CN107944689B - 一种岸电运营经济性分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种岸电运营经济性分析方法，属于经济性分析方法。目前，岸电运营经济性分析不能获得合理的岸电使用价格，可信度低。本发明包括步骤：1、根据高压岸电系统的构成，通过量化参数指标来建立经济模型，确定港口、船舶用户的成本以及经过岸电改造后的效益及成本回收所用的年限。2、模型的建立，构建港口的成本回收年限模型和船舶岸电改造前后的成本对比模型以及成本回收年限模型。3、对于所构建的数学模型，在选取合适的模型数据之后，根据国家补贴与港口和船舶两者的关系以及岸电服务费和泊位利用率对于回收年限的影响，找出合理的岸电使用价格，使港口回收年限和船舶成本效益回收年限同时达到最短，利于推广岸电使用。

Description

一种岸电运营经济性分析方法
技术领域
本发明涉及一种运营经济性分析方法，尤其指一种岸电运营经济性分析方法。
背景技术
近年来，随着国家经济持续快速发展，港口建设的步伐越来越快，船舶停靠码头的数量和密度大幅增加，为此需要消耗大量能源也带来了巨大污染。相比之下，以港口电网供电代替传统的自备燃油机发电机供电具有优势显著，不仅可以节约船舶靠港供电的成本，直接节省船舶自身发电设施的维护费用，提高船员生活工作环境质量，还能提高港口的能效，有效的降低港口的环境污染。但是，与此同时岸电项目也存在系统适用性低可靠性差，泊位调度机制不完善岸电使用率低，国家对岸电的鼓励性政策和对船舶污染约束的政策较少，使得港口和船方对岸电使用的积极性不高等问题。
岸电运营经济性分析一方面存在复杂，数据量大，计算繁杂，计算时间长，效率低，且得到的结果准确性低，不直观，可信度低，不能充分论证岸电运营的可行性等的问题。另一方面还存在供电单位对于选择合理的岸电使用价格比较困难的问题，不能做到港口回收年限和船舶成本效益回收年限同时达到最短，不利于推广岸电使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种岸电运营经济性分析方法，以达到计算结果直观、准确，并能找出合理的岸电使用价格的目的。为此，本发明采取以下技术方案。
一种岸电运营经济性分析方法，包括以下步骤：
1)分析港口岸电系统构成，根据高压岸电系统的构成，分析港口岸电运营的实际情况；量化系统中的参数指标；参数指标包括港口规模、船舶流量、改造建设成本、环境污染税收、互联网技术的影响；高压岸电系统包括岸上供电系统、电缆连接设备和船舶受电系统；
2)根据参数指标，构建港口的成本回收年限模型和船舶的成本效益回收年限模型，以及互联网技术量化后与泊位利用率的关系模型；通过经济模型确定港口、船舶用户的成本以及经过岸电改造后的效益及成本回收所用的年限；
Nport＝sall/pallEship＝SB-SAη＝f(internet)
其中，Nport是港口的成本回收年限，sall为港口岸电建设总成本，pall为港口的年收益，Eship为船舶的收益，SB为船舶岸电改造后的成本，SA为船舶岸电改造前的成本，η为港口的泊位利用率，internet代表互联网技术的影响；
3)对于所构建的数学模型，在选取合适的模型数据之后，根据补贴与港口和船舶两者的关系以及岸电服务费和泊位利用率对于回收年限的影响，通过对模型的仿真，分析得到最优结果，找出合理的岸电使用价格，使得港口回收年限和船舶成本效益回收年限同时达到最短，以推广岸电的使用。
本发明能论证岸电运营的可行性，在给予合适的国家补贴和在泊位最佳利用率下港口和船方的经济效益能明显体现，给对于高压岸电建设持观望态度的港口和船方一定的经验参考。
作为优选技术手段：步骤3中，港口的岸电建设总成本sall包括建设成本和管理维护成本，港口的年收益pall是所有船舶年靠港时间所接岸电费用，船舶改造前的成本SA包括燃油发电成本和污染物排放税，船舶岸电改造后的成本SB包括靠港时未连接到岸电时候的燃油发电成本、连接岸电的费用和污染物排放税，泊位利用率的计算公式为
Figure BDA0001473464520000031
