基于外部效应理论的陕西电动汽车充电服务价格策略研究

杨文宇，胡长青，王艳，刘琰，王中阳

（1.国网陕西省电力公司，陕西西安 710048；2.西安理工大学，陕西西安 710048）

基于外部效应理论的陕西电动汽车充电服务价格策略研究

杨文宇1，胡长青1，王艳2，刘琰1，王中阳1

（1.国网陕西省电力公司，陕西西安 710048；2.西安理工大学，陕西西安 710048）

电动汽车消费者充电价格由电网充电电价和充电服务价格两者构成。在国家已经出台电网充电电价基础上，电动汽车充电服务价格是否合理是影响电动汽车产业化发展的关键问题之一。提出一种电动汽车充电服务价格制定方法。该方法基于外部效应理论，通过分析充电站建设成本、运维成本、财务成本、电能所替代的能源类型等影响充电设施运营商和电动汽车消费者成本效益的主要因素，建立了成本-效益分析数学模型，分别从静态和动态角度分析双方投资使用电动汽车的经济性，研究电动汽车充电服务销售者与消费者双方价格匹配曲线，为政府制定充电服务价格提供决策依据。以西安市典型充电站为例进行了测算分析，结果表明提出的充电电价测算方法的合理性和有效性。

电动汽车；服务价格；外部效应理论

随着国家新能源政策的出台，电动汽车产业的发展将迎来新的机遇。加快电动汽车充电设施建设是推动电动汽车产业发展的重要环节，对培育潜在用电市场具有重要意义。2014年，出台了《国家发展改革委关于电动汽车用电价格政策有关问题的通知》，明确了充电设施经营性企业售电价格包括两部分，分别是充电价格和充换电服务费。然后，国家层面仅规范了全国电动汽车充电价格，同时，指出充电服务价格由各地根据实际情况制定。因此，充电服务价格制定的合理性是电动汽车推广应用的关键问题之一。

本文引入外部效应理论分析电动汽车充电服务价格构成，考虑政府在充电服务价格制定及实施补贴方面的关键作用。本文中首先确定充电设施运营商以峰谷分时电价从电网企业购入电能，在此基础上考虑2种电动汽车充电服务价格定价方式。第一种是在购电电价基础上直接增加充电服务费作为充电销售电价，执行峰谷分时电价；第二种是核定统一最终充电电价，不执行峰谷分时电价。在每种情况下，分别从充电设施运营商和消费者角度出发，计及资金的时间成本，以运营商和消费者均能实现盈利为原则，研究充电服务价格的制定和政府补贴水平。最后，结合陕西省西安市某充电站为实例，对充电服务价格和补贴水平进行了测算，证明了本文方法的可行性。

1 外部效应模型

1.1 外部效应理论及模型

外部效应（Externality）亦称外部性、外部成本、或溢出效应（Spillover Effect），20世纪初由剑桥大学的庇古提出[1]。含义是指在2个当事人缺乏任何相关的经济贸易的情况下，由一个当事人向另一个当事人所提供的物品束。外部性可分为正外部性和负外部性。在完全竞争市场下，根据利润最大化原则，当生产者的边际私人成本应该等于商品价格，即p= MC时，生产者获得最大化利润并且达到均衡状态。此时若不存在外部性，则边际私人成本等于边际社会成本，即p=MC=MSC。则M点为生产者的均衡点，如图1所示，表示外部效应与私人成本和社会成本的关系。

图1 正外部效应性Fig.1 Positive externality

若存在正外部性，生产者为了获得最大化利润，必定要把产量扩大到价格等于私人成本的那一点，但此时的边际私人成本大于社会边际成本MC＞MSC，有p＞MSC，这时只有把产量扩张到Q才能使MSC=p。横轴是产品的产量，纵轴表示产品的价格。由于是完全竞争市场，所以需求线n是一条水平线。

充电站作为电动汽车产业链中的一环，和电动汽车产业一样存在明显的正外部性特征。电动汽车产业对减少温室气体的排放，改善环境污染，促进可持续发展带来了巨大的正外部性经济效益。而对于充电站的经营者和建设者来说，在产业发展初期建设经营充电站不仅需要巨大的投资，更要承担技术不稳定等系列因素带来的巨大风险。按照上述理论，我们主要研究政府干预在电动汽车充电设施建设及运营市场的必要性及干预程度。

