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中国向电动汽车的过渡

会有好处,但代价是什么?

南希W. Stauffer. · 2020年11月25日 · 想要

在短暂的

最近,中国对汽车制造商实施了一项强制规定,要求到2030年电动汽车的销量占总销量的40%。根据麻省理工学院的一系列分析,此举将扩大电动汽车和电动汽车电池的产量,足以降低这两种产品的全球成本。在中国国内,所有汽车的年销量将暂时下降,然后恢复增长。电动汽车的市场份额将按照规定扩大,但许多车型仍将比汽油驱动的同类车型更贵。从2021年到2030年,中国社会的转型成本可能相当于该国每年增长的国内生产总值(gdp)的0.1%。在一项后续研究中,研究人员发现强制使用电动汽车的好处——在空气污染、人类健康、气候变化和国家安全方面——可能足以抵消成本。


近几十年来,中国的经济快速增长使得更多和更多的消费者购买自己的汽车。结果一直有所改善,世界上最大的汽车市场 - 也是严重的城市空气污染,高温室气体排放,并养成石油进口的依赖。

为了抵消那些令人不安的趋势,中国政府强加政策鼓励采用插塞电动车(EVS)。自2009年购买EV购买EV成本超过购买传统的内燃机(ICE)车辆,政府开始为EV购买提供慷慨补贴。但价格差异和买家的数量都很大,因此为政府支付补贴的支付变得非常昂贵。

因此,中国的政策制定者将在2020年底逐步淘汰补贴,而是依赖于汽车制造商实施的任务。简单地说,任务要求每年制造商销售的所有车辆的一定程度都必须是电池供电。为避免经济处罚,每年制造商必须获得规定的积分数,这些点数被授予基于复合配方的每个EV授予考虑范围,能源效率,性能等。随着时间的推移,这些要求变得更加艰难,目标是通过2030年占所有汽车销量的40%。

据此,这一举措将对世界范围的全球制造产生巨大影响威廉·h·绿色,霍伊特酒店化学工程教授。他表示:“这是全球电动汽车面临的最强有力的要求之一,而且是强加在全球最大的汽车市场上的。”“电动汽车的制造和电池的生产将大幅增加,从而在全球范围内压低这两种汽车的成本。”

但这一授权在中国国内会产生什么影响?向电动汽车的过渡将带来许多环境和其他好处。但是国家要为此付出多少代价呢?2016年,化学工程同事格林和当时的研究生I-Yun Lisa Hsieh博士决定找出答案。他们的目标是研究这项规定对所有影响因素的混合影响:电池价格、制造成本、汽车价格和销售,以及消费者拥有和运营一辆汽车的成本。根据他们的研究结果,他们可以估算出在未来十年中遵守这项规定的社会总成本。

看看电池价格

“电动汽车昂贵的主要原因是它们的电池很贵,”格林说。近年来,电池价格迅速下降,很大程度上是由于“学习效应”:随着产量的增加,制造商想方设法提高效率,成本下降。人们普遍认为,随着电动汽车占据越来越多的汽车市场,电池价格将继续下降。

通过使用一种新的建模方法,Green和Hsieh确定学习效应将显著降低电池生产的成本,但对关键电池材料的开采和合成来说并不多。他们的结论是,随着生产的增多,使用最广泛的电动汽车电池技术——镍锰钴锂电池——的价格确实会下降。但随着价格接近原材料成本,价格下跌将会放缓。

根据对电池价格的估算结果,研究人员计算了一段时间内制造电动汽车的额外成本,并假设利润的标准加价来确定这些汽车的可能售价。在之前的工作中,研究人员使用了各种数据源和分析技术来确定中国人口的“可负担性”,换句话说,就是他们收入中可用于购买汽车的比例。基于这些发现,他们研究了2018年至2030年对中国汽车销售的预期影响。

在中国的预计汽车销售没有电动汽车(EV)授权黑色虚线曲线显示的是在没有电动汽车强制要求的情况下,预计的汽车销量。2021年的下降是由于2020年采用了新的排放和燃油经济标准。实红色的曲线显示了在授权下的预计汽车销量。由于电动汽车补贴的取消,2021年汽车总销量下降,但随着消费者收入的增加,汽车总销量再次增长。

它们的结果显示在上图中。作为比较的基线,研究人员首先假设了“反事实”(不是真实的)情景 - 这里,汽车销售而没有显着采用EVS,因此没有新的任务。由于虚假的黑色曲线显示,在这一假设下,每年预计的汽车销售到2030年的3400多千万。(2021年下降是2020年新的排放和燃油经济性标准导致较高价格的回应。)

