不同航運模式下北極東北航道航運經濟性評估

姜苗苗 胡麥秀

研究論文

不同航運模式下北極東北航道航運經濟性評估

姜苗苗 胡麥秀

(上海海洋大學經濟管理學院，上海 201306)

基于1991—2019年北極東北航道的海冰厚度和海冰密集度的監測數據, 利用單航次航運成本和年利潤這兩個經濟性指標, 評估了4種不同航運模式下船舶航行于北極東北航道的航運經濟性。評估結果表明: 不僅不同的航運模式會對東北航道的航運經濟性產生不同的影響, 海冰的變化也會對其航運經濟性產生明顯的作用。在不考慮海冰年際變化的情況下, 直達模式的航運經濟性整體上高于轉運模式, 低冰級船的航運經濟性整體上優于高冰級船；在考慮海冰年際變化的情況下, 隨著海冰狀況的下降, 東北航道的航運經濟性明顯提升, 尤其是低冰級船的航運經濟性的提升幅度更大。

北極 東北航道 航運模式 航運經濟性

0 引言

隨著全球氣候變暖, 北極海冰加速融化, 北極夏季“無冰期”逐漸延長, 基于商業價值的考慮, 越來越多的商船開始試航北極航道。相比傳統航道, 北極航道可以使東北亞與歐洲和北美之間的洲際海運航程縮短25%～55%[1], 航行時間大幅節省, 存在潛在的成本優勢。北極航道具體包括3條航道: 東北航道、西北航道和中央航道。其中, 東北航道的航行條件相對最為優越, 開發和利用的可行性最高, 商業價值也最大。2013—2020年, 我國中遠海運集團已有19艘船舶經東北航道順利完成了42個航次的亞歐洲際海運貿易, 相比于傳統航道, 節省航運里程共計163300海里, 節省航行時間共計508.5天, 節省燃料共計14550噸, 取得了良好的經濟效益。因此, 開發和利用北極東北航道, 評估不同航運模式對北極東北航道航運經濟性的影響就成為本文的主要研究目的。

目前國內外不乏關于北極東北航道航運經濟性評估的研究。Verny等[2]在分析東北航道航行條件優劣勢的基礎上, 計算了集裝箱船經東北航道的航運經濟性, 并與傳統航道進行對比分析；張俠等[1]基于北極航道的航運里程優勢, 通過情景分析和成本估算, 指出利用北極航道每年可節省533億～1274億美元的國際貿易海運成本；Xu等[3]將東北航道看作傳統航道集裝箱運輸的季節性替代航線, 評估了混合模式下東北航道集裝箱運輸的航運經濟性；壽建敏等[4]基于軸幅式樞紐港的運輸網絡, 對比評估了以鹿特丹港為歐洲樞紐港的蘇伊士運河航道和以卑爾根港為歐洲樞紐港的東北航道的集裝箱運輸經濟性；錢作勤等[5]對集裝箱船和散貨船從上海港至歐洲不同港口的單航次經濟性進行了比較研究；Pruyn[6]基于對北極航行的眾多航運因素的全面考慮, 設計了4種情景計算航運時間和成本；駱巧云等[7]評估了4種集裝箱船(普通、Arc4、Arc5和Arc7) 從上海港出發, 分別經東北航道和蘇伊士運河航道至鹿特丹港的航運經濟性；關曉光等[8]基于對集裝箱船的4種主要運輸模式特點的分析, 以其運輸經濟性最大化為目標, 對環繞模式的東北航道—蘇伊士運河航道進行優化設計。

綜上所述, 有關北極東北航道航運經濟性的相關研究, 大多數文獻主要基于承運人的微觀視角, 利用情景分析法和航運成本模型對其展開研究。有少量文獻探討了航運模式對北極東北航道航運經濟性的影響, 但是, 這些文獻對于航運模式的界定僅僅局限于航線結構的設計, 而很少有根據東北航道的特點和抗冰船的等級來設計航運模式的研究；另外, 較多文獻在設定航行于東北航道的船舶航速時, 主要是根據東北航道的特點, 將整個航道籠統地分為開闊水域、獨立航行水域和破冰引航水域, 并將船舶在不同水域的航速設定為平均航速, 而很少有文獻對獨立航行水域的船舶航速進行進一步細分, 沒有考慮獨立航行水域的海冰的變化對船舶航速的動態影響。基于此, 本文在已有文獻的基礎上, 做出如下改進。

1.考慮到東北航道既存在有冰區, 又存在無冰區, 本文設計了2種航運模式, 即直達模式和轉運模式, 同時根據船舶抗冰等級的不同, 將這2種航運模式進一步細分為4種航運模式, 并利用單航次航運成本和年利潤這兩個經濟性指標對不同航運模式下東北航道的航運經濟性進行評估。

2.將東北航道的有冰區具體分為8個航段, 同時利用海冰厚度和海冰密集度的監測數據, 將這8個航段歸類為冰區獨立航行航段和冰區協助航行航段, 并計算不同年份各月份船舶經東北航道各航段的船舶航速, 進而考察海冰的年際變化、季節性分布和空間分布特點對東北航道航運經濟性的動態影響。

