船式養殖平臺技術經濟論證

白世陽，張 亞，王 樂，龐洪禎

(大連海洋大學航海與船舶工程學院，遼寧 大連116023)

0 引言

水產品是重要的食物來源，我國水產品的需求量缺口較大。由于片面追求經濟效益，忽視了長遠和環境效益，我國海水養殖布局嚴重失衡，主要集中在0～10 m淺海的海灣、灘涂和近岸水域。隨著“藍色糧倉”這一重要戰略舉措的提出，發展深遠海養殖已經成為新時期背景下養殖發展的重點。挪威SalMar公司設計了基于鉆井平臺的巨型鮭魚養殖設施，結構高度達67 m，能承受9 m高的海浪。西班牙設計了長190 m的半潛式藍鰭金槍魚養殖工船，通過附加剛性網，可增加養殖容量[1]。在我國，船式養殖平臺研究以舊船為母型船進行改裝設計起步，近幾年對改造方案不斷地進行著研究探索。福建福寧船舶重工有限公司建造了國內最大深遠海鮑魚養殖平臺“福鮑1號”，這也是我國首制的智能環保型鮑魚養殖平臺。蔡計強等[2]圍繞深遠海養殖的技術需求，設計出10萬t級深遠海養殖平臺總體技術方案。

本文分析研究船式養殖平臺特點及運營方式，建立了船式養殖平臺技術經濟論證模型，運用主觀評判與客觀評判方法，進行論證。結合流水混養試驗，進行實例論證，為船式養殖平臺的設計營運提供參考。

1 運營模式

船式平臺設施系指具有船形、排水型的結構型式，具備自航能力的移動養殖漁業設施。在漂浮狀態下，采用定位系統，該平臺可抵御一定海況，在設定作業水深下能夠進行養殖[3]。平臺在海上運營包含3種工況：航行工況、養殖工況和避風工況。一般采取一套拖曳式大抓力錨，在指定海域拋單錨定位，使平臺處于養殖工況，利用較大的養殖艙容，模仿工業化養魚技術進行養殖。平臺運營成本中的年非漁業養殖成本(不考慮海域使用費)，指平臺每年用于維持正常運營所必要的支出費用，包括平臺折舊費、維修費、保險費、員工工資及其他費用[4]。平臺運營成本中的周期養殖漁業成本指每個養殖周期內僅用于漁業養殖所消耗的費用，包括苗種購買、飼料費用、耗電、液氧、人工、設備折舊及其他雜項支出等[5-6]。

2 技術經濟論證

2.1論證參數

船式養殖平臺論證的參數分為兩類：一類是組成養殖平臺設計方案的技術參數；另一類是運營過程中養殖模式及市場相關的參數，論證時在程序中輸入該類參數。

2.1.1平臺主尺度

平臺主尺度包括平臺垂線間長LPP、型寬B、型深D、養殖工況吃水d等。選定平臺主尺度作為方案論證的目標參數，通過調研得出各參數的范圍，按照一定的步長組合成一系列的設計方案，對每個方案進行技術和經濟方面的計算。

2.1.2養殖水體體積VS

船式養殖平臺是以主船體為平臺承載主體進行養殖，養殖體量是由養殖艙容VC的大小決定的，養殖水體體積占養殖艙容的80%。

VC=CB0LPP(B-2b)×(D-h0)

(1)

式中CB0——母型平臺方形系數，以“國信一號”為母型平臺，取0.847

VC——養殖艙容積

LPP——垂線間長

B——型寬

b——雙層殼寬度，根據規范選取

h0——雙層底高度，h0=25B+42d+300，且760 mm

(1)養殖技術。

海上移動式養殖平臺是模仿工廠化養殖進行養殖運營。工廠化養殖包括流水型梯級池養殖、換水型工廠化養殖和循環水工廠化養殖等[7]。選擇合適的工業化養殖方式，配置對應的養殖裝置，進行海上工業化養殖。

(2)養殖魚種。

養殖平臺的收入來源于養殖的商品成魚的銷售額。養殖商品魚的產量和市場價格決定著平臺投資方案的效益和利潤。

在養殖運營過程中，平臺上的養殖裝備、養殖技術選擇、養殖密度大小、養殖成活率及成魚的市場價格變動對養殖的經濟效益影響很大，因此選擇養殖密度、養殖成活率和成魚市場價格作為論證輸入參數。

