岸電技術經濟性分析

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 電子信息與電氣工程學院，上海 200240）

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岸電技術經濟性分析

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 電子信息與電氣工程學院，上海 200240）

本文以南沙港三期工程為例，從港口經濟性、船舶經濟性兩個方面出發，采用單一變量法，系統地分析了岸電系統的港口建設維護成本、港口公司的成本回收年限、船舶岸電接入設備的改造成本，船舶岸電改造成本回收年限以及國家補貼之間的相互關系，綜合評價了岸電技術在該地區實施的經濟可行性，指出了國家補貼在岸電系統早期推廣中的重要性。同時，在此基礎上，根據港口和船舶的成本回收年限可接受限度，求得了國家補貼的最小限額。

岸電技術；港口經濟性；船舶經濟性；回收年限；國家補貼

引 言

應用岸電技術，可以降低港口燃油發電所造成的污染，也可以給港口、船舶以及社會帶來一定的經濟效益。

目前針對岸電技術經濟性分析的文章主要集中在對港口成本回收年限的分析［1］、對岸電技術節能減排效果的分析［2］，缺乏系統化的整體分析和辯證性的對比分析。本文選擇港口經濟性、船舶經濟性兩個角度對岸電系統技術經濟性進行了綜合、系統的論證分析，指出了港口建設維護成本、港口公司成本回收年限、船舶岸電接入設備改造成本，船舶岸電改造成本回收年限以及國家補貼之間的相互關系，為岸電技術的工程實踐提出了建設性意見。

1 岸電技術港口經濟性分析

分析港口經濟性需考慮的變量主要有建設成本、管理維護成本、電價成本、船舶接入費用、政府補貼、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角度分析岸電技術的港口經濟性。

1.1 岸電技術港口成本分析

從成本的角度來分析，岸電技術港口設備的成本主要包括建設成本、管理維護成本。其中建設成本主要包括土建成本，設備成本和人力成本；管理維護成本主要指管理維護過程中的人力成本、設備更換維修成本和電價成本，其中電價成本根據廣州市電力公司提供的大工業電價標準確定。

通過對文獻［1］的相關實際數據進行解算可得：對于10萬t泊位而言，平均每個泊位的高壓開關柜的成本約為 30萬元；平均每個泊位的變頻設備改造成本約262.5萬元；平均每個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試點泊位在泊位起始點和終點各裝一個岸電箱，故其岸電箱總價約為 10萬元。11 kV高壓電纜的價格約為400元/m。而根據南沙港三期工程的實地考察情況，得知南沙港三期工程目前計劃先選擇一個10萬t泊位作為岸電技術試點泊位，后續工程將根據試點泊位的收益情況以及到港船舶的用電情況決定是否繼續添加岸電設施。對于10萬t岸電技術試點泊位岸電設施的建設與維護成本計算如表1。

表1　岸電設施建設成本估算

因此，對于南沙港10萬t高壓岸電上船技術試點泊位而言，建設成本的估算值為682.35萬元。

南沙港碼頭以集裝箱業務為主，故在計算船舶靠港用電量時，以集裝箱船舶為主要對象。集裝箱船舶的相關停靠信息如表2所示（該數據參考了文獻［1］的相關數據）。

表2　集裝箱船舶停靠及耗電信息

而根據實際調研，目前運營國內航線的大多數小型船舶并不具備安裝岸電配套設備的意愿，只有大型定期靠港的遠洋船舶因為要和歐美國家的綠色港口標準相統一才具備安裝岸電配套設備的意愿和需求。該10萬t試點泊位又限制了該泊位停靠的最大船舶類型。因此只取1～10萬t之間的船舶信息進行分析，其年岸電用電量之和（Qc）為

13 964 MW·h。根據天津港集裝箱公司的統計數據，平均每個泊位船舶靠港期間岸電實際使用容量約為5 548 kV·A。此外，ABB公司相關技術文檔中也提到集裝箱碼頭單個泊位船舶靠港期間實際使用容量約為5 000 kV·A。因此，我們這里選取國內天津港的5 548 kV·A作為單個泊位船舶靠港期間實際使用容量。即對于一個10萬t試點泊位而言，變壓器增加的容量（Qt）為5 548 kV·A。

在電價方面，南沙港的電力標準屬大工業標準，其成本電價（Pc）為0.719 3元/（kW·h），變壓器容量電價（Pt）為0.23元/（kV·A·月）。

綜上所述，南沙港碼頭該10萬t泊位的年電鍍電價成本Sc=PcQc=1 004.5萬元。基本電價年成本為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。

因此構建10萬t岸電技術試點泊位，港口公司需要投入的建設成本（Sg）約為682.35萬元，每年需投入的電價成本（Sct）約為1 157.6萬元。因維護成本與操作人員的使用習慣、設備的差異有關，難以統一估價，且與投入的電價成本相比，港口岸電設備的維護成本以及人力成本均可以忽略，故在此分析中，管理維護成本主要考慮電價成本。