1 北極東北航道通航現狀及海冰變化趨勢

1.1 北極東北航道通航現狀

2009年,德國航運公司Beluga的兩艘商船由韓國出發, 經東北航道, 成功抵達荷蘭鹿特丹港, 成為歷史上首艘通過東北航道實現國際商業航行的船舶。2018年, 馬士基航運公司的“”號集裝箱船, 從韓國釜山港出發, 經東北航道, 順利抵達德國不來梅哈芬港, 標志著集裝箱船經東北航道開展洲際海運貿易的開端。

1.1.1 北極東北航道過境運輸船只數情況

根據俄羅斯北方海航道信息中心(Northern Sea Route Information Office, 簡稱NSRIO)的監測數據, 2011年經東北航道過境運輸的船只數為41艘, 2012年為46艘, 2013年達到最高值71艘, 截止到2020年, 共有381艘船舶經東北航道進行洲際貿易。

1.1.2 北極東北航道航次數季節性分布情況

鑒于北極海冰的季節性分布, 通過東北航道的船舶航次數也呈明顯的季節性分布特征。根據俄羅斯北方海航道信息中心(NSRIO)的統計數據, 2016—2020年7、8、9、10四個月通過東北航道的船舶航次數(包括俄羅斯境內航次和過境航次)之和占全年的59.27%, 通航條件最好的9月份航次數占比高達近20%。圖1描述了2016—2020年經北極東北航道航次數的季節性分布情況。

圖1 2016—2020年經東北航道航次數的季節性分布.數據來源: 北方海航道信息中心(NSRIO), https:// arctic-lio.com/; 獲取時間: 2020年6月, 2021年2月18日

Fig.1.Seasonal distribution of the voyages through the Northeast Passage (2016–2020).Data source: Northern Sea Route Information Office, https://arctic- lio.com/; accessed time: June of 2020 and February 18 of 2021

1.1.3 北極東北航道年貨運量及其貨運流向情況

自北極東北航道商業通航以來, 經東北航道的海運貨運量持續增長, 2012年的海運貨運總量為3.88×106t (包括俄羅斯境內海運貨運量和過境海運貨運量), 2019年增長至31.5×106t, 增長了711.9%。但是, 經東北航道的過境海運貨運量并未呈現同步增長的態勢, 而且在總貨運量中的占比也較小。2012年過境海運貨運量為1.26×106t, 占總貨運量的32.65%, 2013年達到峰值1.36×106t, 占比高達34.78%, 而2014年開始出現顯著下滑, 至2015年過境海運貨運量下滑至0.04×106t, 僅占總貨運量的0.73%, 之后又有所回升。圖2描述了2012—2019年經東北航道的過境貨運量和總貨運量及其占比情況。

圖2 2012—2019年經東北航道過境運輸年貨運量和年總貨運量.數據來源: 北方海航道信息中心(NSRIO), https://arctic-lio.com/; 獲取時間: 2020年6月, 2021年2月18日

Fig.2.Annual transiting and total annual freight volume via Northeast Passage (2012–2019).Data source: Northern Sea Route Information Office, https://arctic-lio.com/; accessed time: June of 2020 and February 18 of 2021

經北極東北航道的海運貨運量不僅呈現出明顯的增長趨勢, 而且其貨物流向也具有鮮明的分布特征。根據俄羅斯北方海航道信息中心(NSRIO)的統計數據, 2012—2018年經東北航道的過境海運貨物流向呈現明顯的西多東少的分布特點, 即從遠東至歐洲的貨運量明顯多于從歐洲至遠東的貨運量。這主要與中日韓是世界主要的工業制成品出口市場有關。圖3描述了2012—2018年經東北航道過境運輸的年貨運量流向對比情況。

1.1.4 北極東北航道船舶類型及冰級分布情況

俄羅斯北方海航道信息中心(NSRIO)的統計數據顯示, 2016—2019年通航北極東北航道的船舶類型主要包括油輪、散貨船、LNG運輸船、集裝箱船、破冰船、科考船和供給船, 其中, 油輪和散貨船通航數量最多, LNG運輸船和集裝箱船也占有一定的比例。圖4描述了2016—2019年通航于北極東北航道的船舶類型分布情況。

圖3 2012—2018年經東北航道過境運輸的年貨運量流向對比.數據來源: 北方海航道信息中心(NSRIO), https://arctic-lio.com/; 獲取時間: 2020年6月, 2021年2月18日

Fig.3.Comparison of annual freight traffic flow through Northeast Passage (2012–2018).Data source: Northern Sea Route Information Office, https:// arctic-lio.com/; accessed time: June of 2020 and February 18 of 2021

圖4 2016—2019年航行東北航道的船舶類型分布.數據來源: 北方海航道信息中心(NSRIO), https:// arctic-lio.com/; 獲取時間: 2020年6月, 2021年2月18日

Fig.4.Distribution of ship types through Northeast Passage (2016–2019).Data source: Northern Sea Route Information Office, https://arctic-lio.com/; accessed time: June of 2020 and February 18 of 2021

就船舶冰級的分布情況而言, 2016—2019年間, 經北極東北航道的船舶的抗冰等級主要包括Arc7級、Arc5級和Arc4級, 其中, Arc7級的通航數量最多, 共計2525航次, 其次為Arc5級, 其通航航次為1423航次, Arc4級的通航航次為1180航次。圖5描述了2016—2019年通航于北極東北航道的船舶冰級的分布情況。

圖5 2016—2019年航行東北航道的船舶冰級分布.數據來源: 北方海航道信息中心(NSRIO), https:// arctic-lio.com/; 獲取時間: 2020年6月, 2021年2月18日

