《Energy Policy》：Scenario-based analysis of electric vehicle adoption in the United States: Technology, infrastructure, and electricity pricing
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电动汽车市场趋势与多因素协同效应研究，基于MA3T模型模拟分析电池成本、充电设施及电价政策对2050年美国EV渗透率的影响，发现电池成本降幅贡献最大（27pp），其次是充电设施（1-2pp）和政策协同效应，显著提升消费者剩余并减少能源消耗。
作者：Gong Manlin | Sun Ruixiao | Chen Yuche
美国南卡罗来纳大学土木与环境工程系，哥伦比亚市，SC 29209
摘要
本研究探讨了电池技术进步、充电基础设施发展以及分时（TOU）电价对2050年美国六种动力系统类型车辆采用率的影响。我们使用“先进汽车技术市场接受度”（MA3T）模型模拟了15种情景，分析了各个成本因素及其组合效应，并通过市场份额、消费者剩余和能源消耗来评估结果。研究发现，电池成本的降低是推动电动汽车（EV）采用的最主要因素：到2050年，电池电动车的市场份额将比基准情景增加27个百分点，每户家庭的年消费者剩余增加511美元，累计能源消耗减少16,610万亿英热单位（Btu）。这些收益是其他单一因素带来的收益的两到五倍。降低家庭充电安装成本具有中等影响，而单独采用分时电价仅能带来小幅提升，使2050年的电动车市场份额增加1-2个百分点。然而，当这些成本因素共同作用时，其效果会超出简单的叠加效应。将适度的电池成本降低与充电安装成本降低及分时电价结合使用，能够产生最大的综合效果。分析表明，针对多个成本障碍的适度改进可能比仅关注单一障碍更具影响力。
引言
过去十年间，电动汽车（EV）的销量大幅增长。全球EV销量从2012年的约12万辆增加到2024年的1700多万辆，其中美国当年的销量超过了160万辆（国际能源署，2025年）。这一增长伴随着显著的经济活动，包括汽车制造、电池生产和基础设施的发展。在美国，仅电动汽车充电网络的扩建预计到2032年就将创造超过16万个就业机会（国际清洁交通委员会ICCT，2024年）。
推动EV销量增长的几个因素中，技术进步尤为关键，尤其是在电池成本和性能方面（Berckmans等人，2017年）。过去十年里，锂离子电池技术的进步大幅降低了成本，同时提高了效率和可靠性。电池组价格大幅下降，预计到2050年将进一步下降50%（EIA，2023年）。这些成本降低降低了EV的购买价格，这是消费者选择车辆的关键因素（Buhmann和Criado，2023年）。预测显示，随着电池价格持续下降，许多EV车型将在2030年代实现与同类汽油车的前期价格平价，从而消除EV采用的主要障碍（Orangi等人，2024年）。EV相比内燃机（ICE）车辆具有诸多技术优势，如更快的加速性能、更低的维护需求和更安静的行驶体验。此外，随着更经济高效电池的出现，EV的整体拥有成本竞争力增强，将刺激汽车制造商扩大生产能力。
充电基础设施的扩展通过两条主要途径影响EV的采用：首先，充电设施的可用性通过减少续航焦虑直接支持EV的使用。研究表明，50-85%的充电事件发生在夜间家中（Kuby等人，2025年），国外研究也表明增加公共充电站的数量通常会促进EV采用率的提升（Mersky等人，2016年）。其次，充电设施的可见性表明EV是一种被广泛接受且可行的交通选择（White等人，2022年）。然而，家庭充电安装成本可能成为采用的障碍。多户建筑的家庭充电系统由于电气升级和许可要求，其成本是单户系统的2-10倍（Kuby等人，2025年）。这些高成本很重要，因为家庭充电为EV所有者提供了最便捷和频繁的充电方式。
