Прогностическая модель развития рынка электрифицированных автомобилей

Введение.

Актуальность исследования определяется тем, что в настоящее время транспорт является важным обеспечивающим звеном в любом процессе – от рутинного до многоступенчатого, проходящего на всех уровнях общественной и экономической жизни населения. Рост числа транспортных средств личного пользования, усложнение производственных связей, диверсификация производств сказываются на тенденциях развития рынка автомобилей, особенно с учетом развития новейших технологий, определяющих конструктивные особенности современных средств передвижения и возможности использования альтернативных видов топлива при сохранении устойчивого роста цен на них. В этих условиях важным становится понимание курса и закономерности развития рынка инновационных автомобилей, в частности, наиболее популярного типа EV (Electric Vehicle) – электромобилей, которые при этом продолжают эволюционировать. Прогнозирование численности автомобилей, работающих на полном электроприводе или гибридных установках должно помочь в определении направлений развития соответствующей инфраструктуры, регулирования самого рынка на основе поддержки здоровой конкуренции среди производителей, как отечественных, так и зарубежных, решения экологических и других важных вопросов, связанных с владением и пользованием электромобилей.

В настоящее время прогнозирование – это особо важный инструмент , способствующий развитию понимания будущих тенденций и используемый в разработках эффективных стратегий устойчивого развития как отдельных отраслей, автомобильной промышленности в частности, так и национальной экономики в целом. Составление прогнозов – это актуальный метод, позволяющий учесть и заложить в расчеты множество факторов, значимость прогнозирования в данном контексте заключается в научном обосновании результатов исследования перспектив развития рынка электромобилей, подтверждения его стабильности, формирования возможностей создания благоприятных условий для экономического роста и активизации инноваций в транспортном секторе.

Прогнозы могут служить основой для разработки и актуализации государственных программ и инициатив, направленных на поддержку перехода на новые стандарты экологически чистого транспорта, включая многоаспектную проработку вопросов субсидирования, предоставления налоговых льгот и других мероприятий по стимулированию активности как производителей, так и покупателей электромобилей.

Прогнозирование и планирование помогают государственным и региональным органам власти грамотно проектировать развитие транспортной инфраструктуры, включая дороги, парковки, зарядные станции для электромобилей, в целях оптимизации и модернизации транспортного сообщения.

Что касается рынка электромобилей, то прогнозирование их общего количества позволит производителям скорректировать свои стратегии производства и сбыта, адаптировать их к динамичным внешним условиям, а также изыскивать инвестиционные средства и осуществлять долгосрочные вложения в разработку новых технологий и конструкций и улучшение существующих, что также окажет воздействие на рынок топливных и энергетических ресурсов, а кроме того, позволит определить степень влияния на окружающую среду и экологию. Большое значение имеют результаты прогноза масштабов использования электромобилей для производителей в целях более четкого представления о предпочтениях потребителей, и в свою очередь – для автовладельцев для понимания особенностей эксплуатации электротранспорта и перспектив развития обслуживающей инфраструктуры в дальнейшем, что в итоге оказывает синергетический эффект на маркетинговые стратегии, динамику продаж и насыщенность рынка новыми моделями и технологиями.

Вопросы прогнозирования и проблемы освоения национальных рынков электромобилей поднимаются и рассматриваются вместе с постоянным развитием рынка и технологий, так, перспективы формирования и эволюции рынков транспортных средств с возможностью использования электродвигателей рассмотрены в работах Корнейчука Б.В., Хомрач Н. В., а также Дхакал К. С. – во взаимосвязи с макроэкономическими индикаторами и показателями [4, 8, 25].

Задачи имитационного моделирования прогнозирования развития автомобильного электротранспорта на уровне региона изложены и проанализированы в работах Каталевского Д.Ю. [7].

Проблематика энергообеспечения на фоне увеличения числа электромобилей рассматривается в работе Лапушкина М. К. [9]

Тенденции, перспективы эксплуатации электромобилей, возможности дальнейшего развития как самих транспортных средств, так и технологий их производства отражены в исследованиях Чиркина Д.С. в работах Дорохина С. В., Фурсова В.А., В.В. Семикашева, А.Ю. Колпакова, А.А. Яковлева, Й.К. Ростовского [3, 14, 24, 27].

