新能源汽車購買行為及其環境影響效果研究

左 志，王 濤，劉 鍇

（大連理工大學 交通運輸學院，遼寧大連116024）

新能源汽車購買行為及其環境影響效果研究

左 志，王 濤，劉 鍇

（大連理工大學 交通運輸學院，遼寧大連116024）

為了考量新能源汽車的推廣使用對環境的具體影響，對新能源汽車的購買行為和普及率進行了研究，同時分析新能源汽車在優惠政策條件下在實際路網中的環境影響。首先，對大連市居民進行了意向問卷調查，建立描述家庭新能源汽車購買行為的模型；然后，應用該模型對新能源汽車在大連市的普及率進行分析；最后，在道路收費優惠政策條件下，考慮新能源汽車的普及率和出行頻率的變化，利用多用戶交通平衡分配模型進行實例分析，探索新能源汽車在實際路網中的排放影響。結果表明，在低普及率情況下，新能源汽車的減排效果并不明顯，而在高普及率情況下，減排效果比較顯著。對于交通領域巨大的碳排放體量而言，低普及率帶來的碳排放量下降的累積效應仍是非常可觀的。

新能源汽車；購買行為；多用戶交通分配；道路收費；減排

emission reduction

0 引言

隨著私家車的普及，人們的生活變得愈加便利。然而由于人們對私家車的依賴與過度使用，造成諸如汽車尾氣污染和溫室效應等一系列問題。同時，依賴私家車的工業化社會也面臨著未來石化能源枯竭的可能。為解決此類問題，低能耗、低環境負荷的生活方式以及環境友好的交通系統成為社會的發展目標。為實現環境友好的交通系統，提高公交網絡的服務水平是非常好的措施，但是由于環境、人口分布以及人本身意愿等因素的制約，在很多情況下該措施并不可行。

近年來，新能源汽車得到了世界各國的廣泛關注并成為未來綠色出行最為可能的交通方式。國內外的專家學者對新能源汽車的推廣進行了大量的研究：羅少文[1]研究了我國新能源汽車產業發展戰略；徐國虎等人[2]、譚慧[3]分別應用主成分分析法和離散選擇模型對新能源汽車的購買決策影響因素和消費者偏好進行了探討；王穎等人[4]從感知風險和涉入程度角度入手，建立結構方程模型對消費者的購買意愿進行了實證研究；孫小慧等人[5]對電動汽車的補貼政策進行了總結；方景瑞[6]對新能源汽車的能源和環境效益進行了分析和評價；Steven J. Skerlos等人[7]討論了插電式混合動力汽車補貼政策的社會效益，指出插電式混合動力車的社會效益嚴重依賴于所使用的地區，同時給出影響效益規模的重要因素，其中包括燃油效率、排放及到充電網絡的可達性，另外汽車的行駛里程也是需要考慮的重要因素；Theo Lieven等人[8]通過對德國1 152名參與者的在線購車意向調查，利用多重一致性分析方法對費用、實用性、可行駛里程、生活方式4大因素在8種不同車型和6種使用目的上的影響進行分析，并提取費用和可行駛里程作為核心因素計算出個人購買電動汽車妨礙指數，預測了電動汽車的市場潛力，結果表明約有5%的人是電動汽車的潛在購買者；Sashank Musti等人[9]研究汽車保有量與汽車花費及汽車技術之間的關系，研究采用微觀仿真的方法，利用家庭人口出生、死亡、結婚、離婚、遷入、遷出以及汽車選擇偏好模型和汽車報廢模型的綜合模型框架，對德克薩斯奧斯汀地區家庭車擁有情況利用4個腳本（基礎腳本、折扣與額外費用腳本、高油價腳本和低價車腳本）進行了25年模擬，結果顯示在對低能耗車輛給予折扣與對高能耗車輛征收額外費用腳本取得了比較好的尾氣排放效果和經濟效果。

