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研究生: 黃郁絨
Huang, Yu-Jung
論文名稱: 公有路外停車場設置電動汽車快速充電站選址最佳化-以臺北市為例
Optimal Site Selection of Electric Vehicle Charge Stations at Public Off-Street Parking Lots: A Case Study of Taipei City
指導教授: 黃韻勳
Huang, Yun-Hsun
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 資源工程學系
Department of Resources Engineering
論文出版年: 2024
畢業學年度: 112
語文別: 中文
論文頁數: 76
中文關鍵詞: 電動汽車公共充電設施設址快速充電站GMM 演算法
外文關鍵詞: Electric Vehicle, Public Charging Station Location, Fast-Charging Station, GMM Algorithm
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  • 由於氣候變遷持續加劇,全球正面臨前所未有的高溫挑戰,世界氣象組織宣稱地球已進入「全球沸騰」時代。這種極端氣候現象的主要原因為化石燃料排放的溫室氣體,導致極地冰蓋融化、海平面上升和森林火災頻發。運輸部門約占全球二氧化碳排放的 24%,電動汽車被認為是減少交通污染和溫室氣體排放的重要解決方案。然而,電動汽車的普及面臨著充電基礎設施不足的挑戰。
    本研究旨在建構台北市公有路外停車場設置電動汽車快速充電站的最佳選址模型,以達成臺灣 2050 淨零碳排放目標。研究中首先回顧了全球和臺灣電動汽車市場和充電樁發展現況,分析設置充電站的重要考量因素,並設定三種電動汽車市占率情境,分別為低度發展、中度發展及高度發展。接著蒐集台北市的小客車數量、公有路外停車場位置、主要交通幹道等相關資料,以估算充電站數量。最後,利用 GMM 演算法進行分群,使充電站分布不會過度集中,並以與交通幹道距離最短為目標函數,進行最佳化求解,建構最佳選址規劃模型。
    研究結果顯示,台北市應優先設置快速充電站之公有路外停車場共有5 座。而在電動車低度發展情境下,須設置 27 座快速充電站;在中度與高度發展情境下,分別須設置 68 座及 119 座快速充電站。本研究可作為台北市未來於公有路外停車場設置充電基礎設施之參考,友善電動車的使用環境,提供更便利的充電服務,解決充電不便的問題。

    The World Meteorological Organization recently declared that the Earth has moved from global warming to an era of 'global boiling,' driven by unprecedented high temperatures caused by climate change. The transportation sector contributes about 24% of global CO2 emissions. Electric vehicles (EVs) are a viable approach to ameliorating this issue; however, their wider adoption is hampered by inadequate charging infrastructure.
    In line with Taiwan’s 2050 net-zero carbon emission goal, this study developed an optimal site selection model for EV fast-charging stations in public off-street parking lots in Taipei City. We began by reviewing the current status of the global and Taiwanese EV marketsand infrastructure, and identifying key factors in charging station deployment under three scenarios. Using data on the number of small passenger cars, public off-street parking lots, and major traffic arteries in Taipei City, we estimated the number of charging stations that will be required. Finally, a Gaussian Mixture Model clustering algorithm was formulated for site selection to ensure an even distribution of charging stations near major traffic arteries.
    The findings in this study provide a valuable reference for the installation of electric vehicle charging infrastructure in public off-street parking lots in Taipei City.

    摘要 I Abstract II 誌謝 VI 目錄 VII 表目錄 IX 圖目錄 X 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究目的 4 1.3 研究架構 5 第二章 文獻回顧 7 2.1 電動汽車市場發展現況 7 2.1.1 全球電動汽車市場發展現況 7 2.1.2 我國電動汽車市場發展現況 12 2.2 電動車公共充電樁設置現況 14 2.2.1 全球電動車公共充電樁設置現況 14 2.2.2 我國電動車公共充電樁設置現況 16 2.3 相關文獻回顧 20 第三章 研究方法 25 3.1 情境設定 26 3.2 資料蒐集 28 3.2.1 小客車數量 28 3.2.2 參數設定 30 3.2.3 Geocoding 地址轉換座標 33 3.3 資料處理 36 3.3.1 估算各區域內每日總耗能 36 3.3.2 估算各區域內所需的充電樁總數 37 3.3.3 估算各區域內所需的充電站數量 37 3.4 模型建構 39 3.4.1 GMM 分群演算法 39 3.4.2 最佳化求解 40 第四章 研究結果 41 4.1 各情境分析結果 41 4.1.1 各情境需設置之快速充電站數量 41 4.1.2 各情境之最佳模擬結果 43 4.1.3 各情境下皆為最佳解之公有路外停車場 49 4.1.4 各情境之最佳選址分佈結果 50 4.2 各情境之比較與綜合討論 54 第五章 結論與建議 57 5.1 結論 57 5.2 建議 59 參考文獻 60

