交通部署案例集/2024/電動汽車
電動汽車（EV）是指利用電能驅動車輪在道路上行駛的車輛。其主要部件包括電池組、電動機、電力電子控制器、車載充電器和 DC/DC 轉換器等[1]。它的工作原理是將儲存在電池中的電能透過電機轉換為車輪的機械能。電力電子控制器是一個調節電能以實現電機最佳效能的部件。電池是電動汽車中一個龐大的部件，由鋰離子組成。車載充電器將家庭或充電站電網提供的交流電轉換為直流電，這與儲存在電池中的直流電相容。DC/DC 轉換器是另一個部件，它有助於從電池中儲存的高壓產生低壓，以支援車輛的燈光、儀表盤顯示等部件。電動汽車更清潔、更安靜，執行成本也更低。一個令人驚訝的特點是，當內燃機車輛踩剎車時，動能會消散成熱量，使其停止，而在電動汽車中，這部分動能會轉化回電能並儲存在電池中[1]。這是一項蓬勃發展的技術，目前正處於增長階段，一些國家已經制定了政策，以大規模推廣和採用零排放汽車，而另一些國家則處於起步階段。
交通方式隨著時間的推移發生了變化，從步行、馬車、汽船、鐵路、有軌電車、公共汽車到高速鐵路、地鐵。全球約四分之一的排放來自交通部門，道路交通佔這些排放的 75% [2]。內燃機 (ICE) 車輛排放溫室氣體 (GHG)，導致全球變暖和氣候變化現象在世界各地出現。為了瞭解這些排放的影響，人們採取了措施來應對氣候變化現象，例如 2015 年的《巴黎協定》。這是一項國際條約，旨在將全球氣溫升幅控制在比工業化前水平低 2°C，或將其限制在 1.5°C。194 個國家和歐盟已批准或加入該協定，佔溫室氣體排放量的 98% [3]。化石燃料石油儲備僅限於某些國家，而且稀缺，其他國家在進口石油方面花費了大量的預算。所有這些因素都探索了尋找替代能源的途徑，而電動汽車被視為解決該問題的一種可能的解決方案。如今，許多國家，如中國、加拿大、美國、英國、澳大利亞、丹麥、法國、韓國、印度、泰國、印度尼西亞，都制定了針對電動汽車推廣的政策、戰略和計劃，例如補助金、降低進口關稅、降低登記稅、市場份額、充電基礎設施建設和電池製造[4]。全球範圍內所有這些針對電動汽車的舉措有力地證明，電動汽車正在成為下一代交通方式。
1827 年，匈牙利本篤會僧侶安約什·傑德利剋制造了第一臺簡單的直流電機，他後來用它來驅動一個小型汽車模型[5]。文章還指出，第一輛全尺寸的電力驅動馬車是由羅伯特·安德森製造的，它使用不可充電電池，時速可達 12 公里。電動汽車早在 19 世紀 30 年代中期就在美國、英國和荷蘭被髮明出來[6]。
20 世紀初，美國的三分之一的汽車是電動汽車[7]。汽船等交通方式需要一個大型容器來儲存水，需要將水加熱才能轉化為蒸汽來推動。有時，在冬季，加熱過程需要長達 45 分鐘，而且還需要補充燃料，這使得它不適合長途旅行。早期的汽油車使用手動曲柄啟動，需要手動換擋，操作困難，而且會產生噪音和氣味。電動汽車沒有蒸汽和汽油汽車的這些缺點，這使得它在城市內短途旅行中，尤其是在女性中，獲得了很高的知名度。1910 年的電力供應使得為電動汽車充電變得更加容易，其普及率在人群中不斷上升。費迪南德·保時捷在 1898 年研製了一款名為 P1 的電動汽車，並創造了世界上第一款既能用電又能用汽油行駛的混合動力汽車。托馬斯·愛迪生也對電動汽車技術印象深刻，並致力於研製更高效的電池。1914 年，他與他的朋友亨利·福特合作，生產出價格實惠的電動汽車。然而，1908 年亨利·福特推出的 Model T 汽油車對電動汽車造成了重大挫折。Model T 的大規模生產使其易於獲得，而且成本較低。1912 年，電動汽車的價格比汽油車高約 1000 美元。查爾斯·凱特靈發明的電動啟動器消除了汽油車中使用手動曲柄的必要性。在美國發現原油降低了燃料成本，加油站隨處可見，而對於美國農村地區的人們來說，電力供應卻很遙遠。所有這些因素導致電動汽車在 1935 年消失了。
20 世紀 70 年代初的高汽油價格和稀缺性迫使各國尋找其他交通運輸來源或技術。1975 年在美國生產的電動送貨吉普車被用作郵政服務中的試點專案。1971 年在月球表面行駛的美國宇航局的電動月球車是試圖炒作電動汽車技術的一次嘗試。然而，電動汽車的效能較低，時速僅為 45 英里，一次充電行駛的距離僅限於 40 英里，這無法與現有的汽油車競爭[7]。
目前的氣候變化和燃料短缺吸引了公共和私營部門對電動汽車的改進和採用。然而，高昂的 upfront 成本、缺乏充電基礎設施、里程焦慮、車型少、零部件供應、服務站、消費者意識和心理等因素在電動汽車的大規模接受中發揮了重要作用[8]。電池效率的提高，使其能夠以更小的體積行駛更長的距離，以及世界各國政府採取的降低 upfront 成本、建設充電基礎設施等舉措，必將使其作為一種交通方式被更多人接受。
1899 年，亨利·薩頓製造了澳大利亞的第一輛電動汽車，它有三個輪子，續航里程為 40 公里，時速可達 16 公里[9]。這篇文章還強調，在 20 世紀初，墨爾本和悉尼推出了計程車服務，乘客們更喜歡這種平穩、安靜的駕駛方式。同樣，用於運輸易腐物品的電動送貨車、電動公共汽車和有軌電車也在城市中心使用。然而，基礎設施不足、續航里程短、汽油價格便宜等因素導致電動汽車的衰落。
