中国纯电动公交车运营现状分析与改善对策.pdf

工作论文 | 2019年 9月 | 1工作论文中国纯电动公交车运营现状分析与改善对策薛露露 韦围 刘鹏 刘岱宗 著OVERCOMING THE OPERATIONAL CHALLENGES OF ELECTRIC BUSES: LESSONS LEARNT FROM CHINA引用建议：薛露露（世界资源研究所）、韦围（北京理工大学）、刘鹏（北京理工大学）、刘岱宗（世界资源研究所）著. 中国纯电动公交车运营现状分析与改善对策. 2019. 工作报告，北京：世界资源研究所. wri/publications.“工作论文”包括初步的研究、分析、结果和意见。“工作论文”用于促进讨论，征求反馈，对新事物的争论施加影响。工作论文最终可能以其他形式进行发表，内容可能会修改。目录背景 . 2研究方法 . 6中国纯电动公交车应用推广现状 . 8中国纯电动公交车运营效率现状 . 14影响纯电动公交车运营效率的因素 . 20车辆性能与实际运营需求的匹配度 . 23充电桩规划与建设实施情况 . 26运营组织调度与充电协同 . 28车辆质量情况 . 33改善纯电动公交车运营效率的建议 . 34注释 . 39引用 . 39致谢 . 40执行摘要公共交通行业以固定路线、公共服务的特点，成为纯电动公交车推广应用的突破口。自2009年启动的“十城千辆”节能与新能源汽车示范推广应用工程正式拉开新能源公交车推广的序幕以来，中国纯电动公交车数量高速增长。2018年全国营运公交车中纯电动公交车数量已超越柴油公交车和天然气公交车，成为规模最大的车辆类型。根据2018年“交通运输部八项重点任务攻坚污染防治”的要求，2020年底中国新能源公交车目标数量要超过40万辆，纯电动公交车将成为完成该目标的重要推手。随着纯电动公交车队的日益增长，已推广的纯电动公交车在运营中遇到的挑战也亟待解决，包括纯电动公交车仍然地理分布不均、运营效率不高，具体表现为纯电动公交车上线率低，日均运营里程远低于传统燃油车，通常需要多于1辆的纯电动公交车才能替换1辆传统燃油公交车。本文揭示，提升纯电动公交车运营效率对纯电动公交车8年生命周期成本的降幅贡献度最大。在2018年，最大化纯电动公交车的使用率，实现纯电动公交车与燃油公交车11替换效率，可节约约110万元的纯电动公交车生命周期成本。在该条件下，即使没有政府购置和运营补贴，纯电动公交车8年生命周期成本已低于燃油公交车。因此，在政府补贴退坡的背景下，公交企业完全可以通过提高纯电动公交车运营效率实现成本的节约。基于大数据分析和问卷调查，本文揭示目前影响纯电动公交车运营的主要因素有：车辆性能与运营要求不匹配、充电桩规划建设不到位、运营组织优化不及时等。其原因有以下几点：一是车辆前期购置中没能妥善处理的问题在运营中浮现，包括车辆性能不满足运营要求、充电桩配套不到位等；二是纯电动公交车引入运营后的必然要求，包括行车计划的调整、运维人力和技术的提升等。2 | 最后，提升纯电动公交车运营效率，促进纯电动公交车推广，需要国家相关部委、行业协会组织、地方行业管理部门、公交企业和车辆生产企业形成合力：建立纯电动公交车性能测试、打分、抽查与公告机制。搭建国家城市企业三级新能源公交车运营监测平台，根据新能源公交车推广地域与车型差异，提供精细化决策依据。提供充电桩建设、电网扩容相关补贴；充电桩规划和建设提前到购车环节（即招投标之前）。公交企业购置车辆时，根据公交线路实际运营需要购置车辆；购车招标时，在招标技术需求和购车合同中增加保障性条款。编制纯电动公交车行车计划时，应针对快充型运营和慢充型运营做出区分；国家相关部委、行业协会与公交企业加强运营优化相关的经验交流和技术工具研发，鼓励更高效的行车计划安排。背景发展新能源汽车（包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车和氢燃料电池汽车等）对中国减轻石油依赖、减少碳排放、推动汽车产业转型升级具有重要的积极意义，对城市防治雾霾、改善空气质量更具有显著作用（见专栏一）。公共交通行业以固定路线、公共服务的特点，成为新能源汽车推广应用的突破口与前沿（见表1）。自2009年启动的“十城千辆”节能与新能源汽车示范推广应用工程正式拉开中国城市新能源公交车10年推广的序幕以来，推广目标、购置和运营补贴为中国新能源公交车的数量爆发提供了必不可少的政策助推（见表2）。