Essays on the Valuation of Electric Vehicles in Flanders: Analyzing the Impact of Policy Measures on Electric Vehicle Sales

Abstract

The overarching objective of this PhD dissertation is to assess changes in vehicle owner and usages costs (both internal and external) of passenger vehicles in Flanders in order to define (evidence-based) transportation policy measures. Therefore, we carried out a profound review of 44 studies that conduct a private, external and/or total social cost comparison among conventional and electric vehicles in our second chapter. Nevertheless, independent of the studies’ intentions, the results of different studies are often misleading. We can conclude that this distortion occurs because of the omission of one or more relevant cost components and/or the impact of divergent and often unspecified assumptions, which is demonstrated through three detailed examples. Although 30 studies compared private costs, one-third only considered purchase and fuel costs and ignored other costs. Charging infrastructure and residual value were only taken into account in respectively four and eight studies. Thirty-five authors performed an external cost evaluation, of which 12 were expressed in monetary terms. The majority of the non-monetary studies only considers one external polluting factor, which is generally CO2 or greenhouse gasses, whereas the monetary studies generally evaluate four or more polluting factors. Based on our literature review and elaborated examples, we developed a methodological checklist that (1) defines the preferred evaluation methods according to the study goals, (2) includes all private and external costs in the production, acquisition, usage and disposal stages as well as the existing policy measures and (3) lists the general assumptions that should be specified. This checklist enhances consistent comparability among various social cost studies of different vehicle types, and it supports policy-makers in drafting evidence-based transportation policy conclusions. Based on our methodological checklist, we determined the total external impact of Flemish passenger vehicles on a macro (society as a whole) and a micro (70 vehicle segments based on fuel type, engine capacity and Euronorm) level. In Chapter 3 external costs were monetized and benchmarked against the vehicle taxation in Flanders, with a distinction between steering and non-steering behavioral measures, to determine the internalization rate. Climate change, environmental pollution, noise pollution, congestion and the road wear and tear are discussed in detail. As the impact of external effects is subject to region specific conditions such as population density and traffic intensity, a separate analysis of urban, rural and highway usage is carried out. Current traffic taxation, on the other hand, is predominantly fixed. Only fuel taxation is related to vehicle miles traveled. In general, steering traffic taxes tend to over-internalize the external effects on a macro level. Total steering traffic tax revenue amounts to 3.7 billion euro, while external effects are estimated at 3 billion euro. Nevertheless, the internalization rate is not always straightforward and differs significantly between vehicle segments, since current traffic taxation is not time and place dependent. Because traffic taxation only marginally differs between areas (urban, rural, highway) in consequence of fuel consumption, urban traffic tends to be rather under-internalized compared to rural traffic. For example, in case of private cars in off peak traffic conditions overtaxation occurs in 87%, but is limited to one third in 70% of the cases. Only LPG, CNG, BEV and Euronorm 0- 2 gasoline and diesel cars are undertaxed due to limited fuel taxation. In general, 90% of private cars are undertaxed in peak traffic. Company cars on the other hand pay relatively more taxes. Only 2% of the company cars are undertaxed in both traffic conditions. This is due to heavier taxation, but also a faster renewing vehicle fleet compared to private cars. Consequently, we determined the optimal taxation rate per vehicle segment in each area from an external cost perspective. Furthermore, some recommendations to improve current traffic taxation are formulated. Based on our findings in Chapter 3, the battery electric vehicles could significantly reduce the environmental external effects of passenger vehicles in Flanders. Nevertheless, 97 percent of new vehicles and 99 percent of second-hand vehicles sold in 2014 in Flanders were equipped with a diesel or a gasoline propulsion system. Therefore, we would like to determine