1.2 岸電技術港口公司成本回收年限分析

由表2可知，南沙港10萬t高壓岸電上船技術試點泊位的岸電年用電量（Qc）約為13 964 MW·h。而船舶輔機發電主要使用的為重油。重油價格隨時間變化而波動。根據2012年11月到2015年8月各油品市場報價機構的油價數據，重油價格（Jf）約為3 150～5 380元/t，發電柴油機的燃油消耗率一般為200～300 g/（kW·h），這里取重油發電油耗率（Cf）為215 g/（kW·h），則可得重油發電對應的成本電價（Pfm）為：

因此，該港10萬t高壓岸電上船技術試點泊位的年電價收入為：

其中，Pf表示船舶接入岸電設備單位電價。

該港10萬t高壓岸電上船技術試點泊位的年電價凈收入為：

其最大年電價凈收入為：

由式（4）可知隨著重油發電電價的增加，港口年最大電價凈收入在隨之增加。而就 2015年 8月的油價統計數據而言，各報價機構的平均油價已經跌至 3 150元/t，即重油發電電價約為 0.677 元/（kW·h），年最大電價收入約為946.6萬元，年最大電價凈收入約為-210.9萬元，即處于虧損狀態。因此就目前的重油價格情況來看，港口運營岸電并不具備實際的經濟價值。但從另一個角度來考慮，油價波動是一個長期變化的過程。2012年11月到2015年8月重油價格波動的平均值在4 229.8元/t左右，即重油發電的平均電價約為0.909元/（kW·h）。該平均值更能代表重油發電在長期波動中所體現的總體成本特征。若以此平均值代表未來重油價格波動的平均水平，則南沙港10萬t岸電技術試點泊位在實施岸電技術以后，平均每年的電價收入為1 269.9萬元，平均每年的電價凈收入為1 12.3萬元。因此，從長遠來看，岸電技術存在一定的經濟性。下文我們將以2012年11月到2015年8月期間重油價格的平均值作為參照對象，分析岸電技術對港口及船舶用戶的實際經濟價值。

基于上述分析，若國家不提供任何補貼政策，回收成本年限為：

因此，在該條件港口公司至少需要運營6年才能收回建設維護成本，從虧損狀態轉變到盈利狀態。

然而，上述結論是在岸電成本電價等于重油成本電價的條件下達成的。該條件下，對于船方而言，岸電技術較重油發電技術并未體現出明顯的經濟優勢，此條件下的岸電技術推廣必定受到很大的阻力。因此，適當的國家補貼政策對于岸電技術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定價兩個角度分析國家補貼政策對高壓岸電技術應用的影響情況。

國家補貼政策對港口應用岸電技術最短成本回收年限的影響如圖1所示。

圖1　國家補貼政策對最短成本回收年限的影響

如圖1所示，隨著國家補貼的增長，港口成本的回收年限降低顯著。其關系表達式如下：

式中：Ga表示國家補貼資金；NG表示港口成本回收年限。

圖2　國家補貼政策對岸電接入價格的影響

若港口公司預計的最大成本回收年限為5年，國家補貼政策對岸電接入價格定價的影響如圖2所示。根據圖2的曲線特征，隨著國家補貼的增加，岸電接入電價逐步降低，而接入電價的降低將會大幅度提高船舶使用岸電積極性的。其關系式如下：

式中：Ga表示國家補貼資金；Pc表示岸電接入電價。

當國家補貼少于123.5萬元，港口要想在5年內收回成本，需將接入電價定在重油發電成本電價0.909元/（kW·h）之上，這幾乎剝奪了船舶使用港口的所有經濟效益，其結果將會導致岸電使用客戶的大量流失。因此當國家補貼少于123.5萬元時，港口只能通過延長成本回收年限，降低岸電接入電價的方法來維持足夠多地岸電使用客戶。

當國家補貼為零時，港口成本回收年限對岸電接入電價的影響如圖3所示。其關系式如下：

因此，港口控制適當的成本回收年限，對船舶接入岸電的積極性有很大的影響。

圖3　成本回收年限對船舶岸電接入電價的影響

綜上所述，對于不同的國家補貼政策港口公司需要采用不同的應對措施，激發船舶岸電用戶的積極性，從而實現岸電技術長期的經濟價值。當國家補貼較少時，港口公司需在成本回收年限的最大承受范圍之內，盡量降低船舶岸電接入價格，提高船舶使用岸電的動力，拓寬岸電技術受益面，為港口打造穩定的岸電用戶群做鋪墊。在國家補貼充裕的情況下，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格，為船舶岸電用戶讓出部分補貼利益，提高港口公司岸電技術的市場競爭力。

2 岸電技術船舶經濟性分析

岸電上船技術主要客戶群是船舶用戶，船舶用戶對岸電技術的經濟性需求是岸電技術進一步推廣的關鍵因素。船舶經濟性分析主要從燃油成本節省效益和船舶岸電受電設備改造成本回收年限兩個方面進行分析。

2.1 岸電技術船舶燃油成本節省效益分析

取2012年11月到2015年8月期間油價的平均值作為未來油價的平均值，根據式（1）可得重油發電對應的成本電價（Pfm）為0.909元/t。以5 000 TEU中型船舶為例，年停靠時間t約為720 h，停靠期間每小時電量（Qc1）約為1 860 kW·h。故一艘5 000 TEU中型船舶年重油發電成本為：