Несмотря на достаточную степень проработанности и популярности данного направления в науке и общественности к данному моменту времени, довольно редко встречается его детальное изучение с точки зрения математических и статистических зависимостей в целях оценки перспектив и прогнозов развития рынка электромобилей, его насыщенности, а также формирования научной доказательной базы, которая поможет в понимании преимуществ владения и эксплуатации такого типа транспортных средств с точки зрения физических и юридических лиц, и в определении производственного потенциала машиностроительного сектора экономики для обеспечения потребностей рынка [23, 24, 26, 28, 29].

Цель настоящего исследования заключается в проведении комплексного исследования экономико-статистических показателей развития рынка электромобилей, а также в разработке прогностической модели, позволяющей оценить будущие изменения.

Авторская гипотеза заключается в том, что разработанная прогностическая модель существенно повысит точность прогнозирования значений численности электрифицированных автомобилей и будущих изменений на рынке. Это позволит не только более детально изучить и понять динамику рынка, но и способствовать принятию обоснованных решений в государственной политике и бизнесе с учетом результатов научных изысканий.

Проведенное исследование не гарантирует абсолютной точности и полноты сведений, содержащихся в статье, все приведенные выводы и оценки отражают исключительно авторское мнение, основанное на собственных суждениях и результатах работы авторов. Информация и данные, использованные в статье, получены из открытых источников.

Научная новизна заключается в разработке прогностической модели, основанной на современных методах машинного обучения, применяемых в экономических исследованиях, и анализа временных рядов, позволяющая составлять прогнозы и более точно оценивать количественные изменения на рынке электромобилей.

При проведении исследования использованы:

– базовые методы эмпирического и статистического анализа: сбор, обработка, группировка статистических данных, анализ динамических рядов, корреляционный анализ, проведение социологического опроса с применением электронных форм;

– методы моделирования, а именно разработки модели оценки и взаимосвязи факторов, определяющих тенденции развития рынка электромобилей.

Основная часть.

Научно-техническое развитие различных отраслей характеризуется высокой динамичностью в условиях завышенных требований как со стороны рынка и потребителей, так и государственных структур. Многие технологии, связанные с новейшими разработками в области техники, технологий производства, цифровизацией, уже стали неотъемлемой частью общественной и экономической жизни. Машиностроительная и транспортная отрасль не являются исключением.

В последние годы стремительными темпами растет интерес к автомобилям с электрическими двигателями, как более экономичная и экологичная альтернатива привычным двигателям с традиционными видами топлива. Исторический процесс развития электромобилей начался еще в XIX веке одновременно с успехами в изучении электричества, причем данные разработки опережали создание двигателя внутреннего сгорания [2, 5, 11].

В этот период компании, выпускающие автомобили с электрическим двигателем, объединялись, реструктуризировались, популярность таких транспортных средств сокращалась, однако производство вновь набрало обороты к окончанию ХХ в. – множество компаний вернулись к прежним разработкам, в том числе и гибридным двигателям, к примеру, Mitsubishi, Nissan и, конечно, Tesla Motors, а первым серийным гибридным автомобилем считается Toyota Prius модели 1997 года. Современные электромобили, соответствующие новым разработкам и техническим решениям, начали появляться на дорогах на 10 лет позже [2]. Как видно из исторической цепочки развития данного типа транспортных средств колебания производителей в вопросах производства и разработок не были обоснованы и ориентировались только на текущий спрос.

На рынок электромобилей в целом, на формирующийся спрос и предложение влияет множество факторов, как определяющих увеличение количества гибридов и электромобилей на дорогах, к примеру, более низкая стоимость эксплуатации, так и тормозящие повсеместное внедрение их новых типов – недостаточное количество инфраструктуры (наличие зарядных станций, профильных станций технического обслуживания и т.д.) [16, 17, 18, 19].

Несмотря на повсеместное распространение технологий и государственную поддержку как производителей, так и владельцев электромобилей, наблюдается снижение или недостаточный уровень деловой активности бизнеса в данной нише в регионах РФ, что может быть вызвано тем, что производители не учитывают прогнозную оценку перспектив развития данной отрасли и потенциально возможных колебаний структуры рынка всех типов электромобилей.