    一、中文文獻:
    1. 台中市政府交通局 (2022),市政府針對電動車的使用環境及社區電動車充電樁設置之配套專案報告。
    2. 台中市政府交通局 (2023),臺中市公有路外停車場電動車充電樁研擬增訂管理及使用辦法專案報告。
    3. 交通部公路局 (2022),公共充電樁設置及區域充電需求評估計畫(核定本)。
    4. 交通部 (2023),臺灣 2050 淨零轉型「運具電動化及無碳化」關鍵戰略行動計畫(核定本)。
    5. 交通部統計局 (2023),自用小客車使用狀況調查報告。
    6. 全國法規資料庫 (2023),電動汽車充電專用停車位及其充電設施設置管理辦法。
    7. 林季萱 (2022),「考慮使用者路徑選擇行為之電動車公共充電設施設址最佳化模式與演算法」,碩士論文,國立陽明交通大學運輸與物流管理學研究所。
    8. 林晨雁 (2023),「以需求基礎最佳化模式求解電動車充電設施設址問題」,碩士論文,國立陽明交通大學運輸與物流管理學研究所。
    9. 卓冠勳、李緯明、李韋瑩、林松慶 (2023),「充電站的部署之優化方法及充電站的規劃系統」。
    10.陳子謙 (2019),「應用數學模式探討階段式充電站選址問題:以部分台北地區為例」,碩士論文,國立臺北科技大學工業工程與管理研究所。
    11.張宇琦、柏雲昌(2021),「推廣電動車輛之電力需求預測與環境衝擊分析」,綠色經濟電子期刊,7,21-46。
    12.國家發展委員會 (2022),台灣 2050 淨零排放路徑及策略總說明。
    13.曾麟惠(2023),「加油站提供電動汽車快速充電服務之最佳選址分佈研究-以我國直轄市為例」,碩士論文,國立成功大學資源工程學研究所。
    二、英文文獻:
    1. Charly, A., Thomas, N. J., Foley, A., & Caulfield, B. (2023). Identifying optimal locations for community electric vehicle charging. Sustainable Cities and Society, 94, 104573. https://doi.org/10.1016/j.scs.2023.104573
    2. Hosseini, S., & Sarder, MD. (2019). Development of a Bayesian network model for optimal site selection of electric vehicle charging station. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 105, 110-122.https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2018.08.011
    3. IEA (2024), Global EV Outlook 2024, IEA, Paris. License: CC BY 4.0
    4. IEA (2023), Energy Efficiency 2023, IEA, Paris. License: CC BY 4.0
    5. Kalakanti, A. K., & Rao, S. (2022). Charging Station Planning for Electric Vehicles. Systems, 10(1), 6. https://doi.org/10.3390/systems10010006
    6. Liang, Z. T., & Wang, N. (2020). Charging Facilities Planning for Electric Vehicles Based on the Mean Clustering. 2019 IEEE PES Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference(APPEEC)https://doi.org/10.1109/APPEEC45492.2019.8994641
    7. Martina, C., Giulio, M., Benedetto, B. Carra, M., Maternini, G., & Barabino, B. (2022).On sustainable positioning of electric vehicle charging stations in cities: An integrated approach for the selection of indicators. Sustainable Cities and Society, 85, 104067.https://doi.org/10.1016/j.scs.2022.104067
    8. Mhana, K. H., & Awad, H. A. (2024). An ideal location selection of electric vehicle charging stations: Employment of integrated analytical hierarchy process with geographical information system. Sustainable Cities and Society, 107, 105456. https://doi.org/10.1016/j.scs.2024.105456
    9. Straka, M., & Buzna, L. (2019). Clustering Algorithms Applied to Usage Related Segments of Electric Vehicle Charging Stations. Transportation Research Procedia, 40, 1576–1582. https://doi.org/10.1016/j.trpro.2019.07.218
    10. Zhang, Y., Hua, Y. P., Kang, A., He, J. Y., Jia, M., & Chiang, Y. Y. (2023). Optimal and efficient planning of charging stations for electric vehicles in urban areas: formulation, complexity and solutions. Expert Systems with Applications, 230, 120442. https://doi.org/10.1016/j.eswa.2023.120442
    11. Zhou, J. L., Wu, Y., Wu, C. H., He, F. Y., Zhang, B. Y., & Liu, F. T. (2020). A geographical information system based multi-criteria decision-making approach for location analysis and evaluation of urban photovoltaic charging station: A case study in Beijing. Energy Conversion and Management, 205, 112340.https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.112340
    三、網路資料:
    1. 中央通訊社 (2023),充電停車位 公有路外停車場 2%、民營 1%以上。網址:https://www.cna.com.tw/news/ahel/202305250127.aspx
    2. 台北市停車管理工程處 (2022),樂群臨時平面停車場啟用快充充電服務。網址:https://pma.gov.taipei/News_Content.aspx?n=C367863C93700356&sms=72544237BBE4C5F6&s=8213A32D99AEC2E1
    3. 台中停車管理處 (2023),台中公有停車場首座快充站今啟用 喝杯咖啡充飽電 省時又方便。網址:https://tcparking.taichung.gov.tw/ParkWeb/Announcement/Detail/11325
    4. 台北市停車管理工程處 (2024),公有路外公共停車場查詢。網址:https://pma.gov.taipei/News.aspx?n=6833ECE829BE5990&sms=504AB58CAE8A1C62&page=2&PageSize=200
    5. 交通部統計查詢網 (2024),機動車輛登記數。網址:https://stat.thb.gov.tw/hb01/webMain.aspx?sys=100&funid=11100
    6. DDCAR (2024),電車銷量激增,但台灣充電樁夠多了嗎?2023 年度數據統計:全台各縣市充電站分布戰況,一次看清楚!網址:https://www.ddcar.com.tw/article/37915
    7. Evalue (2023),歐洲理事會通過替代能源基礎設施法規:每 60 公里就要有充電站、付款也要夠方便。網址:https://evalue.com.tw/research/68
    8. U-CAR (2022),[U-EV]增昆明站與汐止站擴充 CCS1、大臺北市區累計9 站,中興 iCharging 再新增 2 處快充站點。網址:https://news.u-car.com.tw/news/article/70597

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