岸电技术经济性分析

赖单宏，陈文炜，黄文焘，郑 欣，王明春，李岱霖

（1.广州南沙供电局，广东 广州 511400；2.上海交通大学 电子信息与电气工程学院，上海 200240）



岸电技术经济性分析

赖单宏1，陈文炜1，黄文焘2，郑 欣1，王明春1，李岱霖1

（1.广州南沙供电局，广东 广州 511400；2.上海交通大学 电子信息与电气工程学院，上海 200240）

本文以南沙港三期工程为例，从港口经济性、船舶经济性两个方面出发，采用单一变量法，系统地分析了岸电系统的港口建设维护成本、港口公司的成本回收年限、船舶岸电接入设备的改造成本，船舶岸电改造成本回收年限以及国家补贴之间的相互关系，综合评价了岸电技术在该地区实施的经济可行性，指出了国家补贴在岸电系统早期推广中的重要性。同时，在此基础上，根据港口和船舶的成本回收年限可接受限度，求得了国家补贴的最小限额。

岸电技术；港口经济性；船舶经济性；回收年限；国家补贴

引 言

应用岸电技术，可以降低港口燃油发电所造成的污染，也可以给港口、船舶以及社会带来一定的经济效益。

目前针对岸电技术经济性分析的文章主要集中在对港口成本回收年限的分析［1］、对岸电技术节能减排效果的分析［2］，缺乏系统化的整体分析和辩证性的对比分析。本文选择港口经济性、船舶经济性两个角度对岸电系统技术经济性进行了综合、系统的论证分析，指出了港口建设维护成本、港口公司成本回收年限、船舶岸电接入设备改造成本，船舶岸电改造成本回收年限以及国家补贴之间的相互关系，为岸电技术的工程实践提出了建设性意见。

1 岸电技术港口经济性分析

分析港口经济性需考虑的变量主要有建设成本、管理维护成本、电价成本、船舶接入费用、政府补贴、港口船舶停靠期间总用电量等。本文主要从港口成本和成本回收年限两个角度分析岸电技术的港口经济性。

1.1 岸电技术港口成本分析

从成本的角度来分析，岸电技术港口设备的成本主要包括建设成本、管理维护成本。其中建设成本主要包括土建成本，设备成本和人力成本；管理维护成本主要指管理维护过程中的人力成本、设备更换维修成本和电价成本，其中电价成本根据广州市电力公司提供的大工业电价标准确定。

通过对文献［1］的相关实际数据进行解算可得：对于10万t泊位而言，平均每个泊位的高压开关柜的成本约为 30万元；平均每个泊位的变频设备改造成本约262.5万元；平均每个泊位的变压器改造成本约为 60万元。此外，码头接口岸电箱的成本约为5万元，由于10万t试点泊位在泊位起始点和终点各装一个岸电箱，故其岸电箱总价约为 10万元。11 kV高压电缆的价格约为400元/m。而根据南沙港三期工程的实地考察情况，得知南沙港三期工程目前计划先选择一个10万t泊位作为岸电技术试点泊位，后续工程将根据试点泊位的收益情况以及到港船舶的用电情况决定是否继续添加岸电设施。对于10万t岸电技术试点泊位岸电设施的建设与维护成本计算如表1。

表1　岸电设施建设成本估算

因此，对于南沙港10万t高压岸电上船技术试点泊位而言，建设成本的估算值为682.35万元。

南沙港码头以集装箱业务为主，故在计算船舶靠港用电量时，以集装箱船舶为主要对象。集装箱船舶的相关停靠信息如表2所示（该数据参考了文献［1］的相关数据）。

表2　集装箱船舶停靠及耗电信息

而根据实际调研，目前运营国内航线的大多数小型船舶并不具备安装岸电配套设备的意愿，只有大型定期靠港的远洋船舶因为要和欧美国家的绿色港口标准相统一才具备安装岸电配套设备的意愿和需求。该10万t试点泊位又限制了该泊位停靠的最大船舶类型。因此只取1～10万t之间的船舶信息进行分析，其年岸电用电量之和（Qc）为

