第1章 绪论
　　1.1 研究背景及意义
　　十余年来，电动汽车在各国政府的推动下迅速发展，特别是我国在各项政策的激励下从2016年开始就已经稳居全球电动汽车销量和保有量**。全面推广电动汽车替代传统的燃油汽车有助于改善城市空气污染、实现国家能源安全战略、增强交通部门碳减排潜力，同时振兴我国的汽车工业（解振华和张明柳，2017）。然而，目前电动汽车存在价格较高、技术不够成熟、配套的充电基础设施建设不够充足等推广障碍，导致部分消费者对其接受程度不高，所以仍然需要政府层面出台相关激励政策给予扶持。在我国全面推进碳达峰、碳中和的背景下，电动汽车更是被赋予了有序充电、从车辆到电网（vehicle-to-grid，V2G）储能供电等更为主动的车网融合方式协同电网削峰填谷，促进电网低成本消纳可再生能源发电，推进交通部门与能源部门融合发展的新历史使命。无论是进一步推广应用，还是逐步利用车网融合的模式配合电力系统脱碳，都需要研究构建和完善相应的政策体系来激励、引导和管理电动汽车产业与电动汽车消费者，以科学合理的方式推动产业扩张升级，积极推进碳达峰、碳中和。
　　本节将分四小节系统地介绍本书的研究背景及意义，具体包括电动汽车的发展背景、电动汽车的推广障碍、电动汽车的低碳价值及电动汽车政策的研究意义。
　　1.1.1 电动汽车的发展背景
　　随着中国经济的快速发展，城市空气污染问题陆续在中国各大城市出现，2011年前后被大家了解的“雾霾”天气引发了社会和政府的关注。自从国家卫生和计划生育委员会于2013年开始监测雾霾对健康的影响以来，全国范围内的空气污染防治工作开始被各地政府重视，特别是广受关注的京津冀核心城市北京（张中祥和曹欢，2022）。如图1.1所示，北京市的空气质量近年来有了显著的逐年好转趋势，重度污染及严重污染的天数呈下降趋势。
　　图1.1 2013~2021年北京市空气质量天数
　　那么雾霾的来源在哪呢？根据北京市在国家大气污染防治攻关联合中心的指导下完成并发布的北京市2013年、2018年和2021年共三轮《细颗粒物（PM2.5）来源解析研究成果》，包括汽油车、柴油车、航空和火车在内的移动源排放一直在雾霾污染源中占比*大。随着政府对广受关注以工业源和燃煤源为代表的固定源排放的集中治理，以技术升级、末端处理、能源替代等方式大幅降低了集中排放在PM2.5来源中所占比例。难以低成本高效治理的移动源排放比例已经从2013年的31%上升到了2021年的46%（图1.2）。因此，为了解决城市空气污染问题，有必要推广电动汽车的发展以取代各种类型的燃油汽车（Nichols et al.，2015）。
　　推广电动汽车解决城市空气污染问题主要基于以下原理。*先，电动汽车在使用过程中可以实现零排放，直接减少了城市区域的空气污染；其次，采用电力替代燃油作为机动车辆的能源实际上是改变了排放方式，从难以处理的移动源（汽车）分散排放改为利于处理的固定源（发电厂）集中排放，这使得解决地面交通的空气污染问题成为可能。即使是在火电比例在电力结构中超过70%的中国也可以通过发电厂超低排放技术的推广解决空气污染问题，而且实际上中国已经于2017年超额完成了火力发电厂二氧化硫、氮氧化物和烟尘超低排放改造的目标（Tang L et al.，2019），所以采用电力代替燃油、采用电动汽车代替燃油汽
　　图1.2 北京市三轮大气PM2.5来源解析结果
　　生活面源包括餐饮、汽车修理、畜禽养殖、建筑涂装；农业及其他包括农业源、生物质燃烧源、自然本底及未解析部分等车来减少城市空气污染是完全可行的。