与此同时，随着中国城市扩张，公交行业自身也在经历快速发展阶段，运营车辆数量、线路数量均经历稳步增长。较之2014年，2018年运营车辆数量、运营线路数量和运营线路长度分别增长了28%、35%和47%。然而，同一时期，新能源运营车辆数量增长最快，20142018年间爆发式增长了834%（交通运输部2014、2018，见图1）。表 1 | 2017年新能源汽车在公共领域销量分布年销量（辆）公共领域销量占比城市公交89075 29%物流货运84196 28%企事业单位79449 26%出租租赁46672 15%其他（如公路客运）7599 2%来源：中国汽车技术研究中心有限公司 2018图 0 | 各类改善纯电动公交车运营效率的措施所对应的车辆购置和运维阶段车辆购置阶段运营阶段维护阶段车辆因素： 车辆性能与运营匹配度 车辆质量（车辆故障频率）运营因素： 运营组织优化与充电协同充电桩因素： 充电桩规划、建设与完成进度中国纯电动公交车运营现状分析与改善对策工作论文 | 2019年 9月 | 3表 2 | 中国新能源公交车推广国家层面主要政策汇总年份政策内容2009“十城千辆”节能与新能源汽车示范推广应用工程试点推广2013关于继续开展新能源汽车推广应用工作的通知新能源汽车推广购置补助标准2015关于加快推进新能源汽车在交通运输行业推广应用的实施意见目标设置：2020年全国新能源公交车将达到20万辆2015关于完善城市公交车成品油价格补助政策 加快新能源汽车推广应用的通知及新能源公交车推广应用考核办法降低城市公交车成品油价格补助， 增加新能源公交车运营补助2016关于调整新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知新能源汽车推广购置补助标准更新2018交通运输部八项重点任务攻坚污染防治目标设置：2020年全国新能源公交车将达到40万辆图 1 | 中国全部运营公交车辆、运营线路数、运营线路长度和新能源公交车数量增长情况（2014年和2018 年）来源：交通运输部 中国城市客运发展报告（2014）和中国城市客运发展报告（2018）2014年2018年运营新能源公交数(辆)所有运营线路长度(公里)所有运营线路数所有运营车辆数(标台)1,400,0001,200,0001,000,000800,000600,000400,000834%28%35%47%200,00004 | 图 2 | 中国全部营运公交车队燃料构成（2015 年和2018 年）对比（%）图 3 | 2018年中国新能源公交车队燃料结构（%）2015年 2018年来源：交通运输部 中国城市客运发展报告（2015）和中国城市客运发展报告（2018）说明：1. 数据来源于中国城市客运发展报告（2018）2. 为便于简洁说明，占比为0.04%的燃料电池公交车没有单独列出，在数量上并入混合动力公交车。在政府补贴政策和城市公交行业自身购车需求的双重加持下，中国新能源公交车保有量快速增长。截至2018年年底，中国新能源公交车总保有量超过34万辆，占运营公交车辆总数的51%（见图3），超额完成“十三五”目标，即2020年城市公交领域新能源公交车达到20万辆。值得注意的是，根据交通运输部中国城市客运发展报告对新能源公交车的统计口径，新能源公交车实际指代“节能和新能源”公交车，包括混合动力（含插电式和非插电式）公交车、纯电动公交车和燃料电池公交车三类。严格意义上， 非插电式混合动力汽车作为“节能与新能源车”，已不属于目前国家新能源车推广范畴。所以，这一统计口径会比正常意义上的新能源公交车范围大。在新能源公交车的快速普及下，中国城市公交车队的结构发生了巨变：其中，新能源公交车（如纯电动公交车和混合动力公交车）的增幅最大，传统燃油公交车（如柴油公交车和天然气公交车）降幅最大。具体而言，2015年，中国营运公交车中，78%的车辆还是柴油公交车和天然气公交车；但2018年底，公交车队结构已经呈现新能源公交车、传统燃料公交车“二分天下”的局面（交通运输部2015、2018，见图2和图3）。新能源公交 51%纯电动公交 38%混合动力公交 13%传统燃料公交 49%柴油 45%乙醇 1%汽油 1%柴油 22%天然气 25%液化石油气 1%双燃料 1%天然气 33%双燃料 3%纯电动 6%纯电动 38%混合动力 13%混合动力 9%无轨电车 0%其他 0%乙醇 0%液化石油气 0%无轨电车 0%汽油 2%中国纯电动公交车运营现状分析与改善对策工作论文 | 2019年 9月 | 5中国的新能源公交车队中，纯电动公交车规模占比最大、增幅最快。