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船舶使用岸電的經濟性分析

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摘要:構建了船舶使用岸電的經濟性分析模型,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行了實證分析。結果表明,在基準情景其他條件不變的情況下,若不提供任何補貼,無論是否征收環保稅,船舶使用岸電的成本均高于輔機發電,此時船舶使用岸電不具經濟

  摘要:構建了船舶使用岸電的經濟性分析模型,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行了實證分析。結果表明,在基準情景其他條件不變的情況下,若不提供任何補貼,無論是否征收環保稅,船舶使用岸電的成本均高于輔機發電,此時船舶使用岸電不具經濟性。為使船舶使用岸電具有經濟性,船舶剩余壽命不宜少于年,岸電使用補貼不宜低于0.55元kW·h,僅征收環保稅時稅率提高幅度不宜低于當前設定稅率的458,岸電使用率不宜低于39%,單次供電時間不宜低于11.8h。若岸電收費標準≥1.73元kW·h,或燃油消耗率低于58.70kW·h,或合規燃油價格低于2841元/t,則船舶幾乎不可能使用岸電。

  關鍵詞:岸電;經濟性分析;補貼;環境保護稅;情景分析

船舶經濟

  引言

  船舶運輸是我國現代綜合運輸體系的重要組成部分,承擔了我國52%以上的貨物周轉量[1],在國民經濟和社會發展中發揮著重要的支撐作用。同時,船舶運輸也消耗了大量能源,排放了大量廢氣,給港口航道所在區域特別是大型港口城市的空氣質量造成了較大影響。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到了12.0。在此背景下,推進船舶結構調整、設立船舶排放控制區、推動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運船舶靠泊港口期間,使用岸電設施提供的電能替代船舶輔機發電的一種減排手段[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]。我國于2009年首次在青島港提供岸電服務[6]。截至2019年底,全國已建成5400多套港口岸電設施,共覆蓋7000多個泊位。根據48個港口提供的岸電使用數據,2019年共使用岸電約萬次,用電時長約74萬,用電量約4500萬kW·h,合計減排SO、NO、PM超過710t[7]。

  盡管使用岸電達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濟成本較高(例如,一艘渡船靠泊哥德堡港使用岸電的年均成本比輔機發電高26.7%[9],遠洋船舶靠泊我國沿海港口使用岸電的成本比輔機發電高62.5%~150%[5]),影響了船舶改造岸電系統和使用岸電的積極性。

  為此,上海、深圳兩地政府出臺了鼓勵政策,通過降低港口岸電服務費[10]或岸電電價[11]、補貼船舶岸電系統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濟成本。具體而言,船舶在上海港使用岸電的服務費比輔機發電的燃油費低50%81.3%[5,10],在深圳港使用岸電電價僅為輔機發電的30%~50%且可獲得0.05~0.25元kW的補貼[11]。此外,征收環境保護稅(以下簡稱環保稅)或碳稅能在一定程度上改變船舶使用岸電的盈虧平衡點,促使船舶使用岸電[5,9]。鑒于此,有必要在考慮補貼、征收環保稅等政策影響下,系統分析船舶使用岸電的經濟性,為其岸電使用決策提供參考。

  目前,關于船舶使用岸電的經濟性分析已取得一定成果。從研究視角看,可以將相關研究成果分為類。第一類研究側重于節能分析(即船舶使用岸電與使用輔機發電相比節省的能耗成本)[1214],第二類研究側重于減排分析(即船舶使用岸電與使用輔機發電相比節省的排放成本)[1518],第三類研究對節能和減排進行綜合分析[51925]。從研究方法看,多數研究主要采用成本比較法,而不同研究的區別在于其考慮的影響因素存在差異。總體而言,大多數研究都忽略了資金時間價值、岸電使用率、岸電作業時間、補貼、環保稅當中的一個或多個因素,或未能同時考慮船舶輔機發電和岸電排放的SO、NO、PM、CO,導致分析結果不準確。