pall＝90％×t×Paux×pserve
Figure BDA0001473464520000032
Figure BDA0001473464520000033
其中，m是船舶年靠港的次数，t是船舶平均靠泊的时间，N是码头的泊位数；Paux为船舶辅机总功率,kW；pserve为岸电服务费，元/(kW·h)；Nl为船舶的寿命；Sk为污染排放物的种数；Cfuel为船舶岸电改造前靠港期间的年发电成本；Eaux,s为船舶岸电改造前靠港期间第s种排放物的年排放量；Tpo,s为对第s种排放的污染物所征收的税率；Cshore为船舶岸电改造后靠港期间的年发电成本；Eshore,s为船舶岸电改造后靠港期间第s种污染排放物的年排放量；Cship为对船舶进行岸电改造的成本，包括设备的成本费和安装费。
港口的建设成本包括设备器材费、土建费、人工费和辅料费，设备器材费、土建费、人工费和辅料费归入为工程费；管理维护成本包括人工费、设备维护费；岸电改造的设施包括电缆、变压器、开关柜、变频设备、岸电箱；材料费给与工程总价估算方法系数的乘积即为工程费。工程总价估算方法系数可为1.1-2.0之间。
作为优选技术手段：岸电服务费pserve泊位利用率η对港口回收年限的影响为：
Figure BDA0001473464520000034
作为优选技术手段：船舶的经济利益由岸电改造前后的用电成本差价体现，由于岸电改造的成本存在，所以会有一个成本效益回收年限；
船舶岸电改造前的成本计算为：
Cfuel＝10-6t1Pauxλauxrfuelpfuel
Eaux,s＝10-6t1PauxλauxEs
其中，t1为船舶年靠港停泊时间，h；Paux为船舶辅机总功率,kW；λaux为船舶辅机利用率；rfuel为辅机燃油消耗率,g/(kW·h)；pfuel为辅机燃油价格，元/t；Es为辅机第s种污染排放物的排放因数，g/(kW·h)；
船舶岸电改造后的成本计算为：
Cshore＝10-6t2Pauxλauxrfuelpfuel+Pshore(t1-t2)pshoreEshore＝10-6t2PauxλauxEs
其中，t2为船舶年靠港时未连接到港口岸电设备的时间，h；Pshore为岸电功率，kW；pshore为岸电价格，元/(kW·h)。
作为优选技术手段：岸电价格包括岸电服务费和基本电价，其中的船舶所交服务费就是港口的收益；pshore＝pserve+pbasic，pserve为岸电服务费价格，元/(kW·h)，pbasic为基本电价，元/(kW·h)。
作为优选技术手段：船舶岸电改造前靠港期间的年发电成本为：
Cfuel＝10-6t1Pauxλauxrfuelpfuel
其中Paux为船舶辅机总功率,kW；λaux为船舶辅机利用率；rfuel为辅机燃油消耗率,g/(kW·h)；pfuel为辅机燃油价格。
作为优选技术手段：船舶岸电改造前靠港期间第s种排放物的年排放量为：
Eaux,s＝10-6t1PauxλauxEs
其中Paux为船舶辅机总功率,kW；λaux为船舶辅机利用率；t1为船舶年靠港停泊时间，h；Es为辅机第s种污染排放物的排放因数，g/(kW·h)。
作为优选技术手段：船舶岸电改造后靠港期间的年发电成本为：
Cshore＝10-6t2Pauxλauxrfuelpfuel+Pshore(t1-t2)pshore
其中t2为船舶年靠港时未连接到港口岸电设备的时间，h；Pshore为岸电功率，kW；pshore为岸电价格，元/(kW·h)。
作为优选技术手段：船舶岸电改造后靠港期间第s种污染排放物的年排放量为：
Eshore＝10-6t2PauxλauxEs
其中Es为辅机第s种污染排放物的排放因数，g/(kW·h)。
作为优选技术手段：港口成本回收年限模型：
Figure BDA0001473464520000051
其中，sall为港口岸电建设总成本，Gsp是政府对港口的补贴金额，N是码头的泊位数，η为港口的泊位利用率，Pshore为岸电功率，kW，pserve为岸电服务费价格，元/(kW·h)；
船舶岸电改造前后成本对比模型：
min{SA,SB}
