'lk ̄t技lJj发腱 基于多模块化模型的新能源汽车消费市场研究 袁心,『_j ,袁珐 ,李诗骏 【1.湖南大学机械与运载工程学院,湖南长沙410O82;2.湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点试验室, 湖南长沙41f)()81;3.上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西柳州545()07) 【摘要】针对传统汽车市场模型所存在的数理分析复杂、缺图形用户界面等问题,采用多模块化理念创新性地建 立了新能源汽车消费市场模型,包括三个核心模块:成本模块、接受度模块、市场预测模块,并采用历史检验法 验证了模型精度 该模型首次分析了国家新能源汽车产业规划中的总体目标的合理性,预测了未来十五年新能源 汽车的消费市场规模,并针对补贴进行灵敏度分析,建议合适地取消补贴时间。 【关键词】系统动力学;多模块化模型;消费市场;补贴;新能源汽车 【中图分类号】F426.47l 【文献标识码】A 【文章编号】1674一I)688(2015)16—0035—05 20l4年中罔汽车市场的产销量继续领跑全球,突破了 2 300万辆,同时能源缺乏及环境污染问题更加突出,发展新 能源汽车已是优化汽车产业布局的重要措施之一。我国于 2012年提m加快培育与发展节能与新能源汽车产业,明确指 预测模型;杨方文l 1基于自回归模型进行新能源汽车保有量预 测;马钧I I采用系统动力学方法与联合分析方法预测中闰紧凑 型电动汽车市场的前景;李英ll(】睬用智能体建模来构建新能源 汽车扩散系统。 f}:产业化目标,即“到2015年,纯电动汽车和插电式混合动 力汽车累{1‘产销量力争达到50万辆;到2020年.纯电动汽车 和捕电式混合动力汽车生产能力达200万辆、累计产销量超过 本文结合系统动力学及回归分析法,创新性采用多模块 化理念,系统剖析了新能源汽车市场发展的内在逻辑影响因 素,提出一种全新的模型预测方法,并在此基础』二对十五年 的新能源汽车生命周期内市场发展进行预测,探究节能与新 能源汽车产业规划中具体产业化目标的可实现性,可为企业 在新能源汽车产能布局上提供指导意见。并通过对补贴 这一关键因子灵敏度分析,为及企业在补贴决策提供合 理建议,避免不必要的补贴浪费,使新能源汽车发展进入良 性的市场环境。 500万辆”llI,罔家已将发展新能源汽车作为培育新的经济增 长点和同际竞争优势的战略举措。本文针对上述规划目标,在 新能源汽车的全生命周期内,多模块化建立预测模型,围绕产 业规划中具体目标展开探索性研究。 l 内外对新能源汽车市场研究大多集中在支持、基础 设施建没、消费者购买因素等方面,针对市场预测的研究较 少 如Adam Faiel・sl 研究能源使用如何影响消费者购买,为节 能产 ^购买的制定提供更宽范围;Sang Yong Parkt’I通过 分析川相同经济水平国家的类似新能源汽车产品的历史销售数 据,构建适合韩 氰燃料电池汽车扩散的扩展Bass模型进行 I柯场预测;BahaI i针对插电式混合动力汽车建立成本模型,对 消费者净成小进行敏感性分析;庄幸 通过分析影响电动车发 1研究方法及流程 1.1 方法简介 本文主要采用系统动力学与回归分析法作为理论基础和建 模 具:系统动力学(System Dynamics),由福瑞斯特教授 (美国麻省理T学院著名学者)于20世纪6O年代创 ,是一 门分析研究信息反馈系统的学科,也是一¨认识和解决系统问 题交叉的综合性的新学科。系统动力学主要在于定性 定量的 统一,相辅相成,进行系统建模,并采用计算机模拟技术分析 系统内部结构与其动态行为关系。以解决系统问题…{。 回归分析是研究变量之问依赖关系的一种数理统计’方法, 是统计学的一个重要分支,它基于观测数据建立变量的某种依 展的主要制约因素,如电池及充电设施等技术,探寻我国纯电 动汽 发展n勺路线[殳1;吴添【 1喧用了现值分析理论,通过消费 肯视角分析电动客车的生命周期成本。 