政策作用下纯电物流配送车辆成本比较及区域差异性分析

李 鹏

（郑州大学 管理学院， 河南 郑州 450001）

一、引言

“双碳”目标倒逼下，交通运输行业作为碳排大户，亟须加快绿色低碳转型发展步伐。物流配送车纯电化是城市减碳的难点。目前，在市场和政策的双轮驱动下，全国各城市都在加快新能源物流配送车辆推广。但不同城市在消费需求、经济水平、气温环境、地理面积等方面都存在差异，导致纯电性能物流车辆与传统燃油物流车辆使用的整体成本都存在差异，各类新能源车辆推广政策在不同城市的实施效果也存在差异。不同城市如何基于这些差异，根据各自实际情况，实施更有效、更有针对性的纯电车辆推广政策，对全国加快交通运输领域实现“双碳”目标具有重要价值。

目前，关于纯电城市配送车辆推广研究相对较少，相关文献主要集中在纯电城市车辆与燃油车的经济性比较和推广政策效果分析两个方面。政策效果分析方面。高新伟发现对新能源汽车消费激励政策中，充电基础设施相关政策长期的效果更明显，购置补贴政策短期的效果更明显，燃油价格下降新能源汽车消费量有所减少［1］。Yang研究发现购置补贴能够减少电动汽车购买成本，进而促进消费者对电动汽车的采用［2］。Zhang等总结了不同国家电动汽车消费激励政策，以美国为例分析了财政政策、技术扶持政策和充电设施扶持政策激励新能源汽车推广的作用机制［3］。赵世佳等认为在充电设施扶持政策的积极作用下，充电基础设施建设日渐完善、充电网络逐渐优化，这推动了电动汽车的推广与应用［4］。Brini等以清洁能源为例进行研究，发现油价一定程度升高能激励清洁能源的消费，因此为推动清洁能源发展可适当调高油价［5］。纯电城市车辆替代的经济性研究普遍采用了全生命周期成本比较的方法，吴添通过应用现值分析理论建立纯电动汽车全生命周期成本的评价模型，分析认为目前我国纯电动低地板城市客车生命周期成本远高于传统燃油低地板城市客车［6］。任玉珑等建立了基于消费者视角的电动汽车全生命周期成本模型［7］。李道清等采用持有者成本模型，指出应在不同发展阶段对生命周期成本进行衡量［8］。王寿兵等对上海柴油和压缩天然气（CNG）公交车的经济性进行评价，认为CNG公交车生命周期成本均低于柴油车［9］。

但是，目前文献研究缺少两种车辆在不同城市的成本差异研究。如果忽略这一点将导致我们制定具体政策及开展相关研究都是不精准的。本文主要贡献是提出并量化计算了不同城市的纯电物流车辆与传统燃油车辆使用的成本差异，论证了不同城市推广纯电物流车辆的成本优势是不同的。同时，本文量化分析了不同政策工具对在不同城市纯电新能源车推广促进作用的差异。在研究过程中的主要创新包括：

1.建立了全国369个城市纯电车辆使用成本的数据库，其中以大数据抓取等方式采集了不同城市气温、行车里程等10万条以上的数据信息。

2.对车辆全生命周期使用成本进行了优化改进，创新提出成本差异率指标，量化衡量各城市两种车辆的成本差异；引入时间相关成本和距离相关成本概念，建立了不同政策和成本的量化关系；首次完成了全国369个城市纯电车辆及传统燃油车辆全生命周期使用成本计算。

3.建立大数据仿真评价模型，量化评估提高碳税、降低电价、燃油车辆限行、车辆购置补贴等政策措施在不同城市实施的效果。

二、理论和方法

（一）全生命周期成本理论

全生命周期成本理论方法最早由美国学者Hamilton提出，主要应用于工程项目领域研究，20世纪80年代初被广泛应用于军事装备工业领域，近年来经过各个行业的应用推广，逐渐应用于消费领域。本文将车辆使用者全生命周期划分为3个阶段：车辆购置、车辆运营、车辆报废，使用者成本包括这3个阶段内与使用者有关的所有成本，各阶段成本主要包括：车辆购置阶段内的购车成本、车辆购置税费、购车财政补贴；车辆运营阶段内的能源消耗成本、维修保养成本、保险费和其他杂费等；车辆报废阶段内的报废补贴。