Figure BDA0001473464520000052
Figure BDA0001473464520000053
其中，
t＝1,2,3,...,Nl
k＝1,2,...,Sk
Cfuel＝10-6t1Pauxrfuelpfuel
Eaux,s＝10-6t1PauxEs
Cshore＝10-6t2Pauxrfuelpfuel+Pshore(t1-t2)pshore
Eshore＝10-6t2PauxEs
其中，SA为船舶岸电改造前的靠港期间年用电总成本；SB为船舶在完成岸电改造后靠港期间的年用电总成本；Nl为船舶的寿命；Sk为污染排放物的种数；Cfuel为船舶岸电改造前靠港期间的年发电成本；Eaux,s为船舶岸电改造前靠港期间第s种排放物的年排放量；Tpo,s为对第s种排放的污染物所征收的税率；Cshore为船舶岸电改造后靠港期间的年发电成本；Eshore,s为船舶岸电改造后靠港期间第s种污染排放物的年排放量；Cship为对船舶进行岸电改造的成本，包括设备的成本费和安装费，t1为船舶年靠港停泊时间，h；Paux为船舶辅机总功率,kW；λaux为船舶辅机利用率；rfuel为辅机燃油消耗率,g/(kW·h)；pfuel为辅机燃油价格，元/t；Es为辅机第s种污染排放物的排放因数，g/(kW·h)；t2为船舶年靠港时未连接到港口岸电设备的时间，h；Pshore为岸电功率，kW；pshore为岸电价格，元/(kW·h)；
船舶成本回收年限模型：
Figure BDA0001473464520000061
Figure BDA0001473464520000062
Figure BDA0001473464520000063
其中，Gss是政府对船舶的补贴金额。
有益效果：
本技术方案通过构建岸电运营的数学模型并进行大量调研获取模型数据，通过构建的模型找出合理的岸电使用价格，使得港口回收年限和船舶成本效益回收年限同时达到最短，有利于推广岸电的使用。
岸电运营经济性计算简单，计算时间短，效率高，且得到的结果准确性高，数据直观，可信度高。
本技术方案使得在给予合适的国家补贴和在泊位最佳利用率下港口和船方的经济效益能明显体现，给对于高压岸电建设持观望态度的港口和船方一定的经验参考。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为高压岸电系统示意图。
图3为政府补贴金额对港口收取停靠船舶服务费的影响关系图。
图4为政府对港口的补贴金额对船舶成本回收年限的影响关系图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明包括以下步骤：
步骤1：根据高压岸电系统的构成，分析港口岸电运营的实际情况，通过量化港口规模、船舶流量、改造建设成本、环境污染税收、互联网技术的影响等参数指标来建立经济模型，确定港口、船舶用户的成本以及经过岸电改造后的效益及成本回收所用的年限。
步骤2：模型的建立，构建港口的成本回收年限模型和船舶的成本对比模型和成本回收年限模型。
步骤3：对于所构建的数学模型，在选取合适的模型数据之后，根据国家补贴与港口和船舶两者的关系以及岸电服务费和泊位利用率对于回收年限的影响，找出合理的岸电使用价格，使得港口回收年限和船舶成本效益回收年限同时达到最短，推广岸电的使用。
以下对三个步骤的具体介绍：
步骤1中，高压岸电系统由三个部分组成：岸上供电系统、电缆连接设备和船舶受电系统，如附图2所示，主要分为岸侧和船侧，岸侧对应港方的成本和收益，船侧对应船户的成本和收益。
港口成本和收益分析：
成本包括港口进行岸电改造的成本主要为建设成本和管理维护成本。建设成本主要包括设备器材费、土建费、人工费和辅料费等，这些可以归入为工程费。管理维护成本主要包括人工费、设备维护费和电价成本，其中因为参考对象港方和电力公司达成了合作，所以不必考虑电价成本。岸电改造的设施主要包括电缆、变压器、开关柜、变频设备、岸电箱。以集装箱码头进行高压岸电改造为例，并由于船舶进港的随机性和停靠泊位的不确定，所以所有泊位的接电箱均按照15万吨级来配置。收益主要是所有船舶年连接岸电时间所产生的服务费。
