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电动车是否会颠覆美国车市 几项决定性因素分析

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与传统汽油动力汽车的成本相比,购买和使用电动汽车的成本是更贵还是更便宜?比较成本在未来20年可能会发生变化吗?电动汽车是否提供与传统汽车相同的属性,如果没有,差异有关系吗?电动车车主能够得到为车辆供电所需的电吗?本文试图回答以上四个问题。

网易汽车8月9日编译 在过去四十多年里,美国总统曾多次呼吁减少国家对化石燃料,尤其是对外国石油的依赖。美国对汽车燃料提出的更强的能效标准和征收更高的税收便是朝这个方向迈出的一步,但要更大程度地减少石油消费量,还需要改变美国人的交通系统。

为了实现这一目标,一些美国政府官员主张实行乘用车电气化。例如,奥巴马政府提出了2015年美国一百万辆电动汽车上路的目标。另外,也有人提出了一个中期目标,即到2030年时,电动车约达到3000万辆,在乘用车中占20%。

电动车是否会颠覆美国车市 几项决定性因素分析

技术本身不是问题-----许多全球汽车公司计划在2012年前向市场推出插电式混合动力汽车(PHEVs)和(或)纯电动(BEVs)车款。关键问题在于,美国人是否会购买它们?这个问题的答案取决于四个问题:

1、与传统汽油动力汽车的成本相比,购买和使用电动汽车的成本是更贵还是更便宜?

2、比较成本在未来20年可能会发生变化吗?

3、电动汽车是否提供与传统汽车相同的属性,如果没有,差异有关系吗?

4、电动车车主能够得到为车辆供电所需的电吗?

本文试图回答以上四个问题。电动汽车有两种基本类型,即纯电动(BEVs)车款和插电式混合动力汽车(PHEVs),其中,纯电动汽车仅靠电池中储存的电能运行,而插电式混动车配置有可充电电池和汽油为动力的两个发动机。

这两种类型的车辆,与传统车辆相比,增加的费用主要是电池的成本。虽然汽车业界正在努力减少这些费用,但电池电动车辆里配置的电池在60-80英里范围内的成本在1万美元至1.5万美元之间。

因此,本文比较了电动汽车和传统汽车的生命周期成本,包括当下的成本和未来的预测成本。本文采用了比较方案,对汽油、电力成本、电池成本、折旧以及车辆的效率水平进行了不同的假设法。

成本

本文发现,2010年购买的运营成本为,PHEV-40的电动汽车比内燃机型汽车 (ICE)贵5377美元以上,而纯电动汽车比内燃机型汽车贵4819美元。换句话说,电动汽车的汽油成本节省额将不会抵消其较高的买价。在未来,这种成本平衡可能发生变化。假设在未来10至20年内,电池成本降低而汽油价格上涨,那么纯电动汽车将比传统汽车的价格便宜得多(便宜1155美元至7181美元)。

即使当作者使用非常高的消费贴现率时,纯电动汽车将会比传统汽车更便宜,虽然成本差异减少了。然而,几乎在所有的比较方案中,插电式混动车将比纯电动汽车贵,而且只会在电池成本低而汽车价格高企的情况下才会比传统汽车便宜。另外,纯电动汽车配置简单而且不用使用液体燃料,而插电式混动车需要配置更为复杂的传动系统,而且需要汽油发动机。

消费者将购买电动汽车吗?

消费者购买汽车看重的是汽车的多重性能,他们关心的是性能、美观度、可靠性及许多其他功能。成本也是他们考虑的一个重要因素,但不是唯一因素。电动车制造商一直很努力,以确保电动车具有广泛的不可媲美的属性,但纯电动汽车被有限的范围(在需要再次充电前可行驶的英里数)所困扰,消费者仍然担心相对于传统汽车的来说,纯电动汽车和插电式混动车汽车的可靠性。随着驾驶者越来越习惯于电动车,后面的问题将逐渐消失,但消费者对车辆行驶范围的担忧可能继续存在,直到电池技术得以改进。有人说这种担忧是没有必要的,因为平均而言,城市里的司机每天驾驶里程还足20英里,但从来没有人宣称,消费者仅仅以理性计算来购车。有人可能会争辩说,更大范围的价值大约是:消费者购买一辆插电式混动车和纯电动汽车的溢价为4000美元。无论如何,底线是,里程范围问题将极大地影响消费者的选择,并且也将是普及电动汽车的主要障碍。

电力基础设施是否可用?

要给电动车充电,消费者须将汽车连接到电源上,电源须具备足够的发电容量,并能传输和分发这种额外的动力。如果私人部门不愿意满足这三个条件(即提供:1、充电设备2、配送能力3、发电能力),那么政府必须想办法干预。

然而,本文认为,没有明确的要求或证明这种干预违背了市场原则。充电设备并不贵,对于家庭和商业企业来说安装这种设备并不难。充电和发电系统的充足性在不同的状态下会不同,而且电力行业将有能力和时间来进行必要的投资,以保持电动汽车需求不断增加。

在电动汽车需求出现之前,私人企业未必愿意进行投资,但目前尚不清楚的是,尚未充分利用的公共充电站的大量建设是资助和加快电动汽车购买的最佳途径。

美国能否满足电动汽车的目标?

如果美国消费者决定放弃购买装有汽油发动机的汽车并选择购买电动汽车,只有在这种情况下,电动车才能显出明显的市场渗透。要想使电动汽车的渗透规模更大,在限制石油消耗和污染排放中起重要作用,电动汽车必须具有能与传统汽车相竞争的广泛的属性,包括总成本(购买、运营和维护成本)及行驶里程数。

汽油价格若提高到每加仑4.5美元至5.50美元,电池技术将有显著改善:在降低成本的情况下还能增加里程数,以上两种情况都是可能的。政府对新电池技术的研究和检验领域提供的援助及美国国会愿意计算石油进口成本、传统的和非传统的空气污染物的成本。

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简介

在对传统和非传统的空气污染物排放物及未来石油供应的关注的带动下,美国、中国和欧洲的政府官员已经接受能实现零排放的电动汽车为传统汽车的替代品。实际上,奥巴马政府已提出2015年美国一百万辆电动汽车上路的目标,与这一乐观情绪相呼应的是,许多全球大型汽车商计划在2012年前上市各种版本的电动汽车。日产汽车公司为此押下了60亿美元赌注,相信电动汽车市场一定会增长,而美国政府也提供了慷慨的补贴,以此鼓励日产生产电动汽车。

支持者认为电动汽车能解决许多问题。有人担心美国将继续依赖进口石油,而电动车有望降低石油消耗并能加强美国的能源安全;有人担心气候变化,而电动汽车能减少温室气体的排放;还有人担心美国在全球寻求绿色技术的竞争地位,而电动车可以带来更多的就业机会,从电池到智能电网,再到电动汽车本身,都将大大刺激就业。最后,对于努力满足越来越严格的传统的空气污染物(如小颗粒和二氧化氮)排放标准的州、市来说,电气化运输部门可能使社区满足新的、更严格的排放标准。

这些综合利益都将推动电动汽车的发展,经过仔细分析,这些观念似乎很乐观,但存在几个不可忽视的趋势。由于中国和印度等新兴市场人均收入增长,全球对乘用车的需求将越来越大。2008年,美国高速公路登记车辆约为2.56亿辆.,中国私人汽车量约为1.28亿辆,在印度,汽车拥有量超过4000万辆。在未来20年,这将发生变化。

2010年,全球共有乘用车7.5亿辆,到2030年时,预计将增加到11亿辆,到2050时,将高达15亿辆。如此庞大的乘用车队伍,如果全部由以汽油为动力的车辆组成,将是不现实的。上述的预测数值还必须假定:到2050年时,全球的运输效率将是现在的2倍,或者说全球石油供应足以满足如此庞大的运输规模。

美国众议院代表、总统和若干州政府已设定2040-2050年温室气体减排目标,低于2005年的60%-80%。有人会说这一目标太“雄心勃勃”,甚至是不现实的。然而,美国要实现这一目标,则必须改变其给交通运输部门供给能源的方式。因为2008年,该部门在美国温室气体排放量中占比为27%,自1990年以来,该部门是美国温室气体排放增加最快的部门。

最后,如果美国决策者决定减低石油消耗,那么他们必须面对这一事实,即在美国70%的石油消耗来自于交通,而用于运输部门的石油消耗中,70%的用于乘用车。在过去三年中,许多研究、论文和报告都审查了在美引进电动汽车的各种承诺和挑战,包括环境影响、对电网的影响以及经济成本。这些报告看见了技术的广阔未来,包括汽车、零部件尤其是电池的前景。

