双碳目标背景下上海新能源汽车保有量及用电需求分析及预测

戚宇辰　姜雨萌　李灏恩　崔旻　谢云飞

摘 要：本研究旨在分析和预测在3060双碳目标背景下，上海地区新能源汽车至2060年的保有量及用电需求趋势。通过收集上海新能源汽车历史保有量、行驶里程、能耗水平等数据，运用Gompertz、Logistic时序分析、以及国际对标等方法，得出以下结论：上海地区新能源汽车的保有量逐年增加，增速呈现先快后慢的趋势，预计在2040年左右趋于饱和。饱和值与城市车辆极限保有量和经济发展水平相关，根据人口规模等城市发展条件，若极限保有量越大、经济发展水平越高，则新能源汽车保有量也会越大。此外，不同场景的模拟结果显示，未来新能源汽车用电需求将呈倒U型趋势，大幅增加后略微下降，拐点预计出现在2040年左右。这一变化主要是由新能源汽车保有量达到饱和阶段后电耗的进一步下降所驱动。总体而言，面向3060目标未来上海新能源汽车用电需求的变化将对上海电力系统的科学规划和有效管理提出新的挑战，需要积极采取相应措施来确保电力供应的可靠性和稳定性。

关键词：双碳目标 新能源汽车 经济发展 能源消耗 用电需求

1 引言

2020年9月，我国确立了2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标，《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》提出，应优化交通运输结构，推广节能低碳型交通工具，并积极引导低碳出行。同时，《上海市碳达峰实施方案》强调推动运输工具装备低碳转型，加快推进公共领域车辆全面电动化，并积极鼓励社会乘用车领域电动化发展。

随着全球能源需求不断增长和环境问题日益突出，新能源汽车作为交通领域可持续发展的解决方案备受关注和推广。根据《中国新能源汽车大数据研究报告2022》，2021年上海市新能源汽车的全国占比位居首位，紧随其后的是深圳和北京。此外，上海市的电动化率（新能源汽车保有量与当期汽车保有量的比率）也名列前茅，达到了约12%。根据“上海发布”的数据，2022年上海机动车保有量达到537万辆，其中新能源汽车保有量达94.5万辆，电动化率进一步提高到17.6%。

根据国家双碳目标，以及电网等对于全国新能源汽车的预测，预计到2060年，城市运行的中国机动车中绝大多数为新能源汽车，这既是能源革命的趋势，也是实现双碳目标的必然选择。随着新能源汽车技术的不断进步和政府对新能源汽车的支持政策的不断推进，上海的新能源汽车保有量呈现快速增长的趋势，而相应的能源消耗问题也日益受到关注。研究上海新能源汽车保有量与能源消耗发展趋势对我国实现绿色、低碳交通的目标提供政策参考，具有至关重要的意义。

本文将利用上海新能源汽车历史保有量、行驶里程、能耗水平等数据，并通过运用Gompertz、Logistic时序分析、国际对标等方法，分析上海新能源汽车保有量的增长以及其能源消耗的趋势，以期为上海市乃至全国实现双碳目标，提供科学的决策依据和指导建议。

本文的安排如下：第一部分为引言，第二部分对相关文献进行总结与分析，第三部分介绍预测方法，第四部分介绍数据来源及重要变量的预测结果，最后综合方法与数据来预测与分析最终结果并提出相关建议。

2 文献综述

针对汽车保有量的预测，马艳丽、高月娥（2007）指出，由于交通运输的复杂性和多样性，选取不同的预测方法和影响因素会得到不同的结果，主张应通过趋势外推法、情景分析法等进行情景分析并综合评价，并预测了2030年全国汽车保有量为2.3-2.5亿辆。王玲玲等（2006）运用线性回归方法及1990-2000年的数据预测发现2001年的值与实际值之间约有1%的误差，短期预测有效。李瑞敏等（2013）分析了机动车保有量的发展趋势，认为在未实施控制政策的情况下，人均机动车保有量与人均GDP有较强正相关关系，与人口密度有一定负相关关系。姚广铮等（2020）推算中国超大城市、特大城市和大城市远期的千人汽车保有量将分别处于300辆/千人，350辆/千人和400辆/千人左右的水平，小城市可能达到450辆千人甚至更高水平。