船舶成本和收益分析：
船舶的成本分为岸电改造前和改造后，改造前主要是燃油费和污染排放税，改造后主要是经岸电改造的成本，包括岸电设备和安装费等，以及使用岸电的电费，这其中包括基本电费和岸电服务费，还有未连接上岸电时的燃油费及其污染排放税。船舶的收益主要是改造后岸电使用费相比于燃油费的降低和环境税收的降低。
政府成本和收益分析：
政府的成本体现在出台相关政策和对港口和船舶进行补贴，收益体现在污染物排放的减少带来的环境效益。
互联网技术的影响：
“互联网+”技术在港口中有一下作用：一方面将港口的部分人工生产操作通过平台解决，减少了人工费，增加了工作效率；另一方面使船方与港口的交流变得简单直接且密切，船方靠港的需求被整合起来并放大。同时利用互联网技术建立的岸电服务平台，使泊位利用率提升了7％，接近泊位最佳利用率。
步骤2中，构建港口的成本回收年限模型和船舶岸电改造前后的成本对比模型和成本回收年限模型。
港口成本回收年限模型：
Figure BDA0001473464520000081
其中，sall为港口岸电建设总成本，Gsp是政府对港口的补贴金额，N是码头的泊位数，η为港口的泊位利用率，Pshore为岸电功率，kW，pserve为岸电服务费价格，元/(kW·h)。
船舶岸电改造前后成本对比模型：
min{SA,SB}
Figure BDA0001473464520000082
Figure BDA0001473464520000083
其中，
t＝1,2,3,...,Nl
k＝1,2,...,Sk
Cfuel＝10-6t1Pauxrfuelpfuel
Eaux,s＝10-6t1PauxEs
Cshore＝10-6t2Pauxrfuelpfuel+Pshore(t1-t2)pshore
Eshore＝10-6t2PauxEs
其中，SA为船舶岸电改造前的靠港期间年用电总成本；SB为船舶在完成岸电改造后靠港期间的年用电总成本；Nl为船舶的寿命；Sk为污染排放物的种数；Cfuel为船舶岸电改造前靠港期间的年发电成本；Eaux,s为船舶岸电改造前靠港期间第s种排放物的年排放量；Tpo,s为对第s种排放的污染物所征收的税率；Cshore为船舶岸电改造后靠港期间的年发电成本；Eshore,s为船舶岸电改造后靠港期间第s种污染排放物的年排放量；Cship为对船舶进行岸电改造的成本，包括设备的成本费和安装费，t1为船舶年靠港停泊时间，h；Paux为船舶辅机总功率,kW；λaux为船舶辅机利用率；rfuel为辅机燃油消耗率,g/(kW·h)；pfuel为辅机燃油价格，元/t；Es为辅机第s种污染排放物的排放因数，g/(kW·h)；t2为船舶年靠港时未连接到港口岸电设备的时间，h；Pshore为岸电功率，kW；pshore为岸电价格，元/(kW·h)。
船舶成本回收年限模型：
Figure BDA0001473464520000091
Figure BDA0001473464520000092
Figure BDA0001473464520000093
其中，Gss是政府对船舶的补贴金额。
步骤3中，基于岸电系统中的港口和船舶，查阅大量相关文献，对相似的沿海港口进行调研，为建立的数学模型选择合理的数据，以港口和船舶的回收年限同时达到最优为目的，同时求得在最优下的岸电使用价格以及国家补贴、泊位利用率在其中产生的影响。
步骤3.1，基于岸电系统中的港口和船舶，查阅大量相关文献，对相似的沿海港口进行调研，为建立的数学模型选择合理的数据。
港口成本：
以集装箱码头进行高压岸电改造为例，并由于船舶进港的随机性和停靠泊位的不确定，所以所有泊位的接电箱均按照15万吨级来配置。通过查阅文献得到相关的实际数据为：对于15万吨级的泊位来说，平均每个泊位的开关柜成本约30万元；平均每个泊位的变压器成本约60万元；平均每个泊位的变频设备成本约262.5万元；平均一个泊位的港口码头接口岸电箱的成本约为5万元；平均一个泊位的高压电缆成本约为131.6万元；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，故对维护成本取值参考相关资料后可得为20万元。所述沿海港口有99个泊位，计算得到工程费为74611.35万元。
