Nature文评|被基础设施扼杀的电动汽车

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编译/ 文龙

你是否有曾想过,是先有的汽车还是先有的柏油马路?是先有的各类电器还是先有的电网?……是先有的产品还是先有了支持它的系统,一项革新性产物为何会普及一直是一个争议性话题。

1900 年,美国汽车工业出现了三个同等的竞争者:汽油车、电动汽车和蒸汽车,当年的生产量分别占比 22%、38% 和40%。1905年,超过50%的商用车辆是电动的。

可是,仅仅十年后,汽油车就取得了压倒性的主导地位。这种主导地位通常归因于技术经济因素,比如电动汽车电池的先天劣势。

不过,在一项最新的研究中,来自瑞典的 Josef Taalbi 和 Hana Nielsen 通过使用计量经济学模型,衡量了基础设施在 20 世纪初内燃机与电动汽车技术竞争中所起的作用,表明电力基础设施的完备情况对技术选择有着关键性影响。据估计,如果电网提前二十年发展起来,那么电动汽车的市场份额可能已经达到 68-79%。

对此,来自英国伦敦政治经济学院的 Gerben Bakker也作出了相应的评价,对论文中的观点表示认可。

(论文于 10 月 7 日以「The role of energy infrastructure in shaping early adoption of electric and gasoline cars」为题发表在期刊《Nature Energy》上。)

在低碳电力生产前提下,电动车辆可以降低温室气体的排放。但目前为止,即使有了对消费者的财政激励等政策,电动汽车行业依然未能获得较大的市场份额。传统观点认为,汽油车获胜是因为它更高效,价格更低。但 Taalbi 和 Nielsen 仔细分析了历史数据,对这种解释提出了质疑。

他们收集并分析了大量的数据,包括 1895 年至 1942 年间推出的 37,000 多种不同乘用车模型的详细信息,以及县级电力和汽油基础设施可用性、道路和家庭收入的相关数据。

研究调查了电动汽车是否因汽油车的性能更好和价格更低而在竞争中被淘汰,如果答案是肯定的,则可以解释 1920 年电动汽车的消亡。结果发现,汽油车的平均价格从未低于 EV 价格的 85%。直到 1910 年,电动汽车并不比汽油车贵,而是更多地针对城市消费者。

(反事实假设――即电力在 15 或 20 年前已经普及的情况下,电动汽车的采用情况。 图片来源:论文)

那么,究竟是什么导致了电动汽车的衰落?

一个关键性的因素,是电力基础设施的可用性。Taalbi 和 Nielsen 首先研究了基础设施开发对汽车开发技术选择的影响,然后他们建立了一个反事实证明:如果美国电网在 1902 年达到1922 年的普及率,那么天平就会往电动汽车那方倾斜,在 1920 年代推出的汽车中将会有 64-79% 为电力驱动的。虽然电动汽车可能并不会完全获胜,长途驾驶时人们仍会选择汽油车,但电动汽车可能早已成为城市出行的首选。

性能和价格并非汽油车取得主导地位的关键

Taalbi 和 Nielsen通过比较每年推出的新车型数量发现,早在 1900 年之前,大多数汽车制造商就更喜欢汽油车,并在 20 世纪的第一个十年中得到进一步加强。1900 年活跃的汽油车制造商数量为 145 家(共有 198 款单独的汽车型号),而制造蒸汽和电动汽车的分别有 41 家(82 款)和 36 家公司(67 款)。1912 年活跃的电动汽车制造商最多有 24 家,而 1910 年汽油车制造商多达 341 家。随之而来的是电动汽车制造商的稳步下降。

(美国个人汽车的产量和价格。 图片来源:论文)

从 1910 年代开始,随着汽油车融合了电动汽车的发明和概念,这场竞赛开始转变为价格和技术普遍性的竞争。虽然电动汽车往往是为利基市场生产的昂贵车型,但在考虑性能及多样性的情况下,消费者对电动汽车的价格并没有过于抗拒。因此,虽然电池的重量和容量肯定是技术限制,但电动汽车价格「先天偏高」的印象是有争议的。

汽油车和电动汽车之间差异的另一个来源就是里程限制。数据表明,电动汽车的使用范围边界随着电池技术的发展而不断扩大,从 1890 年代中期的约 50 英里扩展到 1903 年的 118 英里,乃至 1910 年的 140 英里。电动汽车的平均续航里程从 1900 年的约 50 英里增加到 1910 年代的约 90 英里。铅酸电池在 1884 年至 1901 年间将储能容量翻了一番,到 1914 年再次翻了一番。

