對電動汽車發展的仿真預測

劉 昭，王 強，高兆麗

（1.華北電力大學（北京）電氣與電子工程學院，北京 102206；2.濟南供電公司，山東 濟南 250001）

對電動汽車發展的仿真預測

劉 昭1，王 強2，高兆麗2

（1.華北電力大學（北京）電氣與電子工程學院，北京 102206；2.濟南供電公司，山東 濟南 250001）

指出了在我國汽車尾氣已經成為城市大氣污染的重要因素，而電動汽車以其優越的環保性和節能性，代表了21世紀汽車發展的方向。首先對電動汽車的市場推廣模式進行了分析，隨后引入Lotka-Volterra模型建模，運用MATLAB模擬仿真了電動汽車在今后幾十年的發展狀況和市場需求，并以北京市為例，預測了今后20年電動汽車的發展趨勢。

電動汽車；需求；仿真；預測

0 引言

在我國，汽車尾氣污染已經成為城市大氣污染的重要因素，我國的二氧化碳排放目前已居全球第二，減排二氧化碳的壓力將越來越大。目前來看，發展電動汽車不失為一個解決此問題的佳徑[1]。電動汽車作為一個新進入市場的產品，也要符合一般產品的市場模式。面對市場中廣大的消費者，電動汽車如何發展也是一個需要解決的課題。

1 電動汽車的商業推廣模式

在我國，電動汽車的市場營銷應該分為三個階段，不同的營銷階段應選擇不同的營銷策略。第一階段，將重點放在電動汽車的技術攻關上，這一階段的用戶主要是國家的一些電動汽車示范運行基地；第二階段，將重點放在電動汽車的早期用戶上，通過各種銷售策略擴大用戶群；第三階段，將重點放在單車私人用戶上，因為對于汽車市場，私人用戶仍將占據最大的比例[2]。

1.1 試驗和示范階段

第一階段處于產品研發期，技術發展進程備受關注。目前，我國已有混合動力汽車在一些城市示范運行。這一階段主要靠政府引導，政策支持，加強宣傳，組織吸引更多的人力、物力到電動汽車的研制上來，同時加強公司、學校和科研院所的合作。

1.2 公共事業用車導向階段

第二階段的市場目標將是政府部門、郵電局、電力公司、公共交通運輸公司等公共事業單位，他們將成為電動汽車的早期用戶。對于公共事業單位，國家可以指定購買政策，提供相應的價格補貼，強制性地要求其購買一定比例的電動汽車。這類用戶的一個共同特點是對價格的敏感程度小。政府提供價格補貼、減稅，將促使這類用戶更多地選擇購買電動汽車。在第二階段，同時進行市場滲透策略。

1.3 私家車導向階段

私家車用戶將是第三個階段市場營銷的目標。這類用戶對價格的敏感程度高。在這一階段的營銷中，政府和汽車公司的行為將發揮關鍵的作用。政府可以提供減稅、價格補貼等政策上的支持。2009年國家財政部出臺的《節能與新能源汽車示范推廣財政補助資金管理暫行辦法》，對混合動力客車補貼42萬元/輛，純電動客車50萬元/輛，混合動力轎車補貼5萬元/輛，純電動轎車6萬元/輛，燃料電池汽車的補貼標準最高為60萬元/輛。

2 電動汽車的市場需求量預估

電動汽車和傳統汽車是競爭關系，于是可以模擬生物種群競爭機制來大致模擬電動汽車和傳統汽車未來幾年甚至幾十年的需求量變化[3]，這里引入Lotka-Volterra模型。

