賴單宏，陳文煒，黃文燾，鄭 欣，王明春，李岱霖

（1.廣州南沙供電局，廣東 廣州 511400；2.上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院，上海 200240）

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岸電技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

賴單宏1，陳文煒1，黃文燾2，鄭 欣1，王明春1，李岱霖1

（1.廣州南沙供電局，廣東 廣州 511400；2.上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院，上海 200240）

本文以南沙港三期工程為例，從港口經(jīng)濟(jì)性、船舶經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)方面出發(fā)，采用單一變量法，系統(tǒng)地分析了岸電系統(tǒng)的港口建設(shè)維護(hù)成本、港口公司的成本回收年限、船舶岸電接入設(shè)備的改造成本，船舶岸電改造成本回收年限以及國家補(bǔ)貼之間的相互關(guān)系，綜合評(píng)價(jià)了岸電技術(shù)在該地區(qū)實(shí)施的經(jīng)濟(jì)可行性，指出了國家補(bǔ)貼在岸電系統(tǒng)早期推廣中的重要性。同時(shí)，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)港口和船舶的成本回收年限可接受限度，求得了國家補(bǔ)貼的最小限額。

岸電技術(shù)；港口經(jīng)濟(jì)性；船舶經(jīng)濟(jì)性；回收年限；國家補(bǔ)貼

引 言

應(yīng)用岸電技術(shù)，可以降低港口燃油發(fā)電所造成的污染，也可以給港口、船舶以及社會(huì)帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。

目前針對(duì)岸電技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析的文章主要集中在對(duì)港口成本回收年限的分析［1］、對(duì)岸電技術(shù)節(jié)能減排效果的分析［2］，缺乏系統(tǒng)化的整體分析和辯證性的對(duì)比分析。本文選擇港口經(jīng)濟(jì)性、船舶經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)角度對(duì)岸電系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了綜合、系統(tǒng)的論證分析，指出了港口建設(shè)維護(hù)成本、港口公司成本回收年限、船舶岸電接入設(shè)備改造成本，船舶岸電改造成本回收年限以及國家補(bǔ)貼之間的相互關(guān)系，為岸電技術(shù)的工程實(shí)踐提出了建設(shè)性意見。

1 岸電技術(shù)港口經(jīng)濟(jì)性分析

分析港口經(jīng)濟(jì)性需考慮的變量主要有建設(shè)成本、管理維護(hù)成本、電價(jià)成本、船舶接入費(fèi)用、政府補(bǔ)貼、港口船舶停靠期間總用電量等。本文主要從港口成本和成本回收年限兩個(gè)角度分析岸電技術(shù)的港口經(jīng)濟(jì)性。

1.1 岸電技術(shù)港口成本分析

從成本的角度來分析，岸電技術(shù)港口設(shè)備的成本主要包括建設(shè)成本、管理維護(hù)成本。其中建設(shè)成本主要包括土建成本，設(shè)備成本和人力成本；管理維護(hù)成本主要指管理維護(hù)過程中的人力成本、設(shè)備更換維修成本和電價(jià)成本，其中電價(jià)成本根據(jù)廣州市電力公司提供的大工業(yè)電價(jià)標(biāo)準(zhǔn)確定。

通過對(duì)文獻(xiàn)［1］的相關(guān)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行解算可得：對(duì)于10萬t泊位而言，平均每個(gè)泊位的高壓開關(guān)柜的成本約為 30萬元；平均每個(gè)泊位的變頻設(shè)備改造成本約262.5萬元；平均每個(gè)泊位的變壓器改造成本約為 60萬元。此外，碼頭接口岸電箱的成本約為5萬元，由于10萬t試點(diǎn)泊位在泊位起始點(diǎn)和終點(diǎn)各裝一個(gè)岸電箱，故其岸電箱總價(jià)約為 10萬元。11 kV高壓電纜的價(jià)格約為400元/m。而根據(jù)南沙港三期工程的實(shí)地考察情況，得知南沙港三期工程目前計(jì)劃先選擇一個(gè)10萬t泊位作為岸電技術(shù)試點(diǎn)泊位，后續(xù)工程將根據(jù)試點(diǎn)泊位的收益情況以及到港船舶的用電情況決定是否繼續(xù)添加岸電設(shè)施。對(duì)于10萬t岸電技術(shù)試點(diǎn)泊位岸電設(shè)施的建設(shè)與維護(hù)成本計(jì)算如表1。