1.2 充电设施运营商效益模型

本文运用的动态指标包括动态投资回收期、净现值、内部收益率，充电设施运营商效益模型为：

式中：NCFt为任意第t年净现金流量；CIt为第t年现金流入量；COt为第t年现金流出量。

由于项目计算期包括建设期、经营期以及终结试点，基于以上假设，该模型为

式中：CJ为充电站设施成本；Ib为政府补贴；QC为充电站年充电电量；DC为充电服务费（即充电电价与电网电价之差）；CY为充电站运维成本；CZJ为充电站年折旧额；CCW为财务费用。其中

式中：IJ为投资总额，即充电站建设成本；n为充电站使用，按15年计算；s为建设期；P为充电电价；πP为等效电网电价。

经济模型中，要求各指标满足动态评价要求。

1.3 消费者相对效益模型

按照市场机制的趋利法则，获得同等使用效用时，消费者会选择成本更低的商品。一般而言，充电电价越低，消费者越倾向于选择电动汽车。但考虑到充电站运营商的效益，充电电价不可能过低。因此，本文通过比较2类车使用成本，同时考虑电池寿命期末的回收价值，建立消费者相对效益模型，即

式中：C1为传统燃气车的使用成本；C2为电动汽车的使用成本；CG1为传统燃气车的购车成本；Cq为传统燃气车的能耗费用；SJY为传统燃气车经营权使用费；CG2为电动汽车购车成本；Cd为电动汽车充电电费；ICZ为电动汽车电池残值收入。

当Y≥0时，电动汽车使用成本相比燃气汽车低，消费者选择电动汽车更经济。

充电设施运营商效应模型和消费者效益模式主要区别在于目标主体不同，进而考虑的影响因子不同，前者侧重投资收益角度，后者侧重消费成本。

2 充电服务价格分析

2.1 基于资本支出项目动态评价指标法的经济效益指标的充电服务价格

本文采用资本支出项目动态评价指标法测算并制定充电服务价格。相对于静态评价指标[2]，动态评价主要考虑投资项目的现金流量按照货币时间价值进行计算，包括动态投资回收期T、净现值NPV（net present value）、内部收益率IRR（Intemal rate of rerurn）等。各指标特征如表1所示。

表1 资本支出项目动态评价指标Tab.1 Dynamic evaluation index for capital expenditures items

根据公式，计算充电站运营商与消费者的收入和成本，进而推算出运行商和消费者可接受的充电服务价格。具体方法如下：

1）充电站运营商可接受的充电电价计算。将式（2）带入表1中各项指标的计算，当判决条件相等时，可得到运营商刚好收回成本时的充电服务价格，其中最高者为运营商可接受的最低充电服务价格。

2）消费者可接受的充电电价计算。将式（2）带入表1中各项指标的计算，可得到消费者实现相对盈利时的充电服务价格，其中最低者为消费者可接受的最高充电服务价格。

3）由1）和2）所得电价如果构成交集，即双方均可盈利的充电服务价格区间，其中上限为消费者可接受的最高充电服务价格，下限为运营商可接受的最低充电服务价格。如果没有交集，那么按照外部效应理论，就需要第三方进行政策干预。

2.2 政府补贴的分析方法

按照外部效应理论，如果价格在服务提供者和消费者之间没有交集，政府作为第三方一般需要进行政策干预。而电动汽车产业链包括电动汽车生产者、电池生产者、充电站建设者、充电站运营商、电力供应商、电动汽车消费者、电力服务消费者等多个环节，政府对不同环节进行补贴会产生不同的影响。本文提出按照“制造和服务并重”策略进行补贴。

3 实例分析

3.1 电动汽车充电价格数据

按照发改价格〔2014〕1668号文件，对于充电设施运营企业执行大工业电价。2020年前，暂免收基本电费。

西安市电动汽车充电站充电车型及充电特性如下：电动汽车充电服务消费者可以分为四类用户。第一类是居民用户，执行居民生活用电，一般在居民小区停车场充电；第二类是党政机关、企事业单位用户，执行一般工商业用电，一般在单位停车场充电；第三类是电动出租车用户，一般在经营性的充电站充电，执行大工业生产用电基础上再加充电服务费；第四类是电动公交车用户，一般在公交停车场充电，执行大工业生产用电基础上再加充电服务费。各充电车型及充电价格如表2所示，通过分析可知，前两者对充电服务价格不敏感，而消费经营性充电站充电服务的主要是电动出租车和电动公交车。所以，本文研究的充电服务价格对象主要针对后两类服务消费者。