『 针对新能源汽车市场的研究,很少有直接针对新能源汽 车这个细分市场的预测,基本部是从较成熟的市场预测模型出 发,或直接成用、或稍加变化来进行模型搭建。如马钧m利用 层次分析法,构建fx,git回归的新能源汽车乘用车市场份额的 赖关系,分析数据的内在规律,并可用于预报、控制等方面。 【基金项目】国家“863”计划(2O12AAI18112)、国际合作项目——“中美清洁能”(20141")FG71590—11)1)资助;广西科技计划项目(桂科重 13480tB一5)资助 【作者简介】袁心月(1994一),女,广西柳州人,湖南大学机械与运载工程学院机械设计制造及其自动化专业本科生,研究方向:商业与经济;袁珐 (1967一),男,湖南隆回人,上汽通用五菱公司信息系统与服务部总监,研究方向:国际贸易;李诗骏(1991一),男,湖北荆州人.湖南大学汽车 车身先进设计制造国家重点实验室硕士研究生,研究方向为:汽车技术与产业发展战略。 qIyekeIiyufazhan 35 科技・.j发腱 1_2研究流程 根据系统动力学解决问题的主要步骤制定了新能源汽车保 育量扩散网络模型的建议过程.耍¨图1所示。 『分斩新能瓣汽节市场籁铡嘲柴关系l—————————] ’。。。。。。。 。’’。。。。。。。。‘ 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 ‘ 。。。。。。。。。。‘‘ 。 ’ ’。。。。。。。。一 燃油价格方面,参考2000---2010年平均汽油价格走势, 得出平均油价年平均复合增长率达到12%,2011年油价为 7.14元,J ,之后各年的油价Q分别为: Q:7.14×(1+12%) ” (1) 式中Time为预测年份。 电价方面,参考2000---2010年平均电价走势,得出平均电 价年平均复合增长率达到5%,2011年电价为0.667元/kW・h, 之后各年的电价P分别为: P=0.667×(1+5%)‘ … (2) 式中Time为预测年份。 动力电池单价方而,本文选择彭博新能源财经的预测为参 照,即201 1年电池成本约为5 670元/kW・h,而电池成本的 年下降率约为10%,则各年电池单价L分别为: 图1 新能源汽车市场扩散研究流程 L=5 670×(1—10%)‘ “ … (3) 2模 建 采用系统动力学软件VENSIM进行模型搭建,将模型分 解为一个子模块:成本模块、接受度模块、预测模块。 式中Time为预测年份。 图2所示为成本模块。 2.1成本模块 消费者视角f ,汽车全生命周期成本包括两大部分:①购 霞成本;②运行成本_】2l。对于汽车而言,购置成本即为购车时 的支出,运行成本则分为两类,传统燃油汽车为燃油费用支出, 新能源汽车为能源费用和电池更换的费用。其中.其他支出为 汽车保险等费用,因为难以量化且在成本比较中所占比例比较 小,故在本文计算中忽略不计。新能源汽车和燃油汽车运行成 本的差异主要表现在能源费用和维修费用,即耗电费用和燃油 费用的差别,与因随着科技进步而导致的电池单价的下降,主 要影响因素分别为充电单价、燃油单价及单位电池单价。 以某传统燃油车为基础研发的纯电动汽车成本为例,包括 藤础件成本及电池成本,其中补贴分别为国家补贴60 000元 图2成本子模型 2.2接受度模块 消费者作为新能源汽车购买及使用的主体,对新能源汽车 市场的发展有着决定性作用。与新能源汽车相关的各项技术、 、环境等影响因素,最终都要在消费者可感知的购买和使 用行为当中体现。因此本文选择从消费者角度}}{发,可将影响 新能源汽车发展的众多影响因素归纳为消费者对新能源汽车各 和部分城市的地方补贴60 000元,折合计算消费者的实际购 置成本,实际金额见表1(其中成本已按照比例折合为售价)。 表1 新能源汽车与传统汽车购置成本比较 成本类别 基础成本 电池成本 整车成本 项关键特性的接受度及其权重,加成结果就是消费者对新能源 新能源汽车(元) l35 714 136 080 271 794 传统燃油汽年(元) 71 429 汽车产品的综合接受度。具体内容如下。 (1)新能源汽车全生命周期相对成本的接受度。