关于车均行驶里程，何晓云等（2017）利用杭州市数据进行研究发现，所有车型的机动车随着车龄增加，年行驶里程减小。马冬等（2021）选取了2017年中国6个典型城市有效年检行驶里程数据，发现小型客车年均行驶里程约为1.2万公里，随车龄变化不大，而出租车年均行驶里程约为10.0万公里，随车龄变化缓慢下降。随着高铁和城市轨道交通的发展以及城市车辆限行政策的实施，小型客车和出租车的年均行驶里程总体呈下降趋势。Shi（2020）研究了上海新能源汽车的使用模式。结果显示，纯电动汽车和PHEV主要用作通勤车辆，平均速度低于25公里/小时，约80%的电动汽车每天行驶在60公里以内。受空调能耗和复杂驾驶条件影响，纯电动汽车或PHEV每100公里的实际耗电量大于制造商提供的耗电量。

此外Vand（2019）通过问卷调查发现在上海收入水平和环保意识是影响使用绿色能源产品的主要因素。Zhao（2021）对上海消费者的新能源汽车接受度的研究显示，上海电动汽车的主要买家的年龄分布集中在31岁至40岁之间。高收入、高教育程度和居住在市中心的消费者更愿意选择电动汽车。

综上所述，目前的研究大多限于中短期预测，本文在上述文献的研究基础上，进一步对标与上海发展特征相似的国外大型都市，预测分析到2060年期间上海的极限汽车保有量，新能源汽车保有量。并在此基础上预测上海新能源汽车未来的电力消耗情况。

3 新能源汽车保有量的预测方法

新能源汽车的年用电需求可以根据新能源汽车保有量、平均百公里电耗以及年平均里程计算得到，即：

elec=v*ec*m                                            （1）

其中，elec为新能源汽车年用电需求，v为新能源汽车的保有量，ec为平均百公里电耗，m为年平均里程。

因此，这里的关键是对未来新能源汽车的保有量的估算。首先，我们采用Logistic函数模型方法来预测汽车保有量。考虑到Logistic反映的是“自然生长”，如不加修订直接进行估算，会因为遗漏经济社会发展的重要信息等而导致预测结果产生较大的误差。因此本文在用该方法预测的城市汽车极限保有量的基础上，进一步根据经济发展水平GDP，人口增长率等未来新能源发展阶段和政策趋势等信息进行调整。

在这里我们将新能源汽车保有量的增长率设定为：

（2）

r（p）=-                                        （3）

这里的p为新能源汽车保有量，t为时间，r为增长率，r（p）为对应汽车保有量为p时的汽车保有量增长率，k为常数，当p=pm时，此时的增长率恰好为0。方程（2）则表示新能源汽车保有量p在t时间的导数，即t时间点的增长量。方程（3）则表示增长率r应当是p的减函数，pm为新能源汽车的极限值，当p=pm时，r为0。联立方程（2）（3）并解这个微分方程组并进行整理可得（4）式：

p（t）= （4）

其中p0表示t=0时的初始值，这里的以及k可以通过对方程式（3）利用历史数据进行回归得出。

方程式（4）基于Logistic函数的预测，仅仅考虑了近年上海新能源汽车的总量与增长率，未考虑到人均GDP增长，新能源汽车保有量极限值，对非新能源汽车的替代问题，以及双积分政策、非财税政策（如环境等）等政策因素，因此所得到的新能源汽车保有量需要调整。这里我们首先通过乘以一个主观的强度系数进行调整，该强度系数与政策支持、国民对于新能源汽车心态变化以及国民的环保意识等有关，并假设该强度系数的变化也符合“生长”规律，考虑到近年来国民的环保意识快速提高以及已有大量相关高强度政策的出台，故按照“生长”规律的后半段趋势来刻画该系数的变化，即按先快后慢的增长趋势变化。为简化起见，强度系数在2035年左右达到2，在2060年达到2.5。

