Sustainable Development 可持续发展, 2012, 2, 1-5 http://dx.doi.org/10.12677/sd.2012.21001 Published Online January 2012 (http://www.hanspub.org/journal/sd) Forecast of the Electric Vehicle Ownership in Guiyang City and Investigation on the Business Mode of Charging Faculties Li Mo Human Resources Department of Guiyang Power Supply Bureau, Guiyang Email: moligy@yahoo.cn Received: Nov. 2nd, 2011; revised: Nov. 18th, 2011; accepted: Dec. 1st, 2011 Abstract: With the decrease of energy around the world, the development of electric vehicle has been app- roved in many countries, and the construction of charging facilities have also been supported by the go- vernments. In order to improve the efficiency of the power grid, the forecast on the ownership of the electric vehicle in Guiyang was investigated firstly, then the business mode of the charging faculties was investigated. Finally the strategy for the business mode of charging faculties was presented, which can improve the effi- ciency of the power company. Keywords: Electric Vehicle; Charging Facilities; Ownership; Business Mode 贵阳市电动汽车保有量预测与充电设施运营模式研究 莫 莉 贵阳供电局人力资源部,贵阳 Email: moligy@yahoo.cn 收稿日期:2011 年11 月2日;修回日期:2011 年11 月18 日;录用日期:2011 年12 月1日 摘 要:随着全球范围内能源的紧缺,电动汽车充电设施的建设得到各国政府的支持。为了提高电网 企业在充电设施建设与运营中的效益,论文针对贵阳市的城市特点以及民用汽车发展状况,首先采用 BP 神经网络对贵阳市电动汽车保有量进行了预测。根据预测得出的贵阳市民用汽车保有量的增长趋 势,对贵阳市的充电设施的运营模式进行了研究,并对贵阳市电动汽车充电设施的建设方案与运营管 理模式进行了建议。 关键词:电动汽车;充电设施;保有量;运营模式 1. 引言 比拟的优势。目前电动汽车技术的研发已成为各国政 府和汽车厂商关注的热点。电动汽车势必成为重要的 绿色交通工具。电动汽车的规模化发展,需要完善的 基础配套设施,为电动汽车的动力电池提供电能补 给。其中,电动汽车充电设施建设及运营是重要环节 之一,对于电动汽车产业发展至关重要[1-8]。 随着全球汽车工业的高速发展,全球汽车总保有 量的不断增加,汽车所带来的环境污染、能源短缺、 资源枯竭等方面的问题也越来越突出。为了保护人类 的居住环境、保障能源供给,各国政府积极寻求解决 这些问题的途径。电动汽车具有高效、节能、低噪声、 零排放等显著优点,在环保和节能贡献方面具有不可 自2009 年开始我国就开始电动汽车充电设施的 试点建设,并对今后 20年内的电动汽车充电设施的 Copyright © 2012 Hanspub 1 贵阳市电动汽车保有量预测与充电设施运营模式研究 建设进行了全面的规划。目前国内各个省电力公司已 经完成了电动汽车充电设施的试点建设,并进行了试 点运营。但是目前国内很多试点运行的充电设施的运 行效益不高,这将影响充电设施进一步发展。 因此论文针对贵阳市民用汽车的发展状况以及 贵阳的城市特点,在对目前常用的汽车保有量预测方 法分析的基础上,采用 BP 神经网络对贵阳市电动汽 车保有量进行了预测。