优化校园电动汽车基础设施：分布式与半公共集中式充电的技术经济比较

《Results in Engineering》：Optimizing Campus EV Infrastructure: A Techno-Economic Comparison of Distributed and Semi-Public Centralized Charging

　　

大学校园日益被视为可持续倡议的早期采用者。随着电动汽车（EV）普及的扩大，学术机构面临开发有效校园充电解决方案的日益增长的需求。本研究以约旦大学为案例，对两种电动汽车充电基础设施设计进行了技术经济评估。第一种设计涉及在五个校园区域分布120 kW直流快充充电器网络。第二种设计提出在主入口附近建设一个半公共集中式充电站，配备150 kW直流快充充电器，对教职员工和公众开放。技术经济分析基于调查数据、变压器负载条件和具体场地安装要求，特别针对电网容量限制、变压器负载和广泛电缆基础设施等挑战。设计一显示出强大的内部服务效益，但总成本为180万美元，盈亏平衡点为3.73年。设计二以661,029美元的成本实现了相同的核心功能，在1.78年内达到盈亏平衡，五年净收入约为110万美元，而设计一为62万美元。平准化电力成本（LCOE）分别为0.04934美元/kWh和0.032294美元/kWh。虽然分布式布局提供了便利，但集中式设计在财务上更高效，更适合立即实施。两种方案都支持机构和国家的减少温室气体排放和促进电动汽车普及的目标。

随着全球电动汽车（EV）普及加速，大学校园作为微型社会，面临建设有效充电基础设施的迫切需求。然而，现有研究多聚焦于技术优化（如太阳能光伏（PV）集成、智能充电算法），缺乏对分布式网络与半公共集中式站点间直接技术经济比较的框架，尤其在如何利用公共访问降低高资本风险方面存在空白。本研究以约旦大学（JU）为案例，旨在填补这一缺口，提出并评估两种直流快充方案：设计一为覆盖五个校园区域的120 kW分布式DC快充网络，设计二为靠近主入口的150 kW集中式半公共充电站，论文发表在《Results in Engineering》。

研究人员（Esraa Alhendi、Osama Ayadi、Sahban Alnaser、Bilal Rinchi，均来自约旦大学机械工程系）通过员工问卷调查（覆盖2287名有车辆通行证的员工，排除学生）获取充电行为、EV类型及通勤距离数据，并结合HR数据、工程图纸及变压器负载条件，设计了两套电气布局。技术方法包括：根据约旦国家建筑规范（JNBC）4%电压降限制，计算电缆截面（铜电缆、XLPE绝缘）和变压器容量（依据IEC 60076标准）；经济评估则采用资本支出（充电器、电气安装、土木工程）、运营成本（O&M）、收入模型（基于50%利用因子、ToU电价、6%损失），计算平准化电力成本（LCOE）和盈亏平衡点，评估周期为10年。

**3.1 Design One Results**：通过成本计算，设计一总成本约180万美元，其中电气工作（五台变压器、电缆、配电板）占近50%。区域2成本最高（约54.75万美元），区域1次之（约50.22万美元），区域3和4各24.48万美元，区域5为26.30万美元。五年收入预测显示，第一年收入46.5万美元（因初期市场推广扣减5%），之后稳定在48.9万美元/年，净收入在第四年转正（13.0万美元），第五年达61.9万美元。盈亏平衡点为3.73年，LCOE为0.04934美元/kWh。

**3.2 Design Two Results**：设计二总成本66.1万美元，其中充电器占46.4%（30.66万美元），电气工作占25.6%（16.91万美元），土木工程（地面准备、沥青、围栏等）占13.2%，O&M占14.8%。五年收入预测显示，第一年收入36.3万美元（扣减5%），第二、三年38.2万美元/年，第四年因竞争扣减15%降至32.5万美元，第五年扣减20%降至30.6万美元。净收入在第二年即转正（8.4万美元），第五年达109.7万美元。盈亏平衡点为1.78年，LCOE为0.032294美元/kWh。

**3.3 Comparison with Previous Studies**：与现有研究对比，设计二的LCOE（0.032美元/kWh）显著低于巴基斯坦NUST的0.117–0.129美元/kWh、意大利Palermo的0.08–0.11美元/kWh，以及沙特KSU的0.065美元/kWh等。这一优势源于JU已存在的16 MWp太阳能光伏系统（2023年发电25.41 GWh）和现有中压配电网络，避免了大规模可再生能源或电池存储的资本支出。

**3.4 Comparison Between Designs**：两种设计服务于不同战略目标。设计一提供内部便利，但成本高、回收慢；设计二成本低、回收快、LCOE低，但用户需前往中心位置。设计一适合内部服务优化，设计二强调公共参与和快速回报。敏感性分析表明，利用率下降对项目生存能力影响显著，而成本变化呈线性影响。

讨论部分总结：两种设计均技术上合理，但选择取决于大学优先目标。设计一适合内部服务质量与运营控制，设计二适合快速实施与社区影响。建议先部署设计二作为起点，随员工EV需求增长逐步扩展设计一。

研究结论翻译：本研究以约旦大学为案例，基于真实校园数据，采用技术经济方法评估了两种直流快充基础设施设计方案。设计一由120 kW充电器组成的分布式布局，分布在五个区域；设计二将所有150 kW充电器整合到校门附近的集中式半公共充电站。从技术可行性、成本结构、预期收入和长期财务绩效评估了每种设计。分析表明，虽然设计一提供更广泛的覆盖和日常便利，但总成本高达180万美元，盈亏平衡期为3.73年。相比之下，设计二投资不到一半（66.1万美元），在1.78年内达到盈亏平衡，LCOE更低（0.032294 vs 0.04934美元/kWh）。尽管服务于内部和外部用户，设计二即使在保守的公共需求波动假设下仍保持盈利。从机构角度看，两种设计都促进大学向可持续能源和电动出行转型。设计一提升内部服务质量并直接支持员工，设计二通过向公众提供访问产生更广泛影响，并作为约旦可扩展的高速充电枢纽的模型。总体而言，两种设计在技术上合理且财务上可行，但服务于不同的战略目标。对于快速实施、公众参与和强劲财务回报，设计二是更有利的起点。随着员工电动汽车普及率增加，未来可逐步实施设计一，实现校园扩展。