其次，我们进一步采用Gompertz函数模型方法进行调整预测，参考欧训民（2022）等对人均 GDP 和千人新能源汽车极限保有量进行拟合，得到针对不同人均GDP以及千人新能源汽车极限保有量情形下的新能源汽车保有量的变化。

这里将新能源汽车保有量、新能源汽车保有量极限值以及人均GDP的关系设定如下：

（5）

ln（-ln（EVt/EVs））=ln（-α）+βPGDPt （6）

其中，EVs为假设的新能源汽车极限保有量，EVt为当期的新能源汽车保有量，PGDP为人均GDP，下标t指年份。α与β为Gompertz函数的参数，可以通过历史数据进行回归得出估计量。

4 数据来源及预测结果

4.1 上海新能源汽车的保有量

4.1.1 上海人均极限拥车量的估算

人均拥车量是指特定地区平均每人的车辆保有量，跟该地区或城市的经济发展水平以及人口规模相关。如图2所示，从日本的数据可以发现在经济水平和城市规模发展到一定水平之后，人口密度与人均拥车量呈明显的负相关关系。上海的人口密度和日本神奈川相近，均低于东京的人口密度。2021年的人均拥车量，上海为0.2，神奈川为0.4，东京为0.3。因此若对标日本，则上海的人均拥车量还有很大上升空间。同时，英国伦敦的数据（图3）则显示出其人均持牌车辆大约在0.3-0.4区间范围内，2005年左右达到峰值后呈现下降趋势，其原因可能是人口密度的进一步上升所致。

基于日本和英国的经验，并参考姚广铮等（2020）推算的结果，即远期中国超大城市千人汽车保有量为300辆/千人，同时考虑到汽车占机动车的比例较大（2018-2021年的比例如图4所示）以及未来科技水平和城市规划水平的进一步提高，我们假定未来上海人均汽车保有量在0.3-0.4之间。另外根据上海的城市规划，未来上海常住人口为2500万人，因此可假定未来上海极限汽车保有量将在750万到1000万量之间。同时在双碳目标下，95%的绝大部分汽车将被新能源汽车所替代，因此新能源汽车的最终极限保有量将在700到950万之间。

4.1.2 上海未来新能源汽车保有量的趋势估计

调整后的结果如图5示，可以看到这个假定前提下的极限值，落在我们预估的极限值范围内，说明我们的主观设定也具有一定的合理性。为保证结果的稳健性，排除主观因素，本文进一步使用Gompertz函数进行预测及对比。

这里我们将方程式（6）改写为如下形式

Ｙ=θ+βPGDPｔ （7）

其中Y=ln（-ln（EVt/EVs））作为被解释变量，EVs为假设的新能源汽车极限保有量，EVt为当期新能源汽车的保有量。PGDPt为当期人均GDP，作为解释变量。即假定在某一时点（t）的新能源汽车的极限值与当期新能源汽车的保有量之间的差距及其变化，与经济发展水平（人均GDP）之间存在相关关系，那么利用历史数据，对（7）式进行回归，就可以得到待估参数β与θ。

本文利用2014-2021年上海新能源汽车数量以及历年的实际人均GDP数据回归得到α、β参数后，再利用基于CGE模型测算未来的到2030，2060年的人均GDP数据，计算出不同情景下的上海新能源汽车极限保有量，如表1所示。

从图6中可以看出，调整后的Logistic函数预估的结果，即情景7的结果在2040年后均落在其他情形的假定结果的范围之内。但之前的2025，2030，2035年的结果偏大。其可能原因是调整中考虑了疫情后的反弹，以及近些年在政策驱动下新能源汽车技术的日益成熟等因素，这些因素都可能会加速新能源汽车对非新能源汽车的替代。