1.模型假设

（1）假设全国各城市设施配套基本相似：充电设施基本满足纯电车辆的补电需要；城市道路坡度等路况差异及交通管理水平带来的车辆使用成本差异不在考虑范围内。

（2）假设全国各城市政策配套基本一致：部分城市出台了传统燃油车辆限牌等差异化政策暂不在考虑范围内；同一车型配置的车辆在不同城市购置政策、金融服务等相关费率基本一致。

（3）假设全国各城市现阶段运行基本稳定：近年来，城市气温条件、行车里程等数据整体没有明显变化，以2021年气温数据作为本地平均气温数据；以2021年日均行车里程数据作为平均数据。

2.成本核算

车辆持有者的全生命周期成本简称TCO。

TCO=购置成本+运营成本-残值。

在计算运行成本时，我们从距离和时间维度进行成本核算。更具体地说，时间相关成本是指随时间增长而产生的成本，包括车辆保险和车辆保养费用；距离相关成本是指随车辆运行距离增长而产生的成本，包括车辆能耗成本、车胎等配件损耗、车辆维修费用。根据核算模型及应用实际，持有者TCO指标及核算办法如表1所示。

表1 持有者TCO指标及核算办法

由上可得：TCO=车价×首付比例+车价×购置税率+上牌费用+车辆保险+车辆贷款+车辆保养费用+能源成本+车胎等损耗+车辆维修费用-二手车回收收益。

（二）成本差异率模型

为比较纯电车辆与传统燃油车辆的全生命周期使用成本，我们提出成本差异率：

当D>1时，纯电物流推广具备成本优势，D值越大优势越明显。

当D<1时，纯电物流推广不具备成本优势，D值越小劣势越明显。

当D=1时，纯电货车和燃油货车使用者的全生命周期成本相同，则纯电车购置决策受车辆购置成本、沉默成本及充电便利等其他因素影响。

（三）成本差异的城市影响因素

在纯电新能源物流车辆使用中，不同城市应用场景存在差异，一是不同城市的气温不同，城市气温越低，纯电车辆的能耗折损越大。二是不同城市的物流车辆的日均配送里程不同，城市配送日均行车里程越大，日均能耗成本越大。

1.城市日均行车里程的影响

物流配送车辆日均行车里程受城市面积、经济总量、物流服务、常住人口等综合因素影响，单车日均行车里程越大说明城市物流配送业务量越大，反映了城市发展及居民需求越大。车辆能耗成本、车胎等配件损耗、车辆维修费用等距离相关成本均受物流配送车辆日均行车里程指标影响：

能源成本=每公里能耗×日均行车里程×365×车辆使用年限；

维修成本=每公里维修成本×日均行车里程×365×车辆使用年限；

车胎损耗=每公里车胎损耗×日均行车里程×365×车辆使用年限。

目前，与燃油物流车辆相比，纯电物流车辆的每公里能耗、每公里维修成本都相对较低，每公里车胎损耗水平基本相同。因此，城市物流配送车辆日均行车里程越大，纯电物流车辆相对于传统燃油物流车的使用成本优势越大。

2.城市平均气温的影响

目前，电动车辆动力电池以锂电池为主，部分学者通过对锂离子电池在不同环境温度下进行低温充放电实验，研究了锂离子电池在低温环境下的性能变化。结果表明，随着环境温度的降低，锂离子电池的充电性能和放电性能都显著下降。在低温环境下，电动车辆普遍存在电池放电能力下降问题，这会导致车辆续航能力下降，单位里程能耗成本上升。本文引用梁欣在《电动汽车锂离子电池低温性能研究》一文中的实验数据，获得锂电池能量衰减率与气温的拟合函数：

所以，可进一步优化相关核算办法：

纯电物流车辆的能源成本=每公里能耗×能耗使用系数×日均行车里程×365×车辆使用年限。

其中，设能耗使用系数为k，

三、数据和计算

（一）数据库

为更加精确计算各城市燃油车、纯电车辆的使用者全生命周期成本，通过大数据挖掘及行业调研等方式，我们建立一个数据库，汇总了以下几个方面数据。

1.主要城市气温数据

数据来源：美国国家海洋和大气管理局（NOAA）下设的国家环境信息中心（NCEI）；

网址： https：//www.ncei.noaa.gov/data/globalsummary-of-the-day/archive/。

处理方式：逐日采集站点原始数据，每月保存为一份TXT文件。首先，用python将清洗后的数据处理成每日一份的csv数据，保留需要的经纬度和每日平均气温的数值。而后将每日csv文件进行展点，再投影，采用反距离权重法对每日数据进行插值。然后，按行政区划将数据分区统计和拼接，得到逐日的分省市数据，按月份平均获取到逐月的全国各市数据。

