执行摘要
技术进步，无论是发电效率还是终端能源效率，都为共益电气化提供了机会。交通、供暖、热水供应，就是这些机会之一。在电池成本下降和性能提升的推动下，电动汽车（EV）市场正在快速增长。自动驾驶汽车技术的开发和采用，以及对共享交通服务不断增长的需求也在塑造这一市场。
在当今不断变化的环境中，电动汽车的可用性和便利性日益增加，用户也逐渐习惯。与内燃机车辆相比，电动汽车可将其充电量的60％转换为行驶里程数，而相等情况下内燃机车辆仅能转换约20％的一次能源。由于这种高效率，电动汽车可以显著降低成本且减少污染。电动汽车充电负荷也可以作为电网的资源进行控制和管理。
为确保电动汽车惠及公众，政策制定者需要确定公众对交通市场的要求。他们还必须协调平衡市场参与者的需求与公共利益。我们鼓励公用事业委员会在各州都可以找到相应的平衡点，如果现有的法规权力不足，则应向立法机构需求帮助。
将技术与交通需求匹配
汽车技术
本文以客车和公交车为例说明共益电气化的机遇。作为代表性电动车，我们使用雪佛兰Bolt—它拥有60千瓦电池，预估行驶里程238英里，相当于119英里／加仑。我们的代表性电动公交车是Proterra 40-foot Catalyst车型，电池功率为94千瓦，行驶里程为33至52英里，相当于16.7至22.6英里/加仑。
最常见的充电基础设施形式 – 统称为EV供电设备（EVSE） – 利用插入式充电，其成本和对电网的影响因车辆充电速度而异。电动客车可以使用的充电器有三大类：120伏1级充电器；240伏的2级充电器；或者使用480伏或更高电压更高容量的直流快速充电器。更高级别的充电器可以缩短充电时间，但安装和操作成本更高，并且对电网有更高的要求。充电器成本也因位置而异。快速充电器非常适合放置在公共区域，例如高流量商业区域和主要交通通道。2级充电器 – 电压和容量比3级相对较低，但效率高于1级 – 非常适合其他用途，包括家庭充电，其中住宅2级充电器的功率仅为电动干衣机的两倍。
电动巴士可以通过称为受电弓或无线感应充电的架空充电器进行充电。与乘用车一样，电动公交车的充电速度越快成本越高，对电网的需求就越大。
最佳的电动车充电方案因选址和需求而异
为汽油和柴油动力汽车提供燃料的基础设施无处不在，我们大多数人都认为这是理所当然的。电动汽车的发展也需要让车主有同样信心，确保为他们提供足够的充电基础设施。需要针对已知和未来的充电需求进行投资，每个社区的需求也会有所不同。
在家充电比较方便，因为通常来说夜间充电可以满足车辆每日通勤的需要。实际上，在拥有车库或车棚的家中进行充电，是电动汽车早期使用者中最常见的充电类型。家庭充电可能是市场发展中最常用的电动汽车充电类型，居民经常将车停放在共用车库或街道上，而不是指定的地方，因此必须解决多单元住宅中缺少充电基础设施的问题。
在建设电力汽车充电基础设施方面，低收入和弱势社区有可能落后。除非私营市场能够充分满足当地需求，各州应鼓励受监管的公共事业单位投资于服务欠缺地区的基础设施。
如果可以在工作场所充电，人们更有可能购买EV；对于没有专门的家庭充电设施的司机来讲，工作场所可以作为主要充电点。公共充电，包括交通通道的充电，也将是基础设施领域的一个重要特征，适量的公共充电装置将因各州情况，人口密度以及城市或乡村环境而异。需要确定受监管的公共事业单位（电力公司）和私营企业能发挥最大作用，以便扩大工作场所和公共充电设施。
实现共益电气化的条件
共益电气化，需要达到以下一个或多个条件，且对另外两个条件不产生反作用：
- 从长期看可以为消费者省钱；
- 促进电网的更好管理；
- 减少对环境的消极影响。
在本节中，我们将了解电气化交通如何满足这些条件。我们的结论是，即使不是此刻，在未来几年中它也将会带来效益。
消费者经济学
共益电气化的第一个条件是电气化从长远来看为消费者（包括公共交通运营商）节约了费用。由于电动汽车的价格高于内燃机汽车，因此评估其总拥有成本非常重要。研究人员发现，两者之间最大的成本差异是电池。这种成本差距在缩小，并且往往可以通过降低运营成本来抵消。其他研究预计，电动汽车和内燃机汽车将在五到七年内实现总拥有成本平价。
