Transportforum 2010

Joakim Ekström

Linköpings universitet

Alternativ uformning av trängselavgifter

2

Agenda

Introduktion

En Stockholmsmodell

Alternativa avgifter med nuvarande placering av tullportaler

Alternativ lokalisering (DORIS)

KM-baserade avgifter

Tidsbaserade avgifter

Sammanfattning

3

Introduktion

Hur designar vi ett trängselavgiftssystem?

Hur avgifterna ska samlas in?

Var avgifterna ska samlas in?

Vilken nivå ska man ha på avgifterna?

(När ska avgifterna samlas in? )

Komponenter för utvärdering

Modell av trafiksystemet

Nyttomått på hur bra trafiksystemet fungerar

Med samhällsekonomiskt överskott som nyttomått kan en bästa prissättning av vägnätet ske genom marginalkostnadsprissättning

Andra alternativ kan jämföras mot denna prissättning

En strategi för att finna en design som ger så hög nytta som möjligt

En mängd praktiska/politiska aspekter som lämpar sig mindre bra att inkludera i beslutsstöd/modeller

4

En Stockholmsmodell

Nätverks- och efterfrågemodell för Stockholm

Modellerar morgontimma

Fix efterfrågan med Logit-modell för val mellan bil och kollektivtrafik

392 länkar, 40 zoner

Total efterfrågan på bilresor i grundscenario utan tull är 137 800

Total efterfrågan på kollektivtrafikresor i grundscenario utan tull är 68 850

Estimerad insamlingskostnad för olika vägtyper, i genomsnitt 1 436 SEK

Marginalkostnadsprissättning

Tull på 290 länkar

Samhällsekonomiskt överskott

ca 1 115 000 SEK

ca 693 000 SEK om kostnaden för de 290 insamlingspunkterna räknas bort

5

Alternativa utformningar av nuvarande system

Tull på Essingeleden, samma nivå som övriga tullar

Med en känslighetsanalys baserad heuristik har följande alternativ dessutom utvärderats

Optimal avgiftssättning i nuvarande system

Optimal avgiftssättning inklusive tull på Essingeleden

6

Alternativa utformningar av nuvarande system

5245228.7-47.9Nuvarande + Essingeleden, med optimala nivåer

39542220.0Nuvarande + Essingeleden

3654208.1-42.8Nuvarande med optimala nivåer

27602020.0Nuvarande

100213120.0-32.0Marginalkost…

% av nytta med marg. kost.

Antal länkar med flöde över kapacitet

Antal tullarTullnivå

(SEK)

Alternativ

7

Alternativ lokalisering (DORIS)

Inom projektet DORIS (Design of Optimal Road Charging Systems) har en heuristisk metod utvecklas för att bestämma både optimal lokalisering och avgiftssättning av vägtullar i ett biltrafiknätverk

Antal tullar

Lokalisering

Nivåsättning

Nivåsättningsproblemet med fix lokalisering är ett svårt optimeringsproblem, lokaliseringen inför även en kombinatorisk svårighet

Resultat från Stockholm

69 tullar

Samhällsekonomiskt överskott

ca 894 000 SEK (inkl. systemkostnad)

ca 993 000 SEK (exkl. systemkostnad), ungefär 89% av effekten med marginalkostandsprissättning

endast 24 länkar med flöde över kapacitet

8

87 (89 med kontinuerliga

tullnivåer)

24695-35DORIS (diskreta tillnivåer om 5 SEK)

5245228.7-47.9Nuvarande + Essingeleden, med optimala nivåer

39542220.0Nuvarande + Essingeleden

3654208.1-42.8Nuvarande med optimala nivåer

27602020.0Nuvarande

100213120.0-32.0Marginalkost…

% av nytta med marg. kost.

Antal länkar med flöde över kapacitet

Antal tullarTullnivå

(SEK)

Alternativ

Alternativ lokalisering (DORIS)

9

Delar av Stockholmsmodellen med nuvarande tullar

10

Alternativa avgifter med DORIS

11

Förändringar i flöde med nuvarande tullar

12

Förändringar i flöde med alternativ lokalisering (DORIS)

13

Avgifter baserade på körsträcka eller körtid

I flera europeiska länder finns idag avgiftssystem för tung trafik där avgiften beror på körsträcka

Tyskland

Tjeckien

Österrike

Diskuteras från och till i Sverige

“Pay-as-you-drive” introduceras i Nederländerna (2012?)