the reason why the uptake of electric vehicles remained rather limited. In Chapter 4, on the one hand, we examine the willingness to pay for electric vehicles and their characteristics, such as fuel cost, vehicle range, charging time and emissions. On the other hand we analyze the impact of multiple policy measures on the willingness to pay of private car owners for battery electric vehicles. Given that governments often implement different policy measures simultaneously, it is important to examine the combined impact of policy measures. To this end, we conducted an online stated choice experiment of 598 Flemish respondents that included eight attributes, three of which were policy measures. This manuscript reveals, for the first time, a positive embedding effect between electricity prices and value-added tax. In other words, these policy measures have a synergistic effect on each other. Furthermore, our results show that, given current electric vehicle characteristics, the average respondents’ preference for electric vehicles is substantially lower than that of conventional vehicles. Lower fuel prices and emissions could not outweigh the higher purchase price, limited driving range and prolonged charging time. Nevertheless, our policy measures have a positive effect on the purchase decision of potential electric vehicle buyers. An exemption of value-added tax is valued at €3,400. Furthermore, a discount of one euro on yearly road taxes leads to an increase of €28 in the willingness to pay, while a 25 percent discount on electricity prices at public charging points is worth €1,400. The introduced policy measures in our stated choice experiment were focused on rewarding the electric vehicle, but it could also be interesting to examine the impact of penalizing the conventional vehicle. In Chapter 5, we therefore examine the potential effect of a subsidy for electric vehicles as well as the potential effect of a tax for conventional vehicles, by means of a rating experiment. In our experiment, we introduce subsidies and taxes both separately and jointly and therefore we are able to examine the direct effect of the policy interventions on the subsidized and/or taxed vehicles but also on their substitutes without these policies. In this experiment each respondent has to rate (0-100) six vehicle models equipped with three different fuel types (diesel, gasoline and electric) leading to 18 unique vehicle combinations. Each of those 18 vehicles has to be rated under four scenarios: no government intervention, a purchase tax for CVs, a subsidy for EVs and a combination of both. In total, 195 respondents participated to our survey experiment. We can conclude that in general, a direct subsidy of €4,000 for battery electric vehicles increases the likelihood of buying an EV with more than 9% points, while the same subsidy decreases the rating for diesel and gasoline by approximately 4% points. A €2,000 subsidy for plug-in hybrid vehicles has minor, but also significant effects. The taxation of CVs by €2,000 declines the gasoline and diesel rating with circa 6% points, while the EV rating increases with approximately 3.5% points. Furthermore, the combined effect from taxes and subsidies is higher than the sum of the individual taxes and subsidies in case of the EVs, which can be seen as an embedding effect. Simultaneously, we also analyzed the impact of carrying out the identical experiment with 2D footage as done in standard literature, compared to a virtual reality (VR) setting. This PhD dissertation demonstrates a significant effect on vehicle rating in the manner of presenting the different vehicle models. Our analysis suggests that on average respondents rate vehicles 17.78% points higher in VR than in the 2D experiment, while controlling for respondent characteristics or participants’ fixed effects. However, there is a significant difference between male and female respondents. In case of the former group, the impact of VR is rather limited compared to female respondents. Furthermore, the VR effect increases according to age.