上述研究多數集中在購買影響因素和政策制定方面，而對于環境的影響分析也偏向于宏觀，定量的研究尤其是對新能源汽車在路網內的交通分配模型及環境影響的研究并不多見。因此，本文對新能源汽車替換普通汽車的可能性進行了探索，同時考慮這種替換對新能源汽車的普及路網中尾氣排放的影響。本文對家庭購買新能源汽車的行為進行了詳細的建模，進而使用模型對大連市未來年份新能源汽車普及率進行預測分析。最后，假定新能源汽車在優惠政策下，考慮其出行頻率以及普及率變化，利用普通汽車和新能源汽車共存的多用戶交通平衡分配模型，對城市道路交通的環境影響效果進行分析。

1 新能源汽車購買意向調查

本文于2015年5月就新能源汽車購買意向進行調查，調查以網上問卷調查形式進行，共回收有效問卷283份。問卷參考正交表設計，主要包括被調查人的屬性，家庭汽車保有量，普通汽車利用情況，新能源汽車預想特征如價格、最高速度、駕駛費用、續航里程等必要的功能特征，另外還包括扶持措施諸如充電設施數目、購車補貼等。本次調查由于條件所限，并未考慮品牌因素。

根據調查的統計結果，潛在購車者選擇新能源汽車特征值的均值如表1所示。

表1 新能源汽車特征均值

從表1中可以看出，大部分人對于新能源汽車的要求是價廉物美，價格上要跟普通燃油汽車類似，行駛費用小，續航里程也不能過低。

2 新能源汽車購買意愿模型

2.1 購買意愿模型

對于新能源汽車的購買意愿主要是基于汽車本身的特征及消費者的家庭基本屬性，該意愿可以用概率表示。假定概率變量服從對數正態分布，則支付意愿的對數值的誤差服從正態分布，可以用下列多變量回歸模型表示：

式中：ya,n(yc,n)是家庭n購買第一輛（第二輛及以上）新能源汽車的意愿概率；Va,n(Vc,n)是可觀測的效用部分，用合適的變量和未知的參數以線性效用函數表示。εa,n(εc,n)是均值為0、方差為σa2(σc2)的正態分布的誤差項。

未知參數可以用以下似然函數表示，并利用最大似然估計得到估計值：

式中：da,n(dc,n)是購車選擇的輔助變量，如果選擇購買則是1，否則為0；f(·)是正態概率密度函數；Xa,n(Xc,n)是解釋變量的向量；βa(βc)是待估計的參數向量。

家庭購買汽車時，根據支付意愿模型分布假定，買第一輛車（第二輛車以上）的概率可用以下的二項Probit模型計算：

這樣，得到了家庭n購買新能源汽車的概率，Φ(·)是標準正態分布的累積概率函數。對數似然函數公式用下式表示：

解釋變量包括家庭屬性以及前部分提到的新能源汽車的特征，利用公式（2）與公式（4）對通過調查得到的數據同時進行估計。

2.2 模型參數估計

本文采用SAS統計軟件8.02中Logistic過程進行Probit回歸分析，標定了新能源汽車購買意愿模型的參數，結果如表2所示。

表2 購買意愿模型參數標定

從表2可以看出，該模型的擬合優度達到0.324，擬合效果較好。從系數的對比來看，家庭消費者第二次購買汽車對于汽車的價格、補貼、性能等要求跟買第一輛汽車相比，相對要寬松一些，而對于第一次購車的用戶來說，對于汽車的性能價格等方面相對要求較高。大部分參數對應的t值的絕對值均大于1.96，說明這些估計參數的置信程度較高。部分參數的t值不高，如第一次購車意愿模型中的家庭12歲以下人口數，這是由于購買第一輛車的家庭多數組建時間不長，較少有生育情況，第二輛車購買意愿模型中的續航里程這一變量參數對應的t值也小于1.96，此現象的產生是由于這些家庭購買的第一輛車均為傳統汽油汽車，第二輛車多作為特定時期的替代選擇，對里程關注明顯下降。此外，Logsum是表示兩個模型之間的關系變量，反映了第一輛車購買新能源汽車對于第二輛車購買帶來的影響，該系數的t值只有1.3，置信程度較低，同時該系數絕對值只有0.015 8，說明第一輛車購買新能源汽車時對于第二輛車購買意愿的影響很小。綜合以上分析，從目前的新能源汽車的性能看，很明顯混合動力型汽車更受消費者青睞。