实红色曲线显示了取消电动汽车购买补贴和2020年颁布强制令后的情况。补贴取消后,2021年汽车总销量出现萎缩。但此后,不断增长的经济和不断增加的收入增加了消费者的购买力,并推动了私家车的需求。年销售额比相反情况平均低20%,但预计到2030年将达到约3,000万辆。

下面的饼状图显示了ICE汽车和纯电动汽车在三个时间点的预计销售情况。到2020年,电动汽车仅占总销量的7%(160万辆)。到2025年,这一比例将达到21%(540万)。到2030年,这一数字将达到37%(1120万),接近政府的40%目标。从2020年到2030年,总共售出了6600万辆电动汽车。

上面红色曲线上三个时间点的预计汽车销售组成这些饼状图显示了三种车型的预计销量:ICE(灰色)、混合动力电动汽车(橙色)和纯电池电动汽车(红色)。每年售出的电动汽车总数量被标明。

插电式电动汽车有两种颜色:红色代表纯电池电动汽车,橙色代表混合动力电动汽车(由电池和汽油驱动)。纯电池电动汽车的销量是混合动力汽车的两倍,尽管纯电池电动汽车因电池成本更高而更加昂贵。格林说:“这项规定包括对里程较长的汽车的特别偏爱,这意味着装有大电池的汽车。”“因此,汽车制造商有很大的动力生产纯电池电动汽车,并根据强制公式获得额外加分。”

对于消费者来说,拥有一辆电动汽车的额外成本包括了汽车整个生命周期内的任何费用差异。为了计算这一差异,研究人员量化了“总拥有成本”(TCO),包括购买成本、燃料成本、运营和维护成本(包括保险),这两辆插电式电动汽车和一辆ICE汽车一直到2030年。下图显示了纯电池电动汽车和混合动力电动汽车的成本与ICE汽车的成本的比较。1处的水平规则表明成本是相同的,因此“相等”。

从2016到2020年,两种类型的EVS都受益于电动车辆补贴,因此每个TCO的TCO小于冰车的TCO。2017年和2019年纯电池EV补贴的大量削减导致这两条曲线上升,并在2020年的两个EV曲线中的总消除导致两种曲线上的重大增加。TCO平价仍为2030年的杂交ex,但是parity isn’t achieved for the pure battery EV even by 2030, though it gets closer due to the expected decline in battery prices.

与汽车寿命的冰车相比,在中国拥有EV的总成本在2020年之前,由于购买电动汽车的补贴,无论哪种类型的插电式电动汽车都比拥有一辆ICE汽车更便宜。在补贴被取消并在2020年强制实施后,拥有一辆混合动力汽车(橙色曲线)相当于拥有一辆ICE汽车。拥有一辆纯电池的电动汽车(红色曲线)由于其昂贵的电池更贵。电池价格的下降降低了两种类型的电动汽车的总拥有成本,但纯电池电动汽车在2030年仍然更加昂贵。

社会成本

研究人员的下一步是计算强迫中国采用电动汽车的总成本。基本的方法很简单:研究人员将每年售出的每辆电动汽车的额外TCO减去现值,然后将结果乘以当年售出的汽车数量。(它们不包括汽车、电力和汽油等购买价格中所包含的税收,因为社会将不得不支付其他税收来弥补损失的收入。)

社会转型成本左:从2021年到2030年,拥有和驾驶电动汽车的每辆汽车增量成本下降。纯电池电动汽车的成本降幅大于混合动力电动汽车,但前者的成本仍较高。右图:每个条形图代表了在一年内过渡到电动汽车的总成本。红色代表纯电池电动汽车,橙色代表混合动力汽车。一年售出的电动汽车总数超过了每辆车成本的任何下降,因此社会的增量成本就会增加。

他们的结果如上所示。左边的图显示了在给定的年份里每售出一辆电动汽车对社会的增量成本(左轴)和每行驶一公里的额外成本(右轴)。成本假设车辆的使用寿命为12年,每年行驶12,500公里。纯电池电动汽车的曲线再次高于混合动力电动汽车的曲线,并且随着电池成本的降低,两者都会随着时间的推移而下降。

右边的数字结合了每辆车对社会的成本和售出的汽车数量,揭示了总额外成本。每条线代表一年,红色代表纯电池电动汽车,橙色代表混合动力电动汽车。从图表中可以看出,电动汽车年销量的增长速度将快于每辆车成本的下降速度,因此每年对社会的增量成本将继续增长。而且成本相当可观。从2021年到2030年,强制过渡到电动汽车的平均成本将达到每年1000亿元,约占全国交通运输业每年支出的2%。