De overkoepelende doelstelling van dit doctoraatsproefschrift bestaat uit de analyse van aankoop- en gebruikskosten (zowel interne als externe) van passagiersvoertuigen in Vlaanderen om zodoende (evidence-based) transportbeleidsmaatregelen te definiëren. Hiervoor hebben we in het tweede hoofdstuk 44 artikelen onderworpen aan een grondige evaluatie. Elke van deze onderzoeken voerde een private, externe en/of totale maatschappelijke kostenvergelijking uit tussen conventionele en elektrische voertuigen. Ongeacht de opzet van deze studies, zijn de resultaten van verschillende onderzoeken vaak tegenstrijdig. We kunnen besluiten dat deze inconsistenties zich voordoen wanneer één of meerdere relevante kostencomponenten worden weggelaten en/of wanneer assumpties sterk uiteenlopen en soms zelfs niet worden gespecificeerd, hetgeen wordt gestaafd aan de hand van drie gedetailleerde voorbeelden. Van de 30 studies die privékosten van verschillende wagentypes vergeleken, bracht een derde enkel aankoop- en brandstofkosten in rekening, terwijl andere kosten werden genegeerd. De private laadinfrastructuur en de restwaarde werden slechts onderzocht in respectievelijk vier en acht verschillende studies. Vijfendertig auteurs voerden een externe kostenevaluatie uit, waarvan 12 studies de kosten uitdrukten in monetaire termen. De meerderheid van de niet-monetaire studies beschouwt slechts één externe vervuilende factor, die in dat geval meestal betrekking heeft op CO2 of broeikasgassen, terwijl de monetaire studies in het algemeen vier of meerdere vervuilende factoren in kaart brengen. Op basis van onze literatuurstudie en de uitgewerkte voorbeelden hebben we een methodologische checklist ontwikkeld die (1) de geprefereerde evaluatiemethoden definieert overeenkomstig met de studiedoelen, (2) alle private en externe kosten in de productie-, verwerving-, gebruiks- en recyclagestadia, alsook de bestaande beleidsmaatregelen opsomt en (3) de te specificeren algemene assumpties in kaart brengt. Deze checklist verbetert de vergelijkbaarheid tussen verschillende sociale kostenstudies van meerdere voertuigtypes. Daarnaast zorgt deze checklist voor een ondersteuning van beleidsmakers bij het opstellen van evidence-based transportbeleidsmaatregelen. Met behulp van onze methodologische checklist hebben we de totale externe impact van Vlaamse personenauto's op macro- (de maatschappij als geheel) en microniveau (70 voertuigsegmenten op basis van brandstoftype, motorvermogen en Euronorm) geanalyseerd. In Hoofdstuk 3 werden de externe kosten gemonetariseerd en vergeleken met de verschillende vormen van verkeersbelasting in Vlaanderen. Om de internaliseringsgraad te bepalen, werd er een onderscheid gemaakt tussen sturende en niet-sturende gedragsmaatregelen. Bij deze analyse worden klimaatverandering, milieuvervuiling, geluidsoverlast, congestie en slijtage van de wegen in detail besproken. Aangezien de impact van externe effecten afhankelijk is van regio-specifieke karakteristieken zoals bevolkingsdichtheid en verkeersintensiteit, wordt een afzonderlijke analyse uitgevoerd voor verkeer in de stad, op het platteland en op de snelweg. De huidige verkeersbelastingen variëren daarentegen niet op basis van locatie en tijd. Enkel brandstofaccijnzen zijn gerelateerd aan de afgelegde verplaatsingskilometers. Over het algemeen neigen verkeersbelastingen tot overinternalisering van externe effecten op macroniveau. De totale belastinginkomsten van personenwagens bedragen 3,7 miljard euro, terwijl de totale externe effecten worden geraamd op 3 miljard euro. De graad van internalisering is echter niet altijd even duidelijk en bovendien significant verschillend tussen de voertuigsegmenten, aangezien de huidige verkeerstaksen niet plaats- en tijdsgebonden zijn. Vermits de verkeersbelastingen slechts marginaal verschillen tussen gebieden (stedelijk, landelijk, snelweg), als gevolg van brandstofverbruik, is het stadsverkeer eerder ondergeïnternaliseerd ten opzichte van het verkeer op het platteland. Bijvoorbeeld, in het geval van niet-spitsverkeer treedt overbelasting op in 87% van de voertuigen, maar in 70% van de gevallen is de overbelasting beperkt tot een derde. Enkel LPG, CNG, batterij-elektrische voertuigen en Euronorm 0-2 benzine- en dieselwagens zijn onderbelast vanwege de beperkte brandstofbelasting. In het algemeen worden 90% van de privéwagens onderbelast in het spitsverkeer. Bedrijfswagens daarentegen betalen relatief meer belastingen. Slechts 2% van de bedrijfswagens wordt in zowel spits- als nietspitsverkeer onderbelast. Dit is te wijten aan hogere belastingen, maar ook aan een sneller vernieuwend wagenpark in vergelijking met de particuliere markt. Daarom hebben we het optimale belastingtarief per voertuigsegment in elk gebied bepaald vanuit een extern kostenperspectief. Verder hebben we enkele aanbevelingen geformuleerd om de huidige verkeersbelastingen te verbeteren. Op basis van onze bevindingen in Hoofdstuk 3, zouden de batterij-elektrische voertuigen de milieueffecten van personenwagens in Vlaanderen aanzienlijk kunnen reduceren. Toch waren 97 procent van de nieuw verkochte voertuigen en 99 procent tweedehandsvoertuigen in 2014 in Vlaanderen