2018年年底，中国纯电动公交车总量约25.5万辆，占新能源公交车总量的75%，全部公交车总量的38%（中国城市客运发展报告2018，见图3）。纯电动车型的强劲增势主要得益于国务院2012年发布的节能与新能源汽车产业发展规划（20122020年），该规划“以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略方向”。纯电动车型的增势还得益于国家和地方对纯电动公交车的大力推广。截至2017年年底，中国纯电动公交车保有量占全球总保有量的99%（布隆伯格新能源财经 2018）；深圳市甚至实现了全市公交车队几乎100%纯电动化。根据2018年“交通运输部八项重点任务攻坚污染防治”的要求，2020年年底，中国节能和新能源公交车数量将有望超过40万辆，其中纯电动公交车将是主要推动力。然而，虽然目前中国投入日常运营的纯电动公交车数量大，但遇到的常见问题除了购置成本高外，车辆运营效率低等问题也日益凸显。对率先规模化推广纯电动公交车的中国城市而言，纯电动公交车运营中的问题影响到公交企业的日常运营质量与效率，加剧企业、地方财政负担；对尚未普及纯电动公交车的城市，这些问题也会造成它们对纯电动公交车认识上的误区，阻碍纯电动公交车的广泛推广。因此，本文基于数据分析和实地调研，深入了解国内城市已推广的纯电动公交车在运营效率上面临的挑战，并将对策和建议反馈到纯电动公交车购置、运营和维护等环节，形成闭环，以期改进存量纯电动公交车运营现状，并帮助城市与公交企业购置更为符合运营需求的新纯电动车。温室气体排放：在目前全国平均 71%的火力发电1水平下，纯电动公交车的油井到车 轮二氧化碳排放在所有车型中最低，比传统柴油公交车少31%38%，比天然气公交 车少42%45%，也低于各类混合动力车型(亚洲开发银行 2018)。随着电动公交车百公里电耗的降低与我国电力发电结构的优化，纯电动公交车的温室气体排放有望进一步降低。专栏 1 | 纯电动公交车的环境效益来源：亚洲开发银行（2018）说明： 据统计，中国纯电动乘用车在车辆生产阶段和运行中全生命周期的排放分别占总排放量的28%和72%（沈万霞等，2017）。由于对公交车没有相关研究，本文暂不计车辆生产侧的排放。专栏图 1 | 传统燃料公交车、混合动力公交车、纯电动公交车年均油井到车轮二氧化碳排放比较（tCO2e）柴油柴油8米10-12米天然气天然气纯电动纯电动油电混合油电混合气电混合气电混合506070104030200尾气排放油井到车轮排放6 | 污染物排放：对比温室气体减排，纯电动公交车比符合国家第六阶段机动车污染物排放标准(以下或简称“国六”)的公交车对空气污染物的控制效果更显著。在“国六”情景下，重型柴油车污染物总量的排放限值为2.04g/kWh。纯电动公交车在100%和71%火电情景下，污染物排放总量(主要为发电侧排放)分别为0.83g/kWh和0.6g/kWh，远低于“国六”的排放限值。如果不计非尾气排放(如发电环节排放、轮胎摩擦排放等)，纯电动公交车本地污染物排放甚至为零。无论以哪一种排放边界 计算，纯电动公交车都是控制城市空气污染的有效措施。专栏 1 | 纯电动公交车的环境效益（续）专栏图 2 | “国六”公交车和电动公交车单车每年污染物排放比较（g/kWh）来源：根据中国电动汽车百人会（2018）修改研究方法本文主要读者对象为国家相关部委、行业协会、城市公交行业管理部门和公交企业的相关人员。为从主观与客观两个视角分析纯电动公交车推广与运营现状，本研究采用大数据分析结合问卷调查两种方式。利用大数据，本文力图了解已推广的纯电动车辆运营现状；此外，为与大数据分析互为补充，本文也基于问卷调查和实地调研，着重收集公交企业、行业主管部门反映的纯电动公交车运营挑战，识别问题根源。在定量、定性分析的基础上，探讨针对存量、增量纯电动公交车运营效率提升应采取的途径与措施。补贴机制不是本文主要讨论内容。样本城市选取虽然中国纯电公交车的规模居全球第一，但纯电动公交车在中国各个城市的发展情况各异。为体现代表性，本文在36个中心城市中选取了12个城市（含北京、深圳、南京、济南、贵阳等），以及3个中小城市（宜昌、株洲和襄阳），共同作为研究对象（见图4）。