浙江圖盛輸變電工程有限公司溫州科技分公司 曲 鈺 王慕將 國網(wǎng)溫州供電公司 黃海寧

在全球能源危機(jī)和自然資源不堪重負(fù)的時(shí)代背景下，新能源電動(dòng)汽車的推廣和普及速度大幅度加快，電動(dòng)汽車以低碳環(huán)保、能源來源多元化、對環(huán)境外部性較小等優(yōu)勢得到了市場消費(fèi)者和許多國家政府的支持。充電樁是向電動(dòng)汽車電力能源的重要基礎(chǔ)設(shè)施，充電樁的使用效率對于電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的推廣、普及和低碳化運(yùn)行具有重要意義，綠色共享經(jīng)濟(jì)時(shí)代，電動(dòng)汽車充電樁共享不僅是一種時(shí)尚流行的經(jīng)濟(jì)模式，而且是推動(dòng)電動(dòng)汽車快速普及推廣且大幅度提升低碳綠色程度的重要保證，充電樁共享可省去大批資金和物資去建設(shè)更多的充電樁設(shè)施。

作為電動(dòng)汽車電力能源補(bǔ)給的重要設(shè)施，充電樁一般安裝在專用充電站、公用停車場或私人停車場，安裝在專用充電站、公用停車場的充電樁一般為向公眾開放的公共充電樁，安裝在私人停車場上的充電樁一般為個(gè)人私有專屬使用。在當(dāng)前電動(dòng)汽車電池技術(shù)條件下，電動(dòng)汽車的續(xù)航里程普遍較小或有限，因此使用充電樁進(jìn)行充電的頻率較高，每次充電所需的時(shí)間一般在1～3個(gè)小時(shí)左右。

隨著電動(dòng)汽車數(shù)量的增長，公共充電樁問題也越來越突出，如區(qū)域分布不均勻、燃油車不當(dāng)占位、充電排隊(duì)以及額外停車費(fèi)用等。私人充電樁使用起來相對方便快捷且成本較低，因此不少電動(dòng)汽車用戶選擇安裝私人充電樁，但私人充電樁的安裝費(fèi)用和后期的維護(hù)成本也相對較高，同時(shí)私人充電樁的設(shè)備閑置率一般也較高，一定程度上浪費(fèi)了充電樁的資源利用率，既給電動(dòng)汽車用戶帶來了諸多不便，也給充電樁運(yùn)營帶來了一定的損失，此外還抑制了電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。充電樁經(jīng)營方具有全面的關(guān)于電動(dòng)汽車充電行為等方面的信息，但它忽略了電動(dòng)汽車車主構(gòu)建用戶網(wǎng)絡(luò)的可能性與可行性，以及其在充電樁資源整合和信息共享中的作用?；诖耍疚膹碾妱?dòng)汽車用戶網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的視角研究了充電樁共享及其機(jī)制問題。

1 電動(dòng)汽車用戶網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及其意義

社會(huì)網(wǎng)絡(luò)及其節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系一直為人們所重視，并廣泛應(yīng)用到自然或社會(huì)問題的解決之中。公共充電樁建立之初就是基于共享的目的而去的，這里所講的充電樁共享是指私人充電樁的共享。在此電動(dòng)汽車用戶網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)重要的存在，它負(fù)責(zé)生成并傳遞充電樁共享的大部分重要信息，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)是每一個(gè)擁有電動(dòng)汽車的用戶，這些用戶根據(jù)是否擁有私人充電樁將其分為兩類，一類是私人充電樁擁有者、表示為OCP,一類是不擁有私人充電樁、表示為NOCP，OCP 可向NOCP 提供充電樁設(shè)備進(jìn)行電動(dòng)汽車充電，于是二者就建立了提供者和使用者間的關(guān)系。

OCP 既要負(fù)責(zé)管理經(jīng)營共享充電樁，又要滿足自身電動(dòng)汽車的充電要求，由于單個(gè)充電樁所能承載的電動(dòng)汽車數(shù)量有限，單位時(shí)間內(nèi)只能滿足部分電動(dòng)汽車用戶的充電需求，在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)信息傳輸不完善的電動(dòng)汽車用戶網(wǎng)絡(luò)中，共享充電樁的信息傳送和共享較差，通常會(huì)存在OCP 無法找到NOCP，而NOCP 又集中使用少數(shù)OCP 充電樁的情況，所以在電動(dòng)汽車用戶網(wǎng)絡(luò)中共享充電樁的信息資源整合就顯得非常重要，要整合和完善電動(dòng)汽車用戶網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵在于構(gòu)建科學(xué)合理的電動(dòng)汽車用戶網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[1]，從而提高和完善共享充電樁的信息傳播質(zhì)量和傳播效率，構(gòu)建科學(xué)的充電樁共享機(jī)制，提高共享充電樁使用效率。