2.城市配送里程数据

数据来源：易流云平台；

网址：https：//login.e6yun.com/；

处理方式：提取汇总2021年全国369个城市的平台配送数据，根据每辆车运行轨迹，汇总每个城市平台监控下的城市配送车辆平均每天行驶里程。

3.车辆工况数据

数据来源：电车资源网；

网址：https：//www.evpartner.com/；

处理方式：提取汇总相关数据，各数据之间交叉验证。

（二）车辆相关参数设置

对比车型具备同样的使用功能，载重量和货厢尺寸相近，选取市场主流企业的主流车型。本次计算选取总质量4.5t的纯电动厢式运输车和燃油厢式运输车。本文选取吉利远程E200电动轻卡和东风凯普特的相关运行数据，这两款车分别是全国纯电物流专用车及燃油配送车辆销售量最大的车型，具有较强的行业代表性。见表2。

表2 车辆相关参数设置

四、描述性分析

（一）平均成本分析

通过对全国369个主要城市物流配送车辆全生命周期运营成本计算可得：全国纯电物流配送车辆使用成本为59.0392万元，传统燃油物流配送车辆使用成本为64.0029万元，纯电物流车比传统燃油物流车全生命周期节省4.9637万元，两者成本差异率为1.0841，纯电物流车比传统燃油物流车具备一定成本优势。

在全生命周期成本结构分析比较中，燃油车的运营成本占比最大，约占总成本的77.2%，纯电物流车运营成本约占总成本的49.4%，传统燃油物流车比纯电物流车多20.44万元；纯电物流车的购置及回收成本占比最大，约占总成本的51%，传统燃油物流车购置及回收成本占总成本的22.8%，纯电物流车比传统燃油物流车多15.28万元。所以，传统燃油物流车在购置及回收成本上具有一定优势，而纯电物流车在运营成本上具有一定优势。见表3。

表3 全国车辆使用者全周期成本

（二）成本差异率分析

将全国369个主要城市物流配送车辆成本差异率在ArcGIS软件上进行可视化展示，见图1。整体来看，全国369个主要城市物流配送车辆成本差异率的分布呈现明显的梯度和层次结构。在胡焕庸线两侧呈现了不同的成本差异，在胡焕庸线以上地区的成本差异率基本都小于1，说明燃油物流车具备相对成本优势，尤其是东北、西北、西藏、新疆等高寒、人口稀少地区燃油物流车成本优势最明显。在胡焕庸线以下地区的成本差异率基本都大于1，说明纯电物流车具备相对成本优势，尤其是北京、上海、广州等人口密集、经济发达的大中型城市及周边地区纯电物流车成本优势最明显，纯电物流车的这种成本优势呈现了按照京津冀、长江中下游、成渝、大湾区等城市群分布的特征，经济越发达的地区纯电物流车成本优势越明显。

图1 全国各城市成本差异率

五、政策模拟与评估

目前，全国各地都在积极推动城市配送物流车辆纯电化替代，很多城市也都出台了相关政策措施，一定程度上加速了纯电物流车辆的推广应用，但各地方出台相关政策过程中存在一定盲目性，不能科学精准地设计政策，导致大量公共资源浪费，还未取得预期效果。为模拟和评估相关政策变量对纯电车辆成本优势的影响，我们建立如下模型：

调整纯电物流车辆与燃油车辆的成本差率模型中不同政策变量，计算调整前后成本差异率的变化幅度，用成本差异率的变化幅度来表征政策效用，用d表示：

d=A-B。

其中，A表示在目前市场条件下，未调整变量政策前纯电物流车辆与燃油车辆的成本差率，B表示在变量政策调整后纯电物流车辆与燃油车辆的成本差率。B值越大表示纯电车辆成本优势越大。

d值>0，表示政策效用为促进作用，且d值越大，说明政策促进作用越明显。

d值<0，表示政策效用为抑制作用，且d值越小，说明政策抑制作用越明显。

d值=0，表示政策效用为无直接作用。

为方便量化比较各单项政策的效用，即对成本差异率的影响，假设各个政策变量提高20%，比较d值的变化情况，量化评估政策实施效果。针对变化幅度绘制该政策实施效果热力图，可视化展现该政策在各个城市内实施的差异情况。

