船舶使用岸电的经济性分析

　　摘要：构建了船舶使用岸电的经济性分析模型，并以挂靠上海港洋山三期码头的欧洲航线典型集装箱船为例进行了实证分析。结果表明，在基准情景其他条件不变的情况下，若不提供任何补贴，无论是否征收环保税，船舶使用岸电的成本均高于辅机发电，此时船舶使用岸电不具经济性。为使船舶使用岸电具有经济性，船舶剩余寿命不宜少于年，岸电使用补贴不宜低于0.55元kW·h，仅征收环保税时税率提高幅度不宜低于当前设定税率的458，岸电使用率不宜低于39%，单次供电时间不宜低于11.8h。若岸电收费标准≥1.73元kW·h，或燃油消耗率低于58.70kW·h，或合规燃油价格低于2841元/t，则船舶几乎不可能使用岸电。

　　关键词：岸电;经济性分析;补贴;环境保护税;情景分析

　　引言

　　船舶运输是我国现代综合运输体系的重要组成部分，承担了我国52%以上的货物周转量[1]，在国民经济和社会发展中发挥着重要的支撑作用。同时，船舶运输也消耗了大量能源，排放了大量废气，给港口航道所在区域特别是大型港口城市的空气质量造成了较大影响。以世界第一大集装箱港口所在城市上海市为例，船舶排放的SO、NOx、PM2.5占全市同类排放物的比重分别达到了12.0。在此背景下，推进船舶结构调整、设立船舶排放控制区、推动船舶靠港使用岸电等遂成为防治船舶大气污染的必要手段[3]。

　　其中，船舶靠港使用岸电是指营运船舶靠泊港口期间，使用岸电设施提供的电能替代船舶辅机发电的一种减排手段[4]。与使用低硫油相比，船舶使用岸电可分别减排81.4%~88.9%、97.4%~98.5%、77.1%~86.4%、29.3%~57.8%的SO、NO、PM2.5、CO[5]。我国于2009年首次在青岛港提供岸电服务[6]。截至2019年底，全国已建成5400多套港口岸电设施，共覆盖7000多个泊位。根据48个港口提供的岸电使用数据，2019年共使用岸电约万次，用电时长约74万，用电量约4500万kW·h，合计减排SO、NO、PM超过710t[7]。

　　尽管使用岸电达到了一定的减排目的，但因岸电使用率(即船舶靠港期间使用岸电的艘次占靠港总艘次的比例)总体较低(以全国靠港船舶使用岸电最多的深圳港为例，2019年仅为6.2%[8])，极大限制了岸电的减排潜力。其中，主要原因之一是使用岸电的经济成本较高(例如，一艘渡船靠泊哥德堡港使用岸电的年均成本比辅机发电高26.7%[9]，远洋船舶靠泊我国沿海港口使用岸电的成本比辅机发电高62.5%~150%[5])，影响了船舶改造岸电系统和使用岸电的积极性。

　　为此，上海、深圳两地政府出台了鼓励政策，通过降低港口岸电服务费[10]或岸电电价[11]、补贴船舶岸电系统改造成本和岸电使用成本[11]等手段削减船舶使用岸电的经济成本。具体而言，船舶在上海港使用岸电的服务费比辅机发电的燃油费低50%81.3%[5,10]，在深圳港使用岸电电价仅为辅机发电的30%~50%且可获得0.05~0.25元kW的补贴[11]。此外，征收环境保护税(以下简称环保税)或碳税能在一定程度上改变船舶使用岸电的盈亏平衡点，促使船舶使用岸电[5,9]。鉴于此，有必要在考虑补贴、征收环保税等政策影响下，系统分析船舶使用岸电的经济性，为其岸电使用决策提供参考。

　　目前，关于船舶使用岸电的经济性分析已取得一定成果。从研究视角看，可以将相关研究成果分为类。第一类研究侧重于节能分析(即船舶使用岸电与使用辅机发电相比节省的能耗成本)[1214]，第二类研究侧重于减排分析(即船舶使用岸电与使用辅机发电相比节省的排放成本)[1518]，第三类研究对节能和减排进行综合分析[51925]。从研究方法看，多数研究主要采用成本比较法，而不同研究的区别在于其考虑的影响因素存在差异。总体而言，大多数研究都忽略了资金时间价值、岸电使用率、岸电作业时间、补贴、环保税当中的一个或多个因素，或未能同时考虑船舶辅机发电和岸电排放的SO、NO、PM、CO，导致分析结果不准确。

