基于演化動力學的換電新能源出租汽車擴散演化分析

孫家銳

[摘 要]隨著換電市場的逐漸完善，換電新能源出租汽車成為未來出租汽車的發展趨勢。因此，為減少出租汽車的排放，研究換電新能源出租汽車的擴散問題具有重要的現實意義。文章考慮到出租汽車司機、投資公司和政府的有限理性，利用演化博弈和系統動力學（SD）方法建立演化動力學模型，使用Vensim PLE進行仿真。仿真結果表明在初始狀況下三方參與者會達到穩定狀態，同時油價及運營補貼等因素在新能源換電出租汽車擴散過程中也起到了重要作用。文章在此基礎上為政府關于換電新能源出租汽車的擴散問題提出對策建議。

[關鍵詞]換電新能源出租汽車；系統動力學；演化博弈

中圖分類號：F426 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1722（2024）01-0019-03

近年來，我國一直在大力推廣新能源汽車，隨著政府的大力支持，我國新能源汽車的持有量、保有量、滲透率都在不斷提高。但新能源汽車的發展仍然面臨著許多問題，如技術不夠成熟、相對高成本和不完善的環境。充電新能源汽車作為新能源汽車的主要銷售車型，隨著其市場份額的不斷擴大和擴散速度的加快，其充電站等配套基礎設施的擴散速度跟不上，使得充電新能源汽車“充電難”“充電慢”問題日益凸顯，充電新能源汽車的發展遭遇瓶頸。

在此背景下，換電新能源汽車的出現為新能源汽車在我國的進一步擴散提供了動力，政府政策也逐漸傾向于換電模式[ 1 ]。在國內換電市場，各企業不斷探索換電模式的發展，例如出租領域的北汽新能源與奧動、私家車領域的蔚來都是最早入局換電市場的企業。之后，吉利、力帆、寧德時代等企業也都逐步進入換電領域[ 2 ]。換電新能源汽車具備補能效率高、電池損耗小、降低消費者成本等優勢，擁有充電新能源汽車現有的優點，是突破新能源汽車發展瓶頸、擴大新能源汽車的市場份額的新途徑。但換電新能源汽車的擴散也存在一些問題，目前除了國內少數主要城市，其他城市換電汽車產業的發展規模較小、發展速度緩慢。

基于此，文章通過構建出租汽車司機、投資公司、政府三方演化博弈模型，基于系統動力學仿真模型深入探析換電新能源出租汽車及其換電基礎設施的擴散規律，以利于促進中國新能源汽車的持續發展，突破新能源汽車的發展瓶頸。

（一）模型假設

基于三方演化博弈建立系統動力學模型，對換電新能源出租汽車擴散過程及其相關因素進行研究，為分析三方參與者的利益沖突和最優策略，文章提出如下假設。

第一，參考北汽EU快換版月租套餐及蔚來電池租賃套餐，出租汽車司機在購買換電新能源出租汽車時會選擇車電分離的購買方式，每月向電池運營商繳納電池月租費用。如果無換電站存在，出租汽車司機在購買換電新能源出租汽車時需要支付車身和電池的共同價格，補能方式也局限于充電。

第二，假設能源站的使用年限[ 3 ]，以5%的折現率[ 4 ]對投資成本進行折現。

第三，政府在干涉換電新能源出租汽車擴散時需要支付一定的政府人力成本。

第四，將碳交易成本視為環境收益[ 5 ]。

（二）模型構建

基于上述內容，根據出租汽車司機（0 =燃油出租汽車，1 =換電新能源出租汽車，2 =充電新能源出租汽車）、投資公司（0 =充電站，1 =換電站）和政府（0 =不干涉換電產業發展，1 =干涉換電產業發展）之間的策略選擇得到了出租汽車司機收益矩陣，如表1所示。

