基于PPP模式的電動汽車充電服務(wù)定價模型

曾令鶴, 吳文建, 史樂峰

(1. 重慶大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與工商管理學(xué)院，重慶，400030； 2. 重慶科技學(xué)院 法政與經(jīng)貿(mào)學(xué)院，重慶，401331；3. 國網(wǎng)重慶市電力公司 電力科學(xué)研究院，重慶，400015)

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基于PPP模式的電動汽車充電服務(wù)定價模型

曾令鶴1, 吳文建2, 史樂峰3

(1. 重慶大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與工商管理學(xué)院，重慶，400030； 2. 重慶科技學(xué)院 法政與經(jīng)貿(mào)學(xué)院，重慶，401331；3. 國網(wǎng)重慶市電力公司 電力科學(xué)研究院，重慶，400015)

運用公共定價理論、Stackelberg博弈理論和情景分析法，基于PPP融資模式，結(jié)合電動汽車充電服務(wù)特性，構(gòu)造了考慮政府、用戶和服務(wù)商三者利益主體的電動汽車充電服務(wù)定價模型。文章在電動汽車發(fā)展不同階段應(yīng)用該模型進(jìn)行分析，研究結(jié)果表明在PPP模式下，政府對于電動汽車充電服務(wù)市場定價權(quán)的規(guī)制，有利于協(xié)調(diào)平衡各參與方的利益；政府依據(jù)平均成本和外部環(huán)境價值的規(guī)制限價，有利于社會福利最大化。

電動汽車； PPP模式(公私會作模式)； 充電服務(wù)； 定價

作為一種清潔能源利用方式，電動汽車在全球多個國家和地區(qū)發(fā)展迅猛。與此對應(yīng)的充電服務(wù)配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也開始陸續(xù)展開，PPP模式在電動汽車充電服務(wù)市場的投資與融資中受到社會普遍關(guān)注。PPP(public-private-partnership)就是政府和社會投資者以特許經(jīng)營權(quán)協(xié)議為紐帶，以雙方收益和風(fēng)險共享為原則而建立的一種長期合作投融資模式[1-2]。通常，由社會投資者負(fù)責(zé)設(shè)計與建設(shè)，并承擔(dān)建成后的經(jīng)營管理與維修保護(hù)，通過項目的運營收費以及政府的補貼或付費而獲得合理的投資回報。目前，PPP模式在電動汽車充電服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，如充換電站的建設(shè)中已經(jīng)出現(xiàn)廣泛的應(yīng)用[3]。

已有的參考文獻(xiàn)表明，電動汽車充電電價是國內(nèi)外研究者關(guān)注的重點，如電動汽車充電電價對充電站投資成本的影響[3]、電動汽車充電對電網(wǎng)安全性與可靠性的沖擊[4]。尤其是電動汽車充電與電網(wǎng)運行中的削峰填谷[5]，有Zhang等[6]和Andersen等[7]將電價與配電網(wǎng)容量市場的容量分配聯(lián)系起來，O’Connell等[8]研究了由于電動汽車充電造成電網(wǎng)擁堵所帶來的成本增加和電價的變化。Li等[9]的研究集中于探索了市場參與者(包括運營商和電動汽車用戶)的行為，對充電電價的影響，He等[10]研究了充電電價的2個影響因素，即輸配電網(wǎng)在充電服務(wù)中的網(wǎng)損成本，以及電動汽車由于交通網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的時間價值。綜合國內(nèi)外的情況，已有的研究主要關(guān)注于電動汽車充電的充電技術(shù)與電網(wǎng)的成本影響方面[11]，而從市場主體的行為來研究電動汽車的充電電價，特別是充電服務(wù)定價的文獻(xiàn)較少。

