2018年美赛D题:没油了,改用电:电动汽车发展
2018 年 ICM D 题:没油了,改用电:电动汽车发展,英文原名为 Out of Gas and Driving on E (for electric, not empty)。本题要求规划支持私人乘用车辆全面电动化的充电网络,并研究从现状到终态的建设顺序与时间安排。
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背景与范围
环境和经济因素推动消费者减少使用化石燃料汽车。题面以当时电动车预订增长和各国讨论禁售汽柴油车为背景,指出全面转换需要足够数量、位置合适的充电设施,同时满足日常活动与偶尔的长途出行。
资源有限,车辆更换和设施建设都需要时间;充电的可达性与便利程度又会影响消费者是否愿意转换。因此既要设计最终网络,也要研究网络随电动车比例增长的演变。
网络规划涉及充电站数量、站点位置、各站充电桩数量,以及城市、郊区和乡村需求差异。背景以电动车占全部汽车的 10%、30%、50%、90% 为例,提示不同阶段可能需要不同网络。
核心范围限定为私人乘用车辆,即用于载客的轿车、厢式车和轻型卡车。报告结尾可简要评论结论对重型卡车、公共汽车等商用车辆的意义。
需要完成的工作
1. 美国特斯拉网络与全面转换
研究美国特斯拉充电网络的现状及扩张。题面区分两类设施:
- 目的地充电:车辆停留数小时乃至过夜时使用。
- 超级充电:支持较长公路旅行;2018 年题面给出的能力描述是,最快约 30 分钟充电可补充最多约 170 英里续航。
这些设施之外,还应考虑有供电车库或车道的车主在家充电的情形。评价特斯拉的建设方向能否支撑美国全面电动化;如果美国所有私人乘用车辆都改为纯电动车,需要多少充电站,以及在城市、郊区、乡村之间怎样分布。
2. 从指定三国中选一国制定方案
从韩国、爱尔兰、乌拉圭中选择一个国家,完成以下三个相互关联的部分:
- 终态设计。假设该国全部私人乘用车能瞬间转为纯电动车,无需过渡期,确定最优充电站数量、位置与分布,并说明决定方案的关键因素。
- 从零开始建设。虽然现实中已有充电设施,此部分允许从零充电桩开始重新规划,提出逐渐形成完整网络的方案。应讨论投资安排、城市或乡村先建还是混合建设,以及设施先行吸引购车还是根据购车需求跟进建设,并解释选择依据。
- 增长时间线。依据建设方案给出全面转换的时间安排及关键影响因素。可以先研究道路车辆中电动车达到 10%、30%、50%、100% 所需时间。这里任务中的最终比例是 100%,对应完整转型。
3. 跨国适用与分类
考察地理、人口密度分布和财富分布差异较大的国家,例如澳大利亚、中国、印度尼西亚、沙特阿拉伯和新加坡。原有网络增长方案对这些国家是否适用?哪些关键因素会触发不同建设方式?讨论建立国家分类体系的可行性,使各国能选择适合自身的总体增长模式。
4. 新交通技术的影响
评论汽车共享、拼车出行、自动驾驶、快速换电、飞行汽车、超级高铁(Hyperloop)等变化,会怎样影响电动车普及和充电需求的分析。
5. 为能源峰会准备一页材料
为参加国际能源峰会的各国领导人撰写一页讲义,说明他们回国制定私人交通全面电动化计划、确定燃油车禁售日期时,需要考虑哪些关键因素。
提交成果
提交一页摘要、一页讲义以及不超过 20 页的完整报告,总计最多 22 页。参考文献与附录放在完整报告之后,不计入上限。
原题与来源
- COMAP 官方题目 PDF:2018 ICM Problem D(2 页,含全部五项任务及相关背景链接)。
- COMAP 官方题目资源页。