文献阅读 | 全球向低碳汽车转型中消费者偏好与气候政策的相互作用

题目

Interaction of consumer preferences and climate policies in the global transition to low-carbon vehicles

作者

David L. McCollum, Charlie Wilson, Michela Bevione, Samuel Carrara, Oreane Y. Edelenbosch, Johannes Emmerling, Céline Guivarch, Panagiotis Karkatsoulis et al.

期刊

Nature Energy

时间

2018年7月

一作

单位

International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA), Laxenburg, Austria. 

Howard H. Baker Jr. Center for Public Policy, University of Tennessee, Knoxville, TN, USA.

链接

https://www.nature.com/articles/s41560-018-0195-z

研究内容

脱碳运输是减缓气候变化的一个重大挑战，运输部门的二氧化碳排放量约占全球与能源有关的二氧化碳排放总量的1/4，其中私人车辆约占交通能源使用和排放的一半。传统内燃机(ICE)车辆燃烧的石油产品排放占主要部分(> 90%)。展望未来，传统(化石燃料)汽车将被替代燃料汽车(AFVs)大量取代——比如ICE使用生物燃料和天然气，电池动力汽车(BEVs)、插电式混合动力汽车(PHEVs)和氢燃料电池汽车(FCVs)使用低碳电力和氢燃料。这种新能源汽车对传统燃料车的替代将是降低碳排放、实现《巴黎协定》全球温升控制目标的重要手段。世界各地的政府和汽车制造商设定了电动汽车发展目标，预期到2050年全球上路行驶的电动汽车数量将为4000-7000万辆。当考虑汽车购买消费者偏好的非经济因素时，就会使研究变得复杂，这些因素包括可用的车型和品牌、感知风险能力、舒适度、加速情况、内部空间以及牵引能力，对于AFV还有车辆行驶距离以及可用的燃料补充站等影响消费者偏好的因素。

研究方法

该研究应用6种全球能源经济模型评估了不同消费偏好和气候政策情景下未来电动汽车的发展情况。这些模型包括：GEM-E3T-ICCS、IMACLIM-R、IMAGE、MESSAGE-Transport、TIAM-UCL 和 WITCH。选择这些模型是因为它们代表了最新的情景开发工具，并且被广泛用于评估中长期中不同能源、气候和人类发展趋势的成本、潜力和后果；这些模型各自有不同的结构和算法，既有成本优化模型（技术选择模型）、可计算的一般均衡模型，也有博弈论模型等，具有较好的代表性（表1）

本研究模型中代表车辆选择不同行为特征，需要将每个模型的平均代表决策者划分为具有不同偏好和车辆使用特征的消费群体。这暗含着一个两步法，首先使用TIMES自下而上的建模框架，然后使用MESSAGE-Transport全局模型。第一步是沿着几个不同的维度分解单一、同质的轻型车辆模式(包括技术和需求)，第二步是在模型中已经假定的车辆资本成本之上加上额外的非经济成本。

通过6个全球模型能够模拟各种运输策略和不同政策效果来鼓励AFV的使用，本研究能够模拟未来不同前景下电动汽车的发展趋势，为相关政策提供见解和支撑。所使用的模型已不再仅仅关注与技术相关的成本（经济因素如资金、燃料和维护成本），同时也能够捕捉对购车选择至关重要的“无形”因素（非经济因素）。模型中代表的非经济因素包括感知风险能力、焦虑范围、燃料补充站可用性和模型多样性；所有这些都是影响车辆选择的基础性因素，将其纳入模型框架使本研究的定量参数分析具备有力的技术。本研究将消费者对这些属性的偏好进行货币化，并将这些无形成本和收益与纯经济成本一起作为车辆选择模型方程中的额外参数。重要的是，这些额外参数会随消费者类型、地区和汽车技术而变化。这种方法允许将消费者的异质性和非经济偏好连接到特定情景。过去研究者的分析仅关注普通消费者对价格的反应。但该研究的情景分析则大大超越了先前对行为主题的建模研究。

表2展示了本研究中的情景设计。本研究共设置了两类情景，分别为AFV推动情景和无AFV推动情景，每一类情景下又有4种不同的碳价选择：每吨二氧化碳（tCO₂）从到0到100美元（2010年美元）不等，从2020年之后立即开始执行并保持不变。AFV的推动与否对应消费者偏好的不同情况，直接影响汽车购买选择和AFV的渗透率；碳价作为一种气候政策通过影响燃料成本来影响车辆购买决策。两类情景设置的组合共得到8个不同情景。碳价为零的“无AFV推动”情景对AFV的推广最为不利，因此可作为评估两类政策影响的参考情景

两种情景设置分别对应着对未来清洁汽车发展的不同预期和观点。AFV推动情景表示一种未来观点：“AFV在乘用车和轻型卡车市场不再是‘替代品’，以化石燃料为主导的私家车正在逐步淘汰，汽油、柴油和天然气继续为效率更高的汽车提供动力。不同的消费者可以使用不同车辆技术。电动汽车很普遍，而且氢燃料电池和生物燃料也有明显的市场优势，分布广泛的可用充电站和加油站满足了不同车辆的能源补充需求。汽车制造商继续进行创新，以改善汽车性能并降低成本。每年都有许多新车型上市，使消费者有更多选择，且消费者对新型替代汽车的欢迎程度也显著提高”。