充電服務(wù)費和電網(wǎng)輸配電價是電動汽車充電電價的兩個組成部分，國內(nèi)不同地方的電動汽車充電電費水平差異較大。出于國家電動汽車產(chǎn)業(yè)的扶持政策，電動汽車充換電實施用電優(yōu)惠的電價政策。鑒于各地電動汽車的發(fā)展?fàn)顩r不同，充電電價按照電網(wǎng)企業(yè)的總體規(guī)劃要求，實行分類指導(dǎo)定價，充電服務(wù)價格各地先自行試點，并沒有具體要求。以國家電網(wǎng)重慶電力公司為例，電動汽車充電電價暫定為1元/kWh，包括輸配電價0.828元和充電服務(wù)費0.172元兩部分，其中0.828元的輸配電價部分，隨電網(wǎng)銷售電價聯(lián)動調(diào)整。

充電服務(wù)費是由充電站收取，屬于充電服務(wù)運營商的收入，但充電服務(wù)費的定價一直缺乏合理的定價依據(jù)。本文將針對這一問題，研究如何對充電運營服務(wù)定價，才能均衡相關(guān)部門利益，實現(xiàn)多方利益協(xié)調(diào)，從而推動電動汽車規(guī)?；l(fā)展。

1　基于PPP模式的電動汽車充電服務(wù)市場

PPP模式在政府的公共支出政策中有著很重要的作用。首先，通過政策扶持以使私人投資者獲取合理收益，是吸引民間資本進(jìn)入的前提[12]。從各國電動汽車發(fā)展的實踐來看，由于已有電網(wǎng)的改造和新的充電設(shè)施建設(shè)，造成充電成本較高。而電動汽車充電市場需求具有較大的不確定性和用電的不穩(wěn)定性[11]，沿用目前的電價體系，會導(dǎo)致充電服務(wù)價格偏高，導(dǎo)致電動汽車用戶的使用成本超過其承受能力，難以推動電動汽車的普及和充電服務(wù)市場的發(fā)展。因此政府政策的引導(dǎo)和支持作用必不可少。其次，政府可以在PPP模式下，通過引入市場競爭，來提高公共品市場的供給效率[13]，在電動汽車充電服務(wù)市場的形成與發(fā)展中，協(xié)調(diào)社會資本等利益相關(guān)主體的市場行為，實現(xiàn)多方利益均衡的格局。

1.1充電服務(wù)市場參與主體

在PPP模式下，電動汽車充電服務(wù)涉及政府、充電服務(wù)運營商(一般由電力公司執(zhí)行)和充電用戶三方主體。按照PPP模式，充電服務(wù)市場的基礎(chǔ)設(shè)施部分，主要包括充電站、充電樁和換電站，應(yīng)當(dāng)由充電服務(wù)運營商和政府作為投資主體，共同建設(shè)完成；充電服務(wù)的管理主要由運營商進(jìn)行，而服務(wù)對象是電動汽車充電用戶。

假定在充電服務(wù)市場中，市場需求量Q，充電服務(wù)價格為p，二者關(guān)系可用函數(shù)表述為

Q(p)=k1-k2p。

(1)

其中，k1，k2>0，設(shè)電動汽車保有量為N，且電動汽車平均單車年充電電力需求量為θ時，有Q=Nθ。

1)運營商收益。

充電服務(wù)運營商的年平均運營成本CO，包括充電設(shè)施建設(shè)成本折舊和運營成本兩部分，設(shè)

CO=aQ2+bQ+c。

(2)

其中a，b>0，表明CO隨Q的增加而增加，c是CO中的固定成本部分。

充電服務(wù)運營商者年利潤RO等于綜合充電服務(wù)收入(p×Q)與平均成本CO的差額，則有

RO=pQ-CO。

(3)

2)消費者剩余。

汽車用戶選擇電動汽車和傳統(tǒng)汽車主要依據(jù)是持有成本，政府補貼在于鼓勵電動汽車的使用。假定政府根據(jù)電動汽車市場化發(fā)展水平確定對充電用戶進(jìn)行補貼，設(shè)補貼額度為B(Q)是關(guān)于Q的函數(shù)，與電動汽車用戶的用電量相關(guān)。