所选城市的纯电动公交车普及率和经济发展水平、地理位置不同，分属一线、二线和三四线城市，具有相当数量的纯电动公交车队（大于100辆），能较全面地反应全国不同地区、不同类型城市、不同纯电动公交车普及率（见图5）的公交企业运营情况。纯电动公交车普及率偏低的西北和东北城市，由于调研数据量偏低，易受个别、非典型车辆运营数据的影响，且受气候因素影响大，因此没有选为研究样本城市。运营大数据分析本研究基于新能源汽车国家监测与管理中心2018年8月工作日的纯电动公交车运营数据，以城市为单位，分析城市层面纯电动公交车总体运营情况，如上线率、日行驶里程，以及车辆平均充电行为特征，包括充电方式（快充、慢充）、日充电次数、充电时长等。问卷调查分析在定量数据分析的基础上，本研究结合问卷调查方式，在上述15个城市中选取10个城市的交通管理部门和公交企业开展调CO NOx THC SCxPM“国六”公交车纯电动公交车（71%火电）纯电动公交车（100%火电）1.00.52.52.01.500.360.010.080.130.390.401.500.260.060.28中国纯电动公交车运营现状分析与改善对策工作论文 | 2019年 9月 | 7查。问卷除涉及各城市纯电动公交车运营和充电特征外，还涉及纯电动公交车运营中最需解决的问题、影响运营车辆性能指标的因素，以及一线公交运营者对来纯电动公交技术的期望等。问卷调查于2018年8月开展，以在线方式，通过立意抽样方法（purposive sampling），面向10个城市73位在纯电动公交车购置、运营方面具有资深经验的从业者，定向发放问卷，收到有效问卷61份结果前后矛盾或明显不符合事实的问卷被排除在外。由于不同城市的样本数量差别较大例如某城市样本量达到10份，而另一个城市样本量仅有2份，若不做任何统计处理，会导致样本量大的城市过度代表全体，造成样本变差。因而，本研究进而采用自助抽样法（Bootstrap），对每个城市的样本循环进行2400次随机抽样，得到每个城市相同的2400个样本数量，进行比较和分析汇总。图 4 | 本研究样本城市选取图 5 | 2017年36个中心城市纯电动公交车普及率（%）及研究样本城市说明：图中标黄色的城市为本文选择的一部分研究城市；除这部分城市外，研究城市还包括少数非中心城市。来源：交通运输部科学研究院2017中国新能源公交车推广应用研究报告北京青岛上海南京郑州襄阳重庆成都贵阳株洲宜昌武汉杭州深圳济南拉萨天津银川呼和浩特贵阳重庆南宁乌鲁木齐西宁成都兰州广州厦门长春济南哈尔滨西安武汉上海青岛北京南昌合肥福州郑州沈阳50%20%深圳长沙海口太原宁波杭州大连石家庄南京昆明70%80%100%90%30%20%10%60%50%40%08 | 中国纯电动公交车应用推广现状纯电动公交车集中于中心城市和东部地区虽然近年来中国纯电动公交车规模一直在增长，到2018年年底时达25.5万辆，超越柴油公交车和天然气公交车，成为运营公交车数量最大的车型，但目前纯电动公交车推广在城市和区域层面十分异质化。受气候、财政等因素影响，纯电动公交车主要集中分布于中心城市和东部地区。纯电动公交车在中心城市与非中心城市的分布：根据新能源汽车国家监测与管理中心的不完全统计，全国36个中心城市平均每个城市纯电动公交车保有量为1419辆（每个城市新能源运营车辆平均保有量为2754辆），而非中心城市（含中小城市）纯电动公交车平均保有量仅为233辆。此外，虽然全国36个中心城市公交车总数仅占全国公交车总数的40%，但20142018年间51%的新增纯电动公交车集中于中心城市。因此，中心城市纯电动公交车的数量与比例均高于非中心城市。由于三四线城市与地方县市对于购车成本相对敏感，纯电动公交车推广考虑应因地制宜。即便在中心城市中，纯电动公交车推广情况也呈现较大分化：一些城市（如深圳、郑州、长沙等）的纯电动公交车普及率已经超过40%，纯电动公交购买与运营已经形成相对成熟的体系。然而，也有一些中心城市（如贵阳、兰州、重庆等）的纯电动公交普及率不到10%，仍在纯电动公交车购买与运营的初期“摸索”阶段（见图5）。纯电动公交车在地理空间上的分布：根据交通运输部科学研究院的统计，纯电动公交车主要集中于蓝天保卫战重点区域京津冀地区（除北京）、珠三角地区，以及湖南省等东部省份。而受财政、海拔与温度适应性的制约，西北、东北、西南地区纯电动公交车的推广数量明显偏少（见图6）。