本文的目的是比较有限的,我们提出了这个问题,即在未来二十五年,美国在什么情况下可能会大规模使用电动车?什么因素可能会影响大量消费者选择购买电动车?一个很简单的答案是取决于电动车相对于传统汽车的成本。然而,这将引向另一个问题------谁的成本呢?本质上来说,公共部门和私营部门将共同分担成本。目前美国政府为每辆电动车提供的补贴高达7500美元。

因此,价值40000美元的汽车将花费消费者32500美元,纳税人支付7500元的差额。如果电动汽车推广法案得以通过,在入选社区销售的前10万辆电动车将享受9500美元的政府补贴。

从理论上说,纳税人和生产者可能共同分担补贴,但在这种情况下,几乎全部都转嫁给纳税人。美国电动汽车联盟(The Electrification Coalition)写了一份报告,要求国会制定一系列的补贴,从现在至2018年,成本估计为1210亿美元。(虽然我们认为他们对补贴成本的估计是相当保守的)。这一要求的理由在于,如果没有政府的支持,电动汽车行业则不太可能迅速发展,而且,电动车的利益基本上回归于社会,因此,纳税人支付这些钱是合理的。

此外,一些地区的电力公司将被要求增加额外的发电量,并提升其输配电系统。这部分成本将由地方税纳税人承担吗?或是由受益人支付?(即只有电动车车主(或准车主)支付额外费用?)

若考虑到智能电网技术必须具备错峰分配电力的能力(白天车在外面开,晚上充电),这个问题将变得更加复杂。优化了电网的用途,在一些情况下,车辆中储存的电力可以返销到电网,以满足电力需求高峰。总之,公共和私营部门将共同分担向电动汽车过渡的成本。

但就成本如何分担的问题,目前尚未有明确的准则和原则。

至少,公共部门应计算出由汽油车向电动车过渡的收益和成本。能源安全利益有多大?给美国竞争力带来的好处有多大?给国家带来的环境效益如何?推动这一过渡的公共成本是等于、小于或大于收益?识别和评估公共和私人部门利益和成本问题将是一个挑战。目前,政府提供补贴,却没有真正努力来估计补贴产生利益的价值有多大。补贴电动车是减少温室气体排放的一个具有经济效益的选择吗?

用一百万辆电动车取代一百万辆以汽油为动力的汽车,能源安全效益是什么?如果美国消费者用电动车取代汽油为动力的车辆,实际会创造多少个就业机会,每份工作的成本将为多大呢?

从私人角度来看,分析过程是完全相同的。消费者购买电动汽车的好处?在每加仑汽油3美元和每加仑汽油不足6美元的两种情况下,答案将不同。公共和私营部门之间的成本分工将受到预计油价的极大影响。

另外,什么样的利益能吸引消费者购买电动汽车呢?

为了被认为比邻居更环保,可能只有少数美国人愿意支付数千美元的溢价。就存储、范围和可靠性方面来说,今天以汽油为动力的车辆优于电动汽车。因此,推动电动汽车普及的成本增量至少在短期内可能属于公共部门。当然,技术可以改进。电池可能变得更便宜、更轻便,充电设备可以变得更加灵活,但这些改进仍处于发展阶段。美国人可能会决定将电动车视为上下班和接送孩子的第二个选择。然而历史已经表明,改变消费者的喜好往往是一项艰巨的任务。

本文从定义什么是电动车开始,我们通过比较常规的内燃机引擎(ICE)汽车和混合动力汽车进行成本分析。成本只是消费者比较关注的车辆的属性之一,他们还会考虑里程、可靠性、性能以及外形。

我们评估这些额外属性会如何影响消费者的选择。然后确定电动车充电所需的基础设施方面的问题。在最后一节,我们将提出一些初步建议。

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1、技术选择

若要实现在乘用车领域大幅减少汽油消耗量可以有以下三个途径:缩短车辆行驶距离、提高运输效率、使用其他新能源以代替汽油。

有统计数据显示,美国汽油价格将在未来出现大幅度升高,美国政府也已经制定了新的车辆油耗标准,比如到2016年车辆行驶油耗上限为每加仑36英里,但这与奥巴马政府此前制定的控制碳排放和减少原油消耗的既定目标尚有一定的差距。也许上述目标最终可以实现,但在不减小车辆尺寸和不降低运能的情况下,通过一定的技术手段达到减少汽油消耗的可能性却并不那么令人乐观。

事实上,寻求其他新能源以代替汽油或许将成为我们最终最合适的选择,这里的新能源包括了压缩天然气、氢、生物燃料以及电能等等。

本文将主要探究电能如何在车辆行驶过程中既能提高发动机效率又能降低污染。就压缩天然气而言,由于其本身的使用成本要低于汽油,使得越来越多的人开始倾向于利用压缩天然气代替汽油为车辆供能,但使用压缩天然气与使用电能一样,面临着前期投入较大、需要建设新的能源供给基础设置、车辆行驶距离有限等问题。对于压缩天然气和电能究竟孰优孰劣,目前已经有专家给出了专业详尽的分析,本篇文章对此不再赘述。

在上文所说的三种降低汽油消耗的途径中,缩减车辆行驶距离(即迫使公众少开车)可以通过提高汽油价格或是高速公路收费来实现;提高运输效能可能会导致政府干预汽车市场甚至打击到消费者的消费欲望;利用其他新能源代替汽油则需要研发更多燃料供给设施以保证正常使用。在能源市场,技术性或者是纲领性的创新活动最终遭遇“滑铁卢”的例子不胜枚举;而在政治领域,决策者们绝对不会接受“前人种树、后人乘凉”类似效果的政策调整。

美国政府制定的使用新能源代替汽油的政策只适用于新车,那也就意味着整个美国汽车市场在选择使用非汽油能源的问题上尚需经历十年甚至是更长的时间。假设民众从2016年开始大规模选择购买非汽油供能汽车,美国政府至少要等到2030年才能看到实质性效果。

电动汽车

究竟何为电动汽车?对于这个问题的回答有很多种,而其中较普遍的两种说法是:纯电动汽车和插电式混合电动汽车,而后者其中也可分成许多类。

就本文而言,诸如丰田普锐斯这样常见的混合动力汽车,由于只是从电池获取部分能量(仍需依赖于汽油),而不是从电网获取电能,所以该车型并不算是电动汽车。纯电动汽车的动力来自于含有化学能量物质的可充电电池,这种车平均行驶极限为100英里,有些车辆最长行驶距离甚至可达到250英里。

纯电动汽车可以说是与美国汽车工业同时诞生的。在20世纪早期,汽车按照供能方式的不同可以分为以下三类:1、蒸汽内燃机汽车。这种车速度快但价格较高,启动时间较长,行驶过程中需要经常为引擎加水。2、油动车。使用汽油作为燃料导致对环境污染较大,车辆启动难度大,但行驶距离较远且不需要重复加油。3、电动引擎汽车。噪音小、对环境污染小,但行驶速度较慢且造价昂贵。

福特汽车公司的创始人亨利·福特与美国著名发明家爱迪生是好朋友,福特对于将电能应用于汽车功能上很感兴趣,而电能与汽油结合为车辆供能被人们所接受最初的原因仅仅是车辆在前后加油之间可以行驶较长的距离。不过,最终这种车型还是被市场所淘汰,其中一部分原因在于成本太高,而更重要的还是因为车辆行驶距离受限。

可长距离行驶的纯电动汽车目前在全球范围内的应用并不广泛,此前以色列和丹麦政府分别出台政策推动纯电动汽车的使用。以色列与丹麦两国的汽油价格在今年一月份时的都超过了每加仑7.7美元,而上述两国虽国土面积不大但人口分布却很稠密。

目前全球汽车制造企业对于纯电动汽车只进行小批量的生产作业,其中不乏宝马、奥迪等著名品牌,但截至目前只有日本日产公司为旗下的纯电动汽车市场规划了较清晰发展蓝图。

日产Leaf汽车于2010年秋季正式推向市场,公司表示该车今年在美国市场的销量有望突破5000辆。对于插电式混动车市场,绝大多数汽车企业都表示该种车型的市场前景十分令人乐观,而未来的纯电动汽车将通过减少不必要的零部件来降低成本与之抗衡,但由此车辆的行驶距离也不得不相应缩短,这或将成为再一次制约纯电动汽车发展的瓶颈之一。