船舶模型：
岸电船舶受电改造的成本包括包括设备的成本费和安装费，国外已经进行岸电受电改造的船舶成本约为50万美元左右，由于国外改造船舶大多为渡船和邮轮，本实施例所考虑的集装箱船在靠港期间的作业主要由港口设施提供，船舶本身的用电设备较少，从而船舶进行改造的成本也会降低，故可以估算出集装箱船舶的改造费用约为300万元。其余的部分数据见于表1。
Figure BDA0001473464520000101
船舶污染排放物：
辅机燃油消耗率为300g/(kW·h)，燃油价格为4000元/t。燃油发电产生的污染物主要为二氧化碳、氮氧化物和二氧化硫等，辅机排放物的排放率和税率见于表2。
Figure BDA0001473464520000102
步骤3.2，通过对港口成本回收年限以及船舶岸电改造前后成本对比，分析岸电服务费和互联网技术影响下的泊位利用率在其中的影响。
步骤3.3，以港口和船舶的回收年限同时达到最优为目的，同时求得在政府补贴下的最优的岸电使用价格。
从船舶成本对比模型可以看出刚开始因为有岸电改造费用，改造后的成本会大于改造前，但随着时间增长，改造后的累积成本会低于改造前。而且岸电服务费选择的不同对经过岸电改造后的船舶开始带来的经济效益的时间有一定影响，并随着服务费的增长，开始产生效益的时间变长在我们所制定的服务费的范围内,随着服务费的增加，港口的回收年限逐渐减小。并且随着泊位利用率的增加，港口的成本回收年限会明显下降。由此可见基于互联网技术的岸电服务平台在对泊位利用率产生正相关增长的时候，减少了港口成本的回收时间。
以已经构建好的数学模型和选择的模型数据，在加入政府补贴的条件下，计算使得港口回收年限和船舶成本效益回收年限达到最优。根据公式算出所需要的数据，带入到数学模型中，得出成本回收年限曲线图，见附图3,4。
图3体现了政府补贴金额对港口收取停靠船舶服务费的影响，图4体现了政府对港口的补贴金额对船舶成本回收年限的影响。
从港口成本回收年限数学模型和船舶成本回收年限模型可以看出，随着政府补贴金额的增长，港口和船舶的成本回收年限会明显缩短。当港口想要在三年内收回改造成本的时候，从图3中可以看出随着政府补贴金额的增长，港口的岸电使用价格会减少，当政府补贴金额为6479.32万元时，船舶经岸电改造前后的用电成本相同。所以，当政府的补贴金额少于6479.32万元时，改造港口如果预计在三年之时收回成本，则对停靠的船舶收取的费用为1.25元/(kW·h)以上，而此时船舶的用电成本将大于未进行改造船舶的发电成本。当政府的补贴金额大于6479.32万元时，港口在预计成本回收年限内对停靠船舶收取的费用低于1.25元/(kW·h)，此时船舶用户的成本低于未改造时的船舶发电成本。从图4中可以看出当政府对港口进行补贴时，随着补贴金额的增加，船舶的改造成本回收年限将会减少，说明政府对港口的补贴同样可以有效的减小船舶成本的回收年限。如果港口预计在第三年收回成本，那么当政府的补贴分别为港口和船舶成本的30％的时候，岸电的使用价格为1.126元/(kW·h)，此时船舶的成本回收年限为1.8年。
本实施例中所举的实际例子仅仅是对本发明做说明，并不限定。本发明通过构建岸电运营的数学模型并进行大量调研获取模型数据，论证了岸电运营的可行性，在给予合适的国家补贴和在泊位最佳利用率下港口和船方的经济效益能明显体现，给对于高压岸电建设持观望态度的港口和船方一定的经验参考。
以上所示的一种岸电运营经济性分析方法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (3)

1.一种岸电运营经济性分析方法，其特征在于包括以下步骤：
1)分析港口岸电系统构成，根据高压岸电系统的构成，分析港口岸电运营的实际情况；量化系统中的参数指标；参数指标包括港口规模、船舶流量、改造建设成本、环境污染税收、互联网技术的影响；高压岸电系统包括岸上供电系统、电缆连接设备和船舶受电系统；