由于模型的復雜性，現有條件并不能直接決定模型中平衡點的穩定性，如果直接使用數值分析的結果則不夠直觀。因此，使用系統動力學模型進行后續研究分析。

（一）系統動力學模型

目前，將演化博弈論和系統動力學相結合的方法，為研究各時間點博弈參與者的策略選擇提供了可能，這種方法也被各領域學者廣泛應用與研究。Tian等[ 6 ]基于演化博弈和系統動力學，分析了在中國綠色供應鏈管理擴散過程中各個利益相關者的關系。Zhu等[ 7 ]分析了電力市場中利益相關者的戰略交互。Sun等[ 8 ]建立了汽車制造企業、政府、消費者演化動力學模型，研究政府對制造企業的補貼對新能源汽車擴散的影響。Zhou等[ 9 ]提出了一種基于演化博弈的系統動力學模型，檢驗價格補貼和稅收偏好對于電動汽車發展的影響，通過將政策分為靜態激勵和動態激勵比較政策績效。文章通過建立系統動力學模型，分析Vensim仿真結果。

（二）初始策略演化

在此，將討論出租汽車司機、投資公司、政府在初始市場比例下的演變趨勢。當博弈中三方參與者的初始策略都是純策略時，可以得到1 2種初始情況。各方選擇這些純策略后，在演化過程中不會發生變化，系統也會處于穩定狀態；當其中一方選擇混合策略時，整體系統將逐漸從不穩定狀態轉向穩定狀態。當參與者三方初始比例為（0 . 0 5，0 . 5，0 . 5），所有參與者都將選擇（1，1，1）作為他們的最終策略。政府選擇持續干涉換電出租汽車的發展，投資公司選擇新建換電站，出租汽車司機選擇購買換電新能源出租汽車，整體系統達到演化穩定。

第一，對于換電新能源出租汽車的擴散，整體演化過程為S形生長曲線，與Ref的新產品擴散理論中的擴散曲線相一致。對于出租汽車司機來說，在有限理性的前提下，他們基本會根據自身利益最大化選擇能讓自己獲得最大收益的策略。隨著時間的推移，換電新能源出租汽車的擴散經過新產品前期擴散過程中的起伏后，后續的比例在穩步增加，最終達到演化穩定狀態。

第二，投資公司的收益與出租汽車司機和政府的策略選擇密切相關。

首先，盡管換電新能源出租汽車相比于充電新能源出租汽車可以進一步節約出租汽車司機們的運營成本，但由于初始市場比例較低，前期選擇新建換電站策略的收益較低，大多數投資公司會更加傾向于選擇新建充電站獲取相對較多的盈利。

其次，由于政府選擇換電新能源出租汽車作為發展對象時，會與選擇新建換電站策略的投資公司共同給予換電新能源出租汽車司機運營補貼，這在初始階段會降低投資公司收益，這也是投資公司前期更加傾向于選擇新建充電站的原因之一。在前期擴散階段，政府選擇干涉換電新能源出租汽車發展策略的比例降低時，投資公司選擇新建換電站的策略比例逐漸上升，兩者呈負相關。

第三，政府推動新能源汽車的主要目的是增加新能源汽車的市場份額，降低二氧化碳排放，獲得環境收益。在演化剛開始時，選擇干涉換電新能源出租汽車的政府比例迅速增加，隨著前期換電新能源出租汽車司機比例和投資公司新建換電站的概率的變化，政府由于補貼預算等原因會在較短的一段時間內發生波動，然后再趨于穩定。

（三）參數敏感性分析

為探究換電新能源出租汽車擴散過程中相關因素對出租汽車司機策略選擇演變的影響，文章選擇了油價和運營補貼因素，以初始策略為例，研究這些參數的改變對演化仿真造成的影響。

1.油價對演化穩定性的影響

油價的漲跌可以間接影響出租汽車司機策略選擇的期望收益。演化仿真結果表明，隨著油價的逐漸上漲，系統也會發生振蕩，失去演化穩定狀態，出租汽車司機會在換電新能源出租汽車和燃油出租汽車之間徘徊。當油價達到臨界值9 . 5元時，出租汽車司機會逐漸放棄燃油出租汽車，選擇期望收益更高的充電新能源汽車。當油價繼續增長時，選擇換電新能源出租汽車的期望收益會逐漸增加。