纯电动汽车大规模批量生产有可能改变消费者的购买模式,即消费者花钱购买车辆的同时也将承担起维护保养和补充燃料的责任。有人建议,为消费者购买纯电动汽车制定特殊的购买方案:消费者花钱买车再单独租赁车用电池,但这种方法却无法保证第一代大规模量产纯电动汽车受到消费者的青睐。

电动汽车的另一种分类便是插电式混合电动汽车。这种车可以通过插头连接外接电源以补充电能,在电能耗尽时还可以通过自身装备的小型传统油动引擎继续行驶,而该车的油电混合动力模式可以有效缓解人们对于车辆行驶距离受限的担忧。

有很多人会误以为插电式混合电动汽车只能单一通过电池供能,事实上在2007年的美国能源独立和安全法案中将插电式电动汽车定义为:动力来源于功率至少在四千瓦时的电池、可通过外接电源充电的轻、中、重型车辆和非道路车辆。

根据设计的不同,插电式混合电动汽车可分为串联式混合动力、并联式混合动力以及串并联式混合动力。在串联式混动车中,车辆内部的内燃机向发电机供能以激活电动引擎,而后者便可驱动车轮运动;并联式混动车内的内燃机和电动引擎可以同时驱动车轮;串并联式混动车则可根据驾驶者的选择调用串联混动模式或并联混动模式,通用汽车公司推出的雪弗兰Volt便是一款串并联式混动车。

尽管不少汽车制造商的插电式混合电动汽车已经进入到原型车的测试阶段,但他们也只是近几年来才开始向该领域进行一系列的投资。法国雷诺和中国比亚迪已经启动了插电式混合电动汽车的量产计划,其中比亚迪公司去年向欧洲市场推出了紧凑型的插电式混合电动汽车,此外还将在今年秋季在美国市场推出相类似的车型。与此同时,福特、丰田及大众等全球汽车巨头也陆续宣布了从2012年开始的插电式混合电动汽车生产计划。

如今市场上最常见的插电式混动车可能就是雪弗兰Volt了,该车型于去年秋季上市。Volt在单独由电池供能的情况下可行驶40英里,而在电能耗尽之后其利用汽油最多能行驶350英里。Volt的油耗功率为每加仑汽油可行驶40英里,该车售价大约为32780美元(不包括7500美元退税)。通用汽车公司旗下另一款畅销车型科鲁兹在很多方面与Volt相类似,但其售价还不到14000美元。

如今已经没有人怀疑汽车制造商们在生产电动汽车缓解会遇到障碍,但关键的问题是消费者是否会购买电动汽车?这一问题的答案关乎很多因素,其中的核心便在于与性能表现相近的传统油动汽车相比,电动汽车在使用成本上有何优势。

如果电动汽车的使用成本高于传统的油动汽车,那么消费者在选择前者之后会否收获更多的利益呢?此前有调查报告就显示,如今的电动汽车在性价比上都着重于对环保的贡献方面,真正的经济价值却并不明显。另一方面,对于多数消费者而言,电动汽车行驶距离有限才是其本身最大的“死穴”

为电动汽车充电需要建设大量新的充电基础设施并升级扩容现有的电力网络,而鉴于电动汽车的前景眼下还不十分明朗,充电设施的建设也存在着诸多不确定性。

如果电动汽车市场普及的速度不够快,充电设施的建设和电网的升级就会被耽搁;如果美国各地区对于电动汽车的需求极不平衡,发展电动汽车的议题便要上升至国家的高度上进行统筹规划。

最后一个重要的问题便是,电动汽车的车主们会在一天的哪个时间段为自己的爱车充电?晚上七点或许是充电的高峰期,而有的人也可能会选择午夜时分开始充电。电动汽车的充电问题中包含了三个非常重要的因素,首先便是成本的问题。

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2、成本比较

我们用四款车型来做比较,它们分别是传统内燃机供能汽车、传统混动车、纯电动汽车和插电式混动车。比较内容包括:1、2010至2011年使用成本的近似预计 2、2025至2030年使用成本的保守预计 3、电池使用成本 4、高油价对其产生的影响 5、所有成本削减30%之后的情况 6、电价涨至每度电0.24美元的情况 7、传统油动车行驶效率达到每加仑汽油行驶50英里,而传统混动车行驶效率达到每加仑汽油行驶75英里的情况。在我们揭晓比较结果之前,我们先来看看最有可能影响到比较结果的三大要素——电池成本、燃料成本、折现系数

电池成本

电动汽车电池将电能转化为动能的效率是利用千瓦级单位来衡量的,高千瓦数便代表充电和放电的性能都较好。内燃机产生100马力的功率基本等同于电池释放75千瓦的功率。电池的容量通常都以千瓦时来作为度量单位,电池组的容量越大,车辆在一次性充电的前提下所能行驶的距离就越长。根据调查比较结果,15加仑汽油所产生的动力大致相当于135千瓦时电池组所释放的动力,其相当于是雪弗兰Volt电池能量的15倍。

通过长达一年多时间的调查和统计,我们对于目前以及未来电动汽车电池使用成本的问题无法达成一致。在研究结果中,电池最高的成本达到了名义上每千瓦时容量875美元,最低还不到200美元。我们对于目前电动汽车电池的使用成本给出预计值为每千瓦时容量600美元,这一结果还参考了美国电动汽车联盟所公布的统计数据。

美国电动汽车联盟所给出的预计值要稍低于我们所看到的其他的调查结果,但我们认为上述结果还是有参考价值的。

按照上述标准,雪弗兰Volt 16千瓦时容量的电池售价应为10000美元左右、日产Leaf 24千瓦时容量的电池售价应为14400美元左右,而特斯拉Roadster 53千瓦时容量的电池售价将超过30000美元。目前应用在电动汽车中的电池主要为锂电池,它与平时我们所使用的笔记本电脑内部的电池很相似。

电池的本身成本包括了:1、提取锂元素 2、生产符合安全标准的电池组外壳 3、兴建电池生产工厂。

有批评人士表示出对于锂电池使用前景方面的担忧,不过目前为止我们尚未找到可以支持上述论点的证据。

一块典型的锂电池中含有大约3%到5%的锂元素,意味着一辆电动汽车需要6到10公斤的锂元素,现今全球锂元素的储量可满足17亿辆电动汽车的生产需求,而事实上锂电池中有超过50%的锂是可以循环使用的。如今科技的发展使得我们可以从海水中分离出锂元素,所以未来即使锂元素的需求量大幅度增加的话,电动汽车的发展也不会因为锂电池供应不足而受到制约。

锂电池的使用可否使得电池使用成本降至每千瓦时容量600美元以下呢?美国电动汽车联盟为电池使用成本设定的目标值是每千瓦时容量150美元,鉴于汽车厂商都将电池实际成本列为机密不予公开,我们估计他们的实际成本不会超过每千瓦时容量300美元。

德意志银行此前所做的调查显示锂电池的成本将以每年7.5%的速度下跌,而到2020年成本将维持在每千瓦时容量250美元上下。研究人员也已经启动了对于其他类型电池的研发工作,未来的新式车用电池可能重量更轻、能耗更小、能量存储量较目前相比大幅增加。

电池生产作业中所面临的最大挑战之一便是生产和使用过程中的安全性和可靠性,车用电池由许多小型电池组装而成,这就需要生产者在生产过程中对每一个环节进行严谨的管理,因为一点点小的瑕疵可能就导致车毁人亡的惨剧发生。

车用电池的造价相当昂贵,这就要求生产厂商对消费者在正常使用周期上做出承诺,目前行业标准大约是电池正常报废之前可供车辆行驶10万英里,相当于使用10年时间左右。由于电池使用时必须反复的充电和放电,所以生产厂家在实际操作过程中会限制充电上限以延长电池的使用寿命,比如Volt所用的电池在充电时每次只能充足电池总容量的90%,而放电时最多只会释放总容量的75%。

燃料成本

消费者在选择电动汽车之前必然会考虑到成本大小的问题。由于电池的成本较高,电动汽车在先期投入上要高于传统的油动车,因此电动汽车只能在后期的使用过程中控制成本以赢得与油动车之间的竞争。

汽油价格持续走高一直是制约油动车发展的关键因素之一,有调查数据线就显示当汽油价格稳定在每加仑6.55美元时(同时汽车年折现系数为15%),纯电动汽车的使用成本可与油动车持平。

有观点认为汽油价格在未来不太可能涨至每加仑7美元,甚至连每加仑5美元都达不到,这也就意味着电动汽车在与油动车抢夺市场时占不到什么大便宜。

我们认为未来油价的变动还包含着诸多的不确定性,美国能源信息情报部此前就发布预计称,到2035年汽油价格将涨至每加仑3.89美元,而随后有可能进一步升至每加仑5.85美元。与此同时,美国政府计划未来对于碳排放实施限制措施,而手段可能会是经济和政策“双管齐下”,这一结果也必将导致汽油价格的上涨。