无AFV推动情景表示另一种未来观点：“AFV是一种小众产品，实际上仍然是一种替代产品。尽管有热衷于低碳事业的先驱者和技术爱好者会赞赏AFV的优点，但电动车和氢动力汽车并不是绝大多数驾驶员的首选。在经过一个多世纪的不断尝试和测试之后，没有任何东西可以与ICE匹敌。化石燃料汽车价格低廉、效率高、易于操作，并受益于加油站、维修车间和售后支持等庞大的基础设施。对于潜在的购车者而言，污染和气候变化以及燃料成本的不断上升都是次要的，购车者们对未来前景光明的替代汽车保持谨慎，但在续航和燃料补充方面，这些替代汽车所提供的基本性能甚至无法达到传统汽车的水平。可供选择的AFV范围有限，并且限制了消费者表达独特需求的能力”。

研究结果

车辆选择对目标偏好措施的影响

如图1所示，通过6个全球模型模拟发现，强大的运输策略和政策（AFV推动情景）的混合可以使AFV的市场份额（尤其是由电力和氢气驱动的AFV）达到更高的水平。到2050年，EDV平均占全球轻型车辆服务需求总数的24％（见图1a）。在缺乏协调政策推动的情况（无AFV推动情景）下，到本世纪中叶，EDV的份额仅达到0–3％（平均1％）。考虑两种情景下假设的整个经济范围内的高碳价，研究中将碳价设置为最极端的100 US$ 每 tCO₂。无AFV推动情景中EDV渗透率很低，这是尤其值得注意的地方。

图1b和图1c显示了到2050年，OECD国家(美国、欧洲、日本和澳大利亚等)和亚洲发展中国家(主要包括亚洲迅速工业化的经济体，特别是印度、中国和东南亚国家)这两个世界主要汽车市场的EDV渗透率结果。在大多数情况下，模型表明OECD国家的EDV渗透情况比亚洲发展中国家更广泛。

图1  2050 EDV 的分布情况.

a: 全球; b: OECD 地区; c: 发展中的亚洲地区

表3展示了不同情景下的车辆库存（道路上的轻型轿车和卡车的数量）结果，这一数据也能侧面反映出未来EDV部署的规模和速度。在AFV推动(+100 US$ per tCO₂)情景中，电动和氢动力汽车的数量在2030年平均为6900万，在2050年为4.78亿。同时，在仅依靠整个经济范围内的碳定价（无AFV推动情景（+100 US$ per tCO₂））情境下，到2030年，EDV的平均部署水平仅为1000万，而到2050年为2700万。在几乎所有情景中，BEV和PHEV均占主导地位，而氢燃料电池汽车的占比可忽略不计。

目标偏好措施对碳的影响

除了影响AFV渗透水平，对AFV的偏好也会很大程度上影响碳排放量及其减排成本。同样设置100 US$的最高碳价，在AFV推动情景下，2010 - 2050年期间，全球累计二氧化碳减排量平均值为33 GtCO₂，而在无AFV推动情景下只有17 GtCO₂。重要的是，在所有轻型车辆使用燃料的整个生命周期中，既考虑了直接二氧化碳排放，也考虑了间接二氧化碳排放。图2显示了两类AFV情景中不同模型模拟的边际碳减排成本曲线。

图2  轻型车辆二氧化碳排放的边际减排成本

尽管不同模型模拟的边际减排成本曲线有所差异，但各模型结果的总体趋势十分一致。如果支持AFV部署的行为影响措施未能实现，那么轻型车辆的减排潜力可能会受到限制。在图2中无AFV推动情景的相当陡峭曲线中可以看出这一点：在这种情况下，排放对于增加碳（即燃料）价格有些“缺乏弹性”。另一方面，在AFV推动情景中，曲线表现得更具有“弹性”。此外，两条曲线之间的差距通常随着碳价上涨而增大，这表明尽管碳价本身可能不足以推动向AFV的转型，但如果最终目标是确保为汽车提供的动力（如电力和氢）来自于低碳能源，那么这种定价仍可作为有针对性的部门行动的有益补充方案。

      对比区域差异，AFV推动情景所对应的的战略和政策对OECD地区的二氧化碳减排的效果要比亚洲发展中国家大得多。具体来说，在AFV推动情景中，模型估算的累计减排量平均值为在OECD为17 GtCO₂，但在此情况下，亚洲发展中国家的减排均值仅8 GtCO₂。

研究结论

该研究表明，在改善全球能源经济模型中对行为特征的刻画后，这些工具可以更好地被用于评估一系列广泛的政策。随着对这些模型需求的不断增加，模型的这种优化将变得越来越重要；这些模型可以为主要的国际政策进程提供信息，包括《巴黎协定》和可持续发展目标的实施。

作者认为，随着新的实证研究和模型开发的结合，更具体的政策和行为现实建模将成为可能，从而推动建模向前沿领域发展。该研究分析到2050年低碳汽车转型的发展潜力，研究表明，为了推动清洁技术的广泛应用，针对汽车购买者实施一系列激励措施是必要的。碳定价本身不足以将低碳汽车推向大众市场，但是碳价可能在确保脱碳能源供应方面起到辅助作用。

编辑：方艳茹

排版：马腾 江琴

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