摘要：構(gòu)建了船舶使用岸電的經(jīng)濟(jì)性分析模型，并以掛靠上海港洋山三期碼頭的歐洲航線典型集裝箱船為例進(jìn)行了實(shí)證分析。結(jié)果表明，在基準(zhǔn)情景其他條件不變的情況下，若不提供任何補(bǔ)貼，無(wú)論是否征收環(huán)保稅，船舶使用岸電的成本均高于輔機(jī)發(fā)電，此時(shí)船舶使用岸電不具經(jīng)濟(jì)性。為使船舶使用岸電具有經(jīng)濟(jì)性，船舶剩余壽命不宜少于年，岸電使用補(bǔ)貼不宜低于0.55元kW·h，僅征收環(huán)保稅時(shí)稅率提高幅度不宜低于當(dāng)前設(shè)定稅率的458，岸電使用率不宜低于39%，單次供電時(shí)間不宜低于11.8h。若岸電收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)≥1.73元kW·h，或燃油消耗率低于58.70kW·h，或合規(guī)燃油價(jià)格低于2841元/t，則船舶幾乎不可能使用岸電。
關(guān)鍵詞：岸電;經(jīng)濟(jì)性分析;補(bǔ)貼;環(huán)境保護(hù)稅;情景分析
引言
船舶運(yùn)輸是我國(guó)現(xiàn)代綜合運(yùn)輸體系的重要組成部分，承擔(dān)了我國(guó)52%以上的貨物周轉(zhuǎn)量[1]，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著重要的支撐作用。同時(shí)，船舶運(yùn)輸也消耗了大量能源，排放了大量廢氣，給港口航道所在區(qū)域特別是大型港口城市的空氣質(zhì)量造成了較大影響。以世界第一大集裝箱港口所在城市上海市為例，船舶排放的SO、NOx、PM2.5占全市同類排放物的比重分別達(dá)到了12.0。在此背景下，推進(jìn)船舶結(jié)構(gòu)調(diào)整、設(shè)立船舶排放控制區(qū)、推動(dòng)船舶靠港使用岸電等遂成為防治船舶大氣污染的必要手段[3]。
其中，船舶靠港使用岸電是指營(yíng)運(yùn)船舶靠泊港口期間，使用岸電設(shè)施提供的電能替代船舶輔機(jī)發(fā)電的一種減排手段[4]。與使用低硫油相比，船舶使用岸電可分別減排81.4%~88.9%、97.4%~98.5%、77.1%~86.4%、29.3%~57.8%的SO、NO、PM2.5、CO[5]。我國(guó)于2009年首次在青島港提供岸電服務(wù)[6]。截至2019年底，全國(guó)已建成5400多套港口岸電設(shè)施，共覆蓋7000多個(gè)泊位。根據(jù)48個(gè)港口提供的岸電使用數(shù)據(jù)，2019年共使用岸電約萬(wàn)次，用電時(shí)長(zhǎng)約74萬(wàn)，用電量約4500萬(wàn)kW·h，合計(jì)減排SO、NO、PM超過(guò)710t[7]。
盡管使用岸電達(dá)到了一定的減排目的，但因岸電使用率(即船舶靠港期間使用岸電的艘次占靠港總艘次的比例)總體較低(以全國(guó)靠港船舶使用岸電最多的深圳港為例，2019年僅為6.2%[8])，極大限制了岸電的減排潛力。其中，主要原因之一是使用岸電的經(jīng)濟(jì)成本較高(例如，一艘渡船靠泊哥德堡港使用岸電的年均成本比輔機(jī)發(fā)電高26.7%[9]，遠(yuǎn)洋船舶靠泊我國(guó)沿海港口使用岸電的成本比輔機(jī)發(fā)電高62.5%~150%[5])，影響了船舶改造岸電系統(tǒng)和使用岸電的積極性。
為此，上海、深圳兩地政府出臺(tái)了鼓勵(lì)政策，通過(guò)降低港口岸電服務(wù)費(fèi)[10]或岸電電價(jià)[11]、補(bǔ)貼船舶岸電系統(tǒng)改造成本和岸電使用成本[11]等手段削減船舶使用岸電的經(jīng)濟(jì)成本。具體而言，船舶在上海港使用岸電的服務(wù)費(fèi)比輔機(jī)發(fā)電的燃油費(fèi)低50%81.3%[5,10]，在深圳港使用岸電電價(jià)僅為輔機(jī)發(fā)電的30%~50%且可獲得0.05~0.25元kW的補(bǔ)貼[11]。此外，征收環(huán)境保護(hù)稅(以下簡(jiǎn)稱環(huán)保稅)或碳稅能在一定程度上改變船舶使用岸電的盈虧平衡點(diǎn)，促使船舶使用岸電[5,9]。鑒于此，有必要在考慮補(bǔ)貼、征收環(huán)保稅等政策影響下，系統(tǒng)分析船舶使用岸電的經(jīng)濟(jì)性，為其岸電使用決策提供參考。