有人指出未来美国电价也存在上涨的可能性,但即使电价从目前的每度电0.12美元涨至每度电0.24美元,电动汽车的使用成本也要远远低于油动车在高油价时代的使用成本,比如若电价增长一倍,则电动汽车的使用成本增加1606美元;汽油价格增长一倍,油动车的使用成本将会增加6453美元。

折现系数

与普通汽车相比,电动汽车的价格更高。然而,由于它们主要靠电力而不是汽油供能,它们在使用期内的使用成本将相对较低。把使用期间节省的成本和较高的购买成本相比,分析师们需要把未来每年节省的使用成本折现。因此,在对比一辆传统汽车和一辆电动汽车的总的使用成本时,折现系数变得很重要。

或许有人会认为,追求较少使用成本这个长期利益而牺牲短期利益花费较高成本购车,是出于消费者的利益考虑,然而消费者们对一辆汽车使用期内节省的使用成本的估值并不一定像理论引导人们估值得那么高。

实际上,有研究显示消费者们很难接受在汽车使用期的前三年里购买成本的增益会比燃料成本的增益大。换句话说,他们希望还本期不超过三年。考虑到如今燃料市场的不稳定性,顾客的这种想法是相当理智的,但是这意味着顾客使用的隐式折现系数更接近于30%-40%,而不是许多研究中看到的5%-10%。

大卫-格林阅读了大量经济学文献,发现估算折现系数的各种结果相差很大。它还发现许多种估算结果都低于10%,但是也有的结果超过了20%,整体而言大多数落在4%到40%之间,这是一个非常宽泛的区间,如果这是在测量建筑或者家电节能的折现系数,那就并非难以相信的。折现系数的选择在对比使用不同燃料的汽车的净成本中起到了很重要的影响作用。

电动车是否会颠覆美国车市 几项决定性因素分析

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成本比较结果

为了测试我们的假设,我们建立了一个计算混合动力汽车、插电式混合动力汽车、纯电动汽车和内燃机汽车的净成本的模型。这个模型和所有代入其中的假设将展示在附件A中。

我们的模型也有诸多缺陷。比如,它并没有将诸如租赁、贷款或者时间长久引起的电池退化等财务安排纳入其中。它设定了一致的每年行驶英里数,却没有考虑到诸如性能、型号和里程等消费者喜好。或许最重要的是,这个模型并没有得到汽车制造商的价格定位信息。但是不管怎样,我们相信这是一个对阐述不同技术汽车类型之间成本差异的主要驱动因素以及演示关键假设和变量的成本敏感性结果非常有帮助的工具。

在我们举的第一个例子中(附件A),我们只是简单地想要确定2011年可比性成本。不像其他的例子,这个例子使用了现存的数据和假设。我们假定汽油价格为每加仑3.75美元(这个价格大约是2011年6月中旬的汽油价格),电池成本为每千瓦小时容量600美元。我们还假定参与对比的所有汽车每年行驶英里数12000英里,电的平均价格为每千瓦小时0.12美元。我们使用的是15%的贴现率,并且假定没有政府津贴。最后,我们还假设消费者花1500美元安装了一个二级的220-240伏特插座来给他们的电动汽车充电,而插电式混合动力车以全电力模式的行驶时间占全部行驶时间的85%。上述假设中有一些可能是比较乐观的,但都在合理范围之内的。

我们对比了四款汽车给消费者带来的终身成本,它们分别是一款传统的内燃机汽车,一款传统的使用了类似于丰田汽车普锐斯技术的混合动力汽车,一款全电力范围为40英里的插电式混合动力汽车和一款额定范围为100英里的纯电动汽车。对比项目包括了十年使用期内的所有成本——汽车购买成本和使用维护成本。为了对比四款汽车的终身成本,我们还会贴现后来几年里的节省成本来推导出购买成本和已贴现的使用维护成本的当前净成本。

方案一:

在第一个例子中,我们发现传统汽车使用期间的当前净成本为32861美元(假设购买价格为21390美元),混合动力汽车的当前净成本为33059美元(假设购买价格为22930美元),插电式混合动力车的当前净成本为38239美元(假设购买价格为30235美元),纯电动汽车的当前净成本为37680美元(假设购买价格为33565美元)。

不难计算出,2011年,一款传统汽车在使用期间的成本要比纯电动汽车的少4819美元,比插电式混合动力汽车的少5377美元。

有趣的是,这些成本差异都在联邦政府现在提供的7500美元补助范围之内。

表格一:目前成本

传统汽车

混合动力汽车

插电式混合动力汽车

纯电动汽车

净成本

32861美元

33059美元

38239美元

37680美元

和传统汽车的成本差

——

197美元

5377美元

4819美元

方案二:

我们又建立了一个我们认为合理的未来基准方案。我们假设技术突破,电池成本从原来的每千瓦小时容量600美元减少为300美元,汽油价格涨至每加仑4.5美元,电的价格将增加30%至每千瓦小时0.15美元。在这些假设条件下,纯电动汽车的成本要比传统汽车和混合动力汽车少。插电式混合动力车的当前净成本仍比其他三款汽车高昂。

表格2:未来基准成本(红色为负)

传统汽车

混合动力汽车

插电式混合动力汽车

纯电动汽车

净成本

34152美元

32680美元

34601美元

30674美元

和传统汽车的成本差

-----

1472美元

449美元

3478美元

我们以这个未来方案为标准建立了另外五个方案,每个方案我们都改变一项假设条件。

方案三:

这个方案的假设条件与表格2的相同,除了汽油价格增加至每加仑6美元。现在电动汽车——纯电动汽车和插电式混合动力汽车的净成本都不如传统燃料汽车的净成本高,而纯电动汽车和传统汽车的净成本差超过了6000美元。

表格3:未来成本——汽油价格较高(红色为负)

传统汽车

混合动力汽车

插电式混合电动汽车

纯电动汽车

净成本

36733美元

34323美元

34847美元

30674美元

与传统汽车的成本差

-----

2411美元

1886美元

6059美元

方案四:

该方案的假设条件与表格2的相同,除了消费者贴现率为30%。现在纯电动汽车的净成本仅比传统汽车的净成本稍低,这展现出了成本计算对贴现率估计的敏感性。

表格四:未来成本——贴现率较高(红色为负)

传统汽车

混合动力汽车

插电式混合动力汽车

纯电动汽车

净成本

29251美元

28475美元

31349美元

28940美元

与传统汽车的成本差

----

776美元

2097美元

312美元

方案五:

该方案的假设条件与表格2的基本相同,除了纯电动汽车和插电式混合动力汽车的电池成本变为每千瓦小时容量150美元。现在电动汽车的节省成本优势要比其他方案中的大得多,纯电动汽车的净成本要比插电式混合动力汽车的少近6000美元。

表格五:未来成本——电池成本较低(红色为负)

传统汽车

混合动力汽车

插电式混合动力汽车

纯电动汽车

净成本

34152美元

32080美元

32549美元

26971美元

与传统汽车的成本差

----

2072美元

1603美元

7181美元

方案六:

该方案的假设条件与表格2的相同,除了电费为每千瓦小时0.24美元。尽管电费更高,但是纯电动汽车的净成本仍比其他三款汽车低。

表格六:未来成本——电费更高(红色为负)

传统汽车

混合动力汽车

插电式混合动力汽车

纯电动汽车

净成本

34152美元

32680美元

35624美元

31897美元

与传统汽车的净成本差

---

1472美元

1472美元

2273美元

方案七:

该方案的假设条件与表格2的相同,除了传统汽车的燃料功率达到了每加仑50英里,而混合动力汽车和插电式混合动力汽车使用燃料时的燃料功率达到了每加仑75英里。结果并不足为奇,混合电动汽车和纯电动汽车相对于传统汽车的价格优势降低,但是即使在这样的方案里,纯电动汽车仍旧是成本最低的选择。

表格七:未来成本——燃料功率更高(红色为负)

传统汽车

混合动力汽车

插电式混合动力汽车

纯电动汽车

净成本

31829美元

31366美元

34403美元

30674美元

与传统汽车的成本差

---

463美元

2574美元

1155美元

除了汽油价格、贴现率、电池成本等关键变量外,纯电动汽车的净成本还对纯电动汽车的额定里程(如电池组的大小)较敏感,额定里程越高,电池组成本越大。例如,在表格2假设条件下,将纯电动汽车的每千瓦小时英里数从100英里增加至150英里,纯电动汽车的净成本也会增加3704美元,这样它的净成本就比传统燃料汽车的高。将其每千瓦小时英里数从100英里增加至250英里,纯电动汽车的净成本就会增加11111美元,使得纯电动汽车的净成本比传统内燃机汽车的高出7633美元。