Для составления прогноза и разработки модели использованы статистические данные о количестве зарегистрированных электромобилей и автомобилей с гибридной силовой установкой по Омской области, Сибирскому федеральному округу и Российской Федерации в целом [12].

Прогнозная модель строилась на базе модели ARIMA с подбором коэффициентов временного ряда и составлением прогноза на 12 шагов вперед.

ARIMA (англ. Autoregressive Integrated Moving Average, модель Бокса – Дженкинса, методология Бокса – Дженкинса) – интегрированная модель авторегрессии или скользящего среднего, модель и методология анализа временных рядов. Является расширенным вариантом моделей ARIMA для нестационарных временных рядов, которые можно трансформировать в стационарные взятием разностей некоторого порядка от исходного временного ряда (так называемые интегрированные или разностно-стационарные временные ряды).

ARIMA является одной из наиболее популярных моделей для временного ряда, используемой для прогнозирования различных данных, модель легко адаптируется к различным временным рядам с различными свойствами. Модель ARIMA является мощным инструментом для прогнозирования временных рядов, может учитывать как автокорреляцию, фактические значения, так и случайные ошибки, что позволяет делать более точные прогнозы. Параметры модели имеют чёткое статистическое значение, что позволяет установить и интерпретировать влияние различных факторов [1, 6, 22].

В рамках данного исследования использование модели ARIMA для прогнозирования количества зарегистрированных электромобилей и автомобилей с гибридной силовой установкой позволяет получить более точные и обоснованные прогнозы по трем направлениям, которые позволят выстроить грамотную стратегию с учетом феномена неопределенности и нестабильности внешней среды: оптимистический прогноз, наиболее реалистичный (нейтральный) и пессимистический вариант, их характеристика представлена в таблице 1. Программный код для реализации модели прогноза был составлен на языке Python в программном продукте Jupyter Notebook. Общая схема программного кода имеет вид алгоритма, отражающего логическую последовательность составления прогноза (рис. 1). Проверка заданных условий осуществляется программным модулем автоматически, таким образом формируется качественная база репрезентативных прогнозных значений, которые далее могут быть применены для научного обоснования решений, закладываемых в стратегии развития транспорта и промышленности.

Таблица 1

Виды и характеристика вариантов составления прогнозов развития рынка

электромобилей

Рисунок 1. Алгоритм работы программного модуля расчета прогнозных значений

Источник: составлено авторами.

Исходные данные и результаты прогноза по наличию электромобилей по Российской Федерации в целом сведены в таблицу 2.

Таблица 2

Выборка статистических данных, отражающих наличие легковых автомобилей с возможностью использования электродвигателей в целом по Российской Федерации

* Средний темп прироста прогнозных значений рассчитан по данным наиболее реалистичного прогноза

За последние годы наблюдается значительный рост количества гибридных и электромобилей в Российской Федерации. Согласно представленным в таблице 2 данным официальной статистики общее количество гибридных и электромобилей увеличилось с 16501 единиц в 2014 году до 534808 единиц в 2025 году. Этот показатель демонстрирует ежегодный прирост примерно на 36% за десятилетний период. Важно отметить, что темпы роста ускоряются с каждым годом, особенно в сегменте непосредственно электромобилей, доля которых в общем числе автомобилей с возможностью использования электродвигателей увеличилась с менее 1% в 2014 году до почти 25% в 2025 году. Напротив, наблюдается тенденция сокращения количества гибридных автомобилей, пик роста приходится лишь на 2021 год, а затем резко снижается, хотя в целом темп прироста за 10 лет сохраняется в положительном значении (около 21%). В таблицу внесены также рассчитанные с помощью программного модуля значения за 2023 и 2024 года, которые подтверждают общую тенденцию ускорения темпов роста, поскольку фактические данные незначительно отличаются от значений нейтрального прогноза, прогнозные значения репрезентативны, модуль показывает относительно малую погрешность.

