原文信息
研究背景
全球交通和电力发电领域对化石燃料的需求急剧增加，不仅导致了资源枯竭和成本过高，还加剧了污染物和温室气体的排放。电动汽车的推广有助于减少化石燃料的使用和应对气候变化，然而电动汽车的长时间充电和充电桩不足问题限制了其在高速公路上的使用，尤其是在电网难以覆盖的偏远地区。为解决这一问题，需要运用光伏系统和储能系统在高速公路上设置电动汽车充电站，同时需要通过综合考虑交通状况、环境影响和用户的需求，优化充电站选址和布局。
研究方法
本文采用了一种三阶段方法优化高速公路电动汽车充电站的选址和规模。第一阶段，利用蒙特卡洛方法（MCS）模拟电动汽车在高速公路上的行驶状况，从而确定电动汽车充电需求点，然后通过混合整数线性规划（MILP）选择最少的候选地点作为充电站位置，同时确保能够覆盖所有充电需求点。第二阶段，在模拟的基础上评估不同时间段内进入各站点的电动汽车数量，最小化总等待时间，从而确保每个站点的充电桩数量能够满足高峰时段充电需求。第三阶段，对每个站点的光伏系统（PV）和储能系统（ESS）容量进行优化，在满足电动汽车充电需求的前提下，用线性规划（LP）最小化光伏系统和储能系统的总投资、运行和维护成本。本文的模型还考虑了高速公路坡度、风速和乘客数量等影响因素，以提高精确性和适用性。
研究结论
本文将该优化方法应用在埃及西部一条沙漠高速公路上，得出了如下结论：首先，集中式充电站和分离式双向充电站能够提供高度可靠的充电服务，电动汽车全程行驶成功率约为99.2%；利用现有加油站位置作为充电站的方案成功率为94%，因为加油站地点限制了优化选择；相比之下分布式充电点不仅增加充电站的数量，且成功率仅为89%。其次，集中式充电站需要134个充电桩，双向分离需要121个，而利用现有加油站仅需120个，表明利用现有加油站方案成本最低，而分离式双向充电站方案整体最优。最后研究表明，高速公路的坡度影响较小，而风速以及平均乘客数量对充电站选址和规模有显著影响。
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