4.2 上海新能源汽车的种类及电耗水平

4.2.1 车型分类

《节能与新能源统计年鉴》将新能源汽车分为乘用车、商用车、专用车，对应的电耗情况由大到小为商用车、专用车、乘用车。近年来乘用车的占比为95%。不同车型“能耗”差别比较明显。如表2所示，如不考虑重型货车，乘用车、微型货车、轻型客车、轻型货车较为接近，可以归为小车能耗类，而中型客、货车，大型客车可归为较高的大车能耗类（之后重型货车也归入这一“ 大车能耗”）。

为简化起见，本文将上海新能源汽车种类分为两档，即将专用车并入到乘用车、商用车部分，并按照乘用车、商用车的比例仍然为95：5，分别称之为“小车”档和“大车”档。

4.2.2 电耗基准值的设定

从表3可以看出，新能源汽车电耗的下降路径为线性。在2025年，2030年，2035年，技术领先的典型A级纯电动车综合工况电耗分别小于11，10.5，10kW·h/100km（CLTC）。同时，技术领先的典型纯电动客车（车长12m）综合工况电耗分别小于65，60，55kW·h/100km（CHTC）。考虑上海新能源汽车的先发优势，我们以此技术领先车型的临界水平，作为上海新能源汽车未来“小车”“大车”的基准电耗，即：在2025年、2030年、2035年上海新能源乘用车电耗分别为11、10.5、10kW h/100km，上海新能源商用车电耗分别为65、60、55kW h/100km。

此外，考虑到上海的发展可能更快，我们追加设置两种新的情形，即技术发展快与技术发展更快两种情形，电耗水平的变化路径为变化速率先快后慢的指数形式，而最终的2060年的电耗水平分别为基准的0.85与0.7倍。

4.3 上海新能源汽车的车均里程预测

根据能源基金会，上海市新能源汽车公共数据采集与监测研究中心（2021）的数据，上海新能源车现在的日均行驶里程为82.5km，换算为一年则为30112.5km。

而针对车均里程的未来发展趋势，我们参考发达国家的经验来设定。根据荣朝和等（2021）所提供的资料显示，美国、日本和英国自20世纪70-80年代以后的货运周转量增速明显放缓，2000年后甚至出现了绝对量减少的现象。以美国为例，日均出行距离在2001年达到最高点约40英里，至2009年降至约36英里，2017年仍保持在这一水平。在欧洲国家和一些较为发达的东亚城市，汽车保有量已相对较高并达到饱和，人们更倾向于使用公共交通、步行或骑自行车等替代方式。根据“上海发布”报告，在上海，小客车使用强度也在持续下降，2014-2019年期间出车率从83%下降到72%，预计未来随者汽车保有量的增加出车率会进一步下降。同时公路部门旅客周转量占比逐年减少，说明旅客出行方式发生了部分改变图7。此外，结合未来数字经济发展和一些发达国家的历史经验判断，上海未来车均里程下降的可能性更大。

数据来源：《上海统计年鉴》。

因此本文在基准的里程估计条件下，设置了里程下降的不同情形，即里程下降和里程更快下降两种情形，里程水平的变化路径为变化速率先快后慢的指数形式，而最终的里程水平分别为基准的0.6与0.4倍。

4.4 上海新能源汽车未来用电需求预测结果

根据技术发展情况与里程预测，本文的预测结果如下：第一，以调整后的Logistic函数预估的上海新能源汽车保有量为基准的前提下，设置了九种情形（表5），图8显示的是最终的用电需求预测结果。第二，以4.1节估计的七种情形下保有量的平均值为基准，同样设置了九种情形（表5），图9显示的是最终的用电需求预测结果。结果显示，至2060年，上海新能源汽车的电耗均呈现先大幅增加后逐渐饱和至略微下降的趋势，拐点出现在约2040年，反映了技术进步所导致的电耗下降的影响逐渐超过新能源汽车规模扩大所产生的影响，最高值在每年8-25TWh之间，最终回落到每年5-21TWh之间。对比图14与图15，两者形态相似，这在一定程度上表明了结果的稳健性。

5 结论与建议

从本文的预测结果可以看出，无论是何种情形，上海新能源汽车用电趋势都呈现快速增长后小幅下降的趋势。若技术进步越快、年平均里程下降越快、新能源汽车进入饱和阶段越快，则新能源汽车耗电的峰值点也越快到来。