根据预测得出的贵阳市民用汽 车保有量的增长趋势,对贵阳市的充电设施的运营模 式进行了研究,并对贵阳市电动汽车充电设施的建设 方案与运营管理模式进行了建议。 2. 贵阳市电动汽车保有量分析 电动汽车充电设施的建设以及运营模式需要根 据电动汽车的保有量进行合理的规划,因此论文首先 对贵阳市电动汽车保有量进行计算分析。由于目前贵 阳市电动汽车没有历史数据,因此贵阳市电动汽车保 有量的预测方法如下: 1) 首先根据贵阳市民用汽车历史保有量对贵阳 市民用汽车保有量进行预测。 2) 针对国家科技部对我国 2011年至 2020年电动 汽车发展规划,对2011 年至 2012 年全国电动汽车保 有量进行预测。 3) 根据贵阳市城市特点与经济水平,采用BP 神 经网络对贵阳市的电动汽车保有量进行预测。 图1为贵阳市电动汽车保有量预测流程图。从图 1中可以看出目前对电动汽车的保有量的预测是基于 民用汽车保有量的,因此下面首先对汽车保有量的预 测方法进行分析,进而采用 BP 神经网络对贵阳市的 电动汽车保有量进行预测。 2.1. 汽车保有量预测方法 2.1.1. 常用预测方法 上世纪 50 年代,美国学者 Marc Nerlove 等人采 用了比较简单的时序结构线性方程对汽车保有量进 行了短期预测。20 世纪 70 年代末期回归模型在汽车 保有量预测中得到广泛应用,该方法综合考虑汽车需 求与消费者心理、可支配收入、人均 GDP 等自变量 之间的关系来建立模型。预测结果有的与实际较为接 近,有的则相差较远。还有一些西方学者,采用 Logistic 和Gompertz 曲线模型进行分析。由于汽车普及赶超 国家日渐增多,这种基于历史数据的分析方法收到了 较好的效果[9-13]。 国内学者关于中国汽车市场的年度预测常常采 用的方法有: 趋势外推模型、多元线性回归模型、Damped Trend Exponent i a l Sm oot hi n g时间序列模型,以及对以 上3种模型预测结果赋予权值,来进行组合预测。回 归分析采用 ARIMA 模型进行月度需求预测,统计检 验结果其残差为同方差而拒绝异方差。另有学者采用 Matlab 软件,建立了具有时间序列的私人汽车保有量 的神经网络预测模型,获得了较好的预测效果。此外, 灰色系统理论GM(1,1)被广泛用来预测汽车保有量。 还有学者选取 Gompertz 模型来研究汽车拥有率 和人均收入之间的非线性关系。通过对各国的时间序 列数据和多国的横截面数据做回归,并对汽车拥有率 及其收入弹性做国际比较,发现 Gompertz 方程能够 在一定程度上解释各国汽车拥有率发展共有趋势[13]。 2.1.2. 现有方法中存在的问题 由于发达国家的家庭轿车已经基本普及,而我国 经济近几年快速发展,汽车增长量得到快速站,私有 轿车普及阶段才刚刚开始,汽车普及基本上是体现一 种赶超态势。针对以上重大区别,在汽车保有量预测 建模方面就不能照抄照搬西方学者针对其本国市场 预测的模型。 此外,中国市场经济发展的历史很短,统计数据 和市场数据都不够完整,历史数据积累甚少,近 10 年来中国经济和社会变化的跳跃非常大,这些特点很 Figurea 1. Flow chart for the forecast of electric vehicle ownership 图1. 贵阳市电动汽车保有量预测流程图 2 Copyright © 2012 Hanspub 贵阳市电动汽车保有量预测与充电设施运营模式研究 难使用传统的需求理论和预测技术来指导一些行业 场的复杂性、众多的不确 定性 2.2. BP神经网络模型 神经网络是基于生物神经元提出来的,是由大量 处理 实现 n为输入量,W1j,W2j, W为 的产品需求分析和计算。 因此,根据中国汽车市 以及非线性性质,有必要重新考虑原有的各种预 测模型存在的优点与不足,在适当借鉴学者已经做出 的研究工作的基础上,将中国汽车普及放在经济起飞 赶超的时代大背景之下,参考韩日等国赶超历史,对 原有模型进行改进。 Figure 2. The structure of neurons 图2. 神经元结构 单元(神经元)相互连接形成的网络[14,15]。神经网 络对信息的处理是通过神经元相互作用来 。神经 网络基本单元是神经元,是对对生物神经元的抽象, 简化,其结构如图 2所示。 在该结构中,X1,X X ∑ W 1j W 2j W nj Φ(.) 2 nj 输入量权值, j 为神经元阈值,输入输出的关 系为: Figure 3. The process of error correction .3. 贵阳现有汽车保有量分析 有量还比较 低。