按照峰谷分时电价同时考虑电动汽车24 h不同时间段充电概率，本文中确定运营商从电网企业购电的等效电价为0.58元/kW·h。

表2 充电车型及充电价格Tab.2 Charging price for different type of motorcycle

3.2 消费者充电价格测算

3.2.1 燃油车消费者充电价格测算

本文以比亚迪E6（纯电动）和F3（燃油）2种车型进行对比分析（详见表3）。电动出租车折算后的日购车及运营成本为171.37元，而燃气出租车日购车及运营成本为281.76元，按照不超过天然气出租车购置及运维总成本的原则测算充电服务价格不宜超过1.226元/kW·h。

表3 燃油车充电价格测算Tab.3 Charging price for fuel vehicle

3.2.2 燃气车消费者充电价格测算

本文以比亚迪E6（纯电动）和F3（燃气）两种车型进行对比分析。电动出租车折算后的日购车及运营成本为171.37元，而燃气出租车日购车及运营成本为202.7元，按照不超过天然气出租车购置及运维总成本的原则测算充电服务价格不宜超过0.348元/kW·h（详见表4）。

表4 燃气车充电价格测算Tab.4 Charging price for gasl vehicle

可以看出，电动汽车所替代的不同燃料汽车对充电服务价格区间范围是不同的。

3.3 充电设施运营商充电服务价格测算

3.3.1 电动出租车等乘用车充电设施运营

基础数据：按照峰谷分时电价同时按照24 h均匀充电，运营商从电网企业购电的等效电价为0.58元/kW·h。典型充电站设计50个充电桩，每桩充电242.3 kW·h/日，一年按运营360天计算，则每个站全年充电电量436万kW·h。

方案一：仅考虑充电站运维成本，不考虑建设成本和财务成本的企业盈亏平衡电价。

充电成本电价＝运营成本/售电量＋购电成本= 1.068 5元/kW·h

方案二：仅考虑充电站建设静态投资成本和运维成本，不考虑财务成本的企业盈亏平衡电价。

充电成本电价＝建站年静态成本/售电量运营成本/售电量＋购电成本=1.233 6元/kW·h

方案三：考虑充电站建设成本、财务成本、运维成本后企业盈亏平衡电价。

充电成本电价＝建站年成本/售电量＋运营成本/售电量＋购电成本=1.373 3元/kW·h

由表5可知，电动出租车充电设施运营商的成本电价为1.068 5-1.373 3元/kW·h之间。

表5 电动出租车充电设施运营成本测算Tab.5 Charging price for electric taxi charger

3.3.2 电动公交车充电式设施运营

按照峰谷分时电价同时按照实际统计充电特性充电（公交车），运营商从电网企业购电的等效电价为0.38元/kW·h。同理，电动公交车充电设施运营商的成本电价为0.92～1.82元/kW·h之间。

可以看出，充电设施运营商成本电价与建设成本、运维成本、充电频次、充电时间段密切相关，测算出的成本电价是一个区间段。

3.4 运营商与消费者对充电服务价格的对比分析

从充电设施运营商角度：电动出租车充电设施运营商的成本电价为1.068 5～1.373 3元/kW·h之间，充电服务价格成本在0.488 5～0.793 3元。电动公交车充电设施运营商的成本电价为0.92～1.82元/kW·h之间，充电服务价格成本在0.34～1.24元/kW·h。

从充电服务消费者角度：燃气出租车能接受的充电服务价格不超过0.348元/kW·h。燃油出租车能接受的充电服务价格不超过1.226元/kW·h。

可以看出，对充电服务不同的消费者对价格的接受程度也不同；为不同类型电动车提供服务的充电运营商运营成本价格也不同。结合西安市电动汽车充电服务实际情况，约定以下边界条件：考虑原有消费者是燃气出租车，服务提供者为电动汽车充电设施运营商，本文测算成本包括充电站建设成本、财务成本、运维成本后企业盈亏平衡电价。