虽然即使从今天来看,续航里程仍然是电动汽车发展受到的掣肘之一,但技术性能还取决于社会、经济和基础设施环境,即电力和充电基础设施的完备可以缓解电动汽车的有限里程范围,并进一步影响生产商技术选择的天平。

电网覆盖广的地区更倾向于电动汽车

历史研究表明,在 20 世纪头几十年,汽车为某些区域生产,受当地市场动态的影响。这意味着当地的基础设施和资源决定了电力、蒸汽和汽油三种驱动之间的选择。因此,为了了解汽车生产商的技术选择,研究人员采用了地理视角。

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(汽车生产商的位置,绿色-电动汽车。红色-蒸汽车。黑色-汽油车。图片来源:论文)

观察发现,受益于集聚的外部性、技术溢出和生产力提升,各类汽车生产商有着空间聚类趋势,这支持了生产者的技术选择与当地环境有关的观点。为了调查技术选择是否存在区域决定因素,研究人员还进行了逻辑回归建模,结果表明基础设施对选择电力驱动的占比有相当大的影响。

更好的电力接入使住宅充电或充电站成为可能,同时也可能意味着电动汽车的运行成本降低,因为随着电网的扩张,电价将大幅下降。因此,位于电力输送增长较快的高度电气化区域的汽车生产商更有可能选择电力驱动的汽车。

电动汽车对环境的世纪性改善

Taalbi 和 Nielsen 还初步估计了电动汽车对污染问题的改善。结果指出,到 1920 年,每辆汽车的二氧化碳排放量每英里将减少 0.4 公斤(占汽油车排放量的 42%),总排放量将减少 2000 万吨。

当然,目前尚不清楚是否可以在现实中做出更好的基础设施发展决策。社会科学家有时会区分这种「路径依赖」问题的三个等级:1、该决定无关紧要,或者如果重要,则做出最佳决定;2、该决定导致了令人遗憾的结果,但这些结果最初是不可知的;3、该决定导致了令人遗憾的结果,这些结果是已知且可补救的。

考虑到污染,电力基础设施可能介于第二级和第三等级之间。当时,二氧化碳排放和其他废气可能被视为不那么严重的问题。然而,系统层面的一些先见之明是存在的。当代汽油车每英里产生的二氧化碳排放量与 1920 年的电动汽车大致相同,但我们花了一个世纪才达到这个水平。

电力生产率的历史增幅为电网扩张提供信心

然而,人们更为关心的是,能否更快地普及电网?答案是肯定的。1899 年至 1941 年间,电力公共事业的生产率增长在美国所有行业中排名第二,连续 42 年以每年 5.0% 的速度增长,其次是汽车,增长率为 4%。

这些产出增长快于投入的速度导致相应的价格下跌。与当今的生产率增长率相比,这些数据非常出色,表明这些是高度活跃的行业,可以很好地应对激励措施或消除阻碍因素。

电网扩张的其中一个阻碍因素是 19 世纪后期爱迪生和西屋公司之间著名的(交流与直流)「电流之战」,以及随后的专利池。

这又让我们回到了一开始的问题――产品还是系统?交流电赢了,但也并非全面获胜:纽约市的最后一个直流发电站直到 2007 年才关闭。但如果爱迪生和西屋电气意识到快速和解对于电力应用在面对其他技术竞争时的重要性,他们可能会更早达成协议。

电动汽车的百年困境依然存在

Taalbi 和 Nielsen 表示:「今天,从某种意义上说,电动汽车仍然面临着与大约 100 年前相同的障碍。」电动汽车更广泛普及的瓶颈仍然涉及基础设施(充电站),以及吸引富裕的城市和环保主义这一利基市场之外的消费者。

Taalbi 和 Nielsen的发现也同样印证了充电站的可用性是(消费者)电动汽车采用率的最重要决定因素。在英国 *** 最近的 28 亿英镑推动电动汽车的项目中,增加充电点的数量就是其中一个重要组成部分。

历史塑造未来

在研究方面,相关数据可以用于探索相同的结果是否适用于历史上的其他国家,又或者是其他技术竞争课题。

时间越久远,数据就越稀疏,就越需要我们富有创造力地来检验假设。因此,这类历史研究存在许多困难和挑战。但是,Taalbi 和 Nielsen 的这项最新研究为我们展示了如何做的方法论。

Gerben Bakker 认为,这项研究不仅仅是强调了相关基础设施的发展对电动汽车的采用有何影响,更是为我们展示了「120 年前的决定对现在的影响有多么深远和持久,而我们目前的决定又将会对未来产生多么大的影响。」

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