用戶對充電綜合服務(wù)的支付意愿T最低為Tmin、最高為Tmax，其值需要通過市場調(diào)研獲得，該數(shù)據(jù)會隨著充電服務(wù)需求而變化。平均一年中電動汽車用戶的消費者剩余RC可表示為支付意愿與實際支出成本的差額，有

RC=TQ-pQ+B(Q)。

(4)

3)政府收益。

政府的目標(biāo)主要是使全社會各主體的經(jīng)濟(jì)收益和環(huán)境效益最大化，為此通過提供公共產(chǎn)品和服務(wù)來達(dá)到資源配置最優(yōu)化的目的。電動汽車的發(fā)展，假定帶來的外部效應(yīng)為RG，其效益并不能由電動汽車市場的參與者得到，而是全社會共享；燃油改為充電后，假定每度電碳減排的價值為VA，則

RG=QVA。

(5)

社會總效益包括各方經(jīng)濟(jì)利益和外部環(huán)境收益的總和RT，故基于全社會總效益的政府收益目標(biāo)函數(shù)可表述為

RT=max[RO(p)+RC(p)+RG(p)]。

(6)

1.2充電服務(wù)市場中的定價權(quán)問題

PPP模式下，政府與企業(yè)合作建設(shè)充電基礎(chǔ)設(shè)施，降低運營商建設(shè)運營風(fēng)險；同時也通過對定價權(quán)規(guī)制、補貼政策等多種手段，以此影響投資者提供電動汽車充電服務(wù)能收取的最高價和最低價，從而實現(xiàn)對市場的間接調(diào)控。

電動汽車市場發(fā)展的不同時期，政府或充電服務(wù)運營商可能分別充當(dāng)了充電服務(wù)定價權(quán)的主導(dǎo)者。不同主體定價目的是不一樣的，政府考慮的是消費者和企業(yè)剩余、經(jīng)濟(jì)利益、環(huán)境目標(biāo)等社會總收益；運營商考慮的是企業(yè)利益最大化。而決定定價權(quán)歸屬的主體是電動汽車充電用戶。于是不同的電動汽車發(fā)展階段，充電服務(wù)市場中的定價權(quán)是變動的，也就決定了定價模型是個動態(tài)的模型。

在電動汽車發(fā)展的不同時期，充電服務(wù)市場的需求程度也會出現(xiàn)不同，參考文獻(xiàn)[1,14-15]等的研究，本文根據(jù)充電服務(wù)的需求程度差異，將充電服務(wù)市場劃分為高、中、低3種不同需求情景，以此進(jìn)行研究。

2　不同需求情景下的電動汽車充電服務(wù)定價模型

本文根據(jù)電動汽車發(fā)展的不同階段，隨著電動汽車保有量的變化，將充電服務(wù)市場根據(jù)需求的變化，劃分為高、中、低3種情景進(jìn)行分析。

2.1低需求的充電服務(wù)市場

通常在市場初期，為激勵電動汽車的運用，充電服務(wù)定價應(yīng)該以政府管制為核心。這時電動汽車保有量規(guī)模較小，充電服務(wù)商的平均成本CO大于消費者支付意愿T(考慮燃油汽車持有成本和電動汽車購置成本)，充電服務(wù)需求極低。為鼓勵電動汽車發(fā)展，拉動充電服務(wù)需求，政府實行用戶充電電價補貼以提高消費者支付意愿。政府根據(jù)充電服務(wù)電價p與網(wǎng)絡(luò)平均成本差價CO進(jìn)行補貼，此時補貼為B(p)=(p-Tmax)Q。該情景下政府制定電動汽車保有量規(guī)劃，如果電動汽車正常運行，則實際是確定了充電服務(wù)需求量，該情景符合Stackelberg博弈模型。屬于政府先行動，做出最優(yōu)Q決策之后，運營商跟隨其后行動。