2.2經濟指標

為了從多方面綜合考慮船式養殖平臺的經濟性，并考慮平臺的營運模式、收入及其使用期限等情況，論證中選取凈現值、凈現值率、投資償還期、養殖效果系數等4個論證經濟指標[8-9]。

2.2.1凈現值NPV

凈現值即船式養殖平臺養殖運營年限內，各養殖周期的收入、養殖運營支出、初始投資和平臺的殘值，按投資收益率折現后的現值總和，是衡量平臺投資能否收回的經濟指標，按式(2)計算。

NPV=-P+A(P/A，i，N)+L(P/F，i，N)

(2)

式中P——初始投資

A——周期收益

P/A，i，N——收益等額現值因數

L——平臺殘值

P/F，i，N——終值等額現值因數

i——基準投資收益率

N——平臺運營年限

2.2.2凈現值率NPVI

凈現值指數是單位投資的凈現值，其值越大越好。該指標可以充分反映投資的相對效益，從而彌補凈現值指標的不足。

NPVI=NPV/P

(3)

2.2.3投資償還期PBP

按預期的投資收益利率和營運中所得的收益求得的償還投資的時間，稱為投資償還期PBP。該指標越小越好。

(4)

2.2.4養殖效果系數M

船式養殖平臺單位運營成本所能獲得的利潤，該指標能同時反映養殖年利潤與年養殖成本，其值越大，方案越合理，但難以反映資金周轉的速度。M值按式(5)計算。

(5)

式中AP——周期利潤

Y——平臺運營周期總費用

2.3其他經濟因素、參數

(1)初始投資P。

指船式養殖平臺在設計建造階段，平臺的設計、建造、設備、檢驗及銀行貸款相關等費用總和。

(2)平臺年非漁業養殖成本。

指船式養殖平臺在每年僅用于維持正常運營所支出費用的總和，包括折舊費。折舊費按照設計使用年限采用直線折舊法進行折舊，維修費取初始投資的3%，保險費取初始投資的1%，船員工資為每人12萬/年，其他費用占年非漁業養殖成本的4%。平臺使用年限為20年。

(3)養殖平臺年產量估算(年最大養殖水產品產量)。

在養殖工況下，養殖水體體積占養殖艙容的80%。

Emax=KρGVC×80%×10-3

(6)

式中Emax——年最大養殖水產品產量，t

ρ——養殖密度，尾/m3

Vc——養殖艙容，m3

K——存活率， %

G——每尾魚的質量，kg/尾

(4)不確定性因素及敏感性分析。

將養殖平臺的初始投資，養殖魚的成活率、魚價、周期養殖成本，以及設定的投資基準收益率作為不確定性因素進行處理。先按照在養殖工況不變的情況下作為固定值進行論證，然后對其進行敏感性分析。分別計算其對各經濟指標的影響趨勢及大小，并對影響較大的因素進行詳細計算分析。

3 優化論證方法及步驟

先用參數分析法進行平臺方案設計及初選，再分別用模糊綜合評判(主觀性方法)和灰關聯度分析法(客觀性方法)對平臺各設計方案進行論證評優[10]。若論證結果一致，對優選方案進行敏感性分析；若論證結果不一致，再選用多目標最優化方法進行論證評優，然后對最優方案進行敏感性分析。優化論證流程如圖1所示，其步驟如下。①選取各技術參數步長，初選輸出可選方案集V=(v1，v2， …，vm)。②分別進行模糊綜合評判、灰關聯分析。③輸出評判結果，觀察結果是否一致。若一致，選出最優方案；若不一致，進行最優化分析，再輸出最優方案。④進行敏感性分析。⑤輸出結果。