在2021年至2030年的10年内,过渡到近40%EV的年度社会成本相当于中国国内生产总值的0.1%。“因此,强迫销售EVS的社会代替冰车的成本是显着的,”Hsieh说。“必威足球人们在口袋里有更少的钱来花费其他购买。”

其他考虑因素

Green和Hsieh强调,必须考虑强制采用电动汽车的高昂社会成本,以获得潜在的利益。例如,从ICE汽车转向电动汽车将降低空气污染和相关的健康成本;减少二氧化碳排放,帮助减缓气候变化;并减少对进口石油的依赖,增强国家能源安全和国际收支平衡。

谢家华目前正在努力量化这些收益,以便该团队能够对中国向电动汽车的转型进行适当的成本效益分析。她的初步结果表明,货币化的收益与成本一样可观。她表示:“收益似乎与成本是同一个数量级。”“它是如此接近,以至于我们需要小心地把数字弄对。”

研究人员引用了可能影响等式的成本方面的其他两个因素。2018年初,具有高空气污染的六种巨大的Megacities开始限制为冰车发出的牌照数量,并为他们收取高费用。凭借其较低成本,更丰富的“绿色汽车板”,EVS成为成本竞​​争力,销售飙升。为了保护中国汽车制造商,国家政府最近宣布计划结束这些限制。结果及其对EV销售的影响仍然不确定。

第二条警告涉及汽车制造商如何定价。这里报告的结果假设价格是按照今天的价格计算的:制造汽车的成本加上一定比例的利润。随着新规定的实施,汽车制造商将需要改变他们的定价策略,以说服足够多的买家购买电动汽车,以达到要求的分数。格林说:“我们不知道他们会怎么做,但有一种可能性是,他们会降低电动汽车的价格,提高汽油汽车的价格。”“这样一来,他们仍然可以在合法经营的情况下获得利润。”他举例说,美国汽车制造商是如何通过调整低能效和高效率汽车的相对价格来应对公司平均燃油经济性标准的。

虽然中国汽车制造商定价策略的这种变化会降低电动汽车的价格,但也会推高汽车的整体平均价格,因为汽车总销量构成是由ICE汽车主导的。谢家华表示:必威足球“在中国,一些原本买得起廉价汽油车的人现在将买不起。”“他们会被定价挤出市场。”

格林强调了这一指令对全球所有汽车制造商的影响。他表示:“这是多么重要,我怎么说都不为过。”“这项命令一出台,汽车制造商就意识到,电动汽车已经成为一个主要市场,而不是一个小众市场。”他认为,即使没有补贴,购买电动汽车的额外费用也不会让许多购车者望而却步,尤其是考虑到电动汽车提供的好处。

不过,他还有最后一个顾虑。随着越来越多的电动汽车被生产出来,关键电池材料的全球供应将变得越来越有限。然而,与此同时,废旧电池的供应将会增加,这为回收用于新电池的关键材料创造了机会,同时也防止了对环境的威胁。研究人员建议决策者“帮助整合汽车制造商、电池生产商、二手车经销商和电池回收系统中的报废公司之间的整个产业链,以实现一个更可持续的社会。”


这项研究得到了麻省理工学院能源计划的支持58必威苹果未来的流动性研究。William H. Green是通产省的联合主管移动系统中心.于2020年秋,I-Yun Lisa Hsieh博士20加入国立台湾大学担任助理教授。有关这项研究的更多资料,请浏览:

I-Y.L。谢家华和W.H.格林。中国向电动汽车的转型:对拥有总成本和社会成本的影响SAE国际可持续交通、能源、环境与政策杂志,2020年。在线:doi.org/10.4271/13-01-02-0005

I-Y.L。HSIEH,P.N.Kishimoto,和W.H.绿色的。“将多种不确定性纳入中国私人汽车销售和股票的预测。”交通研究记录,2018年。在线:doi.org/10.1177/0361198118791361

I-Y.L。Hsieh,M.S.潘,Y.-M。清,和W.H.绿色的。“学习只会为您提供如此多:降低电池价格的实际限制。”应用能源,没有。239,页218-224,2019。在线:doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.01.138

I-Y.L。Hsieh,M.S.平底锅和W.H.绿色的。“过渡到中国电动汽车:私营机动率和电池市场的影响。”能源政策,第144卷,111654期,2020年。在线:doi.org/10.1016/j.enpol.2020.111654


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