政府的價格管制在低需求的充電服務(wù)市場定價中將發(fā)揮主導(dǎo)作用。這一階段政府需要保證充電服務(wù)運營商的持續(xù)經(jīng)營，不能虧損破產(chǎn)，同時也要調(diào)動電動汽車消費者的積極性，其目標(biāo)函數(shù)如式(6)所示。

RT=max[RO(p)+RC(p)+RG(p)]。

(7)

同時，式(7)必須滿足

將上式的目標(biāo)最優(yōu)化，根據(jù)一階導(dǎo)數(shù)為零，求解可得最優(yōu)充電量為

(8)

在政府確定電動汽車發(fā)展目標(biāo)Q后，則充電服務(wù)運營商將根據(jù)自身利益最大化確定服務(wù)價格，其目標(biāo)函數(shù)為

max:RO=pQ-CO(Q)。

(9)

將式(8)帶入求式(9)，得最優(yōu)充電服務(wù)定價為

P=(3-2b)Tmax+[b-2b2+VA(2b-3)]。

(10)

2.2中需求的充電服務(wù)市場

電動汽車的保有量隨著市場的發(fā)展而增長，當(dāng)市場發(fā)展到一定規(guī)模后，充電運營邊際成本高有所下降，導(dǎo)致定價高于消費者最低支付意愿，即Tmax>p>Tmin。此時充電服務(wù)按市場供需自由競爭，充電服務(wù)定價權(quán)交給市場。此時市場需求函數(shù)為式(1)，充電用戶補貼為零，充電服務(wù)運營商的目標(biāo)函數(shù)依然為式(9)，根據(jù)極值條件，求解得出此時定價為

(11)

從充電運營商的最優(yōu)定價策略(11)可以看出，在中度需求的充電服務(wù)市場中，運營商的充電服務(wù)價格與市場的充電需求彈性k2成反比，即k2越大，定價越低；反之，k2越小，定價就越高。

2.3高需求的充電服務(wù)市場

當(dāng)充電服務(wù)市場規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大。達(dá)到規(guī)模效應(yīng)的時候，充電服務(wù)商的邊際成本會進(jìn)一步降低，甚至低于電動汽車用戶的最低支付意愿，即p

易求解得到此時市場定價模型為

(12)

由式(12)可得，對于具有規(guī)模效應(yīng)的充電服務(wù)市場，當(dāng)0

3　不同市場需求情景下的定價模型分析

運用充電服務(wù)定價模型，研究電動汽車發(fā)展的不同階段，對比不同充電服務(wù)市場需求狀況，可以得出以下結(jié)論。

1)在電動汽車發(fā)展初期，受充電服務(wù)成本、市場需求狀況、外部環(huán)境因素影響，政府應(yīng)當(dāng)有利于充電運營商的持續(xù)經(jīng)營和調(diào)動電動汽車用戶積極性兩方面來培育市場，對運營商采取最高限價，對電動汽車消費者實施補貼。

當(dāng)充電服務(wù)市場達(dá)到規(guī)模效應(yīng)，并且充電服務(wù)運營商的邊際成本低于電動汽車用戶的最低支付意愿時，政府應(yīng)該采取最低限價措施，確保充電服務(wù)市場的有序競爭和市場發(fā)展帶來的外部性正效應(yīng)的最優(yōu)化。

2)政府為電動汽車充電服務(wù)確定的規(guī)制價格，最高與最低限價范圍，與PPP模式中服務(wù)運營商的邊際成本參數(shù)b值緊密相關(guān)。為此，模擬充電服務(wù)市場的運營，設(shè)定邊際成本參數(shù)，計算此時對應(yīng)的最終定價，可得到二者之間相應(yīng)的數(shù)據(jù)，其模擬結(jié)果見圖1。