13 964 MW·h。根据天津港集装箱公司的统计数据，平均每个泊位船舶靠港期间岸电实际使用容量约为5 548 kV·A。此外，ABB公司相关技术文档中也提到集装箱码头单个泊位船舶靠港期间实际使用容量约为5 000 kV·A。因此，我们这里选取国内天津港的5 548 kV·A作为单个泊位船舶靠港期间实际使用容量。即对于一个10万t试点泊位而言，变压器增加的容量（Qt）为5 548 kV·A。

在电价方面，南沙港的电力标准属大工业标准，其成本电价（Pc）为0.719 3元/（kW·h），变压器容量电价（Pt）为0.23元/（kV·A·月）。

综上所述，南沙港码头该10万t泊位的年电镀电价成本Sc=PcQc=1 004.5万元。基本电价年成本为St=PtQt=153.1万元。故南沙港码头该10万t泊位的年度用电支出（Sct=St+Sc）为1 157.6万元。

因此构建10万t岸电技术试点泊位，港口公司需要投入的建设成本（Sg）约为682.35万元，每年需投入的电价成本（Sct）约为1 157.6万元。因维护成本与操作人员的使用习惯、设备的差异有关，难以统一估价，且与投入的电价成本相比，港口岸电设备的维护成本以及人力成本均可以忽略，故在此分析中，管理维护成本主要考虑电价成本。

1.2 岸电技术港口公司成本回收年限分析

由表2可知，南沙港10万t高压岸电上船技术试点泊位的岸电年用电量（Qc）约为13 964 MW·h。而船舶辅机发电主要使用的为重油。重油价格随时间变化而波动。根据2012年11月到2015年8月各油品市场报价机构的油价数据，重油价格（Jf）约为3 150～5 380元/t，发电柴油机的燃油消耗率一般为200～300 g/（kW·h），这里取重油发电油耗率（Cf）为215 g/（kW·h），则可得重油发电对应的成本电价（Pfm）为：

因此，该港10万t高压岸电上船技术试点泊位的年电价收入为：

其中，Pf表示船舶接入岸电设备单位电价。

该港10万t高压岸电上船技术试点泊位的年电价净收入为：

其最大年电价净收入为：

由式（4）可知随着重油发电电价的增加，港口年最大电价净收入在随之增加。而就 2015年 8月的油价统计数据而言，各报价机构的平均油价已经跌至 3 150元/t，即重油发电电价约为 0.677 元/（kW·h），年最大电价收入约为946.6万元，年最大电价净收入约为-210.9万元，即处于亏损状态。因此就目前的重油价格情况来看，港口运营岸电并不具备实际的经济价值。但从另一个角度来考虑，油价波动是一个长期变化的过程。2012年11月到2015年8月重油价格波动的平均值在4 229.8元/t左右，即重油发电的平均电价约为0.909元/（kW·h）。该平均值更能代表重油发电在长期波动中所体现的总体成本特征。若以此平均值代表未来重油价格波动的平均水平，则南沙港10万t岸电技术试点泊位在实施岸电技术以后，平均每年的电价收入为1 269.9万元，平均每年的电价净收入为1 12.3万元。因此，从长远来看，岸电技术存在一定的经济性。下文我们将以2012年11月到2015年8月期间重油价格的平均值作为参照对象，分析岸电技术对港口及船舶用户的实际经济价值。

基于上述分析，若国家不提供任何补贴政策，回收成本年限为：

因此，在该条件港口公司至少需要运营6年才能收回建设维护成本，从亏损状态转变到盈利状态。

然而，上述结论是在岸电成本电价等于重油成本电价的条件下达成的。该条件下，对于船方而言，岸电技术较重油发电技术并未体现出明显的经济优势，此条件下的岸电技术推广必定受到很大的阻力。因此，适当的国家补贴政策对于岸电技术的推广而言是有必要。

下面从岸电成本回收年限和船舶接入岸电电价定价两个角度分析国家补贴政策对高压岸电技术应用的影响情况。

国家补贴政策对港口应用岸电技术最短成本回收年限的影响如图1所示。

图1　国家补贴政策对最短成本回收年限的影响

如图1所示，随着国家补贴的增长，港口成本的回收年限降低显著。其关系表达式如下：

式中：Ga表示国家补贴资金；NG表示港口成本回收年限。

图2　国家补贴政策对岸电接入价格的影响

若港口公司预计的最大成本回收年限为5年，国家补贴政策对岸电接入价格定价的影响如图2所示。根据图2的曲线特征，随着国家补贴的增加，岸电接入电价逐步降低，而接入电价的降低将会大幅度提高船舶使用岸电积极性的。其关系式如下：