为了进一步测试我们的模型对各种关键变量的敏感性,我们使用了蒙特卡罗计算机随机模拟方法,我们将关键变量的分配输入计算机中,然后就能产生各种可能的潜在成本差结果。输入的关键变量的平均值与表格2的相同,完整的敏感性分析、输入的数据和结果都展示在附件B中。

蒙特卡罗模拟方法证明,如果输入的条件分配对于输入的关键变量是合理的,那么未来电动汽车从净成本考虑就极有可能要么与混合动力汽车、传统汽车成本相当,要么就比它们稍低。还有一种合理的可能性,那就是插电式混合动力汽车的净成本比纯电动汽车或者混合动力汽车的高(这个模型并没有将消费者潜在的里程焦虑的经济成本纳入考虑范围,在下一部分我们将讨论这点。里程焦虑(range anxiety),意思是驾驶电动汽车时因担心突然没电引起的精神痛苦或忧虑。)。

然而,如果一个人相信汽油价格将徘徊在每加仑近3.75美元的水平,电池技术将使得每千瓦小时成本超过300美元,以及消费者贴现率将徘徊在30%左右,那么传统汽油汽车和混合动力汽车的终身成本将比插电式混合动力汽车的低,大多数情况下也会比纯电动汽车的低。

电动车是否会颠覆美国车市 几项决定性因素分析

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3消费者购买行为分析

在“消费者的购买行为将如何影响电动汽车市场”这个问题上,有两个流派的观点。第一种认为消费者希望购买性能比现存其他汽车性能好的新款汽车,鲜少有人去汽车经销商那儿只为了购买一辆比他们想要换的车的性能还差、配件还少,空间还小的汽车。电动汽车想要更有竞争力就必须能够拥有和它们想要取代的汽车相同水平的性能表现和大小。例如,日产Leaf电池组的最大输出功率高达90千瓦,相当于一辆传统汽车120输出马力,与诸如大众捷达、丰田卡罗拉、福特福克斯等微型车和中型车在同一条水平线上。所以,如果性能是唯一的对比点,日产Leaf能够与目前的传统汽车匹敌。

然而,性能并不是消费者在对比汽车时使用的唯一对比点。目前插电式混合动力汽车和纯电动汽车面临的两个主要方面是:里程数和可靠性。

一般而言,传统汽车消耗每缸汽油能行驶的英里数在350到450之间。而一辆纯电动汽车要行驶相同的英里数就需要非常大的电池组。

例如,特斯拉敞篷运动车(Tesla Roadster Sport)在配备了一个450千克、包含了6831块锂电池、成本估计在3万美元的电池组后方能达到的最大里程数为244英里,丰田普锐斯纯电动汽车电池组拥有168块电池,输出马力仅在36左右。插电式混合动力汽车在电池组中的电量被耗尽后可以继续行驶,这一般发生在行驶了20到40英里后,取决于行驶条件和插电式混合电动汽车的电池组大小。

由于插电式混合动力汽车生产起来更复杂并且主要依靠汽油行驶,这类汽车与实力相当的纯电动汽车相比终身成本更高,这种不同可能能够很好地减轻消费者的里程焦虑。也就是说,如果消费者购买一辆插电式混合动力车花的钱要比购买一辆实力相当的纯电动汽车花的钱多出4000美元,那么这个数字就代表消除一辆电动汽车带来的里程焦虑的代价。

第二种流派观点认为里程焦虑的影响力被过度夸大了。这种观点的支持者指出在城市及其附近郊区居住着8千万开汽车的人。国家公路管理局(National Highway Administration)的调查显示这些开车的人平均每天行驶英里数还不足20英里。因此,平均而言,这些人行驶未超过100英里,还不能耗尽纯电动汽车电池组的电量。

实际上,他们只要隔两天到四天给电动汽车的电池充电就可以了。此外,如果他们工作地点或者购物地点的停车场有充电站,那么一年里他们可能只有几天会遇到电动汽车电量不足的情况。这样一来,里程焦虑可能就减轻很多,消费者们可以根据自身情况以较低的价格购买电池组较小的电动汽车。

事实上,全球著名的管理咨询公司麦肯锡(McKinsey)曾公布了一份研究报告。该报告称,2015年以前电动汽车将打入诸如纽约、巴黎、上海等大城市的乘用汽车市场,这主要是因为对于很多每日里程数还不足30英里的开汽车的人而言,里程不会产生焦虑。

如果消费者购买了电动汽车,那么他们该如何满足他们的高里程需求呢(比如假期要开150英里以上去拜访亲戚家)?一种解决方法就是购买一辆更大的传统汽车或者插电式混合动力车用于长途旅行,而将纯电动汽车作每日短途之用。

但是对大多数开车的人而言,这是一个非常昂贵的办法。此外,纯电动汽车的车主也可以租用一辆较大的汽车用于假期长途旅行,我们可以假设每年有15天需要租车,这部分花费每年大约需要1375美元。问题是如果高里程旅行天数超过了每月一天(根据未来标准方案假设),净成本优势就可能转向传统汽车。

因此,纯电动汽车的里程限制可能使那些高里程旅行超过一定天数的家庭打消购买纯电动汽车的念头。

第二种流派观点还认为购买纯电动汽车需要消费者大幅改变他们的消费习惯。消费者们更有可能购买一辆能够满足他们需求的汽车,所以购买有里程限制的汽车就需要消费者显著改变原来的消费模式。

有人可能会认为,在消费模式引导下,消费者为了满足每年十次、五次甚至更少次的150英里以上旅行需要而去购买相对效率低、两吨重的汽车,实际每天行驶还不足20英里,这可能从经济上考虑并不理想。或许这是正确的,但是我们不得不承认这样的消费模式是存在的。如果要使电动汽车更好地渗入和占领市场,那么电动汽车制造商将需要采取能够克服这种消费模式的营销战略。

纯电动汽车每次充电后能够行驶的实际里程数要比最大额定里程数少的现实可能激化这个问题。比如,日产Leaf的实际英里数可能大大少于每次充电后额定的100英里。如果开车人使用空调、娱乐设备、甚至前灯,那么电池电量将更快被耗尽,使得汽车的实际行驶英里数更少了。就算实际行驶英里数接近于每次充电后额定的60英里,大多数开车人可能还是觉得不便,因为每日平均英里数还不到20英里,而且大多数汽车购买者都厌恶风险,每次充电后额定的60英里数比100英里引发更多的里程焦虑。

也许有部分人会指出,如果电动汽车车主平均每天仅驾车行驶20英里(约合32千米)的路程,他们每年的行驶里程很可能会小于或等于6000英里(约合9654千米)。因此,我们早先计算的数据可能错报了电动汽车(EVs)的成本优势(净现值)。一辆行驶里程为6000英里的电动汽车每年所消耗的电能,确实少于一辆行驶里程为12000英里(约合19308千米)的电动汽车每年所消耗的电能。

然而电能并不是很昂贵,在本文所假设的未来基本情形之下,将一辆纯电动汽车的行驶里程减少一半所能节约的其他成本的净现值约为1000美元。相比之下,如果一辆传统燃料汽车的车主每年行驶里程为6000英里而不是12000英里时,那么一辆传统燃料汽车的成本净现值会减少4000美元以上。因此,由于驾驶一辆传统汽车的边际成本(即汽油价格)远远高于驾驶一辆电动汽车的边际成本(等量电能的价格),如果减少行驶里程,那么传统汽车将会比电动汽车受益更多。所以车主驾驶汽车的频率越高,电动汽车的成本优势(在整个汽车使用寿命内)就会高于内燃机(ICE)汽车。

虽然里程焦虑也许是电动汽车面临的最大挑战,但却不是纯电动汽车的潜在购买者唯一关注的性能。对于那些一生都在驾驶某些款式的汽油动力汽车的普通消费者来说,纯电动汽车与插电式混合动力汽车都是陌生技术产品。由于一辆新车常常是消费者购买的最贵物品(除了买房之外),因此消费者在买车时通常不愿承担风险,于是消费者更可能购买与他们目前所拥有的汽车更为相似的汽车。另外,即使在汽车事实上已经非常相似的情况下,品牌忠诚度仍然影响深远。不过虽然存在这种情形,但我们是在讨论也许影响比品牌忠诚度更加深远的技术忠诚度。