　　能源安全问题本身就是一个涉及国际局势、政治、经济、管理和环境科学的复杂问题，我们在此并不会展开讨论。推广电动汽车对于能源安全问题的贡献在于，将路面交通需要的大量燃油消费转化为电力消费，从而降低我国能源消费结构中石油的比例并以此降低石油进口量和对外依存度。中国油气资源并不丰富，根据中国石油和化学工业联合会的统计数据，中国原油对外依存度近20年来逐年攀升，2018年*次突破七成大关达到71%，且到2021年仍一直保持七成以上的原油消费量由进口石油提供。其中，根据中国能源研究会（2018）发布的《中国能源发展报告2018》，我国车用汽柴油占全国汽柴油消费70%以上。因此，这样高的对外依存度在经济稳步增长、能源消费持续增加的背景下显然会对我国的能源战略安全产生潜在的威胁。路面交通电气化正是通过能源结构与技术演化的途径，从根本上将交通部门的能源消费从不可再生、多依赖进口的油气资源转化为短期内可采用我国资源禀赋中更为丰富的煤炭、长期还可采用可再生发电技术的电力消费，从而有助于解决我国能源安全问题，缓解我国石油战略储备的压力。
　　全面推广电动汽车的另一个意义在于它具有减少碳排放的潜力。全球气候变暖问题已经远远超出科学研究的范畴，它影响到世界各国的经济运行模式和未来发展，并成为国际关系中的焦点问题。随着联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第五次评估报告的发布以及2016年4月我国郑重签署了《巴黎协定》，作为碳排放大国，我国节能减排的任务十分艰巨。交通部门作为碳排放的重要部分，承担着重要的减排任务。根据《联合国气候变化框架公约》的数据，交通部门约占发达国家二氧化碳总排放量的30%，约占全球人为二氧化碳排放总量的23%。交通电气化在国际能源署（International Energy Agency，IEA）的各种能源系统脱碳方案中均扮演着重要角色，特别是在电力部门提升清洁能源发电比例的基础上，实现交通电气化能够更加有效地减少温室气体排放（Du et al.，2019）。
　　推广电动汽车作为传统内燃机汽车（internal combustion engine vehicle，ICEV）的替代工具是交通电气化的重要一环。电动汽车和传统燃油汽车的能源生产和使用路径有显著差异（Peng et al.，2018）。电动汽车的优势在于使用阶段可以实现完全零排放，其主要碳排放环节是电力生产环节，因而电力生产中清洁能源的使用是其全生命周期中碳排放量的重要因素（Peng et al.，2015）；而传统的燃油汽车的碳排放源从井口到车轮（well to wheel）的整个周期始终存在。尽管众多学者已经通过各种方式的环境效益对比，证明即使在中国目前火力发电仍占主导地位的情况下，相较于燃油汽车，电动汽车能够显著降低能耗并减少温室气体排放，不过仍然有少数研究对电动汽车是否能够降低碳排放持怀疑态度。但是，考虑到清洁能源电力的占比不断扩大、碳捕捉与封存（carbon capture and storage，CCS）技术的不断进步以及电力行业碳捕集的集中优势（段宏波等，2015），电动汽车的碳减排潜力还是无可争议的。
　　电动汽车还是中国汽车工业在交通电气化时代超越欧美和日韩成为汽车工业强国的机会。2014年5月，习近平总书记在上海汽车集团考察时强调：“发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路。” 我国汽车工业起步晚，中华人民共和国成立后从零开始追赶德国、日本和美国等汽车强国的道路十分艰辛，始终未能在内燃机、变速箱及车控系统方面持有核心技术。根据中国汽车工业协会的数据，2020年我国汽车销量达到2 531.1万辆，占全球汽车总销量的近1/3，但出口销量只有99.5万辆，自主品牌的乘用车销量在国内也只占到38.4%的市场份额。但电动汽车的兴起给了中国汽车工业一个翻身的机会。电动汽车绕过了传统燃油汽车时代先进国家对于发动机、变速机等关键技术的封锁，在电池、电机、电控技术的发展上，我国与传统汽车强国站在了同一起跑线上，有了同步竞争的希望。例如，动力电池产业就是典型的技术密集型和劳动密集型相结合的产业，这就给工业体系建设完善、资本积累雄厚、劳动力相对供给充足、汽车市场消费潜力巨大的中国提供了一个千载难逢的弯道超车机会。根据中国汽车工业协会数据，2021年，我国电动汽车的出口销量达31万辆，同比增加3倍，为我国电动汽车产业进一步扩大产能、开拓海外市场布局建立了信心。