根据美国汽车协会（2024年）的数据，电力成本在EV总拥有成本中占比相对较低，约为5-7%（例如，一辆中型SUV的五年总成本为12,558美元，其中电力成本为836美元，假设每年行驶15,000英里）。尽管占比不高，但驾驶员对运营成本非常敏感。研究表明，预期燃油或电力成本的现值每增加1美元，买家愿意支付的车辆价格就会减少0.75美元（Allcott和Wozny，2014年）。这表明电价可以显著影响EV的采用，尤其是在EV成本仍高于ICE车辆时。
由于住宅电力价格较低且电力效率较高，EV的每英里燃料成本通常低于汽油车。在美国，家庭充电的费用大约相当于每加仑1.41美元，而汽油价格约为每加仑3.00美元（Kirk，2024年）。这些燃油节省每年可节省数百美元，使EV随着时间的推移更具成本竞争力。分时（TOU）电价可以进一步降低成本。TOU电价鼓励EV车主在电价较低的非高峰时段充电，从而降低电力成本。
除了节省充电成本外，TOU电价还有助于电力公司通过将负荷转移到非高峰时段来平衡需求，创造系统层面的经济效益（Birk Jones等人，2022年）。此外，瑞士居民电力需求的证据表明，随着人们逐渐适应TOU电价，长期来看他们会将更多电力使用转移到非高峰时段。这表明TOU电价不仅提供了即时的成本激励，还对消费者行为产生持久影响，从而长期支持电网效率（Filippini，2011年）。
虽然这些因素已分别被研究过，但对其对长期EV采用、消费者福利和能源使用的相对和综合影响了解较少。本研究使用橡树岭国家实验室开发的“先进汽车技术市场接受度”（MA3T）模型，模拟了2024年至2050年美国轻型车辆的采用情况。分析将车辆分为六种动力系统类型，包括电池电动车（BEV）、插电式混合动力车（PHEV）、汽油车和柴油车。我们评估了15种情景，分别考虑了电池成本、家庭充电安装成本和TOU电价的单独和组合影响。除了市场份额预测外，我们还评估了消费者剩余和能源消耗。通过量化这些因素的单独和交互效应，本研究提供了未来25年内它们如何影响车辆市场动态的见解。
文献综述
美国EV的采用受到技术进步、基础设施发展、经济激励和电价策略的推动。研究人员通过历史采用数据的实证分析以及预测未来情景的模拟模型来探讨这些因素。实证研究使用差分法等准实验方法分析历史数据，以估计统计关联性和因果效应。
MA3T模型
我们使用了橡树岭国家实验室（ORNL）开发的“先进汽车技术市场接受度”（MA3T）模型，模拟了2024年至2050年美国轻型车辆（LDV）的市场采用情况。MA3T采用嵌套多项逻辑回归（NMNL）框架，预测20种动力系统技术（如传统火花点火汽车、续航里程为100/200/300英里的电池电动车）在5个车辆类别（轿车、SUV、皮卡、卡车SUV、厢式货车）中的年购买概率。
结果
本节报告了MA3T模拟在基准情景和替代情景下的结果。我们跟踪了四个主要指标：（1）BEV市场份额：新轻型车辆销售中BEV的比例。（2）采用里程碑：BEV首次超过新车辆销售50%的年份。（3）能源节约：相对于基准情景的能源消耗减少量，以万亿英热单位（Btu）表示。（4）相对消费者剩余：相对于基准情景的消费者剩余变化。
结论
EV的采用影响着未来车辆市场、能源使用和消费者福利。作为行业利益相关者和政策制定者，了解哪些成本因素具有最大影响对于有效分配资源至关重要。本研究评估了三个主要成本因素——电池组成本、家庭充电安装成本和TOU电价——在2050年前对车辆采用的影响。
研究结果揭示了这些因素的影响层次结构。
作者贡献声明
Manlin Gong：撰写初稿、可视化展示、验证、方法论设计、数据分析、数据整理。Ruixiao Sun：审稿与编辑、撰写初稿、验证、监督、软件开发、资源协调、项目管理、方法论设计、资金筹措、数据分析、概念构思。Yuche Chen：审稿与编辑、监督、概念构思。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者感谢诺克斯维尔大学的David Greene博士在模型更新和校准方面提供的宝贵意见，这些工作显著增强了分析的准确性。本研究得到了美国能源部（DOE）“关键矿产与能源创新办公室”交通技术办公室分析项目的支持。作者感谢各方的支持，并对研究内容负全责。