（一）碳税政策

能耗成本在车辆全生命周期成本中占比较大，提高碳税，即提高燃油价格，将对燃油车辆使用成本带来较大影响。假设其他各个要素不变，当我们提高碳税（主要是燃油价格）20%时，各城市d值都大于零，说明该政策对提高纯电物流车辆推广有正向促进作用。d值的最大值达到0.1691，最小值为0.0674，均值为0.1，说明该政策在各地的效用存在差异，并且呈现出人口密集、经济发达的中东部地区d值普遍更大，即政策效用更明显的特点，尤其在胡焕庸线两侧政策效用差异的对比更明显。

（二）限行措施

当限行措施将时间相关成本提高20%时，各城市d值都大于零，说明该政策对提高纯电物流车辆推广有正向促进作用。d值的最大值达到0.5862，最小值为0.0302，均值为0.0502，该政策在各地的效用存在明显差异，并且呈现出人口较少、经济欠发达的西部及东北部地区d值普遍更大，即政策效用更明显的特点，胡焕庸线以下地区，尤其是经济较发达的大中型城市实施燃油车辆限行的政策效用相对较小。

（三）购置补贴

当限行措施将时间相关成本提高20%时，各城市d值都大于零，该政策对提高纯电物流车辆推广有正向促进作用。d值的最大值达到0.0281，最小值为0.0219，均值为0.0269，该政策在各地的效用差异并不明显，西南地区略高于全国其他地区。

（四）电价补贴

当我们降低电价及充电服务费20%时，各城市d值都大于零，说明该政策对提高纯电物流车辆推广有正向促进作用。d值的最大值达到0.1339，最小值为0.0345，均值为0.0604，说明该政策在各地的效用存在明显差异，与提高燃油车辆碳税政策类似，呈现出人口密集、经济发达的中东部地区d值普遍更大，即政策效用更明显的特点，尤其在胡焕庸线两侧政策效用差异的对比明显。

六、结语

本文通过对全国369个主要城市纯电物流配送车辆、燃油物流配送车辆成本及成本差异率的分析，对不同政策措施政策效用的模拟研究得出以下结论。

（一）总体来看，在目前全国市场条件下，纯电物流车比传统燃油物流车使用者全生命周期成本具有微弱优势，传统燃油物流车在购置及回收成本上具有明显优势，而纯电物流车在运营成本上具有明显优势。

（二）燃油及纯电物流车成本优势具有明显地域差异，在胡焕庸线以上的东北、西北、西藏、新疆等高寒、人口稀少地区燃油物流车成本优势更明显，在胡焕庸线以下的北京、上海、广州等人口密集、经济发达城市及周边地区纯电物流车成本优势更明显。

（三）比较主要政策措施，提高碳税（燃油价格）政策对成本优势变化影响最大，对纯电物流车辆推广应用促进作用最强，降低电价及充电服务费、燃油车辆限行措施、纯电车辆购置补贴的政策效用逐项递弱。

（四）单项政策实施效果存在明显地域差异，提高碳税（燃油价格）政策、降低电价及充电服务费措施在人口密集、经济发达的中东部地区政策效用更明显；燃油车辆限行措施在人口较少、经济欠发达的西部及东北部地区的政策效用更明显；纯电车辆购置补贴在各地的政策效用差异并不明显，仅西南地区略高于全国其他地区。

在经济研究和政策设计中，不同城市的车辆使用者成本很难获得，不同政策措施在不同城市实施效果的差异同样不易评估，本文突破了这一限制。本文以大数据采集方式，建立了全国主要城市的相关数据库，计算了全国369个城市车辆使用成本，比较了不同车辆在不同城市的成本差异，量化分析了不同政策措施在不同城市的实施效能。但是，本文只对车辆使用者成本进行了定义，重点关注了政策措施的相关影响，关于城市充电基础设施、电池技术升级等主要研究变量，在未来后续研究中可以作为重点研究方向。