uitgerust met een diesel- of benzinemotor. Vandaar zouden we willen achterhalen waarom de verkoop van elektrische voertuigen vrij beperkt blijft. In hoofdstuk 4 onderzoeken we enerzijds de bereidheid om te betalen voor elektrische voertuigen alsook de specifieke kenmerken, zoals brandstofkosten, rijbereik, oplaadtijd en emissies. Anderzijds analyseren we de impact van meerdere beleidsmaatregelen op de betalingsbereidheid van particuliere autobezitters voor batterij-elektrische wagens. Aangezien overheden vaak verschillende beleidsmaatregelen gelijktijdig uitrollen, is het van belang om de gecombineerde impact van beleidsmaatregelen te onderzoeken. Hiervoor hebben we bij 598 Vlaamse respondenten een online keuze-experiment uitgevoerd dat acht attributen in rekening bracht, waarvan drie beleidsmaatregelen. Dit doctoraatsproefschrift onthult voor de eerste keer een positief interactie-effect tussen elektriciteitsprijzen en belasting op de toegevoegde waarde. Met andere woorden, deze beleidsmaatregelen hebben een synergetisch effect op elkaar. Bovendien laten onze resultaten zien dat, op basis van de huidige kenmerken van elektrische wagens, de voorkeur van de gemiddelde respondent voor elektrische voertuigen substantieel lager ligt dan die voor conventionele voertuigen. Lagere brandstofprijzen en emissies wegen immers niet op tegen de hogere aankoopprijs, het beperkte bereik en de lange oplaadtijd. Nochtans hebben onze beleidsmaatregelen een positief effect op de aankoopbeslissing van potentiële kopers van elektrische voertuigen. Een vrijstelling van belasting op de toegevoegde waarde wordt gewaardeerd op € 3.400. Bovendien leidt een korting van één euro op de jaarlijkse verkeersbelasting tot een verhoging van de bereidheid tot betalen met € 28, terwijl een korting van 25 procent op elektriciteitsprijzen bij openbare oplaadpunten € 1.400 waard is. De beleidsmaatregelen in ons keuze-experiment waren gericht op het belonen van de elektrische wagen, maar het zou ook interessant kunnen zijn om de impact van sancties voor de conventionele wagen te onderzoeken. In hoofdstuk 5 analyseren we daarom het potentiële effect van een subsidie voor elektrische voertuigen, evenals het potentiële effect van een bijkomende belasting voor conventionele voertuigen, door middel van een beoordelingsexperiment. In ons experiment introduceren we subsidies en belastingen, zowel afzonderlijk als gezamenlijk, hetgeen toelaat om het directe effect van de beleidsinterventies op gesubsidieerde en/of belaste voertuigen te onderzoeken, maar ook op het substituut zonder dit beleid. In dit experiment moet elke respondent zes voertuigmodellen beoordelen (0-100) die elk verkrijgbaar zijn in drie verschillende brandstoftypes (diesel, benzine en elektrisch), hetgeen leidt tot 18 unieke voertuigcombinaties. Elk van deze 18 voertuigen moet worden beoordeeld in vier verschillende scenario's: geen overheidsinterventie, een aankoopbelasting voor conventionele wagens, een subsidie voor elektrische wagens en een combinatie van beide. In totaal namen 195 respondenten deel aan ons onderzoek. We kunnen concluderen dat een directe subsidie van € 4.000 voor batterij-elektrische wagens leidt tot een stijging van 9%-punt in de beoordeling van de elektrische wagen, terwijl dezelfde subsidie de score voor diesel en benzine met ongeveer 4%-punt verlaagt. Een subsidie van € 2.000 voor een plug-in hybride heeft kleinere absolute, maar ook significante effecten. Een belasting voor conventionele wagens van € 2.000 verlaagt de score van benzine- en dieselwagens met circa 6%-punt, terwijl de beoordeling van de elektrische wagen ongeveer 3,5%-punt stijgt. Bovendien is het gecombineerde effect van belastingen en subsidies hoger dan de som van de individuele belastingen en subsidies in het geval van de elektrische wagen, wat kan worden gezien als een positief interactie-effect. Tegelijkertijd analyseerden we ook de impact van een identiek experiment met 2Dbeeldmateriaal, zoals gebruikelijk in de standaardliteratuur, ten opzichte van een virtual reality (VR) opzet. Dit proefschrift toont een significant effect van de presentatiewijze op de beoordeling van de verschillende voertuigmodellen. Onze analyse geeft aan dat respondenten dezelfde wagen gemiddeld 17,78%-punt hoger beoordelen in VR dan in 2D, terwijl we controleren persoonsgebonden kenmerken van de respondenten. Er is echter wel een aanzienlijk verschil tussen mannelijke en vrouwelijke respondenten. Voor de mannelijke respondenten is de impact van VR vrij beperkt in vergelijking met vrouwelijke respondenten. Bovendien neemt het VR-effect toe naarmate de leeftijd stijgt.