Fig.5.Distribution of ship class through Northeast Passage (2016–2019).Data source: Northern Sea Route Information Office, https://arctic-lio.com/; accessed time: June of 2020 and February 18 of 2021

1.2 北極東北航道海冰變化趨勢

近半個世紀以來, 北極地區升溫速率約為全球的兩倍。北極地區海冰覆蓋范圍不僅大幅度縮小, 而且其海冰厚度和海冰密集度也呈現明顯下降的趨勢。據美國國家冰雪數據中心(National Snow and Ice Data Center, 簡稱NSIDC)的海冰監測數據, 從1980年至今, 北極地區冰雪覆蓋范圍呈明顯的逐年下降趨勢, 9月份的海冰最小覆蓋范圍減小了近50%。

同時, 歐洲哥白尼海洋環境監測系統(Copernicus Marine Environment Monitoring System, 簡稱CMEMS)發布了北極東北航道的海冰密集度和海冰厚度的衛星觀測數據。數據顯示, 從1991—2019年的29年間, 東北航道海冰密集度和海冰厚度, 不僅呈現明顯的年際下降趨勢, 而且呈現出顯著的季節性變化特征。1991年東北航道的平均海冰厚度為1.02 m, 2019年下降至0.57 m, 29年間下降了44.1%；1991年東北航道的平均海冰密集度為55.6%, 2019年下降至42.13%, 下降了24.2%。其中2005年出現明顯的拐點: 海冰厚度和海冰密集度在1991—2005年期間具有明顯的下降趨勢, 而2006—2019年期間則處于低位波動的狀態。前15年(1991— 2005)的平均海冰厚度為0.94 m, 平均海冰密集度為53.87%, 后14年(2006—2019)的平均海冰厚度降至0.54 m, 平均海冰密集也降至45.79%。海冰厚度下降了42.6%, 海冰密集度縮小了15.0%。由此可見, 后14年相較于前15年, 東北航道的海冰狀況出現明顯下降趨勢。圖6描述了1991—2019年北極東北航道年平均海冰厚度和海冰密集度的變化趨勢。

圖6 1991—2019年東北航道年平均海冰厚度和年平均海冰密集度.數據來源: 哥白尼海洋環境監測系統(CMEMS), https://marine.copernicus.eu/; 獲取時間: 2020年9月

Fig.6.Annual mean sea ice thickness and concentration of Northeast Passage (1991–2019).Data source: Copernicus Marine Environment Monitoring System, https://marine.copernicus.eu/; accessed time: September of 2020

另外, 從月度數據來看, 6月至11月夏秋季節的平均海冰厚度僅為0.47 m, 其中9、10月份的平均海冰厚度均不足0.2 m, 而12月至5月冬春季節的平均海冰厚度可達0.96 m；同時, 6月至11月的平均海冰密集度為35%, 其中8月份平均海冰密集度達到最低, 僅為11%, 而12月至5月的平均海冰密集度達65%, 其中1、2、3月份的海冰密集度均接近70%。圖7描述了1991—2019年東北航道海冰厚度和海冰密集度的季節性分布情況。

圖7 1991—2019年東北航道海冰厚度和海冰密集度季節性分布.數據來源: 哥白尼海洋環境監測系統(CMEMS), https://marine.copernicus.eu/; 獲取時間: 2020年9月

Fig.7.Seasonal distribution of sea ice thickness and concentration of Northeast Passage (1991–2019).Data source: Copernicus Marine Environment Monitoring System, https://marine.copernicus.eu/; accessed time: September of 2020

2 北極東北航道不同航運模式的設計

2.1 不同航運模式設計的依據

本文所選取的航線是從東北亞的上海港至歐洲的鹿特丹港, 在這條航線上船舶既要航行于無冰區, 也要途徑有冰區。依據這一航線特征, 本文將航運模式設計為兩種: 直達模式和轉運模式。其中直達模式是指從起始港出發直接抵達目的港, 中途不經停任何港口, 全程使用抗冰船運輸；而轉運模式是指從起始港出發, 不直接運達目的港, 而是在中轉港進行普通船和抗冰船的換裝, 其中在無冰區使用普通船運輸, 而在有冰區使用抗冰船運輸。

2.1.1 不同抗冰等級船舶的選取

根據俄羅斯北方海航道信息中心(NSRIO)的航行統計數據, 經過北極航道運輸的抗冰船主要有Ice1、Ice2、Ice3、Arc4、Arc5和Arc7級, 而不同抗冰等級的船舶, 其通航能力和航運成本存在明顯差異。

1.抗冰等級對船舶通航能力的影響

傳統航道全年全線無冰, 利用普通船舶便能實現全年全線通航；但是, 對于東北航道而言, 海冰的存在使無抗冰能力的普通船舶無法在該航道航行, 而必須使用抗冰船才能完成。不同抗冰等級的船舶, 其抗冰能力是不同的。根據國際船級社協會、加拿大以及俄羅斯對船舶抗冰等級的劃分標準, 本文將船舶抗冰等級劃分為低冰級和高冰級, 其中低冰級船只能在海冰厚度不超過2 m的一年冰中航行, 而高冰級船卻可以在海冰厚度大于2 m的兩年冰甚至多年冰中航行。表1列出了國際船級社協會、俄羅斯以及加拿大對船舶抗冰等級的劃分標準及其通航能力的界定。