　　1.1.2 电动汽车的推广障碍
　　随着电动汽车有助于解决城市空气和噪声污染、国家能源安全及碳排放等问题得到全球越来越多国家的认可，用电动汽车代替燃油汽车已经成为在交通运输领域实现环保和低碳化的*重要方法之一（Huo et al.，2013；Peng et al.，2016）。近年来，各国政府相继提出了电动汽车的推广目标和技术发展计划，并颁布了许多消费者购车优惠政策和企业激励政策（Zhang et al.，2017；Ma et al.，2017）。电动汽车的销量在过去10年中迅速增长，全球电动汽车的累计销量已从2012年的不到20万辆增加到2021年底的660万辆（IEA，2016，2022）。但即使是在这样快的增长下，我们仍需注意的是2021年全球电动汽车的市场份额仍仅占全球机动车市场的8.1%（IEA，2022），而且这已经是迄今为止*高的销售市场份额。可以看出，消费者对电动汽车的接受程度仍然有限。电动汽车的推广主要面临着以下几个主要障碍。
　　*先，电动汽车的价格比同档次的燃油汽车高。主要原因是动力电池和电控系统价格昂贵，导致电动汽车整车价格往往比同档次的燃油汽车高一倍左右。例如，纯电动汽车的电气化组件约占车辆总成本的52%，其中电池组约占19%，其余33%是电机，包括电控系统在内的电力电子设备以及其他辅助设备组件的成本（Safari，2018）。当然，电动汽车售价高是可以通过使用过程中相对于汽油价格便宜很多的电价来进行部分弥补的。一辆中型汽油轿车的每千米行驶成本在0.6~1.0元浮动，而同档次使用居民用电充电的电动汽车行驶成本每千米只要0.1~0.2元。但如果按照每千米节约0.5元的单位价格计算，累计行驶10万千米才能节约5万元的使用成本，而10万千米对于绝大部分家庭用车来说可能是3年以上的行驶里程，所以从价格成本方面考虑，电动汽车与燃油汽车相比目前确实处于劣势。
　　其次，当前的电动汽车技术还不成熟，并且未来的技术发展路径具有很高的不确定性。尽管近年来电动汽车在各种政策激励下销量迅速增长（Ma et al.，2017，2019a），但与传统的燃油汽车相比，电动汽车的技术缺陷仍然十分明显，如纯电续航里程短、充电时间长、电池寿命有限以及电池在低温下性能骤降等问题。同时，电动汽车技术研发存在多个方向和不确定性。随着近年来全球汽车企业的涌入，大量研发资本被投入电池能量密度、电机效率、电池管理系统、能量回收效率、车身轻量化和充电接口等不同方向，这就意味着有可能如今市场上的车型车系及所采用的核心技术（如电池材料）可能会在未来几年被新技术彻底淘汰（Tian et al.，2018；Taiebat and Xu，2019；Zhang P et al.，2015；Borgstedt et al.，2017），所以不成熟的技术不但会从性能缺陷和使用感受方面影响消费者购买电动汽车，还因为未来技术发展方向的不确定性让消费者产生不安。
　　再次，除了价格因素和技术因素以外，导致电动汽车推广困难的另一个原因是充电基础设施不足。充满电之后的续航里程比同级别燃油汽车加满油之后的里程短，而充电设施的分布密度不足就会导致消费者对电动汽车存在里程焦虑，始终担心半路找不到充电桩导致电量耗尽。而且，与燃油汽车去加油站加注汽油不同的是，电动汽车行驶到充电场站找到空闲可用的充电桩开始充电之后需要等待很长时间，即使是直流快速充电也需要半个小时左右的时间才能充到电池80%左右的电量。因为在充电时间里车辆不能移动，所以当车主找到充电桩之后有可能已经被其他电动汽车占用，且数小时内可能会一直被占用，而且如果充电桩的位置离车主的目的地距离较远，车主需要使用其他交通工具到达目的地。