　　此外，由于参数取值差异，导致结果相差较大、可比性较弱，且大多数研究未能较为全面地揭示主要参数值对研究结果的影响规律。鉴于此，结合大气污染治理和应对气候变化协同控制形势，本文同时考虑船舶辅机发电和岸电排放的SO、NO、PM、CO，并将岸电使用率、岸电作业时间、补贴、环保税等纳入研究当中，通过对相关成本和效益现值、年值之间的等值计算，对现有成本比较法进行改进，构建船舶使用岸电的经济性分析框架;引入情景分析法，测算不同情景下船舶每年、单个挂靠港口、单位靠泊时间及每kW·h的岸电使用成本，增强研究结果的可比性。在此基础上，利用因素分析法，探究不同情景下主要因素变化对岸电使用经济性的影响规律。

　　1分析方法

　　1.1假设条件

　　为便于研究，结合我国港口岸电设施建设使用情况及岸电使用规则，参考相关研究[19,23,26]，给出以下假设条件：(1)港口建有岸电设施，且供电能力充裕，可满足靠港船舶用电需求;(2)船舶剩余寿命为年，岸电系统改造工作在年初开始，一年内完成;(3)各年成本按年初确定，考虑资金的时间价值，使用资金等值概念对未来值、一次性投资、现值、年值进行等值变换;(4)岸电系统改造不影响船舶载重量、使用寿命和燃油消耗率;(5)船舶靠港期间不强制使用岸电，可根据实际选择辅机发电(需使用合规燃油，硫含量不超过0.1%)或使用岸电，但至少应使用一次;(6)船舶使用岸电的经济性分析考虑船舶靠港期间辅机维护成本、岸电系统改造和维护成本、岸电使用率、补贴、征收环保税等因素。

　　2算例分析

　　2.1背景介绍

　　结合项目前期研究基础和数据可得性，以靠泊上海港洋山三期码头的典型集装箱船为例进行分析[26]。上海港是全球最大的集装箱港口，共有个集装箱港区(洋山、外高桥、吴淞)、49个泊位，202年集装箱吞吐量达到4350万TEU①。洋山三期码头是上海港第二大集装箱码头，共有个泊位，航线覆盖欧洲、地中海、黑海、美西、美东、南美、澳新、非洲等地区，2019年集装箱吞吐量达到历史最高点，为760.1万TEU。

　　截至2020年底，该码头已建成岸电设施套，覆盖个泊位，累计提供岸电服务41次，供电时间为628h，供电量为87.97万kW·h。通过对洋山三期码头靠港船舶资料和岸电供电服务资料的综合分析，选取欧洲航线1.8万TEU级别的远洋集装箱船为典型船舶进行深入研究。

　　就辅机发电而言，每kW·h的成本为0.98~1.14元，与李海波28的结果(1.00~1.18元)接近;排放成本占辅机发电年均成本的比例为，高于宋向群等[19]的0.8%~4.0%，主要原因可能是宋向群等[19]未考虑PM排放，且选取的排放系数、税率等参数不同。

　　情景条件下每kW·h的岸电使用成本高于相同情景下的辅机发电成本，因此船舶几乎不可能使用岸电。情景条件下每kW·h的岸电使用成本为0.85~0.95元，低于相同情景下的辅机发电成本，与宋向群等[19]结论相似，此时船舶可能会优先考虑使用岸电。

　　计算各情景下的岸电经济性指标变化。当岸电使用率很低(α=1.82%)时，船舶在种情景下使用岸电的经济性指标都为负值。换言之，如果船舶改造岸电系统后不积极使用，那么改造岸电系统也就失去了意义。当岸电使用率提高至100%时，情景可使船舶使用岸电具有经济性，且改造越早经济性越好(与宋向群等[19]结论一致)，但要求船舶完成岸电系统改造的时间最迟不晚于第16年。当船舶在第年完成岸电系统改造，其在情景使用岸电的经济性最佳。总之，若使船舶使用岸电具有经济性，则要保证岸电使用率达到一定水平。

　　政策因素主要包括岸电使用成本补贴额度、岸电系统改造成本补贴率、环保税税率、合规燃油质量要求，其对岸电经济性指标的影响。其中，合规燃油质量要求通过燃油排放系数表示。总体而言，提高岸电使用成本补贴额度、岸电系统改造成本补贴率和环保税税率均可使船方获益，与前人研究一致[19,23,25]。但在征税条件下提高油品质量(此时燃油排放系数将减小)对岸电经济性指标有负面影响。