无可否认,目前关于电动汽车可靠性的数据非常少,鉴于此我们强调消费者感知而并非现实表现。整个汽车行业都了解这个问题,并且已经投入了数十亿美元资金,以确保电动汽车在使用时能和传统汽车一样可靠。不过公众要将他们的感知调整过来尚且需要一定的时间,为了加速这一过程,政府对那些愿意承担“感知技术风险”的早期使用者提供了税收抵免优惠政策。这些政策要么随着时间的推移而到期(如在欧洲),要么在电动汽车销量达到一定程度后到期(如在美国)。

其他还有哪些因素可能会吸引消费者购买电动汽车呢?部分人士看到了向“采用充电与放电并存的V2G技术”的电网出售备用电源的机遇,而在某些情况下V2G技术可能将汽车的电能成本削减至接近零的水平,并且还能提高电网的效率。如果智能电网出现,并且电动汽车都与这些电网相连接,如果消费者确信其汽车能够有效运行,那么消费者从电能价格中套利,以弥补购买电动汽车成本的能力是重要的。然而,目前这种应用仍然仅存在于推测层面,尚未成为现实。

部分人士表示,在家里充电将被证明比驾车到当地加油站加油更为方便。使用电动汽车确实有这个优点,但是这个优点值得消费者额外付出50美元、250美元、1000美元、4500美元吗?现在尚无实际数据可以回答这个问题,但是我们推测大部分消费者都不愿意为了避免每周去加油站加油,而支付如此高的费用。另外,还存在着一种可能性,即插电式混合动力汽车的车主可能会“忘记”或者有规律地充电,从而导致消费者在大部分时间里都使用汽油作为动力来源。

电动汽车倡导者们宣称的其他好处还包括:减少污染、提高汽车效率、提高国家能源安全、减少碳排放。所有这些好处都是真实的并且可能被证明是很大的好处,但是它们都是公共利益(或者正外部效应),这些利益并没有被私人获得。无可否认,有部分个人认为“对环境更加负责”是重要的,但广大消费者很可能因“较高的最初购买价格或者有限的行驶里程范围”而放弃购买电动汽车­。然而,正如本文先前所述,这些认为“对环境更加负责”是重要的消费者仅占广大消费者的很小一部分。

结果是现在电动汽车未能提供私人所需要的“性能”,也未能提供超过甚至与传统汽油动力汽车相等的利益。里程不足仅是“将电动汽车与对应级别的汽油动力汽车”分隔开来的一个最大技术障碍。另外,与在加油站加油相比,充电所需的时间却更长。正如前文所述,里程焦虑的成本因人而异。最明显的衡量指标便是一辆插电式混合动力汽车与一辆可比纯电动汽车成本差异的净现值,而根据我们的假设,这两者之间成本差异的净现值范围在大约2500美元至5500美元之间。如前文所述,也许还有其他衡量指标。

随着公司展厅里展出了更多电动汽车,我们将开始开发一个数据库,分析师们从该数据库中便可找到这个问题的答案。另外,人们对生产更轻、效率更高电池的研究仍在继续,能使得电动汽车行驶里程大幅提高,并且能使电池成本仅占当前成本的一小部分的一项新技术可能会出现。但在新技术出现之前,里程焦虑仍将会是大部分消费者担忧的一个主要问题。

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4、充电设施

电动汽车的动力全部或部分来源于电能,这意味着消费者需要一个可靠的动力来源,不论是在家里还是在户外,他们都需要一个将电动汽车与电源相连的设备。

支持者们担忧,在消费者需要的时间和地点,也许不存在足够的电力分配和输电基础设施。这种担忧成为了国会“是否援助在5至15个电动汽车部署社区建立公共充电站”争议的关键所在。

我们得出的初步结论是:市场机制失灵与联邦政府较强干预之间的相关性并不明显。目前电力分配、输送以及生产电力系统的充足性存在着地区差异,没有证据使我们得出“私营企业不会投资以满足分配、输送以及生产电力的需要”的结论。

从历史来看,汽油动力汽车的早期购买者们也曾面临类似的两难处境。在“汽车时代”的前几十年里也没有加油站,车主们只能从杂货店和药房那里购买汽油。即使是在市场对汽油的需求处于初级阶段时,社区内的一些店主才看到了赚钱的机会,因而才在他们的供应库存中增加了汽油。随着需求的增长,出售汽油的个人或企业的数量也在增长,直到现代加油站的先驱—专业零售企业的出现。

在某种程度上讲,由于每个家庭都可以使用电能,因此为电动汽车提供电能将会是一件比较容易的任务,而汽油则并非如此。然而,我们仍然有必要对未来市场可能需要的电能进行测试,并且对私营部门满足电能需求的能力和意愿进行评估。

我们预计大部分电动汽车车主将希望在家充电,因此每个家庭都需要适当的充电设施。在美国,目前标准的墙上电源插座的电压为110伏特,电流为20安培。在最简单的情况下,车主可以用一根电线来将汽车和房屋连接起来。这个电力负荷相当于新增了一个烘干机,这意味着很可能需要一位电工来安装一个专门的电源插座,尽管很多家庭也许能够在不增加任何电线的情况下也能满足这项额外的电力需求。

假设电动汽车就在这种设备上充电,而这种连接被称为“Level I(一级水平)”充电装置,其费用相对较低,不过这种充电方式的缺点在于充电过程极其缓慢。例如:在一个“一级水平”充电装置上为一辆“空的”特斯拉跑车(Tesla Roadster)充满电将需要超过30个小时;为一辆“空的”日产聆风(Nissan Leaf)电动汽车完全充满电需要大约20小时;为一辆“空的”雪佛兰Volt(Chevy Volt)电动汽车充满电需要大约7小时。因此如果车主从下午10点开始为其雪佛兰Volt充电,将会在次日早上才充好电。

实际上,大部分电动汽车车主将会发现靠“一级水平”充电装置作为唯一能量来源将是无法接受的,他们将会安装“Level II(二级水平)”充电装置,这种充电装置采用电压为220伏特、电流为30至40安培的电源充电。采用这种充电装置,为一辆“空的”日产聆风电动汽车完全充满电仅需要7小时。使用这种充电装置相当于新增了两个烘干机,因此安装一个“二级水平”充电装置大致相当于在一个正常的居住区增加半套房子的用电量。并且安装一个“二级水平”充电装置需要一名得到许可的电工和一个专用连接器。这种成本估算值存在差异,并且很可能随着时间的推移会逐渐减少,不过现在每个家庭的安装成本大约在1500美元至2200美元之间。

目前电动汽车爱好者之间的一个热门话题便是“快速充电”,“快速充电”是指为一辆电动汽车充电的时间大致与在当地一家加油站加油的时间相同。“Level III(三级水平)”充电装置在十分钟之内便可充电210千瓦,相当于相同时间之内140个家庭充电的数量(假设每个家庭充电1.5千瓦)。“三级水平”充电装置采用电压为500伏特、电流为200安培的电源充电,而这需要非常昂贵的导体和复杂的安全系统。这种充电装置已经得到证实并且在在技术上是可行的,但由于安全因素,目前仅在专门的服务站使用。最后,“三级水平”充电装置电池组的磨损比“二级水平”充电装置更大,并且“三级水平”充电装置电池组的较大磨损可能导致电动汽车电池降质更快。

“三级水平”充电也会给目前的电力分配系统带来巨大的压力,并且需要在每个“单个地理位置”上建立一个具有工业规模的变电站,以应对用电激增的情况。而这种系统的成本将是非常巨大的,因此我们尚不能确定应该支持哪一种充电装置。

如果电动汽车逐渐流行,在商业地理位置安装这些系统的压力将会增加。消费者可以为使用公共充电设施每月支付一笔费用,也可以按次付费,这与一条收费公路上的一个电子感应器的工作方式类似。由于商业性“二级水平”充电装置一次可与四到六个连接器相连,因此商业性“二级水平”充电装置的成本将比家用充电装置略低。美国库仑科技公司(Coulomb Technologies)的“二级水平”柱上独立充电装置的广告价格在2000美元至6000美元之间。但随着需求增长,“二级水平”充电装置生产商之间的竞争变得更激烈,我们预计“二级水平”的实际价格将会更低,并且随着时间的推移将会逐渐降低。考虑到较低的的前期成本以及目前可供选择的付款方式,私人提供商将与公用事业单位联合,或者仅是企业将准备投资这些领域。另外,进军这个领域并不存在较大的阻碍。因此,如果需求成为现实,那么应该会出现一个竞争性产业为满足这种需求而努力。