式中：Ga表示国家补贴资金；Pc表示岸电接入电价。

当国家补贴少于123.5万元，港口要想在5年内收回成本，需将接入电价定在重油发电成本电价0.909元/（kW·h）之上，这几乎剥夺了船舶使用港口的所有经济效益，其结果将会导致岸电使用客户的大量流失。因此当国家补贴少于123.5万元时，港口只能通过延长成本回收年限，降低岸电接入电价的方法来维持足够多地岸电使用客户。

当国家补贴为零时，港口成本回收年限对岸电接入电价的影响如图3所示。其关系式如下：

因此，港口控制适当的成本回收年限，对船舶接入岸电的积极性有很大的影响。

图3　成本回收年限对船舶岸电接入电价的影响

综上所述，对于不同的国家补贴政策港口公司需要采用不同的应对措施，激发船舶岸电用户的积极性，从而实现岸电技术长期的经济价值。当国家补贴较少时，港口公司需在成本回收年限的最大承受范围之内，尽量降低船舶岸电接入价格，提高船舶使用岸电的动力，拓宽岸电技术受益面，为港口打造稳定的岸电用户群做铺垫。在国家补贴充裕的情况下，港口公司在选择合适的成本回收年限之后，也要尽量降低船舶岸电接入价格，为船舶岸电用户让出部分补贴利益，提高港口公司岸电技术的市场竞争力。

2 岸电技术船舶经济性分析

岸电上船技术主要客户群是船舶用户，船舶用户对岸电技术的经济性需求是岸电技术进一步推广的关键因素。船舶经济性分析主要从燃油成本节省效益和船舶岸电受电设备改造成本回收年限两个方面进行分析。

2.1 岸电技术船舶燃油成本节省效益分析

取2012年11月到2015年8月期间油价的平均值作为未来油价的平均值，根据式（1）可得重油发电对应的成本电价（Pfm）为0.909元/t。以5 000 TEU中型船舶为例，年停靠时间t约为720 h，停靠期间每小时电量（Qc1）约为1 860 kW·h。故一艘5 000 TEU中型船舶年重油发电成本为：

由于船舶接入岸电的价格与国家补贴政策以及港口预期成本回收年限有关，因此，需根据不同的情况分类讨论高压岸电上船技术船舶燃油成本节省效益。

若港口预计的最大成本回收年限为5年，国家补贴政策对高压岸电上船技术船舶燃油成本节省效益的影响如图4所示。

图4　国家补贴政策对船舶燃油成本年节省效益的影响

根据图4的曲线，当港口公司预计成本回收年限为5年时，船舶燃油成本节省效益与国家政策补贴基本呈线性正相关，且在国家补贴超过123.5万元以后出现正收益。其对应的公式如下：

而当国家补贴为零时，港口成本回收年限对船舶燃油成本节省效益的影响如图5所示。

由图5可知，当国家补贴政策为零时，港口成本回收年限与船舶燃油成本节省效益呈正相关，当港口成本回收年限较短时，船舶燃油成本随着港口成本回收年限变化的幅度大；但随着港口成本回收年限的增大，船舶燃油成本节省效益随着港口成本回收年限变化的幅度逐渐降低。其对应的公式如下：

因此，通过牺牲港口成本回收年限的方法来提高船舶燃油成本节省效益在早期是有用的，但随着年限的增加，效果将不再显著。

图5　港口成本回收年限对船舶燃油成本年节省效益影响

2.2 船舶岸电受电设备改造成本回收年限分析

根据国外典型港口的相关数据进行类比分析［3］，如表3。

表3　国外部分应用岸电码头和船舶投入成本统计

由于集装箱船只靠港作业的主要机械部分由港口提供，船舶主要用于运输集装箱，船舶停靠时的其他用电设备较少，且用电负荷较为单一，故其岸电改造成本较邮轮渡轮而言，相对要低廉一些。故根据表 4，集装箱船舶的岸电受电设备成本预估在20～30万美元左右，即124.2～186.3万元。由于岸电设备和重油发电设备都需要维护，且岸电设备应用尚未普及，目前缺乏相应的维护费用数据，此外，相对改造成本而言，维护费用的变化并不是主要影响因素，因此可以将其忽略。在此条件下分析港口成本回收年限和国家政策对船舶岸电设备改造成本回收年限的影响。当集装箱船舶岸电受电设备改造成本取124.2万元和186.3万元的平均值，即155.25万元时，其分析结果如图6、图7所示。