由于船舶接入岸電的價格與國家補貼政策以及港口預期成本回收年限有關，因此，需根據不同的情況分類討論高壓岸電上船技術船舶燃油成本節省效益。

若港口預計的最大成本回收年限為5年，國家補貼政策對高壓岸電上船技術船舶燃油成本節省效益的影響如圖4所示。

圖4　國家補貼政策對船舶燃油成本年節省效益的影響

根據圖4的曲線，當港口公司預計成本回收年限為5年時，船舶燃油成本節省效益與國家政策補貼基本呈線性正相關，且在國家補貼超過123.5萬元以后出現正收益。其對應的公式如下：

而當國家補貼為零時，港口成本回收年限對船舶燃油成本節省效益的影響如圖5所示。

由圖5可知，當國家補貼政策為零時，港口成本回收年限與船舶燃油成本節省效益呈正相關，當港口成本回收年限較短時，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，船舶燃油成本節省效益隨著港口成本回收年限變化的幅度逐漸降低。其對應的公式如下：

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船舶燃油成本年節省效益影響

2.2 船舶岸電受電設備改造成本回收年限分析

根據國外典型港口的相關數據進行類比分析［3］，如表3。

表3　國外部分應用岸電碼頭和船舶投入成本統計

由于集裝箱船只靠港作業的主要機械部分由港口提供，船舶主要用于運輸集裝箱，船舶停靠時的其他用電設備較少，且用電負荷較為單一，故其岸電改造成本較郵輪渡輪而言，相對要低廉一些。故根據表 4，集裝箱船舶的岸電受電設備成本預估在20～30萬美元左右，即124.2～186.3萬元。由于岸電設備和重油發電設備都需要維護，且岸電設備應用尚未普及，目前缺乏相應的維護費用數據，此外，相對改造成本而言，維護費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船舶岸電設備改造成本回收年限的影響。當集裝箱船舶岸電受電設備改造成本取124.2萬元和186.3萬元的平均值，即155.25萬元時，其分析結果如圖6、圖7所示。

圖6　成本回收年限的影響關系

圖7　政策對船舶岸電設備成本回收年限的影響

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

式中：Nc表示的是船舶岸電設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，當港口成本回收年限固定為5年時，船舶成本回收年限隨著國家補貼的增加而減小。其表達式如下：

式中：Nc表示的是船舶岸電設備改造成本回收年限；Ga表示的是國家補貼。

3 限定條件下的國家補貼極限值

由圖1和圖7可知隨著國家補貼政策的增加，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。這是一個目標函數為國家補貼資金最小化的最優解問題。相關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表示國家補貼；Pc表示船舶接入岸電價格。

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

因此，欲實現港口公司在 15年內回收成本，船舶用戶在 10年內回收成本的目標，國家至少投入1 412.3萬元資金進行補貼。對于不同港口和不同船舶用戶對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貼的最小值。該值的大小體現了政府推廣在不同岸電技術應用中的作用。在岸電技術市場條件不夠成熟的港口公司，政府推廣將起主導作用。相反，市場條件較為成熟的港口公司則可以脫離政府扶持，獨立運營岸電技術。

5 結 語

隨著國家對節能減排技術重視程度的提高，岸電技術在港口產業發展過程中的重要性逐步彰顯。本文從岸電技術港口經濟性和船舶經濟性出發，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貼等因素，通過對這些因素之間的相互影響效應進行分析，論證了岸電技術的經濟可行性。但同時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遠不夠的，需要國家補貼政策的進一步跟進。尤其是在目前國際油價進一步下行的外部條件下，若沒有足夠的國家補助，岸電技術的推廣會受到很大的阻力。

［1]佟志國. 天津港船舶岸電系統技術經濟研究［D］. 天津大學， 2013.

［2]曹勝華， 徐大可， 許高文. 靠岸船舶供電系統促進港口節能減排［A］. 第六屆電力工業節能減排學術研討會論文集［C］. 2011: 4.

［3]彭傳圣. 國外應用靠港船舶使用岸電技術的經驗分析［J］. 港口經濟， 2012（11）: 11-14.

［4]田鑫， 楊柳， 才志遠， 等. 船用岸電技術國內外發展綜述［J］. 智能電網， 2014（11）: 9-14.

［5]王敏， 周國東， 沈尚. 船舶岸電推廣為何舉步維艱［J］.中國水運報， 2013.

［6]彭燕， 楊紅巖. 船用岸電呼聲高多重難題待破解［J］.中國交通報， 2010.

［7]黃細霞， 包起帆， 葛中雄. 典型港口岸電比較及對中國港口岸電的啟示［J］. 交通節能與環保， 2009（4）:2-5.

［8]盧明超， 劉汝梅， 石強. 國、內外港口船舶岸電技術的發展和應用現狀［J］. 港工技術， 2012（3）:41-44.

［9]彭傳圣. 靠港船舶使用岸電技術的推廣應用［J］. 港口裝卸， 2012（6）:1-5.

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，高級經濟師，主要從事電價研究、供電可靠性研究及電力營銷管理工作。