  此外,由于參數取值差異,導致結果相差較大、可比性較弱,且大多數研究未能較為全面地揭示主要參數值對研究結果的影響規律。鑒于此,結合大氣污染治理和應對氣候變化協同控制形勢,本文同時考慮船舶輔機發電和岸電排放的SO、NO、PM、CO,并將岸電使用率、岸電作業時間、補貼、環保稅等納入研究當中,通過對相關成本和效益現值、年值之間的等值計算,對現有成本比較法進行改進,構建船舶使用岸電的經濟性分析框架;引入情景分析法,測算不同情景下船舶每年、單個掛靠港口、單位靠泊時間及每kW·h的岸電使用成本,增強研究結果的可比性。在此基礎上,利用因素分析法,探究不同情景下主要因素變化對岸電使用經濟性的影響規律。

  1分析方法

  1.1假設條件

  為便于研究,結合我國港口岸電設施建設使用情況及岸電使用規則,參考相關研究[19,23,26],給出以下假設條件:(1)港口建有岸電設施,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,岸電系統改造工作在年初開始,一年內完成;(3)各年成本按年初確定,考慮資金的時間價值,使用資金等值概念對未來值、一次性投資、現值、年值進行等值變換;(4)岸電系統改造不影響船舶載重量、使用壽命和燃油消耗率;(5)船舶靠港期間不強制使用岸電,可根據實際選擇輔機發電(需使用合規燃油,硫含量不超過0.1%)或使用岸電,但至少應使用一次;(6)船舶使用岸電的經濟性分析考慮船舶靠港期間輔機維護成本、岸電系統改造和維護成本、岸電使用率、補貼、征收環保稅等因素。

  2算例分析

  2.1背景介紹

  結合項目前期研究基礎和數據可得性,以靠泊上海港洋山三期碼頭的典型集裝箱船為例進行分析[26]。上海港是全球最大的集裝箱港口,共有個集裝箱港區(洋山、外高橋、吳淞)、49個泊位,202年集裝箱吞吐量達到4350萬TEU①。洋山三期碼頭是上海港第二大集裝箱碼頭,共有個泊位,航線覆蓋歐洲、地中海、黑海、美西、美東、南美、澳新、非洲等地區,2019年集裝箱吞吐量達到歷史最高點,為760.1萬TEU。

  截至2020年底,該碼頭已建成岸電設施套,覆蓋個泊位,累計提供岸電服務41次,供電時間為628h,供電量為87.97萬kW·h。通過對洋山三期碼頭靠港船舶資料和岸電供電服務資料的綜合分析,選取歐洲航線1.8萬TEU級別的遠洋集裝箱船為典型船舶進行深入研究。

  就輔機發電而言,每kW·h的成本為0.98~1.14元,與李海波28的結果(1.00~1.18元)接近;排放成本占輔機發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、稅率等參數不同。

  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發電成本,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發電成本,與宋向群等[19]結論相似,此時船舶可能會優先考慮使用岸電。

  計算各情景下的岸電經濟性指標變化。當岸電使用率很低(α=1.82%)時,船舶在種情景下使用岸電的經濟性指標都為負值。換言之,如果船舶改造岸電系統后不積極使用,那么改造岸電系統也就失去了意義。當岸電使用率提高至100%時,情景可使船舶使用岸電具有經濟性,且改造越早經濟性越好(與宋向群等[19]結論一致),但要求船舶完成岸電系統改造的時間最遲不晚于第16年。當船舶在第年完成岸電系統改造,其在情景使用岸電的經濟性最佳。總之,若使船舶使用岸電具有經濟性,則要保證岸電使用率達到一定水平。

  政策因素主要包括岸電使用成本補貼額度、岸電系統改造成本補貼率、環保稅稅率、合規燃油質量要求,其對岸電經濟性指標的影響。其中,合規燃油質量要求通過燃油排放系數表示。總體而言,提高岸電使用成本補貼額度、岸電系統改造成本補貼率和環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量(此時燃油排放系數將減小)對岸電經濟性指標有負面影響。