表1　岸電設(shè)施建設(shè)成本估算

因此，對(duì)于南沙港10萬t高壓岸電上船技術(shù)試點(diǎn)泊位而言，建設(shè)成本的估算值為682.35萬元。

南沙港碼頭以集裝箱業(yè)務(wù)為主，故在計(jì)算船舶靠港用電量時(shí)，以集裝箱船舶為主要對(duì)象。集裝箱船舶的相關(guān)停靠信息如表2所示（該數(shù)據(jù)參考了文獻(xiàn)［1］的相關(guān)數(shù)據(jù)）。

表2　集裝箱船舶?？考昂碾娦畔?/p>

而根據(jù)實(shí)際調(diào)研，目前運(yùn)營國內(nèi)航線的大多數(shù)小型船舶并不具備安裝岸電配套設(shè)備的意愿，只有大型定期靠港的遠(yuǎn)洋船舶因?yàn)橐蜌W美國家的綠色港口標(biāo)準(zhǔn)相統(tǒng)一才具備安裝岸電配套設(shè)備的意愿和需求。該10萬t試點(diǎn)泊位又限制了該泊位?？康淖畲蟠邦愋?。因此只取1～10萬t之間的船舶信息進(jìn)行分析，其年岸電用電量之和（Qc）為

13 964 MW·h。根據(jù)天津港集裝箱公司的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，平均每個(gè)泊位船舶靠港期間岸電實(shí)際使用容量約為5 548 kV·A。此外，ABB公司相關(guān)技術(shù)文檔中也提到集裝箱碼頭單個(gè)泊位船舶靠港期間實(shí)際使用容量約為5 000 kV·A。因此，我們這里選取國內(nèi)天津港的5 548 kV·A作為單個(gè)泊位船舶靠港期間實(shí)際使用容量。即對(duì)于一個(gè)10萬t試點(diǎn)泊位而言，變壓器增加的容量（Qt）為5 548 kV·A。

在電價(jià)方面，南沙港的電力標(biāo)準(zhǔn)屬大工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其成本電價(jià)（Pc）為0.719 3元/（kW·h），變壓器容量電價(jià)（Pt）為0.23元/（kV·A·月）。

綜上所述，南沙港碼頭該10萬t泊位的年電鍍電價(jià)成本Sc=PcQc=1 004.5萬元?；倦妰r(jià)年成本為St=PtQt=153.1萬元。故南沙港碼頭該10萬t泊位的年度用電支出（Sct=St+Sc）為1 157.6萬元。

因此構(gòu)建10萬t岸電技術(shù)試點(diǎn)泊位，港口公司需要投入的建設(shè)成本（Sg）約為682.35萬元，每年需投入的電價(jià)成本（Sct）約為1 157.6萬元。因維護(hù)成本與操作人員的使用習(xí)慣、設(shè)備的差異有關(guān)，難以統(tǒng)一估價(jià)，且與投入的電價(jià)成本相比，港口岸電設(shè)備的維護(hù)成本以及人力成本均可以忽略，故在此分析中，管理維護(hù)成本主要考慮電價(jià)成本。