表1 各船級社間船舶抗冰等級的比較及其通航能力的界定

2.抗冰等級對船舶航運成本的影響

不同抗冰等級的船舶, 其航運成本也存在顯著的差異。根據廣船國際和中遠海運的相關數據, 高冰級船舶造價通常比低冰級船高出100%以上, 營運成本高, 但其通航能力更強, 可以節省高昂的破冰引航費；而低冰級船舶通航能力較弱, 在冰情嚴重時需要破冰引航服務, 需要支付較高的破冰引航費, 但是其造價低, 且相關營運費用低。因此承運人在抉擇船舶冰級時面臨航次成本和資本成本的權衡取舍。

因此, 基于抗冰等級對船舶通航能力和航運成本的影響, 在直達和轉運兩種航運模式的基礎上需要進一步考慮船舶抗冰等級的選擇。

2.1.2 中轉港的選取

由于在轉運模式中存在著普通船和抗冰船的換裝, 在該模式中需設置兩個中轉港。在設置中轉港時, 既要考慮其可行性, 同時也要考慮其經濟性。基于此, 本文將彼得羅巴甫洛夫斯克港作為船舶從無冰區進入有冰區的轉運港, 而將摩爾曼斯克港作為船舶從有冰區再次進入無冰區的轉運港。

彼得羅巴甫洛夫斯克港(52°44′N, 157°59′E)地處勘察加半島東南岸, 是俄羅斯太平洋沿岸的大型港口之一, 建有集裝箱碼頭且基礎設施完善, 商港碼頭最深可達13 m, 理論上允許不超過第四代(3501～5650 TEU)的集裝箱船通行。美國國家冰雪數據中心(NSIDC)2019—2020年的海冰厚度和海冰密集度監測數據顯示, 彼得羅巴甫洛夫斯克港通航條件較好, 僅在1—3月份有輕微結冰(海冰厚度不超過0.3 m), 普通船可以通過破冰船引航進入該港。

摩爾曼斯克港是俄羅斯北冰洋沿岸最大的港口, 受北大西洋暖流影響, 終年不凍, 可全年通航。同時, 摩爾曼斯克港是距離冰區較近且航運設施和服務較完善的現代化海港。

2.2 北極東北航道不同航運模式的設計

根據俄羅斯北方海航道信息中心(NSRIO)的統計數據, 2016—2020年間, 航行于北極東北航道的船舶主要為Arc7、Arc5和Arc4級抗冰船。因此, 本文選取Arc7級抗冰船作為高冰級船, 而將Arc4級抗冰船作為低冰級船。同時, 鑒于東北航道沿線海域目前很少存在兩年冰, 其海冰厚度基本都在2 m以下, 根據抗冰船的通航能力, Arc7級抗冰船可全年自由航行于東北航道, 而Arc4級抗冰船在冬春季冰情嚴重時, 則需要破冰引航服務。

船舶的抗冰等級不僅會影響其通航能力, 而且也會影響其航運成本。鑒于此, 在考慮船舶抗冰等級的基礎上, 本文將直達和轉運這兩種航運模式具體細分為4種: 直達Arc7、直達Arc4、轉運Arc7和轉運Arc4。表2描述了4種航運模式。

表2 4種航運模式具體說明

3 不同航運模式對北極東北航道航運經濟性的影響

3.1 基本假設

在評估不同航運模式對東北航道的航運經濟性影響之前, 本文需做出以下幾個假設。

假設1.船舶類型的假設

本文將集裝箱船作為東北航道航運經濟性評估的樣本船型, 其理由是: 根據俄羅斯北方海航道信息中心(NSRIO)的統計數據, 航行于東北航道的過境船舶主要為散貨船。但是, 隸屬于馬士基公司的一艘集裝箱船已于2018年8月28日完成了初次商業試航。考慮到集裝箱船的運輸優勢, 集裝箱船有望成為未來通行于北極東北航道的具有潛在商業價值的船型。

假設2.船舶規模的假設

對于船舶規模的假設主要受以下三個因素的影響。

首先是東北航道最淺海峽的水深。為了避開桑尼科夫海峽、拉普捷夫海峽和喀拉海峽等水深較淺的水域對集裝箱船的限制, 本文在選擇具體航線時, 在關鍵海峽節點處選擇繞北航行, 具體航線為: 楚科奇海—德朗海峽—東西伯利亞海—新西伯利亞群島北部—拉普捷夫海—維利基茨基海峽—喀拉海—新地島北部—巴倫支海, 其中德朗海峽水深在36 m左右, 維利基茨基海峽一般水深為40 m。

其次為中轉港碼頭的水深。摩爾曼斯克港的泊位最大水深可達15 m, 彼得羅巴甫洛夫斯克港的商港碼頭最深可達13 m, 因此, 樣本船型的吃水深度不能超過這兩個港口的最大水深。

再者是破冰船寬度。鑒于在冰情嚴重時, 抗冰船在航行東北航道有冰區過程中, 可能需要破冰船引航方能通行, 這便涉及破冰船破冰寬度對商船寬度的限制。目前最大破冰船的破冰寬度為34 m, 對于集裝箱船而言, 船寬小于34 m的最大船型為5萬噸級, 載箱量3501～5650 TEU[9]。

因此, 基于中遠海運不同規模的集裝箱船保有量, 將東北航道船舶規模確定為4506TEU, 其船寬為32 m, 吃水深度約為12.6 m, 以滿足上述要求。船舶性能參數參考中遠海運的“”號集裝箱船。表3描述了4506 TEU普通集裝箱船的性能參數。