2)根据参数指标，构建港口的成本回收年限模型和船舶的成本效益回收年限模型，以及互联网技术量化后与泊位利用率的关系模型；通过经济模型确定港口、船舶用户的成本以及经过岸电改造后的效益及成本回收所用的年限；
Eship＝SB-SA
η＝f(internet)
其中，Eship为船舶的收益，SB为船舶在完成岸电改造后靠港期间的年用电总成本，SA为船舶岸电改造前的靠港期间年用电总成本，η为港口的泊位利用率，internet代表互联网技术的影响；
3)对于所构建的数学模型，在选取合适的模型数据之后，根据补贴与港口和船舶两者的关系以及岸电服务费和泊位利用率对于回收年限的影响，通过对模型的仿真，分析得到最优结果，找出合理的岸电使用价格，使得港口成本回收年限和船舶成本效益回收年限同时达到最短，以推广岸电的使用；
港口成本回收年限模型：
Figure FDA0002958868960000011
其中，sall为港口岸电建设总成本，Gsp是政府对港口的补贴金额，N是码头的泊位数，η为港口的泊位利用率，Pshore为岸电功率，单位为kW，pserve为岸电服务费价格，单位为元/(kW·h)；Nport为港口成本回收年限；
船舶岸电改造前后成本对比模型：
min{SA,SB}
Figure FDA0002958868960000021
Figure FDA0002958868960000022
其中，
t＝1,2,3,...,Nl
s＝1,2,...,Sk
Cfuel＝10-6t1Pauxrfuelpfuel
Eaux,s＝10-6t1PauxEs
Cshore＝10-6t2Pauxrfuelpfuel+Pshore(t1-t2)pshore
Eshore,s＝10-6t2PauxEs
其中，Nl为船舶的寿命；Sk为污染排放物的种数；Cfuel为船舶岸电改造前靠港期间的年发电成本；Eaux,s为船舶岸电改造前靠港期间第s种排放物的年排放量；Tpo,s为对第s种排放的污染物所征收的税率；Cshore为船舶岸电改造后靠港期间的年发电成本；Eshore,s为船舶岸电改造后靠港期间第s种污染排放物的年排放量；Cship为对船舶进行岸电改造的成本，包括设备的成本费和安装费，t1为船舶年靠港停泊时间，单位为h；Paux为船舶辅机总功率,单位为kW；rfuel为辅机燃油消耗率,单位为g/(kW·h)；pfuel为辅机燃油价格，单位为元/t；Es为辅机第s种污染排放物的排放因数，单位为g/(kW·h)；t2为船舶年靠港时未连接到港口岸电设备的时间，单位为h；pshore为岸电价格，单位为元/(kW·h)；
船舶成本效益回收年限模型：
Figure FDA0002958868960000031
Figure FDA0002958868960000032
Figure FDA0002958868960000033
其中，Gss是政府对船舶的补贴金额；Nship是船舶成本效益回收年限。
2.根据权利要求1所述的一种岸电运营经济性分析方法，其特征在于：在步骤2)中，港口的岸电建设总成本sall包括建设成本和管理维护成本，船舶岸电改造前的靠港期间年用电总成本SA包括燃油发电成本和污染物排放税，船舶在完成岸电改造后靠港期间的年用电总成本SB包括靠港时未连接到岸电时候的燃油发电成本、连接岸电的费用和污染物排放税，泊位利用率的计算公式为
Figure FDA0002958868960000034
pall＝90％×t×Paux×pserve；
其中，pall为港口的年收益，m是船舶年靠港的次数，t是船舶平均靠泊的时间，N是码头的泊位数；Paux为船舶辅机总功率,单位为kW；pserve为岸电服务费，单位为元/(kW·h)。
3.根据权利要求1所述的一种岸电运营经济性分析方法，其特征在于：岸电价格包括岸电服务费和基本电价，其中的船舶所交服务费就是港口的收益；pshore＝pserve+pbasic，pserve为岸电服务费价格，单位为元/(kW·h)，pbasic为基本电价，单位为元/(kW·h)。
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