价格是影 响新能源汽车消费最为关键的因素之一,在购置时,消费者在 判断一项新产品的价格时通常要将其与自己熟悉的同类型产品 7l 429 进行横向的比较,对于新能源汽车而言,这一参照物即为同档 次的汽油车价格;在使用时,消费者同样要考虑到能源费用差 补贴 整乍僻价 12O 000 l51 794 0 7l 429 异,电价相比燃油费的低廉是否能在长期使用过程中抵消购置 成本。因此本文选择新能源汽车与传统燃油车在全生命周期内 36 qlyekejIyufazhan 企业科技与发展 的相对成本作为影响接受度一大要素。 (2)新能源汽车配套设施覆盖率的接受度。此处所指的配 表2汽车市场销量影响因素表 年份 汽车销售量 人口 居民消费 人均GDP 公路里程 (年) (万辆) (百万人) 水平 (百元) (万公里) (十元) 200i 236.36 1 276.27 388.69 86.22 169.8 套设施主要是指充电配套设施,目前在城市中充电桩设施的安 装率大大落后于加油站的覆盖率,出于对新能源汽车的充能便 利性考虑,因此本文选择其作为影响消费者接受度的一项关键 因素。 2002 324.8i i 284.53 414.37 93.98 176.52 (3)新能源汽车续驶里程的接受度。目前主流纯电动车产 2003 439.08 1 292.27 447.45 105.42 180.98 品的单次充电续驶里程仅为150~200 km,同普通汽车的 500~700 km有较大差距。消费者对由此带来的不便存在较大 2004 507.11 1 299.88 503.2 123.36 187.07 的顾虑,因此本文选择其作为影响消费者接受度的又一项关键 因素。 (4)新能源汽车充电时间的接受度。不管快充还是慢充, 新能源汽车充电时间都大大超过传统汽油车加油的时间。对于 消费者而言,这是购买电动车时必须考虑的一个问题。 图3所示为接受度模块。 续驶里程接受度 成本接受度 续 里程捧 魏髓\/\ / \ \/ / 成本接甍度权重 续驶里程 成本接受度 咽子 自因子 \/ 新能源汽 车接受度 /\ 充电时间 配套设施 自因子 影响困-T--- 充电日受度权重寸间接 /\ \ / 厂\ 酗套设施鞠 充电时间 度 醛矗庸j莴意度意度权重 图3接受度子模型 2.3市场预测模块 新能源汽车的保有量与市场的增加量及报废量两个因素相 关: 定义新能源汽车市场增加量 为汽车市场销量l,与新能 源汽车接受度Ⅳ的乘积,即 =Y×N。 汽车市场销量y采用回归分析法计算,自变量根据 2001-2013年的人口、居民消费水平、人均GDP、公路里程, 详细数据见表2。 进行数据回归分析,得回归方程: y=一7 040.708 4-5.545 XXl一1.017 X 2+8.948 XX3— 1.106x (4) 式中 为人口(百万人);X:为居民消费水平(十元); 为人均GDP(百元); 为公路里程(万公里)。 定义新能源汽车报废量z,为新能源汽车保有量与报废率 的乘积。由于我国新能源汽车处于起步阶段,因此本文报废率 取0,即z=0。 2005 575.82 1 307.56 559.62 141.85 334.52 2006 721.6 l 314.48 629.86 165.O0 345.7 2007 879.15 1 321.29 730.96 2Ol_69 358.37 2008 938.05 1 328.02 843.0i 237.08 373.02 2009 1364.48 1 334.74 928.33 256.08 386.08 201O 1806.19 1 340.9I 1 052.2 300.15 400.82 2011 1850.51 1 347.35 1 227.2 351.98 41O.64 2012 1930.64 l 354.04 l 409.8 384.59 423.75 2013 2198.41 1 360.72 1 563.2 419.O8 435.62 图4所示为预测模块。 图4预测子模型 3研究结果与分析 对模型变量的公式和值进行定义后即可模拟计算。