最后,本文在动态分时电价机制基础上,通过引入常规充电服务下的电动汽车用户个体理性,根据非合作博弈均衡理论,建立了单个电动汽车用户最佳起始充电时间的博弈决策机制,并构建了常规充电服务需求侧个体最优的博弈均衡机制。本文在对常规充电服务市场中电动汽车用户的充电行为进行数学建模的基础上,通过动态分时电价机制,建立了电动汽车用户之间以及电动汽车充电与电网之间的联系,从而建立了基于最优成本模型的电动汽车用户常规充电服务的充电博弈模型。通过对最优成本模型的求解,得到了基于最佳起始充电时间的常规充电服务需求侧个体最优的博弈机制。算例分析表明,常规充电服务需求侧个体最优的博弈机制在提升电网经济运行和减小充电服务成本方面具有较好的效果。
【图文】：

电动汽车,消费者,服务发展,供给者

图 1.1 消费者对购买和使用电动汽车存在的顾虑ig. 1.1 Consumers’concerns of purchasing and using electric vehic数据来源：http://www.zhuanlingyong.com/energycar动汽车续航里程已能满足公众日常出行需要的情况下电动汽车的推广和使用显得更为紧迫和重要。国务院产业发展规划（2012—2020 年）》指出，到 2015 年，合动力电动汽车累计产销量力争达到 50 万辆。但从电，实际成效与所设定的目标还存在较大的差距。这既与充电服务发展滞后相关。在电动汽车电池及其充电能够满足日常基本需求的情况下，充电服务发展的不用。一方面，作为充电服务的直接供给者，充电基础服务资源的市场供给不足。而作为电动汽车产品的互足间接抑制了电动汽车的市场推广。另一方面，作为与作为充电服务供给者的充电设施，双方之间如何有

经营系数,电量,增长率,充电站

由于充电站 K 周边人口聚集度不高、人口流动量不大等原因，目前仅有一条，配置公交车仅 20 辆，该线路运营时长 15.5 小时，但只有早晚高小时，且发班时间间隔为 10 分钟。这导致站内 6 台直流充电机设备在间均处于闲置状态，从而使得充电站 K 的使用率严重不足。假定市场可接受的投资收益率为 8%，该充电站的折旧周期为 10 年，即的生命周期为 10 年，并且该生命周期内年运营成本不变，充电电量每年。按照改进的项目经营系数，经计算可得，充电站 K 的经营系数值为 0如果将其生命周期调整为 20 年，在市场可接受的投资收益率为 8%、基 0.828 元/千瓦时情况下，，充电站 K 的经营系数值以及充电电价和其中的电价，与电动汽车推广带来的充电电量增长率的关系如图 3.3 所示。从以看出，电动汽车的推广带来的充电电量的增长速度的不同，对充电基营性以及为实现纯经营性（即项目经营系数等于 1）所设定的包含充电服内的充电电价，均具有较大的影响。而且，总体上来看，充电站 K 具有的属性特征。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：F426.61

【参考文献】