圖1　不同發(fā)展階段的b值與充電服務(wù)定價水平的關(guān)系

圖1是根據(jù)重慶市電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，模擬重慶空港充電站在運營中的充電服務(wù)價格，以及運營中成本數(shù)據(jù)和盈虧情況，在假定k1=8，k2=1.5，a=0.42，VA=0.02，Tmin=0.8，Tmax=1.2時，分別計算了電動汽車市場發(fā)展的三階段數(shù)據(jù)。

結(jié)果顯示，不同需求情景下的b值與充電服務(wù)定價水平呈反相關(guān)關(guān)系?？梢钥吹诫S著規(guī)模報酬遞增，充電服務(wù)運營商的成本在下降，政府的規(guī)制價格也在下降，為防止過度競爭，就需要限定最低價，以保護(hù)市場的正常發(fā)展。

4　總結(jié)

全文基于PPP模式的特征，結(jié)合電動汽車充電服務(wù)特性，運用公共定價理論，分析政府和運營商的收益目標(biāo)函數(shù)，采用情景分析法和Stackelberg博弈理論，分析了不同電動汽車發(fā)展情景下，政府引導(dǎo)電動汽車充電服務(wù)定價的機(jī)制原理， 研究得出以下結(jié)論。

1)PPP模式下，政府對于電動汽車充電服務(wù)市場定價權(quán)的規(guī)制，有利于協(xié)調(diào)平衡各參與方的利益。在市場初期通過補貼分擔(dān)持有者成本，并限定最高價啟動市場；市場規(guī)?；?，則通過限定電動汽車充電服務(wù)價格的最低價，防止過度競爭，保護(hù)合理利潤。

2)政府的規(guī)制定價，有利于社會福利最大化，而限價的依據(jù)主要與平均成本參數(shù)和外部環(huán)境價值。這對于電動汽車的產(chǎn)業(yè)化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，以及社會清潔環(huán)境機(jī)制，都有很強(qiáng)的外部經(jīng)濟(jì)性。

文章提出的基于PPP模式的電動汽車充電服務(wù)定價模型，還有待于未來實踐中的檢驗與修正，并從理論上進(jìn)一步充實完善。

[1]宋波，徐飛.不同需求狀態(tài)下公私合作制項目的定價機(jī)制[J].管理科學(xué)學(xué)報, 2011,8(14):86-96.

SONG Bo, XU Fei. Analysis on the pricing mechanism of public-private partnership project with different market demand level[J].Journal of Mangement Sciences in China, 2011,8(14):86-96.

[2]姚鵬程，王松江. 雙層目標(biāo)規(guī)劃模型在PPP項目中的應(yīng)用研究[J].中國行政管理，2010(8):122-125.

YAO Pengcheng, WANG Songjiang. Study on application of bilevel programming model in Public-Private-Partnership project[J].Chinese Public Administration, 2010(8):122-125.

[3]SCHROEDER A, TRABER T. The economics of fast charging infrastructure for electric vehicle[J].Energy Policy, 2012,43:136-144.

[4]MALLETTE M, VENKATARAMANAN G. The role of plug-in hybrid electric vehicles in demand response and beyond[C]. 2010 IEEE PES Transmission and Distribution Conference and Exposition. New Orleans, LA, 2010:1-7.

[5]GALUS M, ANDERSSON G. Demand management of grid connected plug-in hybrid electric vehicles (PHEV)[C].2008 IEEE Energy 2030 Conference. Atlanta, GA,2008: 1-8.

[6]ZHANG Kangkang, XU Liangfei, OUYANG Minggao, et al.Optimal decentralized valley-flling charging strategy for electric vehicles[J].Energy Conversion and Management 2014,78:537-550.

[7]ANDERSEN P B，HU Junjie，HEUSSEN K．Coordination strategies for distribution grid congestion management in a multi-actor，multi-objective setting[C]//IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Europe Conference．Berlin，Germany：IEEE PES，2011：1-8.