首先分 析,在电价与油价上升、电池单价下降的情况下,影响消费者 对新能源汽车接受度,从而带动销量和保有量的变化。图5所 示为新能源汽车市场预测模型总图。 具体分析结果见表3。 3.1模型验证 本模型采用历史检验法,用模型预测值与历年实际值比 较得到模型误差,从而衡量模型的可靠性。如表4所示,预 测值和实际值的比较误差小于2%;所以本模型满足预测精度 qiyekejiyufazhan 37 {嬖驶里程按一—— 髟晌因子\ 影响因子 \ 受度校重 \、一撕t 汽,/ 成率接受度杈重 受度杈重——~—— 削 / - 她\\ 充电时间// // \配套设施..一鐾・一一毕佣思腰 l 翥裟 … q 聃 / / 躺盼\ … 、^ 蝴 。—= 年市场增加量= L—————————竺 !! !兰 —— 磊意薪 = ———— 年市辐{ 废重 := 。 图5模块化系统动力学预测模型 表3新能源汽车市场规模估计 年份(年) 接受度 销量(万辆) 保有量(万辆) 20ll 0.004 338 O.815 1O.81 2Ol2 0.005 788 1.271 12.09 2O13 0.006 975 1.786 13.87 2O14 0.025 155 7.49l 21.36 2O15 0.062 997 21.78 43.14 2O16 0.097 463 39.07 82.21 20l7 0.127 076 58.98 141.2O 2Ol8 O.138 806 74.54 215.75 2O19 0.148 527 92.2O 307.95 2020 O.153 678 i09.48 417.43 202I O.156122 129.25 546.68 2022 O.158 996 151.89 698.57 2023 0.161 407 177.854 876.42 2024 0.166 056 210.975 1 087.40 2025 O.169 942 248.86 1 336.26 的要求。 3.2目标分析 2015年规划目标完成情况:如表3及图6、图7所示, 2015年我国新能源汽车市场保有量将达到43万辆,基本接近 我国规划中的累计产销量50万辆。 2020年规划目标完成情况:如表3及图6、图7所示, 2020年我国新能源汽车市场保有量接近420万辆,与国家规 划中的500万辆还有小部分差距;销量110万辆左右,却与目 标生产能力达到200万辆相差较大。 38 qiyekejiyufazhan 企业科技与发展 表4新能源汽车销量误差表 年份(年) 汽车销量 汽车销量 误差(%) 实际值(辆) 预测值(辆) 2011 8 159 8 145 一O.17 2012 12 791 12 708 —0.57 2013 17 642 17 855 1.2 2014 74 763 74 906 O.19 250 20口 } l/ / / 150 一 / / 型 50 /. / / / 0 —年份 图6新能源汽车销量变化 14叩 120口 f 1000 ^ , ./ 薜日O01s 600 / 睦 / 厂 400 / / 200 / / 0 图7新能源汽车保有量变化 预测拐点:如图8所示,消费者对新能源汽车接受度在 2017年出现拐点,增长度趋**缓,可见随着国内厂商提高 自身技术的市场竞争力,道路设施覆盖更加完善,消费者对新 能源汽车的接受度已经趋于成熟。 01 8 / 0 16 / ●一一— 014 / 0 1 2 / 01 / 糍0 08 / O OB f 0。4 / 0 02 j / 0 图8接受度变化 业科技 发展 3.3灵敏度分析 针对国家对新能源汽车购买 ̄bC,di的盈亏敏感性进行分析, 设置补贴分别为0万元、l2万元、24万元j种情况下的分析, 新能源汽车市场保有量变化如图9所示。 湖 咖 眦 咖 {暑 0 基本能够实现,2020年目标销量仅能达到六成。 (4)选取了补贴因子作为关键因子灵敏度分析,得到 其作用效果前期显著并增加了市场量,后期影响则微弱,并得 出2017的接受度拐点结论,为在取消补贴的时间节点决 策上提供建议。 