通過上述模型標定，按照現有機動車規模，對大連市主城區一個使用周期后（10年）的機動車保有量進行初步預測，得到的結果為新能源汽車約占機動車總保有量的11%。

3 基于道路收費政策的多類別用戶交通平衡分配模型

從動力性能方面而言，新能源汽車和普通的燃油車屬于不同類型。我國已經制定了多項購車補貼政策推動新能源汽車的普及，而對于在鼓勵政策下新能源汽車在網絡中的走行以及環境影響模型，國內外所做的研究并不多，已有的少量研究也僅局限于在較為簡單的路網上[10]。因此，本文基于多類別用戶交通平衡分配模型，探索新能源汽車達到一定普及率時，在道路收費優惠政策下（非新能源汽車收費，新能源汽車免費），新能源汽車對于路網中的CO2排放的影響。該模型具體形式如下：

關于模型解法細節，請參考文獻[12]中的多類別用戶平衡問題章節，現簡要介紹如下：

Step 1：路段花費時間的更新，路段上所有類別交通量進行加和，，計算路段上花費的時間，對于普通燃油汽車阻抗仍需要計算道路收費換算得到的時間。

Step 3：利用下降方向的步長ζ(n)計算更新的流量：

這里，解出步長ζ(n)需要對下列函數進行非線性一維搜索求最小值，常用的方法有二分法和黃金分割法，本文采用的是黃金分割法：

Step 4：更新可行解，將前一步驟得出的步長代入公式（6），求出更新的可行解。

Step 5：收斂判斷，如果不滿足收斂條件，則n=n+1，返回Step 1；如果滿足收斂條件，計算終止，輸出分類的路段交通流量解。

通常關于機動車排放的研究多是基于工況軟件如Mobile,MOVES,Emfac,Ive,Cmem,Copert等，但這些軟件無法與上述交通分配的結果聯系到一起。因此，為利用分配結果得到的速度參數和交通量參數，某一路段單個汽車的排放用以下公式計算[13]：

式中：EF為單位車輛行駛每公里CO2排出量（g）；va為路段a上車輛的平均速度（km/h）；la為路段a的長度；ta為公式（5）解得的路段a的通行時間。

以某城市路網為例，該路網共有單向路段2 195條，在城市中心區域粗線范圍內設置擁堵收費區域，如圖1所示。收費規則如下：普通燃油汽車進入收費區域將被ETC設備自動收費，新能源汽車則不收費，擁堵收費水平為10元。最后，運用基于道路收費政策的多類別用戶交通平衡分配模型求得不同條件下路網車輛總體CO2排放量，得到如表3所示的結果。

圖1 城市路網及收費區域示意圖

表3 CO2排放變化率（%）

從表3中可以看出，無論收費與否，新能源汽車的普及率增加會導致道路網的CO2排放減少。而在出行頻率增加的情況下，CO2的排放量減少程度會有所降低，這是由于出行頻率的增加變相增加了路網中擁堵，降低了機動車走行速度，從而導致減排效果漸弱。而在有收費的情況下，非新能源汽車會繞路，導致減排效果降低；同樣情況下，無道路收費情況反而收到了更好的減排效果。但是，該計算結果是在非新能源汽車在收費情況下不減少出行頻率的假設下得出的，實際上在收費情況下，非新能源汽車的出行頻率降低，計算結果會有所變化。此外，根據我國歷年的統計年鑒顯示，交通運輸、倉儲和郵政業約占石油消費碳排放量的20%，可見即便是新能源汽車的少量普及對于我國減少碳排放的作用也是十分可觀的。

4 結語

本文通過對大連市新能源汽車潛在購車者進行SP問卷調查，得出了新能源汽車購買意向模型，并估計模型參數，對新能源汽車的可能替換率進行預測。在對新能源汽車與傳統燃油汽車性能分析的基礎上，本文利用多用戶交通平衡分配模型，定量分析不同普及率和在優惠的道路收費政策下新能源汽車出行頻率增加對道路網絡CO2排放的影響，補充了該方向上定量研究的不足。