电动公交车的经济性主要受制于其高昂的前期成本，但也可以通过降低运营成本来节省成本。在某些地区，电动公交车的总拥有成本已经低于压缩天然气公交车的成本。 影响电动公交车与化石燃料车辆的总拥有成本的其他因素，还包括年度行驶里程以及是否包括加油/气站等基础设施。
电网管理
共益电气化的第二个条件是电气化有助于管理电网。加州公用事业委员会确定了三个使车辆成为潜在电网资源的特征。他们是：
1.提供操作灵活性，因为它们提供负荷（充电时）和发电（同时将存储的能量释放回电网）的双重功能;
2.具有嵌入式通信和驱动技术，因为汽车制造商已在车辆中建立了数字控制; 和
3.容量利用率低，闲置率超过95％，只需要10％的时间充电。
车主可通过智能充电，分时电价，或二者一起，来控制电动汽车的充电负荷，这意味着可以利用低电价充电，并将对电网的不利因素和投资成本的影响最小化。也可以利用在可再生能源充足的时候充电，帮助整合消纳可再生能源并减少弃电量。
电网管理与需求响应有很多共同之处。这不仅体现在传统的需求响应意义上 – 即紧急降低负荷 – 而且在更广泛意义上，还能够在最佳时间形成、转移和减少负荷。公共事业单位认识到管理需求的价值，并可以应用于电动汽车。如果服务成本足够低，电动汽车使用率高，充电带来的收入将有可能高于服务成本，这为所有消费者节省了成本。分时电价是公共事业单位使用的主要电网管理工具。还可以使用受控充电，在需求响应的更为传统的意义上，能够在高峰需求或服务中断期间暂停充电器。
电动汽车还能够在需要时将电量释放到电网上，即“车辆到电网（V2G）”。 这种方法可以使电动汽车在电价低时充电，电价高时放电，这对车主来说是一种潜在的经济利益。各种V2G试点计划正在进行中，但尚未普及。未普及的原因是有两点影响 V2G功能开发的缺点， 一是对潜在电池劣化的担忧，二是电池制造商保修的限制。我们建议制定一种平衡策略，最大限度地提高电动车车主的投资回报率，同时需要对交易的电能量设定限制，从而使V2G可行且有利可图。
能源和排放效率
共益电气化的第三个条件是与化石燃料相比，它减少了排放等环境影响。交通部门占美国温室气体排放的很大一部分，2016年约占28％。此外，1990年至2016年间，交通运输部门二氧化碳排放量增长了21％，而电力部门的排放量同期下降了1％。事实上，在每年的电量增加了近30％的同时，今天的电力行业排放的二氧化碳量却与几十年前相同，这些趋势表明电气化运输作为整体脱碳政策的价值。整个交通行业都存在脱碳机会，但乘用车，包括轻型汽车和卡车机会最大，因其二氧化碳排放量约占交通排放量的60％。
为了确定不同技术（如电动汽车）的排放效应，分析人员必须首先确定车辆生命周期的参数。我们在本文中使用的“从油井到车轮”（well-to-wheels）分析，包括从资源提取，向车辆输送燃料，以及在车辆中使用燃料这些过程。
我们在此举例的内燃机车是2018年的大众高尔夫，据我们计算，它的“从油井到车轮”排放量为每英里0.91磅。我们举例的电动汽车是2018年的雪佛兰Bolt，它的“从油井到车轮”排放量取决于它充电用的电力系统的燃料组合。我们的计算结果表明，在100％的燃煤发电系统中，排放量每英里0.69磅。换句话说，在美国任何电力系统中充电的Bolt，其行驶每英里的排放量，都低于汽油动力的高尔夫。这与最近的研究结果一致- 在美国任何地区驾驶电动汽车产生的碳排放量低于驾驶普通新型燃气动力汽车。
对公交车测试数据的分析发现，对于柴油或压缩天然气公交车，“从油井到车轮”排放量为每英里6至10.4磅，具体取决于路线类型和停靠次数。我们在此举例的电动公交车，40英尺长的Proterra Catalyst，即使在最高碳的发电系统中也具有较低的排放：100％煤电情况下每英里5.3磅。
睿博能源智库有充分的理由得出结论，电气化交通现在或将在几年内满足我们提出的共益电气化的全部三个条件。当决策者考虑到共益电气化带来的机会时，我们鼓励他们应用这三个条件来确保电气化以促进公共利益的方式进行。
This paper is also available in English.