Lotka-Volterra模型是對邏輯斯蒂模型的延伸，現設定如下參數。

N1、N2：分別為兩個物種的種群數量。

K1、K2：分別為兩個物種的環境容納量。

r1、r2：分別為兩個物種的種群增長率[4]。

依邏輯斯蒂模型有如下關系

當兩個物種競爭或者利用同一空間時，“已利用空間項”還應該加上N2種群對空間的占用。則

其中，α為物種2對物種1的競爭系數，即每個N2個體所占用的空間相當于α個N1個體所占用空間。

同理則有

其中β為物種1對物種2的競爭系數，即每個N1個體所占用的空間相當于β個N2個體所占用空間。

同理可得

對于電動汽車和傳統汽車來講，競爭系數α、β均為1，因為每一輛電動汽車所占的空間和每一輛傳統汽車所占的空間是相等的。這里的空間指的是市場的需求量。對于傳統汽車來講，目前北京市汽車數量已經達到480萬輛，如果超過這個數目，那么所帶來的能源和環境問題就會更加突出。仿真時，將500萬輛設為傳統汽車的環境容納量。由于電動汽車對環境的影響很小，但是考慮到北京市道路交通的容納量，故對于電動汽車的環境容納量，設為600萬輛。用MATLAB仿真，結果如圖1所示。

圖1 電動汽車與燃油汽車保有量預測

初值設的是2011年，北京市電動汽車的調研保有量3 000輛和傳統汽車的調研保有量480萬輛。由仿真分析可以看出，在2040年左右，北京市電動汽車和傳統汽車的保有量基本持平。到2050年，電動汽車已經占主導地位。

3 北京市電動汽車發展預測

根據第1節的分析可知，目前純電動汽車和混合動力汽車處于市場營銷的第二階段，即政府部門、郵電局、電力公司、公共交通運輸公司等公共事業單位是電動汽車的主要客戶，并且純電動汽車和混合動力汽車也已經開始在市場上面向大眾銷售。燃料電池電動汽車處于第一階段，即主要處于研發階段，并在某些試點進行試運行。

根據電動汽車的商業推廣模式研究，本文將電動汽車在今后40年的發展做了分階段研究。由于燃料電池汽車是不用充電的，故在此不予以考慮。表1標明了2011到2030年間電動汽車處于市場推廣中的特定階段。

目前,混合動力汽車已經在市場上進行銷售，但銷量不大。由產品市場銷售的生命周期理論可知，混合動力汽車、純電動汽車正處于產品的導入期；燃料電池電動汽車由于其關鍵技術還沒解決，因此還處于產品的研發期，距正式進入市場，還有一段時間，處于市場營銷的第一階段。對于混合動力汽車、純電動汽車，目前處于市場營銷的第二階段。對于燃料電車電動汽車，要加緊技術攻關，爭取早日投放市場。

表1 電動汽車市場發展階段預測

根據以上分析，2011—2015年，純電動汽車和混合動力汽車處于市場營銷的第二階段，這個階段的主要用戶是公共事業公司，車種主要是郵政車、環衛車、公交車以及公務車輛。北京市計劃在2011年有3 000輛新能源公交、環衛車上路，而且在2011年3月20日，首批50輛純電動出租車已經投入使用。根據十二五規劃，北京市要求在2012年達到3萬輛電動乘用車，其中純電動汽車2.3萬輛，混合動力汽車7 000輛，并修建3.6萬個充電樁，100座快速充電站。根據十二五規劃，到2015年，北京電動汽車要達到10萬輛，并以乘用車為主。但是大多數民用客戶考慮到電動汽車的安全性和實用性問題，可能會推遲對于電動汽車的購買，因此，在這一階段，應以公共事業公司的用車為主。表2列出了北京市各類汽車的數量及其行駛里程。

表2 典型車輛的日行駛里程

目前，電動汽車的最高速度約120 km/h，一般在80 km/h，續駛里程開空調情況下為100～150 km，不開空調情況下為150～200 km。因此，電動環衛車、公交車和出租車需要中間充一次電，可以在充電站進行快速充電，也可以在換電站進行電池的更換。假設到2015年有3.5%的公共事業用車和5%的出租車使用電動汽車，那么全市大約有3萬輛電動汽車，其中公共事業用車中電動汽車總量的4%以及所有的電動出租車需要中間進行一次快速充電或者換電操作，數量約為4 400輛。