表3 “COSCO Osaka”號集裝箱船相關性能參數

假設3.成本要素核算的假設

1.航速的假設。本文將東北航道的有冰區分為8個航段, 根據不同航段的不同冰況和抗冰船的抗冰等級, 又將這8個航段區分為冰區獨立航行航段和冰區協助航行航段。船舶在冰區協助航行航段的航速受到破冰船自身航速的限制, 按照俄羅斯核動力破冰船的船速(一般為3～5節), 本文將該航段的航速確定為4節；船舶在冰區獨立航行航段的航速由冰況決定。同時, 鑒于船舶在無冰區的航速也具有一定的隨機性, 根據克拉克森航運網(Clarkson Shipping)的統計, 集裝箱船在無冰區航行的實際航速一般介于13～25節之間, 因此, 本文利用隨機數生成器, 對集裝箱船的航速進行20000次模擬, 得出其在無冰區的平均航速約為18節。

2.折舊費核算的相關假設。假設船舶全額購買，根據造船廠提供的相關數據, 假定Arc4級抗冰船的造價比同等規模的普通船高25%，Arc7級抗冰船的造價比同等規模的普通船高150%。

3.保險費核算的相關假設。假定航運公司按照船舶的實際價格向保險公司投保, 即保險金額等于船舶的實際價格, 保險費的計算以此為基礎。

4.燃油費核算的相關假設。基于破冰的需要, 抗冰船的功率往往比普通船高。根據造船廠提供的相關數據, 假定Arc4級抗冰船的主機燃油消耗率比同等規模的普通船高25%，Arc7級抗冰船的主機燃油消耗率比同等規模的普通船高200%。

3.2 不同航運模式下東北航道航運經濟性評估

3.2.1 航運經濟性評價指標的選擇

在已有的相關文獻中, 國內外學者主要選取了航運成本和航運利潤這兩類經濟性指標來對北極東北航道的航運經濟性進行評估。

現有文獻對于航運成本指標的選取主要涉及到單位貨運成本、必要運費率和年總成本。而無論是年總成本、單位貨運成本還是必要運費率的核算均基于單航次航運成本的計算。

對于航運利潤指標的選取主要涉及到年利潤、單航次利潤和單位貨物利潤。相較于單航次利潤和單位貨物利潤, 年利潤則更能反映船舶周轉次數對其航運經濟性的作用。

因此, 基于前文的基本假設和兩個評價指標的特性, 本文采用單航次航運成本來表示航運成本, 而用年利潤來表示航運利潤, 并用這兩個指標作為衡量集裝箱船經東北航道的航運經濟性的評價指標。

單航次航運成本()由單航次資本成本()、單航次營運成本()和單航次航次成本()三部分組成, 其表達式為:

根據Stopford[10]對這三項成本各自組成要素的劃分, 結合前文的基本假設, 單航次資本成本()用船舶單航次折舊費來表示，單航次營運成本()包括保險費、船員工資和維修保養費，單航次航次成本()包括燃油費、破冰引航費和港口使費。

年利潤()取決于單航次航運收益()、單航次航運成本()和年總航次數(), 其表達式為:

Σ(TR–TC)取1

其中的單航次航運收益()由集裝箱運價()和集裝箱載箱量()決定, 其表達式為:×, 其中的集裝箱運價()通過上海航運交易所發布的上海出口集裝箱運價指數獲得。同時, 基于東北航道冰情的季節性分布, 我們考慮根據東北航道各月份冰情的差異以及市場情況, 對不同月份東北航道集裝箱運價進行適當調節。根據前文對東北航道海冰的季節性分布特點的統計描述, 對不同季節確定不同的集裝箱運價。

圖8描述了Stopford[10]對單航次航運成本和單航次航運收益的主要組成要素的劃分。

圖8 單航次航運成本和單航次航運收益的組成要素.資料來源: 文獻[10]

Fig.8.The constituent elements of single voyage shipping cost and revenue.Information source: reference [10]

3.2.2 單航次航運成本具體要素的核算方法

單航次航運成本的核算主要涉及單航次航行時間、折舊費、保險費、船員工資、維修保養費、燃油費、破冰引航費和港口使費等要素, 具體核算方法如下。

1.單航次航行時間。船舶經東北航道的單航次航行時間主要包括無冰區航行時間、中轉港在港時間(適用于轉運模式)和有冰區航行時間。其中, 無冰區航行時間根據無冰區航運里程和無冰區的船舶航速(前文模擬得到18節)計算獲得；為了便于計算, 中轉港在港時間主要考慮裝卸時間, 根據嚴庭玉等[11]的研究, 4500 TEU集裝箱的一次裝卸時間大約需要38個小時；而有冰區航行時間則取決于有冰區各航段的航運里程和各航段的船舶航速。其中有冰區船舶航速分為兩部分: 冰區協助航行航速(前文假設得到4節)和冰區獨立航行航速。

冰區獨立航行航段的航速由冰值決定, 冰值越高, 船舶的航速就越快。影響冰值的因素主要包括海冰類型(即海冰的發展階段)、海冰密集度和船舶冰級。海冰的發展階段越早、海冰密集度越小、船舶冰級越高, 則冰值越高。

加拿大北極冰情運輸系統(Arctic Ice Regime Shipping System, AIRSS)給出了計算冰值的方法[12]為:

(C x IM)(C x IM)…(C x IM)

在上述公式中,代表冰值, 它是海冰類型、海冰密集度和船舶冰級的函數；CC表示不同類型海冰對應的海冰密集度, 取值區間為[0,10]；IMIM表示不同類型海冰的倍數器, 即根據船舶冰級的不同賦予不同海冰類型不同的倍數, 取值區間為[–4,2], 最小值為–4, 最大值為2, 取值越大, 表明航行條件越優越, 船舶的航速也就越快。

根據前文的假設, 船舶在不同航段是否需要破冰引航以及在冰區獨立航行航段的航速均取決于冰值的大小。當某航段的冰值為負值時, 冰級船需要破冰船引航, 其航速就是破冰船的航速；若冰值大于等于零時, 冰級船可在該航段獨立航行, 其航速由McCallum[13]給出的冰值與航速的關系式計算所得,其表達式為:

0.0027×3–0.0398×20.2489×3.8385

冰值及船舶在冰區的航速可通過如下路徑計算所得, 如圖9所示。

圖9 冰值及冰區船舶航速的計算路徑.資料來源: 北極冰情運輸系(AIRSS)[12].https://tc.canada.ca/en/marine- transportation/marine-safety/arctic-ice-regime-shipping- system-pictorial-guide, 獲取時間: 2020年7月

Fig.9.The calculation path of the ice numeral and shipping speed in the ice sections.Information Source: Arctic Ice Regime Shipping System[12].https://tc.canada.ca/ en/marine-transportation/marine-safety/arctic-ice-regime-shipping-system-pictorial-guide; Accessed time: July,2020

依據上述核算方法, 利用歐洲哥白尼海洋環境監測系統(CMEMS)發布的1991—2019年這29年的平均月度海冰厚度和密集度數據, 可計算出東北航道不同月份各航段的海冰冰值以及船舶的航速, 在此基礎上, 可計算出不同月份各航段的單航次航行時間。

2.折舊費。根據拆船市場的相關數據, 集裝箱船的平均使用壽命一般為20年, 凈殘率一般為5%。目前船舶折舊方法主要有年限平均法、加速折舊法和余額遞減法, 根據中遠海運控股股份有限公司2019年年報, 集裝箱船主要采用年限平均法計提折舊費。船舶單航次資本成本()便等于單航次船舶折舊額(), 其計算公式為:

×(1–5%)/(20×360)

×

其中,表示船舶日折舊額,表示船舶造價,表示單航次航行時間。

3.保險費。船舶年保險費通過保險金額和年保險費率來估算, 其公式為:

ins×ins

其中,ins表示年保險費；表示航運公司投保的保險金額,按照船舶的實際價格投保, 即保險金額等于船舶的實際價格ins表示航運公司與保險公司確定的年保險費率。根據中遠海運的相關營運數據, 傳統航道的年保險費率一般為1.5%。北極東北航道極寒的自然地理條件和匱乏的沿線航運服務, 增加了船舶遇險的概率, 使東北航道的海運保險費率明顯高于傳統航道。德魯里航運顧問有限公司(Drewry Shipping Consultants Ltd.)的船舶營運成本明細報告顯示, 北極航道海運保險費率比傳統航道高出約60%。

4.船員工資。根據上海航運交易所發布的中國(上海)國際海員薪酬表, 航行于傳統航道的集裝箱船船員平均工資為3600美元/月/人。鑒于北極航道所經海域航行環境惡劣, 對于船員專業能力和整體素質的要求明顯要高于傳統航道, 同時, 根據德魯里航運顧問有限公司的成本數據, 東北航道船員平均工資高出傳統航道近50%, 因此, 本文將航行于東北航道的船員平均工資設定為5400美元/月/人。

5.維修保養費。船舶的年度維修保養費與船舶造價相關, 它是通過船舶造價乘以一定的百分率來估算的。根據中遠集團相關營運數據, 普通集裝箱船年維修費率為2.5%, 而冰級船航行于有冰區, 環境比較惡劣, 因此, 其年維修費率一般會高出同等規模普通船舶20%。

6.燃油費。燃油成本取決于主機燃油消耗率、燃油價格和航行時間, 其計算公式為:

ff×(×)

其中,f表示單航次燃油費,f表示燃油價格,表示主機燃油消耗率(t·h–1),表示單航次航行時間。

7.破冰引航費。俄羅斯北方海航道管理局(Northern Sea Route Administration, NSRA)將破冰引航區域劃分為7個航段[14],不同冰級船舶的通航能力不同, 因此, 不同冰級船舶經東北航道的引航段個數也存在差異；與此同時, 根據俄羅斯北方海航道管理局相關規定[15], 不同規模、不同冰級的船舶航經東北航道不同航段的破冰引航費率也有所不同, 主要取決于船舶總噸位、冰級和航行季節。

8.中轉港費用。轉運模式涉及普通船與冰級船在中轉港的換裝, 船舶進出中轉港以及在中轉港換裝的相關費用主要包括兩部分: 一般的港口使費和普通船在有冰期進入彼得羅巴甫洛夫斯克港的破冰引航費。