图6　成本回收年限的影响关系

图7　政策对船舶岸电设备成本回收年限的影响

由图6可知，在国家补贴为零的情况下，船舶成本回收年限随着港口成本回收年限增加而减小。其表达式如下：

式中：Nc表示的是船舶岸电设备改造成本回收年限；NG表示的是港口成本回收年限。

如图7所示，当港口成本回收年限固定为5年时，船舶成本回收年限随着国家补贴的增加而减小。其表达式如下：

式中：Nc表示的是船舶岸电设备改造成本回收年限；Ga表示的是国家补贴。

3 限定条件下的国家补贴极限值

由图1和图7可知随着国家补贴政策的增加，港口成本回收年限和船舶成本回收年限都将减小。因此，国家最少的补贴资金要满足港口和船舶都可以承受的最大回收年限的要求。这是一个目标函数为国家补贴资金最小化的最优解问题。相关等式约束和不等式约束如下：

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表示国家补贴；Pc表示船舶接入岸电价格。

通过上述各式解得国家补贴的最小值 Gamin为1 412.3万元，此时船舶接入岸电价格 Pc为 0.793 元/（kW·h），港口成本回收年限NG达到最大承受值15年，船舶成本回收年限Nc达到最大承受值10年。

因此，欲实现港口公司在 15年内回收成本，船舶用户在 10年内回收成本的目标，国家至少投入1 412.3万元资金进行补贴。对于不同港口和不同船舶用户对成本回收年限的要求，可以通过修改NG、Nc的上限约束来重新求得国家补贴的最小值。该值的大小体现了政府推广在不同岸电技术应用中的作用。在岸电技术市场条件不够成熟的港口公司，政府推广将起主导作用。相反，市场条件较为成熟的港口公司则可以脱离政府扶持，独立运营岸电技术。

5 结 语

随着国家对节能减排技术重视程度的提高，岸电技术在港口产业发展过程中的重要性逐步彰显。本文从岸电技术港口经济性和船舶经济性出发，综合考虑了港口投资成本、港口成本回收年限、船舶投资成本、船舶成本回收年限以及国家补贴等因素，通过对这些因素之间的相互影响效应进行分析，论证了岸电技术的经济可行性。但同时也指出要快速地推广岸电，仅仅依靠港口公司和船舶用户的力量是远远不够的，需要国家补贴政策的进一步跟进。尤其是在目前国际油价进一步下行的外部条件下，若没有足够的国家补助，岸电技术的推广会受到很大的阻力。

［1]佟志国. 天津港船舶岸电系统技术经济研究［D］. 天津大学， 2013.

［2]曹胜华， 徐大可， 许高文. 靠岸船舶供电系统促进港口节能减排［A］. 第六届电力工业节能减排学术研讨会论文集［C］. 2011: 4.

［3]彭传圣. 国外应用靠港船舶使用岸电技术的经验分析［J］. 港口经济， 2012（11）: 11-14.

［4]田鑫， 杨柳， 才志远， 等. 船用岸电技术国内外发展综述［J］. 智能电网， 2014（11）: 9-14.

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［6]彭燕， 杨红岩. 船用岸电呼声高多重难题待破解［J］.中国交通报， 2010.

［7]黄细霞， 包起帆， 葛中雄. 典型港口岸电比较及对中国港口岸电的启示［J］. 交通节能与环保， 2009（4）:2-5.

［8]卢明超， 刘汝梅， 石强. 国、内外港口船舶岸电技术的发展和应用现状［J］. 港工技术， 2012（3）:41-44.

［9]彭传圣. 靠港船舶使用岸电技术的推广应用［J］. 港口装卸， 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

赖单宏（1968-），男，高级经济师，主要从事电价研究、供电可靠性研究及电力营销管理工作。