随着纯电动公交车在中心城市和东部地区的渗透率逐渐趋于成熟，加之纯电动公交技术在温度适应性方面的改善，其在非中心城市和其他地区推广的可行性与必要性也将提上日程。图 6 | 2018年分省（自治区、直辖市）纯电动公交占营运公交总量的比例分布来源：交通运输部科学院统计数据(2017) 注：不含港澳台数据纯电动公交渗透率无数据1-10%20%-30%10%-20%30%-48%江苏上海浙江江西西藏青海甘肃陕西山西河南湖北安徽山东宁夏内蒙古黑龙江吉林辽宁河北北京天津新疆福建台湾海南广东香港广西云南四川重庆贵州湖南澳门中国纯电动公交车运营现状分析与改善对策工作论文 | 2019年 9月 | 9为推广新能源汽车，中国从国家到地方层面均推出车辆购置补贴政策。由于地方补贴不能超过国家补贴额度，因此国家车辆购置补贴额度最大，地方一般以11、12等比例与国家车辆购置补贴进行配套。近年来，随着新能源汽车技术发展和规模扩大（如专栏图3.电池系统成本价格在2013-2016的迅速下降），中国已经正式将2020年定为新能源公交车国家和地方购置补贴退出的时间。为了推动高技术附加值、低排放的车辆普及，国家针对不同车辆技术、电池能量密度、续驶里程，提出不同档的补贴额度。其中，纯电动公交车的国家补贴在2017年前一直处于较高水平，加之退补预期、电池系统单价下降带来车辆价格下降等因素，在一定程度上促进了纯电动公交车销量增长。新能源公交国家购置补贴将于2021年正式退出，新能源公交的推广也将从“政策为导向”向“市场为导向”转移。专栏 2 | 国家层面新能源公交车购置补贴“退补”趋势数据来源：1.关于扩大混合动力城市公交客车示范推广范围有关工作的通知2.关于继续开展新能源汽车推广应用工作的通知（财建2013551号）3.关于20162020年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知（财建2015134号）4.关于调整新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知（财建2016877号）5.关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知（财建201818号）专栏图 3 | 810米非快充类纯电动公交国家补贴上限（元/辆）与电池系统价格变化（元/kWh）（ 20122020年）2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 20203,0001,0005004,5003,9771,7861,5071,3901,3501,200400,000200,000120,00055,0000500,00400,00300,00200,00100,0002,5004,0002,0003,5001,5000电池系统成本单价（元/kWh）电池系统预测成本单价（元/kWh）纯电动公交国家购置补贴上限（元/辆）10 | 产品技术选择多，但仍以慢充公交车为主，车身长度小于10米国内纯电动公交车市场发展成熟，不乏换电、无线充电、超级电容等新国产技术涌现（值得注意，双源有轨/无轨车辆不属于国家和地方补贴范畴，本文中没有计入）（见表3）。表 3 | 不同类型电动公交车技术比较在“尝鲜”各种新技术（如换电等）后，纯电动公交市场正逐渐向快充、慢充两种技术收敛。其中，充电倍率小于3C的慢充方式是目前纯电动公交推广的主流：2017 年我国快充客车产量中仅6%为快充（3C及以上）。然而，随着电池技术逐步兼具能量、功率特征，慢充类纯电动公交车的充电倍率在提升，甚至一些整技术类型城市覆盖度技术完善度资金投入政策支持慢充多数城市高电池电量大，单车价格更高力度大快充少数城市快充电池充电倍率、能量密度等有待提高快充功率大、充电桩投资更高，一些情况下需要对电网进行扩容力度大换电个别城市如北京、青岛、天津换电容易造成电池的耗损平均每辆车需要配备多块电池，才能满足换电需求；和土地占地面积大，导致充电站建设投入大力度大在线充电个别城市如北京、上海、济南高基础设施投入高，可能有碍景观。可利用现有城市无轨电车基础设施，降低投入，减少电池容量和车辆成本双源有轨/无轨车辆不属于国家和地方购车补贴范畴无线充电无充电过程中耗损多、能量传输效率低，充电功率不宜过高，且存在安全隐患无线充电设备成本仍较高，无商业模式；国内无相关标准力度大