發(fā)布時間：2019-09-26 02:29

【摘要】：作為交通領域實現(xiàn)節(jié)能減排的重要工具,電動汽車的推廣和使用吸引了全球范圍內(nèi)的高度關注。電動汽車盡管呈現(xiàn)出大規(guī)模推廣應用的趨勢,但過去面臨的諸多挑戰(zhàn)至今依然存在。其中,電池及其充電技術的相對不成熟,以及充電服務不完善,已然成為阻礙電動汽車市場推廣和應用的突出因素。而且,以充電服務供給不足與充電服務運行機制缺失為代表的充電服務發(fā)展問題,使得當前的電池與充電技術對電動汽車推廣與使用的制約作用更為突顯。加快充電服務發(fā)展,已是電動汽車實現(xiàn)成功發(fā)展必須重視的現(xiàn)實關鍵問題,也是保障未來大規(guī)模電動汽車市場正常運行必須重視的前瞻性問題。本文正是在這樣的背景和問題導向下,從電動汽車、充電基礎設施與充電服務三個市場共同構成的生態(tài)系統(tǒng)框架出發(fā),在現(xiàn)有相關研究基礎上,對包括充電服務供給與充電服務市場運行的供需匹配機制進行研究和設計,從理論上豐富充電基礎設施建設以及特定目標下的充電服務市場運行機制的研究成果,在實踐層面為加快充電服務發(fā)展的機制選擇提供參考。首先,本文在分析充電基礎設施經(jīng)濟屬性的基礎上,研究了充電基礎設施建設主體問題。從包含互補品的波特競爭力模型以及電動汽車推廣應用與充電基礎設施建設運營之間的博弈支付來看,充電基礎設施建設是非常必要和緊迫的。通過對充電基礎設施的消費使用過程分析,電動汽車接入充電基礎設施進行的充電過程會對電網(wǎng)及其他負荷的運行產(chǎn)生溢出效應,充電基礎設施表現(xiàn)出明顯的準公共品屬性。根據(jù)項目區(qū)分理論以及改進的經(jīng)營系數(shù)模型,對實際充電基礎設施建設運營的案例分析表明,充電基礎設施具有非常顯著的準經(jīng)營特性。不過,隨著技術進步以及充電價格或者補貼政策的制定,充電基礎設施的準公共品屬性和準經(jīng)營特性這種經(jīng)濟屬性是可以轉變的。但是,當前充電基礎設施的這種經(jīng)濟屬性以及充電基礎設施投入產(chǎn)出效應分析表明,充電基礎設施建設需要政府與市場的共同參與。而且,通過政府與市場的博弈分析表明,市場開展充電基礎設施建設需要政府支持。因此,本文認為,充電基礎設施建設需要采取政府支持、市場建設的主體多元化策略以及相應的投融資模式。其次,本文基于二部圖匹配理論,對實現(xiàn)充電服務資源配置最大化的快速充電服務需求側最大匹配進行了研究和設計,并在該基本框架上引入集體理性,以更好地實現(xiàn)市場資源配置效率為目標,對快速充電服務需求側集體最優(yōu)的最大匹配進行了研究和設計。本文將市場離散化的一輪快速充電服務運行中電動汽車與充電基礎設施雙方關于充電服務的交易問題,抽象為一個二部圖匹配問題。在該框架下,市場資源配置最大化轉化為充電服務二部圖最大匹配問題。本文建立了充電服務需求側最大匹配模型,并根據(jù)二部圖匹配中的Hall婚配定理,構建了快速充電服務需求側最大匹配機制。隨后,在市場資源配置中引入集體理性假設,并在時間與成本兩種集體偏好情形下,根據(jù)帶權最大最小二部圖匹配理論,對快速充電服務需求側集體最優(yōu)的最大匹配進行了研究和設計,從集體偏好的角度實現(xiàn)了充電服務市場資源配置效率。算例分析表明,需求側集體最優(yōu)的最大匹配可最低成本或最快地實現(xiàn)充電服務匹配,具有良好的場資源配置效率。再次,本文引進機制設計的個體理性與激勵相容目標,在需求側最大匹配基礎上,根據(jù)非合作博弈納什均衡理論,對快速充電服務需求側個體最優(yōu)的納什均衡匹配進行了研究,并進一步將個體理性延伸至整個充電服務市場,根據(jù)合作博弈穩(wěn)定匹配理論,對快速充電服務市場穩(wěn)定匹配進行了研究。針對僅有電動汽車用戶具有個體理性的“單邊理性市場”情形,本文在設定電動汽車用戶效用函數(shù)基礎上,建立了快速充電服務需求側完全信息靜態(tài)博弈模型,并在引入Hall條件作為判斷和排除充電擁擠沖突問題的前提下,構建了快速充電服務需求側納什均衡匹配機制。該機制下的最終匹配方案是一種Pareto最優(yōu)方案,不僅能夠實現(xiàn)市場資源配置效率目標,而且還符合需求側的個體理性與激勵相容目標。隨后,本文從技術經(jīng)濟分析角度,對充電服務供給側可能存在個體理性的情形進行了論證。針對充電服務供需雙側均具有個體理性的“雙邊理性市場”情形,本文在設定雙方效用函數(shù)的基礎上,根據(jù)延遲接受機制建立了嚴格偏好下的快速充電服務市場穩(wěn)定匹配機制。該機制的最終方案也是一種Pareto最優(yōu)方案,不僅可以實現(xiàn)市場資源配置效率,還符合供需雙側的個體理性與激勵相容。算例分析表明,快速充電服務個體最優(yōu)的博弈匹配在實現(xiàn)滿足充電服務市場資源配置效率、個體理性與激勵相容目標上具有較好的表現(xiàn)。最后,本文在動態(tài)分時電價機制基礎上,通過引入常規(guī)充電服務下的電動汽車用戶個體理性,根據(jù)非合作博弈均衡理論,建立了單個電動汽車用戶最佳起始充電時間的博弈決策機制,并構建了常規(guī)充電服務需求側個體最優(yōu)的博弈均衡機制。本文在對常規(guī)充電服務市場中電動汽車用戶的充電行為進行數(shù)學建模的基礎上,通過動態(tài)分時電價機制,建立了電動汽車用戶之間以及電動汽車充電與電網(wǎng)之間的聯(lián)系,從而建立了基于最優(yōu)成本模型的電動汽車用戶常規(guī)充電服務的充電博弈模型。通過對最優(yōu)成本模型的求解,得到了基于最佳起始充電時間的常規(guī)充電服務需求側個體最優(yōu)的博弈機制。算例分析表明,常規(guī)充電服務需求側個體最優(yōu)的博弈機制在提升電網(wǎng)經(jīng)濟運行和減小充電服務成本方面具有較好的效果。
【圖文】：