2.運營補貼對演化穩定性的影響

參考相關研究，設置不同維度的運營補貼，探究不同數值下靜態運營補貼對換電新能源出租汽車擴散的影響。同時為探究動態運營補貼對換電新能源出租汽車擴散的影響，假設動態運營補貼與換電新能源出租汽車比例呈負相關。設置初始運營補貼為0 . 5 5元/度，當運營補貼下降到0 . 5元/度時，政府因為前期補貼成本下降會更愿意支持換電新能源出租汽車的發展，間接增加了換電出租汽車司機的期望收益，達到演化穩定狀態的時間也會降低。隨著運營補貼降低到0 . 4 5元/度時，盡管政府會大力支持換電新能源出租汽車擴散，但出租汽車司機群體由于期望收益的下降，選擇換電新能源出租汽車的期望收益和意愿會降低。這使得達到演化穩定狀態的時間也會大大增加。運營補貼上升時，會增加投資公司前期的運營成本，降低投資公司新建換電站的意愿，同時選擇建設換電站的投資公司比例的降低會加劇政府的補貼支出，政府的選擇也在干涉和不干涉換電新能源出租汽車擴散之間徘徊，出租汽車司機也由于政府和投資公司意愿的不穩定性導致三種策略的期望收益不斷發生改變，系統也會發生振蕩，失去演化穩定狀態。當實施動態運營補貼政策后，在出租汽車司機群體選擇換電新能源出租汽車的比例增加時，運營補貼會隨之下降，在一定程度上降低了政府支出。采用動態運營補貼后換電新能源出租汽車的比例會趨于穩定，剩下的出租汽車司機也會繼續選擇燃油出租汽車。

由仿真結果可知，按照目前的政策法規發展，換電新能源出租汽車擴散過程中三方參與者都可達到演化均衡狀態，換電新能源出租汽車在未來會成為出租汽車司機的首選，投資公司在計算投資期望收益后會更傾向于建設換電站，政府為了換電新能源出租汽車的持續發展而選擇不斷干涉換電新能源出租汽車發展的策略。但目前演化均衡狀態的達成是由于較高的補貼的存在，這會加重政府的補貼成本，不存在可持續性。政府需要根據換電新能源出租汽車的實際發展情況，提供合理的補貼，以動態方式及時調整補貼水平。

對投資公司來說，適度增加換電站的數量可以加快換電出租汽車在市場中的擴散速度，引導后續的出租汽車司機選擇換電新能源出租汽車，增加換電站的收益。但是由于充電站銷售電價等因素的變化，投資公司可能會更加注重充電站的建設，選擇新建充電站獲取更大收益。出租汽車司機會選擇運營車輛更注重利益得失，不是像綠色消費者更加重視環境收益。

總的來說，在目前的政府政策的推動下，換電新能源出租汽車的發展前景非常廣闊，但政府在關注換電新能源出租汽車發展的同時，除了探究直接影響換電出租汽車司機收益的因素，還需要關注換電站等換電基礎設施這類間接影響換電新能源出租汽車擴散的因素。

[1]盧志平，姚逸飛，劉婷，等.換電站建設補貼對新能源汽車換電模式的影響—基于供應鏈決策視角[J].供應鏈管理，2022（09）：64-82.

[2]岳為眾，劉穎琦，童宇，等.政府補貼在新能源汽車充電樁產業中的作用：三方博弈視角[J].中國人口·資源與環境，2020（11）：119-126.

[3]Huang X， Lin Y， Lim M K， et al. Electric vehicle charging station diffusion： An agent-based evolutionary game model in complex networks[J].Energy （Oxford），2022.

[4]Ouyang D， Zhou S， Ou X. The total cost of electric vehicle ownership： A consumer-oriented study of China’s post-subsidy era[J].Energy policy，2021.

[5]Li J， Ren H， Wang M. How to escape the dilemma of charging infrastructure construction？ A multisectorial stochastic evolutionary game model[J].Energy， 2021.

[6]Tian Y， Govindan K， Zhu Q. A system dynamics model based on evolutionary game theory for green supply chain management diffusion among manufactures[J].Journal of Cleaner Production，2014.

[7]Zhu C， Fan R， Lin J. The impact of renewable portfolio standard on retail electricity market： A system dynamics model of tripartite evolutionary game[J].Energy policy， 2020.

[8]Sun H， Wan Y， Lv H. System Dynamics Model for the Evolutionary Behaviour of Government Enterprises and Consumers in China’s New Energy Vehicle Market[J].Sustainability （Basel， Switzerland），2020.

[9]Zhou X， Zhao R， Cheng L， et al. Impact of policy incentives on electric vehicles development： a system dynamics-based evolutionary game theoretical analysis[J].Clean technologies and environmental policy，2019.