[8]O’CONNELL N, WU Q, ?STERGAARD J, et al. Day-ahead tariffs for the alleviation of distribution grid congestion from electric vehicles[J].Electric Power Systems Research, 2012, 92: 106-114.

[9]LI Zhe, OUYANG Minggao.The pricing of charging for electric vehicles in China: Dilemma and solution[J].Energy, 2011,36: 5765-5778.

[10]HE Fang,YIN Yafeng,WANG Jianhui ,et al.Sustainability SI: optimal prices of electricity at public charging stations for plug-in electric vehicles[J].Networks and Spatial Economics， 2016,16(1):131-154.

[11]葛少云，馮亮，劉洪，等.考慮車流信息與配電網(wǎng)絡(luò)容量約束的充電站規(guī)劃[J].電網(wǎng)技術(shù)，2013，37(3)：582-587.

GE Shaoyun,FENG Liang,LIU Hong,et al.Planning of charging stations considering traffic plow and capacity constraints of distribution network[J].Power System Technology，2013，37(3)：582-587.

[12]何壽奎，孫立東.公共項目定價機(jī)制研究-基于PPP模式的分析[J].價格理論與實踐，2010(2)：10-11.

HE Shoukui,SUN Lidong.Public project pricing mechanism research-based on the analysis of the PPP model[J].Journal of Price Theory & Practice，2010(2)：10-11.

[13]唐敏，徐解憲，顧月蕾.電動汽車充電站建設(shè)與運營的模式研究[J].華東電力，2011,39(2)：0203-0206.

TANG Min,XU Jiexian,GU Yuelei.Research on the construction and operation mode of electric vehicle charging stations[J]. East China Electric Power,2011,39(2)：0203-0206.

[14] 葉曉 ，楊俊萍.基于多目標(biāo)規(guī)劃模型的PPP項目定價方式研究[J].統(tǒng)計與決策，2012(6)：74-77.

YE Xiao,YANG Junping. PPP project pricing study Based on multi-objective programming model[J]. Journal of Statistics and Decision Making, 2012(6)：74-77.

[15] 段世霞，朱瓊，侯陽. PPP項目特許價格影響因素的結(jié)構(gòu)方程建模分析[J].科技管理研究，2013(10)：197-201.

DUAN Shixia,ZHU Qiong, HOU Yang.Structure equation modeling of affecting factors of concession price of PPP project[J]. Science and Technology Management Research, 2013(10)：197-201.

A Pricing Model of Electric Vehicle Charging Service Based on the PPP Pattern

ZENG Linghe1, WU Wenjian2, SHI Lefeng3

(1. School Economics and Business Administration Chongqing University, Chongqing 400030, China;2. School of Politics and Trade, Chongqing University of Science and Technology, Chongqing 401331, China;3. Electric Power Research Institute, State Grid Chongqing Electric Power Company, Chongqing 400015, China)

Based on the characteristics of PPP(public-private-partnership)pattern and the electric vehicle charging service, a pricing model of electric vehicle charging service is constructed considering the interests of the three main participants, by the theory of public pricing and Stackelberg games. Using the model on the different scenarios of electric vehicle development steps, the research shows that the regulation for electric vehicle charging service market pricing power, based on the PPP pattern, is advantageous to the coordination and balance the interests of the parties. The price limit set by government according to the average cost and the external environment value contributes to maximizing the social welfare.

electric vehicle; PPP(public-private-partnership)pattern; charging service; pricing

2015- 01- 31

國網(wǎng)重慶市電力公司科技項目(1042012920140793)

曾令鶴(1970-)，男，湖北省人,講師,博士研究生,主要研究方向為技術(shù)經(jīng)濟(jì)和電價定價.

10.3969/j.issn.1007- 7375.2016.04.004

F4

A

1007-7375(2016)04- 0025- 05