圖 1.1 消費者對購買和使用電動汽車存在的顧慮ig. 1.1 Consumers’concerns of purchasing and using electric vehic數(shù)據(jù)來源：http://www.zhuanlingyong.com/energycar動汽車續(xù)航里程已能滿足公眾日常出行需要的情況下電動汽車的推廣和使用顯得更為緊迫和重要。國務院產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020 年）》指出，到 2015 年，合動力電動汽車累計產(chǎn)銷量力爭達到 50 萬輛。但從電，實際成效與所設定的目標還存在較大的差距。這既與充電服務發(fā)展滯后相關。在電動汽車電池及其充電能夠滿足日�；�本需求的情況下，充電服務發(fā)展的不用。一方面，作為充電服務的直接供給者，充電基礎服務資源的市場供給不足。而作為電動汽車產(chǎn)品的互足間接抑制了電動汽車的市場推廣。另一方面，作為與作為充電服務供給者的充電設施，雙方之間如何有

由于充電站 K 周邊人口聚集度不高、人口流動量不大等原因，目前僅有一條，配置公交車僅 20 輛，該線路運營時長 15.5 小時，但只有早晚高小時，且發(fā)班時間間隔為 10 分鐘。這導致站內(nèi) 6 臺直流充電機設備在間均處于閑置狀態(tài)，從而使得充電站 K 的使用率嚴重不足。假定市場可接受的投資收益率為 8%，該充電站的折舊周期為 10 年，即 的生命周期為 10 年，并且該生命周期內(nèi)年運營成本不變，充電電量每年。按照改進的項目經(jīng)營系數(shù)，經(jīng)計算可得，充電站 K 的經(jīng)營系數(shù)值為 0如果將其生命周期調(diào)整為 20 年，在市場可接受的投資收益率為 8%、基 0.828 元/千瓦時情況下，，充電站 K 的經(jīng)營系數(shù)值以及充電電價和其中的電價，與電動汽車推廣帶來的充電電量增長率的關系如圖 3.3 所示。從以看出，電動汽車的推廣帶來的充電電量的增長速度的不同，對充電基營性以及為實現(xiàn)純經(jīng)營性（即項目經(jīng)營系數(shù)等于 1）所設定的包含充電服內(nèi)的充電電價，均具有較大的影響。而且，總體上來看，充電站 K 具有的屬性特征。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：F426.61

【參考文獻】

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本文編號：2541772