《IEEE Access》：Planning Smart EV Charging Infrastructure Around Metro Transit Hubs in Riyadh
编辑推荐：
为破解中东高日照城市EV充电拥堵与碳排难题，作者融合PV-无线充电、M/M/c队列与ABM用户行为模型，对利雅得10大地铁枢纽进行系统规划。结果显示，以PV供电无线方式承担40%日负荷，可削减60%快充桩需求，峰时排队延误降低80%，年减排CO逾千吨，为Vision 2030提供可复制的零碳交通方案。
在沙漠阳光炽烈的利雅得，2030愿景正把这座石油之城推向“零碳交通”赛道：新地铁线网铺开，电动车（EV）数量即将井喷。然而，高峰时段充电桩“车龙”超百米，电网峰值负荷陡增，燃油车碳排仍占主力——三大痛点交织，城市管理者急需一份可落地的“交通-能源”一体化蓝图。
为回答“该建多少桩、建在哪、如何不增加电网负担、还能让车主不排长队”，Mohamed Shalaby团队把目光锁定在“地铁枢纽”这一天然流量池，展开跨学科攻关。论文《Planning Smart EV Charging Infrastructure Around Metro Transit Hubs in Riyadh》发表于《IEEE Access》，提出一套“空间需求预测-PV无线-V2G-行为仿真”四维耦合框架，首次在中东场景下量化证明：光伏（PV）供电的无线充电若承担40%日负荷，可减少60%快充桩、80%排队时间，并年减CO 1032吨，为海湾国家提供可复制范本。
关键技术方法：
以人口-出行大数据+蒙特卡洛泊松到达，估算10个地铁枢纽1–2 km catchment的日EV流量；
M/M/c队列理论计算充电桩数与等待时间；
基于利雅得5.5 kWh·m·d太阳辐射，按40%无线份额做PV面积与锂电池4h缓冲 sizing；
构建MATLAB离散事件-智能体（ABM）平台，引入用户最大等待阈值、实时电价、V2G双向流，评估拥堵、服务率与碳减排。
研究结果
地铁枢纽EV负荷估计
通过“人口×户均1.9辆×30%EV渗透率×50%活跃出行”公式，预测King Abdullah Financial District等站日EV最高4200辆；公共充电依赖度35–50%，日能耗5880 kWh，为后续PV与队列模型提供输入。
随机到达与功率需求
10万次蒙特卡洛显示早、晚双峰各约31 EV·h，单桩30min补电40kWh，对应μ=2 EV·h，峰时功率可骤增至900kW，揭示“无缓冲即拥堵”风险。
队列与充电负荷分析
纯快充场景下，4桩系统利用率ρ=0.97>1，排队等待>100min；当采用PV无线分流40%，有效到达率λ=(1-α)λ，ρ降至0.6，等待骤降至<20min，系统稳定性显著改善。
PV无线充电影响
以α=0.4重算桩数，KAFD站桩量由70减至25，降幅>60%；Al Malaz、Al Olaya等站亦同比例下降，证实“无线即基础设施”理念可大幅节省土地与电网扩容费用。
环境与可持续性影响
10站合计PV面积1.6万m，年发电1.72GWh，按0.6kg CO·kWh电网系数，年减排1032吨，相当于225辆燃油车全年排放；4h电池缓冲削峰填谷，助力电网脱碳。
系统性能灵敏度
充电会话能量E由30增至60kWh，所需PV面积线性翻倍；
无线份额α≥0.4是“拐点”，再增α对排队收益递减；
会话时长T从20min延长到60min，服务率μ由3→1 EV·h，平均等待由6.1→64.8min；
储能>4h边际效益下降，建议经济配置4h。
V2G场景队列仿真
设置充电流λ=6 EV·h与放电流λ=0–2 EV·h，无限制V2G使ρ>1，等待升至350min；优先V2G策略把放电车辆限定为40%，等待回落并维持峰时电网支撑功能。
基于智能体的动态行为模拟
ABM将每辆EV设为独立agent，赋予10–40min最大等待阈值。模拟240min早高峰，50辆车中仅18辆即时充电，33辆因“等不及”弃充，弃充率65%；提高阈值至60min，服务率仍饱和于66%，显示单纯靠用户“耐心”无法突破物理桩容量上限，必须配合动态定价、预约或V2G优先调度。
结论与讨论
研究首次把“人口-空间需求-PV无线-队列-V2G-人的行为”六要素纳入同一框架，给出可量化的规划阈值：
地铁枢纽场景下，无线份额≥40%是同时满足“经济桩数+用户等待<20min+年减排>1000吨”的最优解；
会话能量与PV占地线性相关，建议城市主管部门按“30–40kWh+40%无线”作为设计基准；
V2G必须采用“优先放电”策略，避免双向流叠加导致排队失控；
ABM揭示用户等待阈值存在“天花板”，提醒运营方引入预约制与动态费率，而非一味增桩。
该框架已嵌入利雅得2030愿景路线图，可快速移植至迪拜、多哈等同等高日照、高车流城市，为全球沙漠都市提供“零碳交通-韧性电网-用户友好”三位一体的EV基础设施范式。