与现在相比，峰值点所对应的耗电量远高于现在新能源汽车的耗电量，这意味着需要重视并调节新能源汽车用电供需关系。通过合理规划和调整电力供应结构，确保新能源汽车的用电需求得到有效满足。同时，加强新能源汽车充电基础设施的建设和优化，增加充电桩数量、提升充电速度和扩大充电网络覆盖范围等措施，以满足日益增长的新能源汽车用户的充电需求。此外，在数字化背景下，推动充电设备与新能源汽车之间的互联互通，实现智能化的充电管理和调度，也可缓解新能源汽车快速增长带来的用电压力。

对于峰值点的到来，需要根据未来实际的发展情况，进行更为精准的预测，并根据相应情形及时调整政策。必须重视峰值点的到来时间并提前调整政策，否则可能存在用电供给超调的风险，可能会对电力系统稳定性造成波动与损失。

参考文献：

[1]荣朝和，林晓言，李红昌，等.运输经济学通论[M].北京：经济科学出版社，2021.

[2]北京亿维新能源汽车大数据应用技术研究中心.中国新能源汽车大数据研究报告2022[M].北京：机械工业出版社，2022.

[3]欧训民，袁志逸，欧阳丹华，等．中国碳中和愿景下交通部门能源碳排放研究——方法、模型和应用[M].北京：经济管理出版社，2022.

[4]中国汽车技术研究中心有限公司.2022节能与新能源汽车发展报告[M].北京：人民邮电出版社，2022.

[5]姚广铮，刘小明，陈艳艳，崔凯俊.城市汽车保有量极限值分析与预测[J].城市交通，2020（05）：110-119.

[6]中国汽车工程学会.节能与新能源汽车技术路线图2.0[M].北京：机械工业出版社，2020.

[7]王玲玲，马骁.我国民用汽车需求的计量经济模型及分析[J].山西经济管理干部学院学报，2006（01）：16-18.

[8]马艳丽，高月娥.我国未来汽车保有量情景预测研究[J].公路交通科技，2007（01）：121-125.

[9]Shi Y.，Zhang，Q.，He A.，Pan A.，Zhang M.，Li C & Wang Z . A real-world investigation into usage patterns of electric vehicles in Shanghai[J]. Journal of Energy Storage，2020（32）：101-805.

[10]Vand B.，Hast A.，Bozorg S.，Li Z.， Syri S. & Deng，S. Consumersattitudes to support green energy： a case study in Shanghai. Energies，2019，12（12）：2379.

[11]Zhao X.， Ma Y.， Shao S. & Ma， T.What determines consumers' acceptance of electric vehicles： A survey in Shanghai， China.[J]. Energy Economics，2020（108）：105805.

[12]李瑞敏，何群，李帅.中国机动车保有量发展趋势分析[J].城市交通，2013（05）：69-75.

[13]中国汽车技术研究中心有限公司，中国汽车工业协会.中国汽车工业年鉴2021年版[M].中汽传媒（天津）有限公司，2021.

[14]吴遇利.机构：2025年上海新能源车销售渗透率最高或达70%.[EB/OL]（2021-01-06）[2024-04-11].https：//www.thepaper.cn/newsDetail_forward_16007275.

[15]上海交通.小客车使用强度持续下降，总出行量维持增长态势！上海市第六次综合交通调查成果发布[EB/OL]（2020-12-19）[2024-02-11].https：//mp.weixin.qq.com/s/2A8vz-Wx3vGkJVTSj8RQCg.

[16]上海发布.2022年，上海机动车保有量达537万辆，机动车驾驶人数量达944万人[EB/OL]（2023-02-11）[2024-04-19].https：//mp.weixin.qq.com/s/yY8x-tVNJ_CMWMeGgGe-lQ.

[17]警民直通车上海.2021年上海机动车500万辆、驾驶人895万！[EB/OL]（2022-01-02）[2024-02-11].https：//mp.weixin.qq.com/s/jm5XwO4Gi-yJTpcnDW1FzQ.