『 0万l .l=:= I ./ 参2020年)[z].2012. 考文献 / . .[1]中华人民共和国.节能与新能源汽车产业规划(2012-- [2]Adam Faiers,Matt Cook,Charles Neame. Fowards a Contemp— orary Approach r Understanding Consulller Behavior in the Context of Domestic Energy Use[J].Enery Polgicy,2()(J7,35(8): ’ 4381-439{). 曲 2011 啪 D 。‰ ∞’ 。02。 02 [3]Sang Yong Park,Jong Wook Kim,I)uk Hee Lee.Development of a market penetration forecasting model for Hydrogen Fuel(?ell 图9三种补贴情况下新能源汽车市场保有量 Vehicles considering infi-astructure and COSt reduction effects lJ J. 由冈9可以看出,提升补贴对促进新能源汽车市场发展的 作用明显。 Energy Policy.2(i)11(39):3307—331 5. [4]Baha M,Thomas H.Total COSt of ownership,payback,and CO— nsumer preference modeling of plug—in hybrid electric vehicles (I)2017年,当补贴分别为0、12、24万元时,对应新 能源汽车市场保有量大致为95、140、200万辆,增幅可达 50%和35%: [J].Applied Energy,2013(1f】3):488—506. [5]庄幸,姜克隽.我国纯电动汽车发展路线图的研究[J=^.汽车工程, 2012。34(2):91-97. (2)2025年,当补贴分别为0、12、24万元时,对应新 能源汽车市场保有量大致为1 210、1 250、1 450万辆,增幅 为4%和I4%; [6]吴添,欧训民,林成涛.从消费者视角分析纯电动城市客车的生 命周期成本[J].汽车工程,2012,34(12):1 150—1154. [7]马钧,王宁,孔得洋.基于AHP及Logit回归的新能源汽车市场 }}1此可见,提升对新能源汽车的补贴在前期可以大幅 地促进市场的增量,但对后期的增长作用比较微弱。 预测模型『_J].同济大学学报(自然科学版),!()09,37(8):1079— 1084. 4结论 本文模型的研究主要取得以下几个方面的成果: [8]杨方文,王星星.基于自回归模型的新能源汽车保有量预测[J]. 科技和产业,2011,11(6):8()一82. [9]马钧,温志欣.基于系统动力学和联合分析法的中国紧凑型电动 (1)提出了一币噜,预测新能源汽车市场的方法流程,创新性 地采用了多模块系统描述了新能源汽车市场扩散因素的逻辑关 系,以此预测了我国未来15年的新能源汽车市场发展。并验 车市场预测研究[J].农业装备与车辆工程,201 2.5()(6):12—16. [1()]李英,胡剑.基于智能体的多类新能源汽车市场扩散模型[J]. 系统管理学报,2014,23(5):711—716. 证了预测模型的误差,结果表明,模型能够满足精度要求。 [11]王其藩.系统动力学(2009修订版)[M].上海:上海财经大学出 版社.20()9(7):1—5. (2)从消费者视角出发,研究了新能源汽车全生命周期内 的成本变化,通过比较与传统汽车的差异,引入新能源汽车接 受度概念,并得到接受度拐点。 (3)根据模型预测结果,合理分析了产业规划中2015年 [I2]马钧,俞一鸣.强混合动力汽车生命周期成本研究[I].农业装备 与车辆工程,2009(7):22—25. [责任编辑:钟声贤] 及2020年具体产业目标的完成情况。实验表明,2015年目标