在这种条件下，运营商充电服务成本为0.793 3元/千瓦时，燃气出租车能接受的充电服务价格不超过0.348元/kW·h。两者之间不存在双赢的价格区间。

3.5 政府补贴对充电价格的影响分析

在充电服务提供商和服务消费者之间没有双赢的价格区间情况下，必须由政府提供相应的充电价格补贴来推动电动汽车产业的发展[3]。

政府提供补贴的方式有4种途径：第一种是直接补贴车企，降低购车成本[4]，是较为常用的补贴方式；第二种是直接补贴充电设施运营商，降低建设和运营成本，有利于培育充电服务竞争市场[2]；第三种是补贴电网企业[3]，直接降低购电成本，但是操作复杂；第四种是直接补贴电动汽车消费者，可以明显降低电动汽车日常使用成本。目前，国家层面和各地政府主要采取的第一种补贴方式，而对于充电设施运营商没有合理的充电服务价格政策，无有效的盈利模式，势必影响电动汽车的推广应用。

3.6 其他影响充电服务价格的因素分析

影响充电服务价格的因素还包括充电桩充电利用率、车桩比、充电站回收周期等多种因素。

4 结论

本文在国家已确定充电电价基础上，充分考虑两种充电服务价格、政府补贴、不同燃料车辆等因素条件下，对充电服务价格的制定进行了深入探讨。

1）政府必须在充电电价基础上，制定合理的充电服务价格。只有合理的充电价格，才能确保充电设施运营商、消费者双方都能从中获益，进而推动电动汽车产业的发展。

2）在国家已确定充电电价基础上，充电服务价格与充电站建设成本、运维成本、财务成本、电能所替代的能源、充电服务的车辆等多种因素密切相关。

3）根据西安市现有充电站建设及运维情况，以及电动出租车运营情况测算，本文测算结果：若电价执行峰谷分时电价，则运营商的充电服务价格应为0.793 3元/kW·h；若消费者执行统一电价，则充电销售电价应为1.373 3元/kW·h。

[1]赵茜，李成仁.电动汽车充换电服务收费模式探析[J].商业经济，2013（19）:49-51.ZHAO Qian，LIChengren.Analysisofservice fee collection mode for charging electric vehicles[J].Shangye Jing ji，2013（19）:49-51（in Chinese）.

[2]路宽，刘思，牛新生，等.运用成本效益分析的电动汽车充电电价制定[J].电力系统及其自动化学报，2014，26（3）:76-80.LU Kuan，LIU Si，NIU Xinsheng.et al.Pricing method of electric vehicle charging by using cost-benefit analysis[J].Proceeding of the CSU-EPSA.2014，26（3）:76-80（in Chinese）.

[3]LI Z，OUYANG M.The pricing of charging for electric vehicles in China—Dilemma and solution.Energy.[J].2011，36（9）:5765-5778.

[4]ZHANG X，SONG Y.Dynamic breakeven analysis on the charging price of electric vehicle charging station[C].// Electricity Distribution（CICED），2012 China International Conference on.IEEE，2012:1-4.

Study on Charge Service Price of Pure Electric Vehicles Based on Externality

YANG Wenyu1，HU Changqing1，WANG Yan2，LIU Yan1，WANG Zhongyang1
（1.Prorities in Shaanxi province electric power Company，Xi’an 710048，Shaanxi，China；
2.Xian university of science and technology，Xi’an 710048，Shaanxi，China）

Electric vehicle charging consumer price consists of grid charge price and charging service price.Based on the fact that grid charge price has been introduced in China.The electric vehicle charging service price is reasonable is one of the key issues affecting the development of electric vehicle industry.This paper proposes a method to develop the electric vehicle charging service price.The method based on externality theory，analysis the main factors affecting charging facilities operators and electric car consumer cost benefit，such as the charging station construction cost，operation and maintenance cost，financial cost，electric energy alternative energy.In this paper，we establish the cost-benefit analysis mathematical model，respectively，from the view of static state and dynamic state analysis both investment economic of electric vehicles，and studiy electric vehicle charging service sellers and consumers both price curve matching，for the government to formulate charging service price to provide basis for decision making.Taking Xi’an typical charging station as an example to calculate and analyze，the results show that the proposed setting method of charge price is reasonable and effective.

pure electric vehicles；charge service price；Externality

2014-10-21。

杨文宇（1973—），男，博士研究生，研究方向为电力系统规划，电动汽车充电设施规划。

（编辑 黄晶）

1674-3814（2016）05-0104-05

U469

A

陕西省科学技术研究与发展计划项目基金（2016KRM085）。

Science and Technology Development Project of Shaanxi Province（2016KRM085）.