圖1給出了電動(dòng)汽車用戶網(wǎng)絡(luò)中共享充電樁的共享過程，在該網(wǎng)絡(luò)中OCP、NOCP、充電樁是三者重要節(jié)點(diǎn)，OCP 與NOCP 之間是共享關(guān)系，這也是整個(gè)充電樁共享用戶網(wǎng)絡(luò)能夠存在的基礎(chǔ)和前提，因此對該網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整的主要問題是在OCP 與NOCP 間構(gòu)建完善的共享關(guān)系。

圖1 用戶網(wǎng)絡(luò)中共享充電樁的共享過程

如圖1所示，充電樁共享用戶網(wǎng)絡(luò)通過充電樁共享構(gòu)建了OCP、NOCP、充電樁三個(gè)重要參與節(jié)點(diǎn)的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，OCP 具有決定是否共享其私人充電樁的權(quán)利，NOCP 具有是否選擇使用OCP 共享充電樁的權(quán)利，因此整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的自組織性非常強(qiáng)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與NOCP 選擇偏好、充電樁所在區(qū)域環(huán)境、充電樁設(shè)備的信息共享程度等都有著直接的關(guān)系。事實(shí)上，只要對該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母深A(yù)和調(diào)節(jié)就能大幅度地提升網(wǎng)絡(luò)的性能，充電樁經(jīng)營機(jī)構(gòu)在長期的業(yè)務(wù)過程中積累了大量的關(guān)于充電樁、OCP 及其充電行為等方面的大量數(shù)據(jù)[2]，因此在其網(wǎng)絡(luò)調(diào)控方面具有先天性的優(yōu)勢，所以作為充電樁經(jīng)營機(jī)構(gòu)，應(yīng)加強(qiáng)對用戶網(wǎng)絡(luò)信息傳播對充電樁共享影響的重視，構(gòu)建相應(yīng)的共享機(jī)制，促進(jìn)電動(dòng)汽車充電樁共享的發(fā)展。

相關(guān)研究表明，社會(huì)性網(wǎng)絡(luò)都具有小范圍、小世界和非標(biāo)度性等特征，小范圍、小世界等特性使得社會(huì)性網(wǎng)絡(luò)的各節(jié)點(diǎn)之間平均路徑具有趨于最小化的特征，非標(biāo)度性使得網(wǎng)絡(luò)中的少數(shù)幾個(gè)節(jié)點(diǎn)占有相對較多的關(guān)聯(lián)性關(guān)系，并由此帶來節(jié)點(diǎn)之間的異質(zhì)性，最終使得網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)分布和權(quán)重屬性分布不均勻。這種特征同樣適用于電動(dòng)汽車用戶網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)用戶可通過最小化的路徑產(chǎn)生鏈接關(guān)系，但在非標(biāo)度特征的作用下，會(huì)導(dǎo)致在某段時(shí)間內(nèi)大量的不擁有私人充電樁的用戶搶奪共享充電樁進(jìn)行充電的現(xiàn)象，這就需著手解決電動(dòng)汽車用戶網(wǎng)絡(luò)視角下的充電樁共享機(jī)制構(gòu)建問題。

2 電動(dòng)汽車用戶網(wǎng)絡(luò)視角下的充電樁共享機(jī)制的構(gòu)建

要構(gòu)建電動(dòng)汽車用戶網(wǎng)絡(luò)視角下的充電樁共享機(jī)制，充電樁經(jīng)營機(jī)構(gòu)就須著手搭建電動(dòng)汽車用戶網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在電動(dòng)汽車充電樁擁有者自愿授權(quán)的條件下，登記充電樁及其所有者的基本信息、充電記錄、區(qū)位位置、空閑時(shí)間、使用時(shí)間、支付方式、預(yù)約方法等，系統(tǒng)對所有登記注冊的充電樁及其用戶的信息進(jìn)行處理分析，將與充電樁共享相關(guān)的重要信息、參數(shù)與屬性在用戶網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行分發(fā)和推送，以供共享充電樁需求者查找和選擇，在需求者選擇某共享充電樁進(jìn)行充電時(shí)，其信息也會(huì)自動(dòng)推送到充電樁所有者，從而在信息充分對稱的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)共享充電樁的使用，解決了傳統(tǒng)的充電樁分布不均、充電排隊(duì)和找充電樁困難等問題[3]。