1.2 岸電技術(shù)港口公司成本回收年限分析

由表2可知，南沙港10萬t高壓岸電上船技術(shù)試點(diǎn)泊位的岸電年用電量（Qc）約為13 964 MW·h。而船舶輔機(jī)發(fā)電主要使用的為重油。重油價(jià)格隨時(shí)間變化而波動(dòng)。根據(jù)2012年11月到2015年8月各油品市場報(bào)價(jià)機(jī)構(gòu)的油價(jià)數(shù)據(jù)，重油價(jià)格（Jf）約為3 150～5 380元/t，發(fā)電柴油機(jī)的燃油消耗率一般為200～300 g/（kW·h），這里取重油發(fā)電油耗率（Cf）為215 g/（kW·h），則可得重油發(fā)電對(duì)應(yīng)的成本電價(jià)（Pfm）為：

因此，該港10萬t高壓岸電上船技術(shù)試點(diǎn)泊位的年電價(jià)收入為：

其中，Pf表示船舶接入岸電設(shè)備單位電價(jià)。

該港10萬t高壓岸電上船技術(shù)試點(diǎn)泊位的年電價(jià)凈收入為：

其最大年電價(jià)凈收入為：

由式（4）可知隨著重油發(fā)電電價(jià)的增加，港口年最大電價(jià)凈收入在隨之增加。而就 2015年 8月的油價(jià)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)而言，各報(bào)價(jià)機(jī)構(gòu)的平均油價(jià)已經(jīng)跌至 3 150元/t，即重油發(fā)電電價(jià)約為 0.677 元/（kW·h），年最大電價(jià)收入約為946.6萬元，年最大電價(jià)凈收入約為-210.9萬元，即處于虧損狀態(tài)。因此就目前的重油價(jià)格情況來看，港口運(yùn)營岸電并不具備實(shí)際的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。但從另一個(gè)角度來考慮，油價(jià)波動(dòng)是一個(gè)長期變化的過程。2012年11月到2015年8月重油價(jià)格波動(dòng)的平均值在4 229.8元/t左右，即重油發(fā)電的平均電價(jià)約為0.909元/（kW·h）。該平均值更能代表重油發(fā)電在長期波動(dòng)中所體現(xiàn)的總體成本特征。若以此平均值代表未來重油價(jià)格波動(dòng)的平均水平，則南沙港10萬t岸電技術(shù)試點(diǎn)泊位在實(shí)施岸電技術(shù)以后，平均每年的電價(jià)收入為1 269.9萬元，平均每年的電價(jià)凈收入為1 12.3萬元。因此，從長遠(yuǎn)來看，岸電技術(shù)存在一定的經(jīng)濟(jì)性。下文我們將以2012年11月到2015年8月期間重油價(jià)格的平均值作為參照對(duì)象，分析岸電技術(shù)對(duì)港口及船舶用戶的實(shí)際經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

基于上述分析，若國家不提供任何補(bǔ)貼政策，回收成本年限為：

因此，在該條件港口公司至少需要運(yùn)營6年才能收回建設(shè)維護(hù)成本，從虧損狀態(tài)轉(zhuǎn)變到盈利狀態(tài)。

然而，上述結(jié)論是在岸電成本電價(jià)等于重油成本電價(jià)的條件下達(dá)成的。該條件下，對(duì)于船方而言，岸電技術(shù)較重油發(fā)電技術(shù)并未體現(xiàn)出明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，此條件下的岸電技術(shù)推廣必定受到很大的阻力。因此，適當(dāng)?shù)膰已a(bǔ)貼政策對(duì)于岸電技術(shù)的推廣而言是有必要。

下面從岸電成本回收年限和船舶接入岸電電價(jià)定價(jià)兩個(gè)角度分析國家補(bǔ)貼政策對(duì)高壓岸電技術(shù)應(yīng)用的影響情況。