目前，關(guān)于船舶使用岸電的經(jīng)濟(jì)性分析已取得一定成果。從研究視角看，可以將相關(guān)研究成果分為類。第一類研究側(cè)重于節(jié)能分析(即船舶使用岸電與使用輔機(jī)發(fā)電相比節(jié)省的能耗成本)[1214]，第二類研究側(cè)重于減排分析(即船舶使用岸電與使用輔機(jī)發(fā)電相比節(jié)省的排放成本)[1518]，第三類研究對(duì)節(jié)能和減排進(jìn)行綜合分析[51925]。從研究方法看，多數(shù)研究主要采用成本比較法，而不同研究的區(qū)別在于其考慮的影響因素存在差異。總體而言，大多數(shù)研究都忽略了資金時(shí)間價(jià)值、岸電使用率、岸電作業(yè)時(shí)間、補(bǔ)貼、環(huán)保稅當(dāng)中的一個(gè)或多個(gè)因素，或未能同時(shí)考慮船舶輔機(jī)發(fā)電和岸電排放的SO、NO、PM、CO，導(dǎo)致分析結(jié)果不準(zhǔn)確。
此外，由于參數(shù)取值差異，導(dǎo)致結(jié)果相差較大、可比性較弱，且大多數(shù)研究未能較為全面地揭示主要參數(shù)值對(duì)研究結(jié)果的影響規(guī)律。鑒于此，結(jié)合大氣污染治理和應(yīng)對(duì)氣候變化協(xié)同控制形勢(shì)，本文同時(shí)考慮船舶輔機(jī)發(fā)電和岸電排放的SO、NO、PM、CO，并將岸電使用率、岸電作業(yè)時(shí)間、補(bǔ)貼、環(huán)保稅等納入研究當(dāng)中，通過(guò)對(duì)相關(guān)成本和效益現(xiàn)值、年值之間的等值計(jì)算，對(duì)現(xiàn)有成本比較法進(jìn)行改進(jìn)，構(gòu)建船舶使用岸電的經(jīng)濟(jì)性分析框架;引入情景分析法，測(cè)算不同情景下船舶每年、單個(gè)掛靠港口、單位靠泊時(shí)間及每kW·h的岸電使用成本，增強(qiáng)研究結(jié)果的可比性。在此基礎(chǔ)上，利用因素分析法，探究不同情景下主要因素變化對(duì)岸電使用經(jīng)濟(jì)性的影響規(guī)律。
1分析方法
1.1假設(shè)條件
為便于研究，結(jié)合我國(guó)港口岸電設(shè)施建設(shè)使用情況及岸電使用規(guī)則，參考相關(guān)研究[19,23,26]，給出以下假設(shè)條件：(1)港口建有岸電設(shè)施，且供電能力充裕，可滿足靠港船舶用電需求;(2)船舶剩余壽命為年，岸電系統(tǒng)改造工作在年初開始，一年內(nèi)完成;(3)各年成本按年初確定，考慮資金的時(shí)間價(jià)值，使用資金等值概念對(duì)未來(lái)值、一次性投資、現(xiàn)值、年值進(jìn)行等值變換;(4)岸電系統(tǒng)改造不影響船舶載重量、使用壽命和燃油消耗率;(5)船舶靠港期間不強(qiáng)制使用岸電，可根據(jù)實(shí)際選擇輔機(jī)發(fā)電(需使用合規(guī)燃油，硫含量不超過(guò)0.1%)或使用岸電，但至少應(yīng)使用一次;(6)船舶使用岸電的經(jīng)濟(jì)性分析考慮船舶靠港期間輔機(jī)維護(hù)成本、岸電系統(tǒng)改造和維護(hù)成本、岸電使用率、補(bǔ)貼、征收環(huán)保稅等因素。
2算例分析
2.1背景介紹
結(jié)合項(xiàng)目前期研究基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)可得性，以靠泊上海港洋山三期碼頭的典型集裝箱船為例進(jìn)行分析[26]。上海港是全球最大的集裝箱港口，共有個(gè)集裝箱港區(qū)(洋山、外高橋、吳淞)、49個(gè)泊位，202年集裝箱吞吐量達(dá)到4350萬(wàn)TEU①。洋山三期碼頭是上海港第二大集裝箱碼頭，共有個(gè)泊位，航線覆蓋歐洲、地中海、黑海、美西、美東、南美、澳新、非洲等地區(qū)，2019年集裝箱吞吐量達(dá)到歷史最高點(diǎn)，為760.1萬(wàn)TEU。
截至2020年底，該碼頭已建成岸電設(shè)施套，覆蓋個(gè)泊位，累計(jì)提供岸電服務(wù)41次，供電時(shí)間為628h，供電量為87.97萬(wàn)kW·h。通過(guò)對(duì)洋山三期碼頭靠港船舶資料和岸電供電服務(wù)資料的綜合分析，選取歐洲航線1.8萬(wàn)TEU級(jí)別的遠(yuǎn)洋集裝箱船為典型船舶進(jìn)行深入研究。