圖1 論證程序流程Fig.1 Flow of demonstration procedure

3.1模糊綜合評判

3.1.1選定評定因素

選取平臺方案的初始投資P、凈現值NPV、凈現值指數NPVI、投資償還期PBP、養殖效果系數M，作為評判依據，組成因素集U=(u1，u2， …，un)。

3.1.2對評定因素進行考評

根據各因素滿意度函數(表1)進行模糊評定，得到評判矩陣

表1 各因素滿意度函數

3.1.3進行綜合評判

輸入各因素重要度，進行歸一化處理，得到權向量A。

通過權向量A和評判矩陣R獲得排序矩陣

bi即對第i方案的一個綜合評判結果，根據bi的大小，可以完成各方案的排序。

3.2灰關聯度分析

3.2.1確定分析序列

根據方案集V=(v1，v2， …，vm)和因素集U=(u1，u2， …，um)，確定分析序列

3.2.2變量序列無量綱化

采用效果測度變換法，對各指標因素進行無量綱化處理，得到處理后的序列

3.2.3求序列差、最大差和最小差

上面計算式中的第一行(參考樣本)與其余各行(比較樣本)對應的絕對差值，形成如下的絕對差值矩陣

式中，δij=|x0j-xij|，i=1，2，…，m和j=1，2，…，n，。

絕對差值矩陣中的最大數和最小數即最大差和最小差

δmax=max{δij}
δmin=min{δij}

3.2.4計算關聯系數

得到關聯系數矩陣

其中，取ρ=0.1，ρ越小越能提高關聯系數之間的差異，ρ的取值不會影響排序。

3.2.5計算關聯度

比較樣本Ai與參考樣本A0的關聯程度是通過n個關聯系數來反映的，取其平均值為關聯度

3.2.6依據關聯度排序

對各比較序列與參考序列的關聯度從大到小排序，關聯度越大，說明其比較序列與參考序列變化的態勢越一致。

4 實例計算與分析

根據上述船式養殖平臺技術經濟分析模型，編制論證計算程序。輸入養殖平臺的營運模式及其養殖能力參數，通過調研得出各參數范圍，如表2～6所示。

表2 平臺方案技術參數

黃海中部洼地的深層存在一個巨大的夏季冷水團，面積約13萬km2，水質優良，可以利用現代海洋裝備在此海域養殖大型鮭科魚類[11]。以高密度流水混養細鱗魚、哲羅鮭、虹鱒和白點鮭為例，實驗養殖水域體積保持在525 m3左右，養殖周期22個月，實驗成魚平均濕質量2.3 kg/只，成活率為88.5%，產出商品魚共10 177.5 kg，經濟效益估算為收入114.5萬元，凈利潤56.4萬元，收入利潤比為2.03∶1[12]。

表3 模糊綜合評判指標因素重要度

表4 初選方案集

表5 模糊綜合評判輸出結果

表6 灰關聯度分析射出結果

評判結果一致，選取最優方案的方案15進行敏感性分析，初始投資、周期養殖成本、魚價、養殖成活率的敏感性分析如表7～10所示，各因素的影響如圖2～5所示。

表7 初始投資的影響

表8 周期養殖成本的影響

表9 魚價的影響

表10 養殖成活率的影響

表11 預期基準收益率的影響

圖2 各因素對NPV的影響Fig.2 Influence of various factors on NPV

圖3 各因素對NPVI的影響Fig.3 Influence of various factors on NPVI

5 結論

針對船式海上漁業養殖平臺的特點，通過對影響平臺建造與營運經濟性的參數(如平臺主尺度、養殖水體體積、平臺養殖技術、目標商品魚種等)進行分析研究，選取凈現值凈現值、凈現值率、投資償還期和養殖效果系數4個經濟評價指標，外加初始投資作為經濟論證因素集，對其進行了技術經濟分析和論證，開發了相關的論證系統軟件，論證了有關養殖平臺的主尺度及各項養殖參數。通過一個實例計算分析得到：平臺設計方案為方案15時，平臺經濟效益最好。利用敏感性分析模塊對其進行初始投資、每周期漁業養殖成本、預期的基準投資收益率、成活率和魚價進行敏感性分析得到：初始投資不超過4.25億，每周期的漁業養殖成本不超過1.37億，預期的基準投資收益率不超過25.0%，且預期基準收益率變化對養殖效果系數M無影響，成活率應高于85.8%，4種商品魚平均魚價應不低于109元/kg。

圖4 各因素對PBP的影響Fig.4 Impact of various factors on PBP

圖5 各因素對M的影響Fig.5 Impact of various factors on M