据 阳统计年鉴数据中关于 贵阳 图3. 误差修正过程 1 n j ij ij i pwx (1) 2 () j j yfp 2.3.1. 贵阳民用汽车保有量预测 (2) 其中 与其他城市相比,贵阳家庭汽车的拥 f 有关资料显示,贵阳目前有 400万人口,到2010 年底,达到了430 万人。据贵阳市城调队公布的资料 显示,2005 年,贵阳城市居民平均每百户家庭拥有 2.33 辆车,截至2007 年,每百户城镇居民家庭拥有 4 辆汽车,比 2002 年增长了 3倍。目前贵阳汽车保有 量为 35 万辆,以 70%为私家车计算,除去公车外, 私家车应该在20 万辆。因此,根据目前的人口计算, 贵阳至少可以容纳 70 万辆轿车,按照目前的增长速 度,至少还需要 8年左右。 根据贵州省统计局的贵 为非线性激活函数,常用的非线性激活 函数包 logisitic 计算和 误差的反 于神经元突触 权值的调节量正比于本次学习中误差信号与突触输 括 函数和双曲正切函数。 BP 神经网络主要计算过程由输入的正向 向传播两个过程组成。输入层神经元主要用 来接收输入信息,并传递给隐含层神经元;隐含层主 要用于输入量的计算处理,根据输入量以及处理信息 的要求,隐含层可以设计为单层或者多层结构;最后 输出层将正向计算结果输出,至此就完成了一次学习 的正向传播处理过程。如果此时的输出结果与期望值 存在误差,则进入误差反向修正阶段。误差通过输出 层,按照梯度下降法修正各层权值,直到误差满足设 定的要求为止。整个学习的过程就是各层权值不断调 整的过程,也是神经网络学习训练的过程。BP 神经 网络的权值的调节过程如图3所示。 误差反向传播修正的主要指作用 民用汽车保有量历史数据如图4所示,可以看出 随着经济增长,贵阳市民用汽车保有量逐年增加。截 至2009 底,民用汽车保有量已达到348,956 辆。从图 4可以看出,自1998~2009 年11 年间,贵阳民用汽车 的每年增长率平均超过 20%,其中 2003 年增长率最 大,超过了35%。虽然在增长过程中呈现波动,但是 总体增势强劲。随着贵阳市经济的发展,这一增势还 将继续下去。 入信号的乘积,在图 3中, 为目标期望值, 为输出值, ek为误差值, k dn kn y 差。 k通过修正权值来减小误 Copyright © 2012 Hanspub 3 贵阳市电动汽车保有量预测与充电设施运营模式研究 199719981999200020012002 2003200420052006200720082009 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 x 10 5 Figure 4. The civilian car ownership of Guiyang in 1997 to 2009 根据贵阳市民用汽车保有量历史数据,通过三层 BP 2.3.2. 全国电动汽车保有量预测 年、2030 年全国电 动汽 2.3.3. 贵阳市电动汽车保有量预测 有量的估计, 以及 3. 贵阳市电动汽车充电设施运营模式分析 根据预测得出的贵阳市的电动汽车保有量,与现 状以 ang from 2011 年份 2011 2012 2013 2014 2015 图4. 贵阳市 1997~2009 年民用汽车保有量 神经网络,以历史数据为训练样本,对贵阳市 2011~2020 年民用汽车的保有量进行了预测计算,结 果如表 1所示,从表中可以看出今后 10 年,贵阳市 民用汽车保有量将会有很大的发展空间。 针对科技部对2015年、2020 车保有量的预测数据,采用分段三次Hermite 插 值方式对 2011年至 2020 年每年的电动汽车保有量做 分析计算,结果如表 2所示。 根据全国电动汽车 2011~2020 年保 对贵阳 2011~2020 年民用汽车保有量的估计,通 过BP 神经网络可以预测贵阳市 2011~2020 年电动汽 车保有量,如表 3所示。采用 BP 神经网络对电动汽 车保有量进行预测,可以考虑各种非线性因素的影 响。 及国内外电动汽车运营模式的经验与国家电网 公司的政策,主要从充电服务网络的构建、充电设施 的运营及管理以及充电计费几个方面,对贵阳市电动 汽车充电设施运营模式提出以下建议。 Table 1. The public car ownership forecast of Guiy to 2020 表1. 