如果有人怀疑并认为政府必需干预和支援非住宅类充电站的前期成本,那么必须证明在市场机制失灵的情况下需要政府干预。当地公用事业部门不会投资这些领域吗,它们会阻止其他人投资吗?考虑到公用事业部门是厌恶风险的投资者,前一种情形是很可能发生的,但没有理由表明它们不欢迎新的付费消费者,尤其是它们自己并不需要承担任何前期风险。考虑到充电站相对便宜,并且可以在几小时之内建成,这种系统能非常容易地扩展以满足市场需求。

提倡政府干预的主要原因在于时间。虽然私人部门将会投资充电站,但它们很可能会等到市场有足够的需求从而能够为私人部门提供一个收入来源,以使它们能够获得合理的投资收益,它们才会投资。因此,在电动汽车人群足够多以使如此规模的公共充电系统实现盈利之前,在电动汽车的早期阶段,政府则被要求在市场出现足够需求之前进行投资。但这种情形并非市场机制失灵,这是政府在引导消费者购买电动汽车时提供的一种补贴,而与基础设施需求没有什么关系。另外,这种政府干预可能会扭曲整个体系,它会侵蚀私营企业主进入充电市场的积极性。在这种情形下,类似于政府向任何购买某种类型的电动汽车的车主都提供汽油补贴。

最后,有支持者指出,与那些居住在乡村或者郊区的居民相比,城市居民更可能会购买电动汽车。但是很多城市居民并没有私家车库,因此他们只能将电动汽车停在街道上。在密集的城市环境中,缺少路边充电设施将是拥有一辆电动汽车的主要障碍。虽然安装路边充电设施将使情况有所不同,但城市与私营企业合作,采用收取一笔费用或者租赁付款的方式来安装和维护充电设施将会更划算。

不过也会出现以下这种情况,即由于缺乏路边充电设施,消费者可能会推迟购买电动汽车。而如果这种消费者的数量是较大或者中等程度的,电动汽车的销量将会更小,但是在某些阶段,私营企业主们将会看到一个赚钱的机会,他们将推动政府允许其安装充电装置。另外,“路边充电将会受欢迎”还并不明显,出于法律上的考虑、责任问题以及破坏行为的威胁可能使得路边充电并不吸引人。将充电站建在车库、停车场,甚至是建立一些专门的充电站可能是更容易被接受的替代方式。

虽然支持政府对安装公共充电站提供补贴的主张并不被任何市场机制失灵的证据所证明,但是为这种充电设施制定标准,施以强有力的政府监管却是需要的。欧洲已经开始为私下出售充电设施制定标准,以确保充电设施与新电动汽车相匹配,并且符合更严格的安全法规。

关于电动汽车对电网产生的潜在影响,根据不同的地方、一天中不同的时段以及不同的用于充电的技术,我们对这种潜在影响的预测有很大的不同。金特纳-梅耶尔(Kintner-Meyer)、德诺姆(Denholm)等人对插电式混合动力汽车使用美国电网所产生的潜在影响进行了测试(根据定义,这种影响将小于同等数量的纯电动汽车)。结论是:如果插电式混合动力汽车在更低的电源电压,以及在一天中最佳时间(例如晚上)充电,那么就目前的电力基础设施所能提供的电能,有50%到73%的美国轻型柴油车可以转变为插电式混合动力汽车。这些数据是基于以下假设得出,即假设即使在持续接近满负荷运行的情况下,美国电网也能保持相对稳定。而这种假设也许并不现实,但这些分析表明在不需要增加发电量的情况下,美国目前电网也能满足相当数量电动汽车的电能需求。

根据不同的地区,这种比例将会有所不同。与美国西部各州目前的电能相比,美国东部地区目前的电能所能支持的电动汽车占汽车总量的比例应该更高。从所有地区来看,在一些地区电能不足的同时其他一些地区则电能过多,因此当按照整个美国的平均水平来测试某个州或者某个县时,全国的平均值并不是非常重要。随着技术的改变和车队水平的提升,投资需求量将会增加。尤其是当纯电动汽车对消费者的吸引力比插电式混合动力汽车更大时,增加投资变得尤为重要。另外,这些预测是基于以下假设,即电动汽车的充电设施将能够与电网相匹配,以实现在系统优化的情况下使得供给与需求同步。换句话说,这些研究假设公用事业部门将会投资智能网格技术,而这可能并非未来的实际情况。

同样的,在不同地区满足电动汽车所需的发电量也不相同,并且提升电力配送系统的需求也不相同。在某些地区,将需要大量新投资。例如:在一个有10个家庭的“死巷”里,每个家庭安装一个“二级水平”充电装置,对变压器产生的影响相当于增加了5个家庭。因此,公用事业部门很可能不得不升级目前的电力配送系统。另一方面,也有一些地区即使增加一些电动汽车,对电力配送系统的需求也不会产生多大的不同,这些地区并不需要多大的投资。

在非常乐观的情形下,让我们假设到2030年在南加州有30%的汽车变成了电动汽车,即电动汽车的数量超过200万辆。我们进一步假设所有车主都在家里安装一个“二级水平”充电装置,假设在商业地段另外安装了30万个充电站。如果家庭与汽车数量之间的比率为1.25:1,那么相当于在整个电力配送系统上增加了大约400万个烘干机,这是电力需求的一种大幅度增加。不过,假设电动汽车呈线性增长并且电池技术没有较大的改变,那么公共事业部门将有20年的时间来进行必要的投资。因此,公共事业部门每年仅需要升级一小部分系统,对每个公共事业部门来说,实际百分比和成本都是具体明确的。

更大的问题在于谁来为这些升级付钱?

在美国很多地区,公用电力行业的分类计价将电力的输送、分配与电力生产分隔开来,而将注意力集中于电力输送税收与途径等方面。而在以前的垂直型整合模式下,这些方面是与电力生产成本捆绑在一起的。在过去十年中,一些州发现它们的输送系统已经超负荷运行,因而需要额外的投资。由于这些系统是一个更大电网的组成部分,合乎逻辑的假设便是该区域内、享受该电网服务的所有消费者都为该地所需要的升级付费。

不过这种“政策”并不适用于那些拥有足够传输能力的州或者地区,这些州或地区并不想让它们的消费者为其他州的投资付费,因为这些投资仅会使“其他的”用户受益。这些担忧促进了“部分州和联邦监管者所支持的”一些政策,这些政策主张电力输送方面的新投资应该由投资受益人来付费。然而,执行这样一种政策具有挑战性。谁是受益人?随着时间的推移,他们的身份会改变吗?他们受益多少?

这些问题正是目前监管政策争论的热点所在,并且各州公用事业委员会也在努力解决这些问题。起初这些争论的焦点是输送系统升级,但目前并没有理由表明这种争论不会出现在分配系统上。由于在美国超过一半的地区发电机是独立于电力生产商的,因此谁购买发电机谁付钱,所以发电机方面还不存在很大的问题。

这个问题会对电动汽车,以及对充电设施的投资比率产生怎样的影响呢?由于电动汽车的销量较小,在电动汽车产业的早期阶段也许不会产生多大的影响。不过如果奥巴马总统“到2015年电动汽车销量达到100万辆”的目标得以实现,电动汽车的销量将占汽车总销量的约7%,而电动汽车在美国的销售情况并不是均匀分布的。例如,加州和美国东北部的比例可能更高,这些地区电动汽车的销量占新车总销量的比例可能会达到15%,而不是7%。

在这个阶段,这些地区的公用事业部门可能会面临着“在升级分配系统以容纳新的负荷”方面投入大量资本的压力。如果大部分增量需求是为电动汽车安装充电设施而产生的,那么电动汽车车主将从这些投资中直接受益。谁应该付费呢?由于公用事业部门可能想在市场有需求之前便升级它们的系统,这使得“由谁付费”问题变得更为复杂。那么公用事业部门要怎样识别出一个潜在电动汽车车主呢?要求一个人为一项投资付费,而这项投资他或她仅在今后使用五年时间,这是公平的吗?