具體過程如下：電動(dòng)汽車用戶網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)尚未構(gòu)建時(shí)的OCP、NOCP 與充電樁所處的狀態(tài)是一對一的關(guān)系，即所有者專享充電樁，其他沒有私人充電樁的電動(dòng)汽車用戶即NOCP 處于孤立節(jié)點(diǎn)狀態(tài)。

圖3 T1時(shí)刻充電樁開始共享時(shí)的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖

從圖2可看出，網(wǎng)絡(luò)中相當(dāng)一部分的充電樁開始與NOCP 共享，由于私人充電樁充電成本較公用充電樁要低，所以相當(dāng)一部分的NOCP 用戶會(huì)選擇使用私人共享充電樁，并在這個(gè)共享過程中構(gòu)建起來了NOCP 與OCP 的關(guān)聯(lián)關(guān)系，充電樁起到一個(gè)中間媒介作用[4]。這一時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)中的充電樁1、充電樁2、充電樁3共享給了用戶NOCP1，NOCP2，…NOCP7，選擇充電樁1的用戶有4個(gè)，選擇充電樁2的用戶有2個(gè)，選擇充電樁3的用戶有1個(gè)，因此充電樁1的設(shè)備利用率最高。充電樁4和充電樁5依然處于獨(dú)享狀態(tài)，用戶NOCP8還沒有加入到充電樁共享網(wǎng)絡(luò)之中。由于充電樁1的使用者最多，因此需要排隊(duì)輪流充電，充電樁3的共享人數(shù)最少，因此其空閑時(shí)間最多，同時(shí)充電樁4、充電樁5和電動(dòng)汽車用戶NOCP8沒有加入到網(wǎng)絡(luò)之中，因此從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上來看資源分配和配置并不合理，需采取措施來調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使之實(shí)現(xiàn)充電樁資源的最佳利用[5]。圖3給出了T2時(shí)刻的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖。充電樁4和充電樁5的所有者開放了充電樁共享，加入到了充電樁共享網(wǎng)絡(luò)之中，電動(dòng)汽車用戶NOCP8也進(jìn)入到了共享網(wǎng)絡(luò)之中，用戶NOCP1，NOCP2,…NOCP8在信息充分對稱的情況下經(jīng)過比較選擇了如圖3所示的充電樁進(jìn)行共享充電，這時(shí)原來需要排隊(duì)使用的充電樁1的部分用戶在充分信息指引下選擇了其他相對空閑的充電樁進(jìn)行充電，這時(shí)更多的所有的用戶和充電樁均加入到了共享網(wǎng)絡(luò)之中，充電樁資源得到了充分利用。綜上，隨著電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，充電樁建設(shè)顯得相對滯后，因此在當(dāng)前情況下發(fā)展共享充電樁能夠快速彌補(bǔ)充電樁建設(shè)的不足，也能實(shí)現(xiàn)充電樁資源的最大化利用，將私人充電樁改造并加入到共享充電樁網(wǎng)絡(luò)中，不但能降低私人充電樁的使用成本，還能大幅度地改善目前公用充電樁資源分布不均、數(shù)量不足等問題，對于電動(dòng)汽車用戶的車輛使用和推動(dòng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都會(huì)帶來方便和好處，能夠有效的解決目前電動(dòng)汽車充電難問題，提升電動(dòng)汽車用戶的充電體驗(yàn)。本文提出并構(gòu)建的電動(dòng)汽車用戶網(wǎng)絡(luò)視角下的充電樁共享網(wǎng)絡(luò)及其運(yùn)行機(jī)制，能有效實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)汽車用戶網(wǎng)絡(luò)資源的整合，從而為網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)電動(dòng)汽車用戶提供一個(gè)充分的信息交流和資源共享平臺(tái)，并可依托該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)充電資源信息在大量電動(dòng)汽車用戶節(jié)點(diǎn)之間的推送和共享。

圖2 T1時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