國家補(bǔ)貼政策對(duì)港口應(yīng)用岸電技術(shù)最短成本回收年限的影響如圖1所示。

圖1　國家補(bǔ)貼政策對(duì)最短成本回收年限的影響

如圖1所示，隨著國家補(bǔ)貼的增長，港口成本的回收年限降低顯著。其關(guān)系表達(dá)式如下：

式中：Ga表示國家補(bǔ)貼資金；NG表示港口成本回收年限。

圖2　國家補(bǔ)貼政策對(duì)岸電接入價(jià)格的影響

若港口公司預(yù)計(jì)的最大成本回收年限為5年，國家補(bǔ)貼政策對(duì)岸電接入價(jià)格定價(jià)的影響如圖2所示。根據(jù)圖2的曲線特征，隨著國家補(bǔ)貼的增加，岸電接入電價(jià)逐步降低，而接入電價(jià)的降低將會(huì)大幅度提高船舶使用岸電積極性的。其關(guān)系式如下：

式中：Ga表示國家補(bǔ)貼資金；Pc表示岸電接入電價(jià)。

當(dāng)國家補(bǔ)貼少于123.5萬元，港口要想在5年內(nèi)收回成本，需將接入電價(jià)定在重油發(fā)電成本電價(jià)0.909元/（kW·h）之上，這幾乎剝奪了船舶使用港口的所有經(jīng)濟(jì)效益，其結(jié)果將會(huì)導(dǎo)致岸電使用客戶的大量流失。因此當(dāng)國家補(bǔ)貼少于123.5萬元時(shí)，港口只能通過延長成本回收年限，降低岸電接入電價(jià)的方法來維持足夠多地岸電使用客戶。

當(dāng)國家補(bǔ)貼為零時(shí)，港口成本回收年限對(duì)岸電接入電價(jià)的影響如圖3所示。其關(guān)系式如下：

因此，港口控制適當(dāng)?shù)某杀净厥漳晗蓿瑢?duì)船舶接入岸電的積極性有很大的影響。

圖3　成本回收年限對(duì)船舶岸電接入電價(jià)的影響

綜上所述，對(duì)于不同的國家補(bǔ)貼政策港口公司需要采用不同的應(yīng)對(duì)措施，激發(fā)船舶岸電用戶的積極性，從而實(shí)現(xiàn)岸電技術(shù)長期的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。當(dāng)國家補(bǔ)貼較少時(shí)，港口公司需在成本回收年限的最大承受范圍之內(nèi)，盡量降低船舶岸電接入價(jià)格，提高船舶使用岸電的動(dòng)力，拓寬岸電技術(shù)受益面，為港口打造穩(wěn)定的岸電用戶群做鋪墊。在國家補(bǔ)貼充裕的情況下，港口公司在選擇合適的成本回收年限之后，也要盡量降低船舶岸電接入價(jià)格，為船舶岸電用戶讓出部分補(bǔ)貼利益，提高港口公司岸電技術(shù)的市場競爭力。

2 岸電技術(shù)船舶經(jīng)濟(jì)性分析

岸電上船技術(shù)主要客戶群是船舶用戶，船舶用戶對(duì)岸電技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性需求是岸電技術(shù)進(jìn)一步推廣的關(guān)鍵因素。船舶經(jīng)濟(jì)性分析主要從燃油成本節(jié)省效益和船舶岸電受電設(shè)備改造成本回收年限兩個(gè)方面進(jìn)行分析。

2.1 岸電技術(shù)船舶燃油成本節(jié)省效益分析

取2012年11月到2015年8月期間油價(jià)的平均值作為未來油價(jià)的平均值，根據(jù)式（1）可得重油發(fā)電對(duì)應(yīng)的成本電價(jià)（Pfm）為0.909元/t。以5 000 TEU中型船舶為例，年?？繒r(shí)間t約為720 h，?？科陂g每小時(shí)電量（Qc1）約為1 860 kW·h。故一艘5 000 TEU中型船舶年重油發(fā)電成本為：

由于船舶接入岸電的價(jià)格與國家補(bǔ)貼政策以及港口預(yù)期成本回收年限有關(guān)，因此，需根據(jù)不同的情況分類討論高壓岸電上船技術(shù)船舶燃油成本節(jié)省效益。