贵阳市民用汽车保有量预测(2011 年~2020年,单位:辆) 保有量 42453672,88069,3960,418 594,068 7,238 年份 2016 2017 2018 2019 2020 保7810 1 13 有量 78,82395,64712,082 153,77384,527 Table 2. The electric cars ownership forecast 年份 2011 2012 2013 2014 2015 表2. 全国电动汽车保有量预测(万辆) 保有量 95.148 129.7 169.69 215.11 266 年份 2016 2017 2018 2019 2020 保有量 3996132.124 637.303 2.62 29.161698 Table 3. The electric cars ownership forecast of Guiyang 年份 1 2012 2013 202015 表3. 贵阳市电动汽车保有量预测(辆) 20114 贵阳电动汽车 保有量 10,13,5201 7069 8483 214788 年份 2016 2017 2018 2019 2020 贵阳电动汽车 保有量 19,02723,594 30,672 39,87358,614 .1. 充电设施网络的构建 惯和各种充电方式的特 点, 建设应以充电站与电池更换站相 结合 贵阳市电动汽车爆发式增长后,对充 电设 市电力公司在推进电动 汽车 ,保证电动汽车的及时充 3 1) 综合考虑用户充电习 “网络覆盖”与“便捷使用”将是充电服务设施 建设的核心要求。 2) 充电设施的 的“一体站”为主、以公共场所常规充电装置为 补充,从而有效满足用户对于充电时间和更换电池便 捷性的需要。 3) 先行考虑 施的需求增长,建议在城区内的新建小区开展充 电设施配套建设推广工作。 基于以上分析,建议贵阳 充电服务网络后续建设过程中,根据贵阳市的经 济发展特点,特别是民用汽车增长速度迅猛这一特 点,综合考虑以下内容: 1) 快速充电站的建设 4 Copyright © 2012 Hanspub 贵阳市电动汽车保有量预测与充电设施运营模式研究 Copyright © 2012 Hanspub 5 电。 ) 推进换电站的建设,在电池技术没有突破之 前, 策支持, 对于 3.2. 充电设施运营模型建议 根据目前其他行业的运营经验,结合贵阳市汽车 发展 价格策略和增值服务模式,只 有在 股充换电站 经营 单位向国家电网公司申请特 许经 池 关键 服 热线 ) 广告业务。利用充电站内设备和空间为电池厂 商, 汽车保有量的预测方法进行了分析总结, 对贵 汽车保 有量 2 加快换电站可以减少充电等待时间。 3) 推广常规充电桩的建设。申请政府政 新建小区的停车库要求配套建设充电桩,建议充 电桩的数量与停车位的比例超过20%。 历史以及预测的保有量,对贵阳市的充电设施运 营模式做以下建议: 1) 借鉴通信行业的 独立经营的加油站才有优惠、增值、积分等活动。 引导用户在国家电网公司充电站消费。 2) 充电站的建设与运营可以采用参 方式。采取出资人承包经营和管理,国家电网公 司拿固定回报的方式。 3) 允许个人或其他 营许可,电网公司为其提供专门的充电和计费设 备以及电动汽车充电收费系统软件,电网公司提供宣 传材料和价格策略,不定期对其进行抽检。 4) 提供充电外其他多种服务,具体包括: a) 信息提醒服务。对电动车辆运行过程中电及[6 部件的工作状态、车辆位置等数据进行实时采集 与传输,为车辆提供远程故障诊断、快速救援以及智 能化调度(及时提供路况信息)信息提醒服务。 b) 紧急救援服务。建立电池救援中心,设置务[9 ,为用户提供电动车及动力电池的检修配送服 务。 c 汽车厂商及相关厂商提供广告业务,收取费用。 4. 结论 1) 对并 [13 阳市的民用汽车发展规律进行了分析。 2) 采用 BP 神经网络方法对贵阳市的电动 进行了预测,BP 神经网络可以克服预测过程中 的非线性因素影响。 3) 对贵阳市电动汽车充电设施的建设方案进行 了分析,提出了充放电站相结合的方式进行建设。 4) 对贵阳市电动汽车充电设施的运营模式进行 了分析,提出了多种运营模式相结合的方式。 论文采用 BP 神经网络对贵阳市电动汽车今后10 年保有量进行了预测,这属于长期的预测,在今后短 期的规划制定的过程中,还需要根据电动汽车实际发 展情况进行相应的修订。根据预测得出的贵阳市民用 汽车保有量的增长趋势,对贵阳市的充电设施的运营 模式进行了研究,并对充换电站的建设经济性进行了 初步的分析。 参考文献 (References) [1] 马艳丽, 高月娥. 我国未来汽车保有量情景预测研究[J]. 公 路交通科技, 2007, 24(1): 121-125. 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