就輔機(jī)發(fā)電而言，每kW·h的成本為0.98~1.14元，與李海波28的結(jié)果(1.00~1.18元)接近;排放成本占輔機(jī)發(fā)電年均成本的比例為，高于宋向群等[19]的0.8%~4.0%，主要原因可能是宋向群等[19]未考慮PM排放，且選取的排放系數(shù)、稅率等參數(shù)不同。
情景條件下每kW·h的岸電使用成本高于相同情景下的輔機(jī)發(fā)電成本，因此船舶幾乎不可能使用岸電。情景條件下每kW·h的岸電使用成本為0.85~0.95元，低于相同情景下的輔機(jī)發(fā)電成本，與宋向群等[19]結(jié)論相似，此時(shí)船舶可能會(huì)優(yōu)先考慮使用岸電。
計(jì)算各情景下的岸電經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)變化。當(dāng)岸電使用率很低(α=1.82%)時(shí)，船舶在種情景下使用岸電的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)都為負(fù)值。換言之，如果船舶改造岸電系統(tǒng)后不積極使用，那么改造岸電系統(tǒng)也就失去了意義。當(dāng)岸電使用率提高至100%時(shí)，情景可使船舶使用岸電具有經(jīng)濟(jì)性，且改造越早經(jīng)濟(jì)性越好(與宋向群等[19]結(jié)論一致)，但要求船舶完成岸電系統(tǒng)改造的時(shí)間最遲不晚于第16年。當(dāng)船舶在第年完成岸電系統(tǒng)改造，其在情景使用岸電的經(jīng)濟(jì)性最佳。總之，若使船舶使用岸電具有經(jīng)濟(jì)性，則要保證岸電使用率達(dá)到一定水平。
政策因素主要包括岸電使用成本補(bǔ)貼額度、岸電系統(tǒng)改造成本補(bǔ)貼率、環(huán)保稅稅率、合規(guī)燃油質(zhì)量要求，其對(duì)岸電經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的影響。其中，合規(guī)燃油質(zhì)量要求通過(guò)燃油排放系數(shù)表示。總體而言，提高岸電使用成本補(bǔ)貼額度、岸電系統(tǒng)改造成本補(bǔ)貼率和環(huán)保稅稅率均可使船方獲益，與前人研究一致[19,23,25]。但在征稅條件下提高油品質(zhì)量(此時(shí)燃油排放系數(shù)將減小)對(duì)岸電經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)有負(fù)面影響。
進(jìn)一步測(cè)算發(fā)現(xiàn)，只要岸電使用補(bǔ)貼額度不低于0.74元kW，船舶在種情景下使用岸電均具有經(jīng)濟(jì)性;但如果岸電使用補(bǔ)貼額度低于0.55元kW，船舶在種情景下使用岸電都不具有經(jīng)濟(jì)性。如果環(huán)保稅稅率統(tǒng)一提高458及以上(以SO為例，約為44.64元/kg)，即使不提供補(bǔ)貼，船舶使用岸電仍具有經(jīng)濟(jì)性。然而，如果稅率提高幅度小于設(shè)定稅率的414且不提供岸電使用補(bǔ)貼，即使提供岸電系統(tǒng)改造補(bǔ)貼，船舶使用岸電也不具經(jīng)濟(jì)性。
3結(jié)論與討論
考慮提供岸電系統(tǒng)改造和使用成本補(bǔ)貼、征收環(huán)保稅等政策措施，采用資金等值計(jì)算方法對(duì)成本比較法進(jìn)行改進(jìn)，建立船舶使用岸電的經(jīng)濟(jì)性分析模型，以靠泊上海港洋山三期碼頭的典型集裝箱船為例進(jìn)行實(shí)證分析，分析不同情景下的輔機(jī)發(fā)電成本、岸電使用成本和效益，通過(guò)逐年比較方式探究了船舶剩余壽命對(duì)岸電經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)和最遲改造年份的影響，采用因素分析法揭示了各種政策因素和非政策因素對(duì)岸電經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的影響。主要結(jié)論如下。
(1)如果政府不提供任何補(bǔ)貼，在設(shè)定稅率下(SO、NOx、PM、CO這種排放物分別為、、0.55和0.042元kg[3031])，無(wú)論是否征收環(huán)保稅，船舶使用岸電的成本均高于輔機(jī)發(fā)電成本。