最容易的解决方式就是要求使用该电网的所有用户都为投资买单,但是很可能有一部分利益相关者仍然坚持遵守“受益者付费原则”。这个问题是可以解决的,但是解决这个问题将造成一个政策性挑战,并且可能减缓在电力输送和分配系统升级方面的投资。

最后,如果市场对额外电力的需求迅速出现,并且目前建立新电厂的选址及批准障碍仍然存在,由于公用事业部门不能足够快地获得许可、融资和建立新电厂,那么公用事业部门要使他们的老电厂处于使用状态将面临很大的压力。在美国很多地区,这些电厂都属于燃煤电厂。具有讽刺意味的是,一场基于环境和气候理由的快速电气化运动可能会延长很多老旧、污染较严重的燃煤电厂的寿命,而这将会大大减少使用电动汽车所带来的环境效益。

如果支持政府干预以确保充电站可用的主张是不令人信服的,那么为什么会制造出电动汽车?并且在很多情况下,电动汽车已被接受?这里存在两种可能性。

一种情形是,有人也许会认为我们不应该对“私人部门将对新出现的公共充电站需求作出反应”存有信心,它们可能会忽视这个市场机遇。对于以上这种观点,我们并未发现它是有说服力的。第二种情形是,在公共充电站大范围可用之前,市场对电动汽车的需求不会出现。由于担忧除了家里之外,在其他地方缺乏充电机会,因此人们将会购买更少的电动汽车。

不过,由于充一晚上电可提供50英里(约合80千米)至70英里(约合113千米)行程所需电能,尤其是当大部分人选择购买插电式混合动力汽车而不是电池电动汽车时,这种担忧更可能是一个感知性问题而不是一个实际存在的问题。但尽管这仅是一个感知性问题,这仍然很可能使电动汽车领域的一些投资“受阻”。

因此,政府对公共充电站提供补贴的目的在于刺激某些消费者购买新的电动汽车。一个合乎逻辑的问题是,如果政府想提供一项额外的补贴以刺激电动汽车销售,那么对安装公共充电站提供补贴是不是最好的方式呢?也许将对消费者的税收减免从7500美元每辆提高至1万美元每辆,或者延长对“除了最初生产出来的25万辆电动汽车之外的”电动汽车税收优惠的时效,可能会更有效、更经济。

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结论:

美国能源政策的近代历史充满了对新技术的“慷慨支持”。从1960年代至1970年代的核电开始,到1970年代晚期至1980年代早期的合成燃料,到最近的生物燃料,美国人一直对新能源技术抱有希望,只有当预期没有实现时他们才会失望。新能源技术的开发和商业化需要比预期更长的时间,而公众对政府政策以及对技术的支持却是短期和易变的。

例如,核电在国家能源结构中发挥着重要作用,但是其发挥的作用却远远小于40年前核电支持者们所预期的作用。未来生物燃料也许会扮演一个重要的角色;随着像中国等国家为煤炭寻找替代能源,合成燃料也将会呈现一个崭新的面貌。但是无论这些能源将带来什么利益,这些利益的出现都会比早先预期的慢。

获得这些利益所面临的挑战是数百万人或组织不得不购买这些新技术。当美国投资巨额资金将第一个人送上月球时,有一个买家即美国政府,而价格并不是一个问题。而在能源方面,生产者们不得不将他们的技术以及更为重要的—那些技术所提供的服务出售给数百万消费者。

如果电动汽车“渗入”市场的程度足够深以致于能对汽油消耗(以及原油进口)产生重大的影响,或者能够大幅降低二氧化碳排放量,那么数百万消费者将不得不购买那些汽车。在2009年有7000人购买了电动汽车,在未来几年之内,购买电动汽车的消费者的数量很容易增至每年5万人以上。

而本文所做的测试是关于“电动汽车每年的销量能否超过250万辆”,这个销量可使得到2025年美国电动汽车产业能占有20%的汽车市场份额。从这个目标来看,在2009年美国传统混合动力电动汽车(HEVs)的销量仍然比目标低30万辆。电动汽车销量占新车市场的比例超过2.5%意味着,要说服消费者相信一辆电动汽车所产生的综合效益与一辆传统汽油动力汽车相当,或者大于一辆传统汽油动力汽车所产生的综合效益。

我们的研究表明,假设汽油价格上涨和电池成本下降时所得出的结论,大致与目前汽车行业“由电池提供动力的汽车在整个生命周期内所需的成本将低于传统汽油动力汽车”的预期相吻合。不过这个结论并没有考虑目前7500美元每辆的税收减免,也没有考虑由联邦政府所提供的任何其他补贴。

如果由于未来供需不平衡,或者对汽油或碳排放征收额外的税收导致最终汽油价格变得更高,那么电动汽车尤其是纯电动汽车将有显著的净现值成本优势。如果只有成本这个唯一的影响因素,在2015年以后也许就不需要政府补贴了。 如果原油价格下跌而不是上涨,那么实际情况又会有所不同,不过我们相信2015年的原油价格很可能明显高于2010年。

这种状况不会发生的唯一情形是,假设消费者在估计汽油成本时避免使用电动汽车的整个生命周期,并且使用了一个非常高的折旧率。在这种情况下,电动汽车支持者们所“赞扬”的终生成本优势,也许不会受到那些并不看重“在三年之后才能获得的成本节约好处”消费者的欢迎。

另外,部分消费者保留电动汽车的时间并不会超过3年至5年,因此按十年时间计算得出的终生成本优势,对这些人来说并没有多大的意义。对这些消费者来说,电动汽车的“抵换价值”将是他们作出决定所考虑的一个重要因素,但是目前存在的电动汽车“抵换价值”的数据很少。

如果读者支持高折旧率假设,那么这将会对购买电动汽车的很多消费者产生影响。消费者会购买电动汽车,要么是因为电动汽车比传统汽车拥有明显的前期成本优势,要么是汽油价格将需要上涨至接近6美元至8美元每加仑,而不是4美元每加仑。

也许电动汽车面临的最大挑战是无法提供与传统汽车相等,或者优于传统汽车的某些特性尤其是在行驶里程方面。消费者想购买到这样的新车,即能提供与当前内燃机汽车(ICE)的特性相当或者更优的汽车。电动汽车制造商们一直在努力工作,以使电动汽车在每一方面都与传统汽车具有可比性。为了彻底消除“里程”这个限制条件,汽车行业必须找到更轻、更便宜,并且能战胜严酷行驶条件的新电池技术,或者汽车行业必须在锂离子电池技术方面有所突破,不过很多电池专家认为这不大可能实现。前者也许会实现,但是即便能实现,在2018年之前新技术也不太可能商业化。

另一种情况是,很多城市居民购车者也许会发现他们的“里程焦虑”是不合理的。虽然内布拉斯加州(Nebraska)和南达科他州(South Dakota)的消费者将不会急于去电动汽车经销商那里购车,但纽约、华盛顿、旧金山、巴尔的摩(Baltimore) 、芝加哥等地的居民也许会发现电动汽车能很好地满足他们的需求。

与美国城市相比,这种情形在中国和印度的城市更可能成为现实。问题在于很难改变消费者的习惯和偏好。那些每天驾驶20英里(约合32千米),或每年驾驶少于340天的消费者购买一辆汽车并非为了驾驶340天,而是为了在其中25天内,其家人每天驾车行驶的路程会超过100英里(约合161千米)。由于这些旅行常常是在夏季,并且是到更偏远的地区,目前在他们的工作地区或购物中心停车场所存在的充电站也许不能解决这个问题。

虽然麦肯锡公司(McKinsey)最近公布的一个报告(该报告认为,城市居民会积极购买电动汽车)所描绘的这种情形可能发生,但是我们认为除非汽油价格在5美元每加仑左右的范围、电池成本大幅度下降,或者政府严格限制某些城市地区只能使用电动汽车,否则这种情形不太可能发生。目前欧洲很多城市已经推行“旅行限制”,如伦敦和斯德哥尔摩(Stockholm)规定在商业区或者非常拥挤的区域只能步行,或者实行警戒线定价方案。虽然这种支持电动汽车的类似限制有可能在美国出现,但是更有可能在欧洲、中国或者印度出现。

总之,只有当电动汽车比传统汽车更具有竞争力(不是基于成本,而是基于汽车性能)时,电动汽车才会“深入渗进”美国市场。我们认为要使这种情形出现,需要以下几个条件:

1、汽油价格将需要上涨至5美元每加仑或者超过这个价格;

2、政府需要为其期望数量降低的污染物、进口石油或者温室气体等外部性制定一个价格,以加速这一增长;

3、汽车行业必须开发出一种能在成本更低的情况下,加大电动汽车行驶里程的电池技术。政府很可能会在这些新技术的研发和部署方面提供较大的支持。

未来电动汽车在美国交通系统中扮演一个重要角色并非一个白日梦。但是如果汽油价格不上涨,私人企业、联邦政府、州和地方政府之间不建立起更强大的合作关系,那么这是不会发生的。

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