Динамика изменения фактической структуры парка гибридных и электромобилей свидетельствует о сохранении растущего интереса потребителей к экологически чистым транспортным средствам и в прогнозном периоде. Несмотря на относительно небольшую долю «чистых» электромобилей в общем количестве автомобилей, оборудованных электродвигателями, фактическая динамика, как и прогнозные значения, показывают активный рост именно в этом сегменте. Это связано с продолжающимся развитием инфраструктуры зарядных станций, снижением стоимости и усовершенствованием технологий производства. Так же способствуют росту продаж электромобилей государственные программы поддержки экологических видов транспорта. Взаимное влияние и исследование факторов, определяющих развитие рынка электромобилей, а также изучение мнений потребительской аудитории, рассмотрены авторами ранее [16].

Разработанный программный модуль позволяет наглядно представить ожидаемые тенденции в виде графиков, совмещая при этом исходную информацию по количеству и прогнозные значения с указанием интервалов оптимистичного и пессимистичного сценариев для понимания границ интервалов и соотношения между объемами данных. В качестве примера на рис. 2 представлено графическое изображение полученных рядов по Российской Федерации.

Стоит уточнить, с какими условиями и факторами связан каждый из предполагаемых сценариев. Так, оптимистический сценарий развития рынка, который характеризуется наибольшим темпом прироста, предполагает значительные инвестиции в инфраструктуру зарядных станций, снижение цен на технологии производства батарей и повышение осведомленности населения о преимуществах экологического транспорта, что способствовало бы качественному и полному обслуживанию увеличенного парка. При этом общий прирост составит более 1000% по сравнению с 2023 годом.

Реалистический сценарий, основан на умеренном росте инвестиций и постепенной адаптации рынка. Пессимистический прогноз в свою очередь учитывает возможные экономические трудности, проблемы с инфраструктурой и недостаточную поддержку государства, при этом темпы прироста сохранятся, но будут значительно ниже.

Рисунок 2. Динамика и прогноз количества автомобилей, имеющих возможность использования электродвигателей, включая гибриды, в РФ

Источник: Составлено авторами

Также для наглядности и сравнения темпов роста по сравнению с общими типами электромобилей на рис. 3 представлен график по количеству «чистых» электромобилей. Как видно из графиков, общая тенденция сохраняется для всех типов, однако можно заметить, что наклон линии пессимистического прогноза на рис. 2 имеет отрицательный характер примерно с 2031 года, что может объясняться некоторым сокращением в перспективе спроса на гибридные автомобили из-за особенностей эксплуатации и обслуживания, что является важным фактором, который целесообразно учитывать производителям и продавцам данного типа транспортных средств.

Рисунок 3. Динамика и прогноз количества электромобилей в РФ

Источник: Составлено авторами

Аналогичным образом составлены прогнозы по наличию электромобилей в региональном разрезе, а именно по Омской области, в целях понимания перспектив развития, как самого рынка, так и необходимой инфраструктуры с учетом местного климата, особенностей потребительского спроса (табл. 3).

Таблица 3

Выборка статистических данных, отражающих наличие легковых автомобилей с возможностью использования электродвигателей по Омской области

* Средний темп прироста прогнозных значений рассчитан по данным наиболее реалистичного прогноза

Полученные данные наглядно представлены на рисунках 4-6, которые также отражают общую тенденцию, проявившуюся в динамическом ряду и прогнозных значениях в целом по Российской Федерации.

Рисунок 4. Прогноз количества электромобилей и автомобилей с гибридной силовой установкой в Омской области

Источник: Составлено авторами

Рисунок 5. Прогноз количества автомобилей с гибридной силовой установкой

в Омской области до 2035 года

Источник: Составлено авторами

Рисунок 6. Прогноз количества электромобилей в Омской области до 2035 года

Источник: Составлено авторами

Стоит обратить внимание на пессимистический прогноз, который указывает на снижение числа «чистых» электромобилей при сохранении небольшого темпа роста чуть более 12% за весь прогнозный период, рассчитанный по данным реалистичного прогноза. Причиной такого варианта развития является недостаточно развитая инфраструктура, а также климатические условия. К примеру, в зимний период 2025-2026 гг. в Омске проведены испытания пассажирских электробусов двух типов («Сириус» с зарядкой в ночное время в парке и «Генерал» с динамической зарядкой) по инициативе заводов-изготовителей, основной задачей эксперимента была проверка экономической эффективности техники в местном климате с учетом стоимости транспортных средств. По результатам тестирования было принято решение об отказе в использовании такого типа пассажирского транспорта, поскольку ресурс заряда не позволил отработать полную смену в зимнем температурном режиме [10].