若港口預(yù)計(jì)的最大成本回收年限為5年，國家補(bǔ)貼政策對(duì)高壓岸電上船技術(shù)船舶燃油成本節(jié)省效益的影響如圖4所示。

圖4　國家補(bǔ)貼政策對(duì)船舶燃油成本年節(jié)省效益的影響

根據(jù)圖4的曲線，當(dāng)港口公司預(yù)計(jì)成本回收年限為5年時(shí)，船舶燃油成本節(jié)省效益與國家政策補(bǔ)貼基本呈線性正相關(guān)，且在國家補(bǔ)貼超過123.5萬元以后出現(xiàn)正收益。其對(duì)應(yīng)的公式如下：

而當(dāng)國家補(bǔ)貼為零時(shí)，港口成本回收年限對(duì)船舶燃油成本節(jié)省效益的影響如圖5所示。

由圖5可知，當(dāng)國家補(bǔ)貼政策為零時(shí)，港口成本回收年限與船舶燃油成本節(jié)省效益呈正相關(guān)，當(dāng)港口成本回收年限較短時(shí)，船舶燃油成本隨著港口成本回收年限變化的幅度大；但隨著港口成本回收年限的增大，船舶燃油成本節(jié)省效益隨著港口成本回收年限變化的幅度逐漸降低。其對(duì)應(yīng)的公式如下：

因此，通過犧牲港口成本回收年限的方法來提高船舶燃油成本節(jié)省效益在早期是有用的，但隨著年限的增加，效果將不再顯著。

圖5　港口成本回收年限對(duì)船舶燃油成本年節(jié)省效益影響

2.2 船舶岸電受電設(shè)備改造成本回收年限分析

根據(jù)國外典型港口的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行類比分析［3］，如表3。

表3　國外部分應(yīng)用岸電碼頭和船舶投入成本統(tǒng)計(jì)

由于集裝箱船只靠港作業(yè)的主要機(jī)械部分由港口提供，船舶主要用于運(yùn)輸集裝箱，船舶停靠時(shí)的其他用電設(shè)備較少，且用電負(fù)荷較為單一，故其岸電改造成本較郵輪渡輪而言，相對(duì)要低廉一些。故根據(jù)表 4，集裝箱船舶的岸電受電設(shè)備成本預(yù)估在20～30萬美元左右，即124.2～186.3萬元。由于岸電設(shè)備和重油發(fā)電設(shè)備都需要維護(hù)，且岸電設(shè)備應(yīng)用尚未普及，目前缺乏相應(yīng)的維護(hù)費(fèi)用數(shù)據(jù)，此外，相對(duì)改造成本而言，維護(hù)費(fèi)用的變化并不是主要影響因素，因此可以將其忽略。在此條件下分析港口成本回收年限和國家政策對(duì)船舶岸電設(shè)備改造成本回收年限的影響。當(dāng)集裝箱船舶岸電受電設(shè)備改造成本取124.2萬元和186.3萬元的平均值，即155.25萬元時(shí)，其分析結(jié)果如圖6、圖7所示。

圖6　成本回收年限的影響關(guān)系

圖7　政策對(duì)船舶岸電設(shè)備成本回收年限的影響

由圖6可知，在國家補(bǔ)貼為零的情況下，船舶成本回收年限隨著港口成本回收年限增加而減小。其表達(dá)式如下：

式中：Nc表示的是船舶岸電設(shè)備改造成本回收年限；NG表示的是港口成本回收年限。

如圖7所示，當(dāng)港口成本回收年限固定為5年時(shí)，船舶成本回收年限隨著國家補(bǔ)貼的增加而減小。其表達(dá)式如下：

式中：Nc表示的是船舶岸電設(shè)備改造成本回收年限；Ga表示的是國家補(bǔ)貼。

3 限定條件下的國家補(bǔ)貼極限值

由圖1和圖7可知隨著國家補(bǔ)貼政策的增加，港口成本回收年限和船舶成本回收年限都將減小。因此，國家最少的補(bǔ)貼資金要滿足港口和船舶都可以承受的最大回收年限的要求。這是一個(gè)目標(biāo)函數(shù)為國家補(bǔ)貼資金最小化的最優(yōu)解問題。相關(guān)等式約束和不等式約束如下：