其中, 一般的港口使費主要考慮集裝箱裝卸費、船舶港務費和港口領航費等, 一般以船舶凈噸位或箱量和相關費率標準進行計算。不同港口的收費標準不同, 為簡化計算, 本文參照《中華人民共和國交通部港口收費規則(外貿部分)》的相關費率: 集裝箱裝卸包干費約為61 USD·TEU–1, 裝載一般貨物的集裝箱船港務費率約為3 USD·TEU–1, 領航費以凈噸為計費單位, 費率約為0.075 USD·t–1。

而對于普通船在有冰期進入彼得羅巴甫洛夫斯克港的破冰引航費, 主要參考俄羅斯北方海航道管理局對東北航道有冰區破冰引航費的征收規則及標準。

表4列出了各種成本要素的核算方法以及相關說明。

表4 成本要素核算方法及說明

Table.4 The calculation methods and instructions of the cost components

3.3 航運經濟性的核算及結果分析

就東北航道而言, 海冰是影響其航運經濟性的關鍵因素。根據歐洲哥白尼海洋環境監測系統提供的監測數據, 1991—2019年北極東北航道的海冰呈明顯下降趨勢, 其中, 2006—2019年的平均海冰厚度和海冰密集度顯著低于1991—2005年的平均水平。為了對比海冰的變化對東北航道航運經濟性的影響, 本文將區分兩種情況對其進行評估, 即不考慮海冰年際變化的不同航運模式的航運經濟性和考慮海冰年際變化的不同航運模式的航運經濟性。

3.3.1 不考慮海冰年際變化的4種不同航運模式的航運經濟性評估

在不考慮海冰年際變化的情況下, 本文將利用東北航道在1991—2019年這29年的平均海冰厚度和平均海冰密集度, 計算出船舶不同月份航行于東北航道各航段的航速和航行時間, 并進一步核算船舶航經東北航道的航運成本。

1.單航次航運成本的核算及結果

根據單航次航運成本的核算方法, 可以估算出4種不同航運模式的單航次航運成本, 其結果如圖10所示。從核算結果可以看出, 4種不同航運模式的單航次航運成本存在明顯的差異。其中, 直達Arc4模式的單航次航運成本最低, 其次為轉運Arc4模式, 而轉運Arc7模式的單航次航運成本最高。

2.年利潤的核算及結果

為了核算4種不同航運模式下船舶航經北極東北航道的年利潤, 首先必須核算出其年收益, 4種航運模式的年收益核算結果為: 直達Arc7模式的年收益為84.84×106美元；直達Arc4模式的年收益為73.24×106美元；轉運Arc7模式的年收益為72.24×106美元；轉運Arc4模式的年收益為63.40×106美元。

上述結果顯示, 4種不同航運模式的年收益也存在明顯差異, 造成這種差異的原因主要源于年總航次數的差異: 因為年收益主要由單航次航運收益和年總航次數決定, 而4種不同航運模式的集裝箱運價和集裝箱船載箱量是相同的, 由此導致其單航次航運收益也是相同的。因此, 年總航次數就成為影響4種不同航運模式年收益的主要因素。

4種不同航運模式的年總航次數分別為: 直達Arc7模式的年總航次數約為15.69個航次；直達Arc4模式為13.55個航次；轉運Arc7模式為13.36個航次；轉運Arc4模式為11.73個航次。結果顯示, Arc7級抗冰船的年總航次數整體多于Arc4級抗冰船, 這主要源于Arc7級抗冰船的通航能力比較強, 航速也比較快, 從而其單航次航行所需時間較短。由此導致直達Arc7模式的年總航次數在4種不同模式中最多, 其年收益也最高；而轉運Arc4模式的年總航次數最少, 其年收益也最低。

根據前文所述的年利潤的核算方法以及航運成本和航運收益的核算結果, 可以估算出4種不同航運模式的年利潤, 其結果如圖10所示。

從圖10可以看出, 4種航運模式的年利潤存在明顯差異, 其中直達Arc4模式的年利潤最高, 可達32.83×106美元, 這主要得益于其單航次航運成本遠低于其他模式，其次為直達Arc7模式, 而轉運Arc7模式的年利潤最低。

圖10 不同航運模式的單航次航運成本和年利潤

Fig.10.Single voyage shipping cost and annual profit of different shipping modes

從低冰級船和高冰級船兩者之間進行考量, 低冰級船的年利潤整體上高于高冰級船, 這主要源于低冰級船相對較低的船舶造價和燃油消耗率使其單航次航運成本低于高冰級船；從直達模式和轉運模式兩者之間進行考量, 直達模式的年利潤整體上高于轉運模式, 究其原因, 彼得羅巴甫洛夫斯克港距離冰區較遠, 普通船對冰級船的替代效應未得到顯著體現, 同時普通船進入彼得羅巴甫洛夫斯克港的破冰引航費拉高了轉運模式的單航次航運成本, 使轉運模式的經濟性大幅下降。

3.3.2 考慮海冰年際變化的4種不同航運模式的航運經濟性評估

為了考察海冰的動態變化對北極航道航運經濟性的影響, 本文將評估期分為兩個時間段: 即1991—2005年北極海冰出現明顯下降期和2006—2019年海冰呈現低位震蕩期。