由于本文的調查是采用網上問卷的形式，在模型上會有一定的偏差，未來的研究需要在樣本選取上進行一定的修正。同時，由于多用戶交通平衡分配模型屬于固定需求的分配模型，還不能反映在收費情況下一些燃油汽車的退出和方式變更行為，在未來的研究中，變需求的多用戶平衡分配模型應是較好的研究方向。

[1]羅少文.我國新能源汽車產業發展戰略研究[D].上海：復旦大學，2008.

[2] 徐國虎，許芳.新能源汽車購買決策的影響因素研究[J].中國人口·資源與環境，2010，20（11）：91-95.

[3]譚慧.消費者購買新能源汽車偏好及影響因素研究[D].鎮江：江蘇科技大學，2014.

[4] 王穎，李英.基于感知風險和涉入程度的消費者新能源汽車購買意愿實證研究[J].數理統計與管理，2013，32（5）：863-872.

[5]孫小慧，劉鍇，左志.我國電動汽車補貼政策研究[J].科技與管理，2011，13（6）：99-103.

[6]方景瑞.新能源汽車能源及環境效益的分析研究與評價[D].長春：吉林大學，2009.

[7] SKERLOS S J,WINEBRAKE J J.Targeting Plug-in Hybrid Electric Vehicle Policies to Increase Social Benefits[J].Energy Policy,2010,38(2):705-708.

[8]LIEVEN T,MUHLMEIER S,HENKEL S,et al.Who Will Buy Electric Cars?An Empirical Study in Germany[J]. Transportation Research Part D,2011,16(3):236-243.

[9] MUSTI S,KOCKELMAN K M.Evolution of the Household Vehicle Fleet:Anticipating Fleet Composition,PHEV Adoption and GHG Emissions in Austin,Texas[J].Transportation Research Part A,2011,45(8):707-720.

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[12] 日本土木學會.道路交通需求預測的理論及應用（卷Ⅱ）[M].東京：日本土木學會，2006.

[13]MATSUSHITA O N,NAMIKAWA M,OHNISHI H Y.Fuel Consuming Ratio of Driving Vehicle and CO2Emission Parameter[J].Material of Civil Engineering Technology,2001, 43(11):50-55.

Purchase Behavior ofAlternative Fuel Vehicle and Its Environmental Impact Effect

ZUO Zhi,WANG Tao,LIU Kai
(School of Transportation&Logistics,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China)

In order to consider the specific impact of the use of alternative fuel vehicles on the environment,the purchase behavior and penetration ratio of alternative fuel vehicle(AFV)were studied and the environmental impact of AFV in the real network under preferential policy was analyzed.Firstly,a questionnaire survey was carried out in Dalian city,and models which depict household purchase behavior based on the questionnaire data were established.Then,the penetration rate of AFV in Dalian city was analyzed by applying the established models.Finally,under road preferential pricing policy,by conducting multi-class traffic assignment calculation which considered the change of penetration ratio and trip frequency of AFV,the impact of AFV on emissions in the real road network was explored.The results show that,the emission reduction effect of AFV is not obvious in the case of low penetration ratio while this effect is remarkable in the case of high penetration ratio.However,the cumulative effect of low carbon emissions which the low penetration rate of AFV brings is still very considerable for the huge amount of carbon emissions in the transport field.

alternative fuel vehicle;purchase behavior;multi-class traffic assignment;road pricing;

U491

A

2095-9931（2015）06-0040-05

10.16503/j.cnki.2095-9931.2015.06.007

2015-11-24

國家自然科學基金項目（51278087）；國家自然科學基金項目（51378091）；遼寧省教育廳科學研究一般項目（L2012026）

左志（1980—），男，遼寧大連人，講師，工學博士，研究方向為交通規劃、交通需求管理。E-mail:zuozhi@dlut.edu.cn。