根據仿真結果，2015—2020年電動汽車數量約30萬輛，占不到全市總汽車保有量的10%，因此還是應該處于市場營銷的第二階段。但是在這一階段，私家車的電動汽車數量開始上升。由于電動汽車電池技術還不是太成熟，所以私家車的電動汽車數量也僅僅在10萬輛以下。這個階段政府等公共事業單位的引導作用依然是主要的。假設屆時公共事業用車中30%為電動汽車，出租車中15%為電動汽車，那么私家車中電動汽車數量大約為6.95萬輛。

2020—2030年間由于電池技術的成熟和電動汽車工業的產業化，電動汽車的保有量有一個大幅度的上升。到2030年，北京市電動汽車數量會達到280多萬輛。這個階段電動汽車占總車輛數的比例已經達到43%。按照市場營銷推廣模式分析，大多數用戶開始接受電動汽車，成為電動汽車的銷售對象。假設公共事業用車的80%為電動汽車，出租車的50%為電動汽車，則私家車中將有38.25%是電動汽車。

表3列出了以上幾個時間段內公共事業用車、出租車以及私家車中電動汽車的數量、汽車保有量總數。其中公共事業用車包含郵政車、環衛車、公交車以及公務用車，這里假設公共事業用車數量不變。

4 總結

本文預測了電動汽車在今后幾十年的發展情況。首先對電動汽車的市場推廣模式進行了分析，將電動汽車的推廣分為了三個階段，即試驗和示范階段、公共事業用車導向階段和私家車導向階段。隨后利用生物學種群競爭機制對電動汽車以及傳統的燃油汽車數量進行建模，用MATLAB進行了計算，繪制出了需求量的曲線圖。在此基礎上，分析了電動汽車到特定年份處于什么發展階段，并根據此階段的主要對象分析各種類型用車所占的比例（見表3）。

表3 幾種類型汽車的發展狀況

［1］ 魯莽，周小兵，張維.國內外電動汽車充電設施發展狀況研究［J］.華中電力，2010（5）:21-23.

［2］ 劉瀟瀟，漆文輝，黎曦，等.電動汽車及其發展趨勢分析［J］.湖南電力，2010，30（5）:43-46.

［3］ 王剛，周榮，喬維高.電動汽車充電技術研究［J］.農業裝備與車輛工程，2008（6）:39-44.

［4］ 張文保.電動汽車電池及其充電問題［J］.電池，1997，27（3）:7-9.

［5］ 肖攀，陳廣偉，鄧楚南.電動汽車的電池技術研究［J］.北京汽車，2005（6）:27-30.

［6］ 徐寶貴，王震坡，張承寧.電動汽車續駛里程能量計算和影響因素分析［J］.車輛與動力技術，2005（2）:38-41.

［7］ Kejun Qian，Chengke Zhou，MalcolmAllan,et al.ModelingofLoad Demand Due to EV Battery Charging in Distribution Systems［J］.IEEETransactionsonPowerSystems，2010：27-29.

Simulation Prediction on the Development of Electric Vehicles

LIU Zhao1,WANG Qiang2,GAO Zhao-li2
(1.College of Electrical&Electronic Engineering North China Electric Power University,Beijing,102206,China；2.Jinan Power Supply Company,Jinan,Shandong 250001,China)

In our country,the pollution released by automobiles has become an important factor of a city’s air pollution.Therefore，Electric Vehicles （EV for short）has become the main stream of the development of cars in the 21st century due to its outstanding performance in environmental protection and resource saving.This paper first analyzes the marketing model of electric vehicles，and then introduces the Lotka-Volterra model for modeling and simulates the development and market demand of EV in the next decades with MATLAB.Finally，to take Beijing as an example，it predicts the development trend of electric vehicles in the next 20 years.

electric vehicle；demand；simulation；prediction

TM773

A

1671-0320（2011）04-0030-04

2011-04-11，

2011-05-23

劉 昭（1987-），男，山東聊城人，華北電力大學（北京）碩士研究生，助理工程師，主要研究方向為電力系統自動化；

王 強（1971-），男，山東濟南人，1992年畢業于山東廣播電視大學，高級工程師，從事繼電保護工作；

高兆麗（1976-），女，山東濟寧人，2008年畢業于長沙理工大學電力系統專業，高級工程師，從事繼電保護工作。