式中：NG表示港口成本回收年限；Nc表示船舶成本回收年限；Ga表示國家補(bǔ)貼；Pc表示船舶接入岸電價(jià)格。

通過上述各式解得國家補(bǔ)貼的最小值 Gamin為1 412.3萬元，此時(shí)船舶接入岸電價(jià)格 Pc為 0.793 元/（kW·h），港口成本回收年限NG達(dá)到最大承受值15年，船舶成本回收年限Nc達(dá)到最大承受值10年。

因此，欲實(shí)現(xiàn)港口公司在 15年內(nèi)回收成本，船舶用戶在 10年內(nèi)回收成本的目標(biāo)，國家至少投入1 412.3萬元資金進(jìn)行補(bǔ)貼。對(duì)于不同港口和不同船舶用戶對(duì)成本回收年限的要求，可以通過修改NG、Nc的上限約束來重新求得國家補(bǔ)貼的最小值。該值的大小體現(xiàn)了政府推廣在不同岸電技術(shù)應(yīng)用中的作用。在岸電技術(shù)市場條件不夠成熟的港口公司，政府推廣將起主導(dǎo)作用。相反，市場條件較為成熟的港口公司則可以脫離政府扶持，獨(dú)立運(yùn)營岸電技術(shù)。

5 結(jié) 語

隨著國家對(duì)節(jié)能減排技術(shù)重視程度的提高，岸電技術(shù)在港口產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的重要性逐步彰顯。本文從岸電技術(shù)港口經(jīng)濟(jì)性和船舶經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，綜合考慮了港口投資成本、港口成本回收年限、船舶投資成本、船舶成本回收年限以及國家補(bǔ)貼等因素，通過對(duì)這些因素之間的相互影響效應(yīng)進(jìn)行分析，論證了岸電技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性。但同時(shí)也指出要快速地推廣岸電，僅僅依靠港口公司和船舶用戶的力量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要國家補(bǔ)貼政策的進(jìn)一步跟進(jìn)。尤其是在目前國際油價(jià)進(jìn)一步下行的外部條件下，若沒有足夠的國家補(bǔ)助，岸電技術(shù)的推廣會(huì)受到很大的阻力。

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Economic Analysis of Shore Power Techniques

Lai Shanhong1， Chen Wenwei1， Huang Wentao2， Zheng Xin1， Wang Mingchun1，Li Dailin1
（1.Guangzhou Nansha Power Supply Bureau， Guangzhou Guangdong 511400， China； 2.School of Electronic Information and Electrical Engineering， Shanghai Jiaotong University， Shanghai 200240，China）

Based on Nansha port phase-3 project， single variable method is used to systematically analyze the construction and maintenance costs of shore power system， the cost payback period， the reconstruction cost of vessel’s shore power access equipment， the relationship between the cost payback period of vessel’s shore power reconstruction and state subsidies from the aspects of port and vessel economies. The economic feasibility of shore power techniques is evaluated comprehensively， it is also emphasized that state subsidies are important in early development of shore power techniques. In addition， the minimum limitation of state subsidies is obtained according to the accepted cost payback period of port and ship.

shore power techniques； port economy； vessel economy； payback period； state subsidies

U653.95

A

1004-9592（2016）03-0057-06

10.16403/j.cnki.ggjs20160315

2015-12-07

賴單宏（1968-），男，高級(jí)經(jīng)濟(jì)師，主要從事電價(jià)研究、供電可靠性研究及電力營銷管理工作。