För minskad trängsel och bättre miljö

Dessa system kräver en ombordenheter för att samla in avgiften

14

Avgifter baserade på körsträcka eller körtid

Med ombordenheter skulle det faktiskt vara möjligt att ta ut marginalkostnadsprissättning

Inte praktiskt möjligt

Det skulle vara alltför komplicerat för användarna att förstå systemet

Problemet som uppstår är att bestämma hur vägnätet ska differentieras och hur hög avgift som ska tas ut på varje del

Zoner

Vägkategorier

15

KM-baserade avgifter

KM-avgift

En specifik km-avgift för varje vägavsnitt ger marginalkostandsprissättning, med samma problem och begränsningar

Om vi istället delar upp vägnätet

I zoner

Baserat på vägstandard/kategori

En avgift för varje zon/kategori

Exempel med Stockholms modellen

3 kategorier baserat på hastighetsbegränsning: 50, 70, >=90 km/h

För varje kategori har det genomsnittliga marginalkostadspriset per km beräknats

Dvs. Endast tre avgiftsnivåer

Ett samhällsekonomiskt överskott motsvarande 53% av marginalkostnadsprissättning

16

Tidsbaserade avgifter Samma principer som för km-avgifter

Mindre troligt att implementeras i verkligen, kan ge upphov till farligt trafikantbeteende

Ger en bättre approximation av marginalkostnadstullarna

Ökad trängsel => ökad restid => ökad avgift

Problemet med hur vägnätet ska differentieras kvarstår

Exempel med Stockholmsmodellen

För varje kategori har det genomsnittliga marginalkostadspriset per minut beräknats

Dvs. Endast tre avgiftsnivåer

17

En illustration över skillnader mellan (distans) km- och (tid) minutbaserade avgifter

Ett litet exempel över två städer som sammanbinds med en 20km lång motorväg

Ingen skillnad mellan riktningarna på motorvägen

Om efterfrågan är lika i båda riktningarna ger en gemensam km- eller tidsavgift 100% av det samhällsekonomiska överskottet med marginalkostnadsprissättning

A B

18

En illutration över skillnader mellan distans- och tidsberoende avgifter

Om efterfrågan är större i A->B än B-A, med ungefär en faktor 10 vid fritt flöde

Med marginalkostnadsprissättning

5.5 SEK B->A

20.2 SEK A->B

km-avgift, 79% av effekt med marg. kost.

16.2 SEK i kostnad för båda sträckorna

Minutavgift, 94% av effekt med marg. kost., 1.08 SEK/minut i båda riktningar

11.3 SEK B->A

18.2 SEK A->B

A B

19

Resultat Optimala km-avgifter

Om uppdelningen av vägnätet är fixt får vi ett optimeringsproblem med endast tre variabler

Med optimala avgifter når vi strax under 60% av effekten med marginalkostnadsprissättning flr Stockholmsmodellen 50km/h: 4.4 SEK/km

70km/h: 1.3 SEK/km

>=90km/h: 0.6 SEK/km

21 länkar med flöde över kapacitet

Stora skillnader i flöden i olika riktningar ger problem

Optimala tidsbaserade avgifter

Optimering av avgifterna ger 75% av det samhällsekonomiska överskottet med marginalkostnadsprissättning 50km/h: 1.7 SEK/min

70km/h: 1.2 SEK/min

>= 90km/h: 0.8 SEK/min

33 länkar med flöde över kapacitet

Resultaten kan förbättras genom att välja uppdelning av vägnätet på ett bättre sätt

Ett annat optimeringsproblem

20

Sammanfattning

7533--Minutavgift

6021--km-avgift

8724695-35DORIS

5245228.7-47.9Nuvarande + Essingeleden, med optimala nivåer

39542220.0Nuvarande + Essingeleden

3654208.1-42.8Nuvarande med optimala nivåer

27602020.0Nuvarande

100213120.0-32.0Marginalkost…

% av nytta med marg. kost.

Antal länkar med flöde över kapacitet

Antal tullarTullnivå

(SEK)

Alternativ

21

Fortsatt arbete Att använda metoden från DORIS för att titta på lämpliga

utvidgningar (nya lokaliseringar) av befintliga system

Design av zoner för km-baserade avgifter

En eller flera zoner

Förutbestämd avgift eller avgiftsnivå som del av optimeringsproblemet

Nu ser vi bara till morgonens rusningstimma, en stor begränsning

Lokalisering som gäller för hela dygnet, ev. med varierande avgiftsnivåer

Zondesign som gäller för hela dygnet, ev. med varierande avgiftsnivå