基于演化動力學(xué)的換電新能源出租汽車擴散演化分析

[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(fā)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(xiàn)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(tǒng)動力學(xué)（SD）方法建立演化動力學(xué)模型，使用VensimPLE進行仿真。仿真結(jié)果表明在初始狀況下三方參與者會達到穩(wěn)定狀態(tài)，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(chǔ)上為政府關(guān)于換電新能源出租汽車的擴散問題提出對策建議。[關(guān)鍵詞]換電新能源出租汽車；系統(tǒng)動力學(xué)；演化博弈近年來，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(fā)展仍然面臨著許多問題，如技術(shù)不夠成熟、相對高成本和不完善的環(huán)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(chǔ)設(shè)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(fā)展遭遇瓶頸。在此背景下，換電新能源汽車的出現(xiàn)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(nèi)換電市場，各企業(yè)不斷探索換電模式的發(fā)展，例如出租領(lǐng)域的北汽新能源與奧動、私家車領(lǐng)域的蔚來都是最早入局換電市場的企業(yè)。之后，吉利、力帆、寧德時代等企業(yè)也都逐步進入換電領(lǐng)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(yōu)勢，擁有充電新能源汽車現(xiàn)有的優(yōu)點，是突破新能源汽車發(fā)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(nèi)少數(shù)主要城市，其他城市換電汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模較小、發(fā)展速度緩慢?；诖?，文章通過構(gòu)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(tǒng)動力學(xué)仿真模型深入探析換電新能源出租汽車及其換電基礎(chǔ)設(shè)施的擴散規(guī)律，以利于促進中國新能源汽車的持續(xù)發(fā)展，突破新能源汽車的發(fā)展瓶頸。（一）模型假設(shè)基于三方演化博弈建立系統(tǒng)動力學(xué)模型，對換電新能源出租汽車擴散過程及其相關(guān)因素進行研究，為分析三方參與者的利益沖突和最優(yōu)策略，文章提出如下假設(shè)。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(shè)能源站的使用年限[3]，以5%的折現(xiàn)率[4]對投資成本進行折現(xiàn)。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(huán)境收益[5]。（二）模型構(gòu)建基于上述內(nèi)容，根據(jù)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(chǎn)業(yè)發(fā)展，1=干涉換電產(chǎn)業(yè)發(fā)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(fù)雜性，現(xiàn)有條件并不能直接決定模型中平衡點的穩(wěn)定性，如果直接使用數(shù)值分析的結(jié)果則不夠直觀。因此，使用系統(tǒng)動力學(xué)模型進行后續(xù)研究分析。（一）系統(tǒng)動力學(xué)模型目前，將演化博弈論和系統(tǒng)動力學(xué)相結(jié)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(lǐng)域?qū)W者廣泛應(yīng)用與研究。Tian等[6]基于演化博弈和系統(tǒng)動力學(xué)，分析了在中國綠色供應(yīng)鏈管理擴散過程中各個利益相關(guān)者的關(guān)系。Zhu等[7]分析了電力市場中利益相關(guān)者的戰(zhàn)略交互。Sun等[8]建立了汽車制造企業(yè)、政府、消費者演化動力學(xué)模型，研究政府對制造企業(yè)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(tǒng)動力學(xué)模型，檢驗價格補貼和稅收偏好對于電動汽車發(fā)展的影響，通過將政策分為靜態(tài)激勵和動態(tài)激勵比較政策績效。文章通過建立系統(tǒng)動力學(xué)模型，分析Vensim仿真結(jié)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(dāng)博弈中三方參與者的初始策略都是純策略時，可以得到12種初始情況。各方選擇這些純策略后，在演化過程中不會發(fā)生變化，系統(tǒng)也會處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)其中一方選擇混合策略時，整體系統(tǒng)將逐漸從不穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)向穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)參與者三方初始比例為（0.05，0.5，0.5），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(xù)干涉換電出租汽車的發(fā)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(tǒng)達到演化穩(wěn)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(chǎn)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(jù)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(jīng)過新產(chǎn)品前期擴散過程中的起伏后，后續(xù)的比例在穩(wěn)步增加，最終達到演化穩(wěn)定狀態(tài)。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(guān)。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(jié)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(shù)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(fā)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(fā)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(guān)。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(huán)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(yù)算等原因會在較短的一段時間內(nèi)發(fā)生波動，然后再趨于穩(wěn)定。（三）參數(shù)敏感性分析為探究換電新能源出租汽車擴散過程中相關(guān)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(shù)的改變對演化仿真造成的影響。1.油價對演化穩(wěn)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(jié)果表明，隨著油價的逐漸上漲，系統(tǒng)也會發(fā)生振蕩，失去演化穩(wěn)定狀態(tài)，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(dāng)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(dāng)油價繼續(xù)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(wěn)定性的影響參考相關(guān)研究，設(shè)置不同維度的運營補貼，探究不同數(shù)值下靜態(tài)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(tài)運營補貼對換電新能源出租汽車擴散的影響，假設(shè)動態(tài)運營補貼與換電新能源出租汽車比例呈負相關(guān)。設(shè)置初始運營補貼為0.55元/度，當(dāng)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(fā)展，間接增加了換電出租汽車司機的期望收益，達到演化穩(wěn)定狀態(tài)的時間也會降低。隨著運營補貼降低到0.45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(wěn)定狀態(tài)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(shè)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(wěn)定性導(dǎo)致三種策略的期望收益不斷發(fā)生改變，系統(tǒng)也會發(fā)生振蕩，失去演化穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)實施動態(tài)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(tài)運營補貼后換電新能源出租汽車的比例會趨于穩(wěn)定，剩下的出租汽車司機也會繼續(xù)選擇燃油出租汽車。由仿真結(jié)果可知，按照目前的政策法規(guī)發(fā)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(tài)，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(shè)換電站，政府為了換電新能源出租汽車的持續(xù)發(fā)展而選擇不斷干涉換電新能源出租汽車發(fā)展的策略。但目前演化均衡狀態(tài)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(xù)性。政府需要根據(jù)換電新能源出租汽車的實際發(fā)展情況，提供合理的補貼，以動態(tài)方式及時調(diào)整補貼水平。對投資公司來說，適度增加換電站的數(shù)量可以加快換電出租汽車在市場中的擴散速度，引導(dǎo)后續(xù)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