　　进一步测算发现，只要岸电使用补贴额度不低于0.74元kW，船舶在种情景下使用岸电均具有经济性;但如果岸电使用补贴额度低于0.55元kW，船舶在种情景下使用岸电都不具有经济性。如果环保税税率统一提高458及以上(以SO为例，约为44.64元/kg)，即使不提供补贴，船舶使用岸电仍具有经济性。然而，如果税率提高幅度小于设定税率的414且不提供岸电使用补贴，即使提供岸电系统改造补贴，船舶使用岸电也不具经济性。

　　3结论与讨论

　　考虑提供岸电系统改造和使用成本补贴、征收环保税等政策措施，采用资金等值计算方法对成本比较法进行改进，建立船舶使用岸电的经济性分析模型，以靠泊上海港洋山三期码头的典型集装箱船为例进行实证分析，分析不同情景下的辅机发电成本、岸电使用成本和效益，通过逐年比较方式探究了船舶剩余寿命对岸电经济性指标和最迟改造年份的影响，采用因素分析法揭示了各种政策因素和非政策因素对岸电经济性指标的影响。主要结论如下。

　　(1)如果政府不提供任何补贴，在设定税率下(SO、NOx、PM、CO这种排放物分别为、、0.55和0.042元kg[3031])，无论是否征收环保税，船舶使用岸电的成本均高于辅机发电成本。

　　(2)当岸电使用率较低时，无论是否征收环保税、是否提供补贴，船舶使用岸电都会亏损;当岸电使用率为100%时，即便不提供岸电系统改造补贴、不征收环保税，但只要政府提供岸电使用补贴，船舶使用岸电均具有经济性，而征收环保税可明显增强岸电经济性，若同时提供岸电系统改造补贴则岸电经济性更好。

　　(3)当船舶剩余寿命小于年时，不宜改造岸电系统;当船舶剩余寿命超过11年时，只要政府提供使用补贴，船舶改造岸电系统都是有益的，但最迟改造时间不应晚于第29年。

　　(4)为确保船舶使用岸电具有经济性，岸电使用补贴额度不宜低于0.55元kW，环保税税率提高幅度不宜低于设定税率的58(不提供任何补贴)或414(按30%比例提供岸电系统改造补贴)。

　　(5)如果岸电系统改造成本增加超过214%(为1570万元)，或者燃油消耗率低于158.70g/(kW·h)，或者岸电使用率低于39%，或油价低于2841元/t，船舶在种情景下使用岸电都不具经济性。当油价高于7328元/t时，无论是否征税，是否提供补贴，船舶在种情景下使用岸电都具有经济性。当油价超过2841元/t但不高于7328元/t时，需要提供补贴或者征税，或者两种政策都采用才能使船舶使用岸电具有经济性。

　　(6)为使船舶使用岸电能够获益，岸电收费标准应低于1.7元kW，供电时间超过11.8h。对政府而言，在未强制船舶靠港期间使用岸电的背景下，提供岸电使用补贴是必要的，若同时提供岸电系统改造补贴并征收环保税，更有利于促进船舶使用岸电。当然，仅征收环保税也可使船舶使用岸电获益，但所需税率相对较高。

　　当油价上涨到一定程度时，政府无需提供补贴，也可不征收环保税。目前，上海仅提供岸电使用补贴[11]，深圳除提供岸电使用补贴外还向本地注册船舶提供岸电系统改造补贴[13]，均取得一定成效。倘若有环保税征收政策的助力，效果将会更好。对船舶而言，在提供补贴情况下，无论是否征收环保税，都应尽早改造岸电系统，并应尽最大可能提高岸电使用率。

　　对港口而言，岸电收费标准不宜太高，同时应尽力缩短岸电作业时间，提高岸电服务水平。需要说明的是，因数据可得性限制，在分析时未能考虑不同挂靠港岸电设施和供电服务的差异性，如果考虑这些差异性结果可能会有所不同，但这并不影响本文所构建评估模型的适用性。其次，受篇幅限制，结合单因素分析和情景分析在一定程度上揭示了补贴、征收环保税和某一因素变化等对岸电经济性的影响规律。未来，在条件允许时，可考虑各港口岸电服务的差异性、多因素的综合影响等，也可将本研究拓展至其他航线、其他类型的船舶。

　　参考文献

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　　作者：陶学宗，王谦益，李汉卿