Интерес представляет и прогноз по Сибирскому федеральному округу, представляющему собой территорию с резко континентальным климатом и значительной амплитудой температур, разнообразными географическими особенностями, различиями в покупательской способности населения, а также экономическими условиями и потенциалом развития регионов в целом и необходимой для эксплуатации электромобилей инфраструктуры.

Исходные данные по количеству электромобилей и результаты прогноза Сибирском федеральном округе сведены в таблицу 4.

Таблица 4

Выборка статистических данных, отражающих наличие легковых автомобилей с возможностью использования электродвигателей по Сибирскому федеральному округу

* Средний темп прироста прогнозных значений рассчитан по данным наиболее реалистичного прогноза

Из таблицы 4 видно, что наблюдается отрицательная тенденция по наличию электромобилей в пессимистическом и наиболее реалистичном вариантах прогноза при очевидной положительной динамике фактических данных (наглядно динамика по электромобилям представлена на рис. 7).

Рисунок 7. Прогноз количества электромобилей в Сибирском федеральном округе

до 2035 года

Источник: Составлено авторами

Необходимо и важно учитывать и такую альтернативу, которая сформирована под влиянием факторов, которые могут привести к сокращению количества электромобилей в долгосрочной перспективе. К таким факторам следует отнести:

1. Экономические факторы. Если стоимость производства электромобилей в дальнейшем не снизится, это можем привести к формированию достаточно высоких цен на них, что ограничит доступность данного типа автомобилей для потребителей. В настоящее время разница в стоимости электромобилей и автомобилей с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) составляет 150-200% и более [4, 14].

2. Зарядная инфраструктура. Недостаток зарядных станций и замедленное развитие данного сектора могут «отпугнуть» потенциальных покупателей, особенно в тех регионах, где электрическая зарядка затруднена (отдаленные районы СФО).

3. Технологические ограничения. Если технологии производства и эксплуатации аккумуляторов не будут развиваться, то это может привести к сокращению или недостаточности ресурса дальности хода и увеличению длительности заряда.

4. Конкуренция с альтернативными технологиями, такими как водородные топливные элементы и постоянное совершенствование транспортных средств с дизельными/бензиновыми двигателями, что так же может привести к сокращению спроса и интереса потенциальных покупателей автомобилей с возможностью использования электродвигателей.

5. Изменения в политике субсидирования государством покупки электромобилей. Снижение или отмена субсидий значительно может сократить интерес к приобретению электромобилей [13, 14, 20].

6. Природно-климатические условия. В некоторых регионах, например в Сибири, наблюдаются проблемы эксплуатации электромобилей в зимних условиях. В регионах с холодным климатом расход электроэнергии может существенно увеличиваться, кроме того ускоряется разрушение компонентов электрических двигателей. Высокая влажность и конденсация в таких условиях могут приводить к непредвиденным коротким замыканиям в конструкциях электромобилей, а низкие температуры негативно сказываются на стабильности программного обеспечения.

Заключение

Таким образом, проведенный анализ текущих и перспективных тенденций показывает, что рынок гибридных транспортных средств и электромобилей в России в настоящее время соответствует этапу пика повышенных ожиданий от новых технологий и отражает устойчивый тренд роста. Перспективы на период до 2035 год предполагают существенное увеличение доли гибридных и электромобилей, особенно в оптимистическом сценарии – до 6 млн. ед. Даже консервативные прогнозы предполагают существенное увеличение доли гибридных и электромобилей до 10 раз по сравнению с текущими показателями.

Результаты, полученные в ходе проведения данного исследования, доказывают влияние региональных особенностей, определяющих спрос и предложение, и могут стать базой для научных и экономических исследований рынка транспортных средств с возможностью использования электродвигателей, способствовать формированию правильных производственных стратегий, созданию соответствующей спросу инфраструктуры, а также решению множества вопросов, включая направление экологии и защиты окружающей среды.