  進一步測算發現,只要岸電使用補貼額度不低于0.74元kW,船舶在種情景下使用岸電均具有經濟性;但如果岸電使用補貼額度低于0.55元kW,船舶在種情景下使用岸電都不具有經濟性。如果環保稅稅率統一提高458及以上(以SO為例,約為44.64元/kg),即使不提供補貼,船舶使用岸電仍具有經濟性。然而,如果稅率提高幅度小于設定稅率的414且不提供岸電使用補貼,即使提供岸電系統改造補貼,船舶使用岸電也不具經濟性。

  3結論與討論

  考慮提供岸電系統改造和使用成本補貼、征收環保稅等政策措施,采用資金等值計算方法對成本比較法進行改進,建立船舶使用岸電的經濟性分析模型,以靠泊上海港洋山三期碼頭的典型集裝箱船為例進行實證分析,分析不同情景下的輔機發電成本、岸電使用成本和效益,通過逐年比較方式探究了船舶剩余壽命對岸電經濟性指標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岸電經濟性指標的影響。主要結論如下。

  (1)如果政府不提供任何補貼,在設定稅率下(SO、NOx、PM、CO這種排放物分別為、、0.55和0.042元kg[3031]),無論是否征收環保稅,船舶使用岸電的成本均高于輔機發電成本。

  (2)當岸電使用率較低時,無論是否征收環保稅、是否提供補貼,船舶使用岸電都會虧損;當岸電使用率為100%時,即便不提供岸電系統改造補貼、不征收環保稅,但只要政府提供岸電使用補貼,船舶使用岸電均具有經濟性,而征收環保稅可明顯增強岸電經濟性,若同時提供岸電系統改造補貼則岸電經濟性更好。

  (3)當船舶剩余壽命小于年時,不宜改造岸電系統;當船舶剩余壽命超過11年時,只要政府提供使用補貼,船舶改造岸電系統都是有益的,但最遲改造時間不應晚于第29年。

  (4)為確保船舶使用岸電具有經濟性,岸電使用補貼額度不宜低于0.55元kW,環保稅稅率提高幅度不宜低于設定稅率的58(不提供任何補貼)或414(按30%比例提供岸電系統改造補貼)。

  (5)如果岸電系統改造成本增加超過214%(為1570萬元),或者燃油消耗率低于158.70g/(kW·h),或者岸電使用率低于39%,或油價低于2841元/t,船舶在種情景下使用岸電都不具經濟性。當油價高于7328元/t時,無論是否征稅,是否提供補貼,船舶在種情景下使用岸電都具有經濟性。當油價超過2841元/t但不高于7328元/t時,需要提供補貼或者征稅,或者兩種政策都采用才能使船舶使用岸電具有經濟性。

  (6)為使船舶使用岸電能夠獲益,岸電收費標準應低于1.7元kW,供電時間超過11.8h。對政府而言,在未強制船舶靠港期間使用岸電的背景下,提供岸電使用補貼是必要的,若同時提供岸電系統改造補貼并征收環保稅,更有利于促進船舶使用岸電。當然,僅征收環保稅也可使船舶使用岸電獲益,但所需稅率相對較高。

  當油價上漲到一定程度時,政府無需提供補貼,也可不征收環保稅。目前,上海僅提供岸電使用補貼[11],深圳除提供岸電使用補貼外還向本地注冊船舶提供岸電系統改造補貼[13],均取得一定成效。倘若有環保稅征收政策的助力,效果將會更好。對船舶而言,在提供補貼情況下,無論是否征收環保稅,都應盡早改造岸電系統,并應盡最大可能提高岸電使用率。

  對港口而言,岸電收費標準不宜太高,同時應盡力縮短岸電作業時間,提高岸電服務水平。需要說明的是,因數據可得性限制,在分析時未能考慮不同掛靠港岸電設施和供電服務的差異性,如果考慮這些差異性結果可能會有所不同,但這并不影響本文所構建評估模型的適用性。其次,受篇幅限制,結合單因素分析和情景分析在一定程度上揭示了補貼、征收環保稅和某一因素變化等對岸電經濟性的影響規律。未來,在條件允許時,可考慮各港口岸電服務的差異性、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。

  參考文獻

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  作者:陶學宗,王謙益,李漢卿

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