其中, 東北航道在低位震蕩期的平均海冰厚度和海冰密集度顯著低于明顯下降期, 而海冰的變化會直接影響船舶航速, 從而進一步影響航行時間和航運成本。

根據國際船級社協會、加拿大和俄羅斯關于船舶抗冰等級的劃分標準及其通航能力的界定, Arc7級抗冰船可在海冰厚度不超過2 m的海域自由通航, 而Arc4級抗冰船只能在海冰厚度不超過0.7 m的海域自由航行。同時, 根據歐洲哥白尼海洋環境監測系統的海冰厚度數據, 1991—2019年北極東北航道各月份平均海冰厚度均不足2 m, 其中, 前15年的平均海冰厚度為0.94 m, 8—11月這4個月的平均海冰厚度小于0.7 m；后14年的平均海冰厚度降至0.54 m, 而且平均海冰厚度小于0.7 m的月份延長至7個月。因此, Arc7級抗冰船全年可在東北航道自由通航, 而Arc4級抗冰船僅可在海冰厚度低于0.7 m的月份自由航行。表5描述了不同評估期下各月份北極東北航道的平均海冰厚度情況。

因此, 相比于高冰級船舶, 海冰狀況的下降對低冰級船舶經東北航道航速的提升作用更為明顯。1999—2005年Arc4級抗冰船的年平均航速為8.89節,2006—2019年提升至11.38節,提高了28%；其中, 七月份Arc4級抗冰船航速提升幅度最大, 由8.54節提升至13.91節,提高了63%。表6描述了不同評估期下Arc4級抗冰船不同月份經東北航道的航速變化。

表5 不同評估期下各月份東北航道平均海冰厚度

表6 不同評估期下Arc4級抗冰船不同月份經東北航道的航速變化

1.單航次航運成本的核算及結果

4種航運模式在不同評估期內的單航次航運成本的核算結果如表7所示。根據評估結果, 隨著海冰狀況的下降, 4種航運模式的單航次航運成本普遍降低, 平均降低了0.27×106美元。其中Arc4級船的單航次航運成本平均降低0.32×106美元, 降低了9.04%；而Arc7級船的單航次航運成本平均降低0.22×106美元, 降低5.14%。

2.年利潤的核算及結果

4種航運模式在不同評估期內的年利潤核算結果如表7所示。對比兩個評估期的核算結果可以發現, 隨著海冰狀況的下降, 4種不同航運模式的年利潤普遍提高。其中轉運Arc4模式的年利潤提高了33.77%, 提高幅度最大；其次為轉運Arc7模式, 提高了31.04%；直達Arc7模式的年利潤提高幅度最小, 僅為19.95%。

根據年利潤的核算方法, 4種航運模式年利潤的提升既源于單航次航運成本的下降, 也源于年總航次數的增加, 2006—2019年間4種航運模式的年總航次數平均比1991—2005年增加近1個航次(如表7所示)。

表7 不同評估期下4種航運模式的經濟性指標核算結果

從不同評估期的單航次航運成本和年利潤的評估結果可以看出, 海冰的變化會對東北航道的航運經濟性產生顯著影響, 并且相比于Arc7級船, 海冰狀況的下降對Arc4級船的航運經濟性的提升作用更為明顯。

4 結論

根據綜合評估結果, 船舶航行于北極航道, 其航運經濟性不僅受到海冰變化的影響, 而且也會受到不同航運模式的影響。具體結論如下。

結論1: 在不考慮海冰年際變化的情況下, 直達模式的航運經濟性整體上高于轉運模式, 低冰級船的航運經濟性整體上優于高冰級船。其中低冰級船直達模式的航運經濟性最佳, 無論是單航次航運成本還是年利潤均顯著優于其他航運模式, 而高冰級船轉運模式的航運經濟性最差。

結論2: 在考慮海冰年際變化的情況下, 北極航道的航運經濟性呈現明顯的階段性特征, 北極航道的海冰出現明顯下降之后, 其航運經濟性明顯提升，相比于高冰級船舶, 海冰狀況的下降對低冰級船舶的航運經濟性的提升作用更大。

基于上述結論, 航運公司在利用北極航道進行商業通航時, 在直達模式和轉運模式之間應該優先選擇直達模式, 在低冰級船和高冰級船之間應該優先選擇低冰級船，而且隨著海冰的加速融化, 低冰級船的應用將更加廣泛。

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Economic evaluation of various shipping modes via the Northeast Passage

Jiang Miaomiao, Hu Maixiu

(College of Economics and Management, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306,China)

Based on the monitoring data of sea ice thickness and sea ice concentration of the Northeast Passage from 1991 to 2019, this paper evaluates the economics of shipping through the Northeast Passage under four shipping modes using two evaluation indicators—the shipping cost of a single voyage and annual profit.The results show that not only do different shipping modes have different effects on the shipping economics of the Northeast Passage, but the retreat of the sea ice also has obvious effects.Without taking into account the inter-annual variation of sea ice, the economic benefits of the direct mode are generally higher than that of the transshipment mode, while those of low-ice-class ships are generally better than those of high-ice-class ships.Considering the inter-annual variation of sea ice, and the decline of sea ice, the economics of shipping through the Northeast Passage has significantly improved, especially for low-ice-class ships.

Arctic, Northeast Passage, shipping mode, shipping economy

2021年1月收到來稿, 2021年3月收到修改稿

國家社會科學基金(17BGJ059)、教育部哲學社會科學研究后期資助重大項目(20JHQ016)資助

姜苗苗, 女, 1993年生。碩士研究生, 主要從事海洋經濟與國際貿易研究。E-mail: m190501045@st.shou.edu.cn

胡麥秀, E-mail: mxhu@shou.edu.cn

10.13679/j.jdyj.20210016