澳大利亞的目標是在 2050 年前將溫室氣體排放量降至 2005 年水平的 43%，並實現淨零排放[10]。其中一個解決方案是轉向電動汽車。在這方面，澳大利亞已制定了《2023 年國家電動汽車戰略》。該戰略指出，澳大利亞 19% 的排放來自運輸部門，預計到 2030 年將成為最大的排放源。澳大利亞擁有豐富的可再生能源，可用於為電動汽車提供動力。此外，由於其擁有大量的鋰和銅、鎳、鎂等其他礦產資源，該國還具有發展電池製造業的潛力[11]。
該戰略還強調，政府將努力提供更多價格實惠的車型，並採取激勵措施，例如註冊返利、從公共車隊中購買二手電動汽車。為了幫助長途旅行，政府將在主要高速公路上每隔 150 公里設定一個電動汽車充電站。各州政府也制定了各自的戰略，例如《新南威爾士州電動汽車戰略》（2021 年）、《西澳大利亞州電動汽車戰略》（2020 年），其中都制定了電動汽車發展計劃和方案。電動汽車的續航里程已從 2011 年的約 139 公里增加到 2021 年的約 350 公里，一些車型甚至可以一次充電行駛 550 公里。澳大利亞人平均每天行駛 38 公里，目前市場上的電動汽車車型可以滿足這一需求[11]。
根據《電動汽車現狀報告》（2023 年 7 月），截至 2023 年報告發布時，電動汽車佔汽車銷售總量的 8.4%，銷量比 2022 年增長了 120% 以上。銷量最高的車型是特斯拉 Model Y、特斯拉 Model 3 和比亞迪 Atto 3，佔總銷量的 68%。目前澳大利亞市場上有 91 款電動汽車車型，其中 74 款為轎車，7 款為皮卡，10 款為廂式貨車。報告還指出，澳大利亞有 967 個公共高功率充電站、438 個快速充電站和 120 多個超快速充電站，分佈在全國 558 個地點。報告顯示，汽油車的年度燃料成本為 2400 美元，而電動汽車的年度電費成本為 400 美元。此外，電動汽車的效率為 77%，而內燃機汽車的效率為 25%[12]。考慮到新技術、長期成本節約、購買時的補貼以及越來越完善的充電基礎設施，澳大利亞消費者對電動汽車的需求勢必會增加。
政策舉措，例如購買補貼、註冊返利，都是為了縮小電動汽車與內燃機汽車之間的成本差距。早在 20 世紀 90 年代，挪威就開始實施這些政策，2008 年美國開始實施，2014 年中國開始實施[13]。同樣地，歐盟制定的尾氣二氧化碳排放標準和加州的零排放汽車強制標準也促進了電動汽車的使用。為了抑制汽油和柴油的使用，挪威計劃在 2025 年前停止銷售使用這些燃料的汽車，英國計劃在 2030 年前停止銷售，日本計劃在 2030 年代中期前停止銷售[14]。充電站的可用性是阻礙人們購買電動汽車的主要問題之一。德國的目標是在本世紀末建設 100 萬個充電設施。現代汽車將在 2040 年前停止銷售內燃機汽車，福特將在 2030 年前停止在歐洲銷售內燃機汽車[14]。中國、印度、印度尼西亞、摩洛哥等國家已經制定了電動汽車電池或汽車製造的政策[15]。
《國家電動汽車戰略》概述了澳大利亞所有州都已制定電動汽車戰略、零排放汽車戰略或氣候行動計劃，以應對氣候變化。昆士蘭州將在其電動超級高速公路上 54 個地點提供快速充電網路。新南威爾士州政府將透過其電動汽車戰略提供 6.33 億澳元的資金，用於支援電動汽車生產並鼓勵地方政府購買電動汽車。西澳大利亞州政府已經制定了一項投資 2290 萬澳元的計劃，用於建設 100 個充電站[11]。
人們普遍認為，一項技術通常會經歷出生、成長、飽和和衰退等階段。出生階段是指技術進入市場處於早期階段，銷售或採用率較低。隨著人們逐漸熟悉該技術，在短時間內會出現大幅的銷售或採用增長，這被稱為成長階段。技術進步、高效能和有利的政策環境在加速採用方面起著重要作用。然後是飽和階段，在此階段，銷售量達到最大值。一些技術還會經歷衰退階段，當新的先進技術進入市場並取代現有技術時就會出現這種情況。隨著時間的推移，出生、成長和飽和階段在繪製圖表時會顯示為 S 形曲線。
一項技術的生命週期可以用以下公式很好地表示
S(t)=Smax/[1+exp(-b(t-ti)]
在本例中，
S(t)= 某個時間點的電動汽車銷量
t= 時間（年）
Smax= 最大銷量或飽和水平
b= 待估計的係數
ti= 拐點時間（達到飽和銷量 50% 的時間）
確定 b 的值，並使用上述公式預測銷量。
澳大利亞的電池電動汽車銷量資料取自《2023 年電動汽車現狀報告》。2011 年，電池電動汽車銷量僅為 49 輛，到 2019 年緩慢增長到 5292 輛。2021 年銷量為 17293 輛，到 2023 年幾乎翻了一番，達到 33416 輛。
該圖顯示，從 2011 年到 2020 年，澳大利亞的電動汽車處於出生階段。2020 年的銷量略低於 2019 年。新冠肺炎疫情可能是造成這一低值的原因之一。2020 年以後的銷量大幅增長，到 2022 年幾乎增長了 6.5 倍。2023 年末的電動汽車銷量在《2023 年電動汽車現狀報告》中沒有公佈。但我們可以從圖形的性質判斷出，電動汽車銷量目前正處於成長階段。電動汽車銷量的飽和只是時間問題。
截至 2023 年 1 月底，澳大利亞註冊的機動車總數為 21168462 輛[16]。如果我們假設澳大利亞註冊的所有機動車都將被電池電動汽車取代，那麼拐點時間 ti 將為 2035.05，也就是說到那時，註冊車輛的一半將是電池電動汽車。
| 年份 | 觀察到的市場電動汽車銷量 | 預測的市場銷量 |