(2)當(dāng)岸電使用率較低時(shí)，無(wú)論是否征收環(huán)保稅、是否提供補(bǔ)貼，船舶使用岸電都會(huì)虧損;當(dāng)岸電使用率為100%時(shí)，即便不提供岸電系統(tǒng)改造補(bǔ)貼、不征收環(huán)保稅，但只要政府提供岸電使用補(bǔ)貼，船舶使用岸電均具有經(jīng)濟(jì)性，而征收環(huán)保稅可明顯增強(qiáng)岸電經(jīng)濟(jì)性，若同時(shí)提供岸電系統(tǒng)改造補(bǔ)貼則岸電經(jīng)濟(jì)性更好。
(3)當(dāng)船舶剩余壽命小于年時(shí)，不宜改造岸電系統(tǒng);當(dāng)船舶剩余壽命超過(guò)11年時(shí)，只要政府提供使用補(bǔ)貼，船舶改造岸電系統(tǒng)都是有益的，但最遲改造時(shí)間不應(yīng)晚于第29年。
(4)為確保船舶使用岸電具有經(jīng)濟(jì)性，岸電使用補(bǔ)貼額度不宜低于0.55元kW，環(huán)保稅稅率提高幅度不宜低于設(shè)定稅率的58(不提供任何補(bǔ)貼)或414(按30%比例提供岸電系統(tǒng)改造補(bǔ)貼)。
(5)如果岸電系統(tǒng)改造成本增加超過(guò)214%(為1570萬(wàn)元)，或者燃油消耗率低于158.70g/(kW·h)，或者岸電使用率低于39%，或油價(jià)低于2841元/t，船舶在種情景下使用岸電都不具經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)油價(jià)高于7328元/t時(shí)，無(wú)論是否征稅，是否提供補(bǔ)貼，船舶在種情景下使用岸電都具有經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)油價(jià)超過(guò)2841元/t但不高于7328元/t時(shí)，需要提供補(bǔ)貼或者征稅，或者兩種政策都采用才能使船舶使用岸電具有經(jīng)濟(jì)性。
(6)為使船舶使用岸電能夠獲益，岸電收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)低于1.7元kW，供電時(shí)間超過(guò)11.8h。對(duì)政府而言，在未強(qiáng)制船舶靠港期間使用岸電的背景下，提供岸電使用補(bǔ)貼是必要的，若同時(shí)提供岸電系統(tǒng)改造補(bǔ)貼并征收環(huán)保稅，更有利于促進(jìn)船舶使用岸電。當(dāng)然，僅征收環(huán)保稅也可使船舶使用岸電獲益，但所需稅率相對(duì)較高。
當(dāng)油價(jià)上漲到一定程度時(shí)，政府無(wú)需提供補(bǔ)貼，也可不征收環(huán)保稅。目前，上海僅提供岸電使用補(bǔ)貼[11]，深圳除提供岸電使用補(bǔ)貼外還向本地注冊(cè)船舶提供岸電系統(tǒng)改造補(bǔ)貼[13]，均取得一定成效。倘若有環(huán)保稅征收政策的助力，效果將會(huì)更好。對(duì)船舶而言，在提供補(bǔ)貼情況下，無(wú)論是否征收環(huán)保稅，都應(yīng)盡早改造岸電系統(tǒng)，并應(yīng)盡最大可能提高岸電使用率。
對(duì)港口而言，岸電收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)不宜太高，同時(shí)應(yīng)盡力縮短岸電作業(yè)時(shí)間，提高岸電服務(wù)水平。需要說(shuō)明的是，因數(shù)據(jù)可得性限制，在分析時(shí)未能考慮不同掛靠港岸電設(shè)施和供電服務(wù)的差異性，如果考慮這些差異性結(jié)果可能會(huì)有所不同，但這并不影響本文所構(gòu)建評(píng)估模型的適用性。其次，受篇幅限制，結(jié)合單因素分析和情景分析在一定程度上揭示了補(bǔ)貼、征收環(huán)保稅和某一因素變化等對(duì)岸電經(jīng)濟(jì)性的影響規(guī)律。未來(lái)，在條件允許時(shí)，可考慮各港口岸電服務(wù)的差異性、多因素的綜合影響等，也可將本研究拓展至其他航線、其他類型的船舶。
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作者：陶學(xué)宗，王謙益，李漢卿
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