| 2011 | 49 | 57 |
| 2012 | 173 | 100 |
| 2013 | 191 | 174 |
| 2014 | 371 | 304 |
| 2015 | 759 | 532 |
| 2016 | 668 | 928 |
| 2017 | 1208 | 1621 |
| 2018 | 1053 | 2831 |
| 2019 | 5292 | 4944 |
| 2020 | 5215 | 8633 |
| 2021 | 17293 | 15072 |
| 2022 | 33416 | 26309 |
統計引數為
Smax=21168462
b= 0.52887
ti=2035
- ↑ a b Upgraded Vehicle. (2023, July 16). Parts of an Electric Car Explained (with Diagrams). https://upgradedvehicle.com/parts-of-an-electric-car
- ↑ Department of Climate Change, Energy, the Environment and Water (2022). National Electric Vehicle Strategy Consultation Paper. https://storage.googleapis.com/converlens-au-industry/industry/p/prj21fdd5bb6514260f47fcd/public_assets/National%20Electric%20Vehicle%20Strategy%20Consultation%20Paper.pdf
- ↑ United Nations Climate Change. (u.d.). The Paris Agreement. https://unfccc.int/process-and-meetings/the-paris-agreement
- ↑ International Energy Agency. (2023, April 26). Global EV Policy Explorer. https://www.iea.org/data-and-statistics/data-tools/global-ev-policy-explorer
- ↑ Szabo, L., & Iulia, V. (2022). A Brief History of Electric Vehicles. Journal of Computer Science and Control Systems, 15(1), 19-26. https://www.researchgate.net/publication/363520342_A_Brief_History_of_Electric_Vehicles
- ↑ Hoyer, K.G. (2008). The history of alternative fuels in transportation: The case of electric and hybrid cars. Utilities Policy 16 (2008) 63e71. doi:10.1016/j.jup.2007.11.001 (sciencedirectassets.com)
- ↑ a b Energy.gov. (2014, September 15). The History of the Electric Car. https://www.energy.gov/articles/history-electric-car
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- ↑ Energy matters (2024, February 6). A Dive into the History of Electric Cars in Australia. https://www.energymatters.com.au/renewable-news/history-of-electric-cars/
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- ↑ a b c Australian Government (2023). National Electric Vehicle Strategy. https://www.dcceew.gov.au/sites/default/files/documents/national-electric-vehicle-strategy.pdf
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- ↑ 基礎設施、交通運輸、區域發展、通訊和藝術部 (2023) 基礎設施和交通研究經濟局統計報告。https://www.bitre.gov.au/sites/default/files/documents/BITRE-Road-Vehicles-Australia-January-2023.pdf