交通运输部水运科学研究院宣传语
船舶靠港使用岸电和低硫油效益分析
来源: 本站原创2019-07-28 21:31:18

部水运院节能中心 李海波

船舶靠港使用岸电和低硫油具有很大的社会效益,理想状态下也能实现经济效益,而环保高压下使用岸电和低硫油也是大势所趋。但如何使船东由被动到主动使用岸电和低硫油,这个过程中仍需要更多的鼓励、激励和引导。

船舶靠港使用岸电和低硫油的背景

船舶靠港大气污染物排放占整个港口排放的60%-80%,对港口周边环境影响较大。船舶靠港使用低硫油和岸电是两种防治船舶靠港大气污染物排放的重要措施。国际上对硫排放的控制要求越来越高,国际海事组织设置的4个硫排放控制区、欧盟港口区域、美国加州船舶燃油监管区要求使用规定的低硫油。国际上岸电的建设和使用也在稳步推进,欧盟强制要求2025年前完成港口岸电建设;荷兰鹿特丹在内河强制使用岸电;美国加州的指定港口强制要求大航运公司按比例使用岸电。

为贯彻国家污染防治攻坚战和蓝天保卫战的部署,交通运输部发布了《船舶大气污染物排放控制区实施方案》,要求在船舶排放控制区使用低硫油的同时,大力推进船舶靠港使用岸电。

目前船舶为了满足排放控制区低硫油的规定一般采用转换油舱使用低硫油,也可采用安装脱硫塔等尾气后处理装置。国内0.5%m/m内贸船用低硫油主要是由调油商调合生产,且优质调油原料资源紧张,主要民营企业居多,质量参差不齐。0.1%m/m低硫油必须由炼厂直接炼制,或调油环节增加化学脱硫工艺,中石化等公司开始炼制低硫油。使用低硫油增加航运公司运营成本,为降低使用低硫油成本,国内外航运公司开始征收低硫油附加费。

我国岸电设施建设进展迅速,据初步统计,全国已建成港口岸电设施3000余套,覆盖泊位5000多个,其中《港口岸电布局方案》任务完成约40%,京杭运河水上服务区基本实现岸电全覆盖,到2019年底三峡坝区将基本实现岸电全覆盖。但岸电推进工作存在建设成本高、使用不经济、船舶改造和使用岸电的积极性不高、岸电使用率总体不高、部分港口岸电设施设备闲置等问题。

在上述背景下,进行船舶靠港使用岸电和使用低硫油两种重要措施的经济和社会效益指标的定量分析比较,解决船舶靠港大气污染物排放措施推进过程中的相关疑惑和问题,以期为推进船舶大气污染防治提供支撑。

经济效益比较

1.船舶使用燃料油发电成本分析

(1)船舶燃料油的价格

船舶燃料油价格随着国际原油价格波动较大,以常用的180CST燃料油为例,2018年不同月份的价格情况见图1,价格范围为3721~5796元/吨。

图1 2018年180CST燃料油价格变化

(2)船舶使用燃料油的发电成本

船舶发电机组的发电成本包含:燃料油费、发电机组折旧费、发电机组维护费、操作人员费等。船舶燃油消耗率是计算船舶发电成本的一个重要参数,它随着船舶的负荷系数变化而不同。

由于我国在船舶排放控制区要求使用0.5% m/m的低硫油,而目前我国市场上供应的内贸船舶低硫油均为调和油,调和油的价格仅比普通内贸船舶燃料油贵100~200元/t,价格约为4800元/吨,按此价格船舶的发电燃料油费为1.13元/kWh左右。考虑船舶发电机组等设备的折旧费、维护费、人员费等,以1万TEU集装箱船为例,每台发电机组费用约为1000万元,每千瓦时发电折旧费增加约0.06元、维护费和人员费增加约0.05元,船舶总发电成本的计算见表1。

表1 船舶燃料油价格和发电成本

油品类别内贸船舶远洋船舶

普通燃料油80CST0.5%燃料油保税普通燃料油保税0.1%燃料油

燃料油价格(元/t)4637480029003800

燃料油费

(元/kWh,e=235g/kWh)1.091.130.680.89

燃料油费

(元/kWh,e=360g/kWh)1.671.691.041.37

发电机组折旧费(元/kWh)0.060.060.060.06

维护费和人员费(元/kWh)0.050.050.050.05

船舶总发电成本(元/kWh)1.2~1.781.24~1.84 0.79~1.151.0~1.48

注:1)远洋船保税价格为新加坡普氏船用油价格,2018年12月的燃油价格(559USD/t),USD(美元)兑人民币汇率取6.8。

2)船舶燃料油发电燃料油费C的计算公式如下:

C=e·P/106

式中:

C——船舶发电燃料油费,元/kWh;

e——船舶发电机组的单位发电的燃油消耗,g/ kWh,取两个典型值;

P——船舶燃料油的价格,元/t。

2.火电的发电成本分析

(1)火电的比例和成本分析

目前,我国火电的发电比例为71.6%,而火电主要以煤电为主,电厂发电机组的功率一般为50MW-1000MW,机组的功率越大,发电效率越高,发电成本越低。电厂发电成本包括变动费用和固定费用两部分,其中变动费用包括燃煤费、点火用的燃油费、水费等,仅燃煤费就占发电成本的50%~75%;固定费用包括折旧费、维护费、人员费等费用。2016年公布的火电发电的煤耗率为312 g/kWh。根据煤耗率和燃煤费占比(按50%)估算电厂的发电成本,2018年12月煤炭价格为570元/t,实际电厂的发电成本约为0.38元/kWh。

到用户终端市场的电价为购煤、发电、输配、销售环节费用之和(费用比例约为38.9%:20.7%:25.6%:14.8%),以上的购煤和发电费用为发电成本,约为终端市场电价的60%。按2018年12月的电厂发电成本0.38元/kWh,相应的终端电价约为0.63元/kWh,由此可以看出在输配和销售环节费用较高,所以造成总的终端电价较高。

根据相关研究,水电发电成本为0.25元/kWh,核电为0.35元/kWh。目前火电占总发电量的72%,未来火电的比例逐步降低,成本更低的核电和水电占比增大,电力的经济性会更好。

(2)我国电价政策和价格分析

供电部门收取的到达港口的用户终端电价是决定岸电服务费的重要因素之一,其价格的高低影响船舶使用岸电的经济性,从而影响船舶连接岸电的积极性。

我国港口的电价主要有一般工商业、大工业电价。按计算电费方式不同,电价又分为单一制电价、两部制电价和功率因数调整电费。一般工商业电价为单一制电价,单一制电价仅包括电度电价,是以客户的实际用电量为计费依据的。大工业电价为两部制电价,两部制电价是将电价分为两部分,一部分是以客户的实际用电量来计算电费的电度电价,与单一制电价的电度电价相同;另一部分是以客户接入系统的用电容量或最大容量计算的基本电价。目前,部分港口执行大工业两部制电价,除了电度电费还需要按变压器容量或最大需用量固定缴纳基本电价,中国各个港口的电价差别也较大(见图2),大部分港口约为0.66-0.8元/kWh,部分港口的电价大于1元/kWh。

根据国家发改委2018年7月发布的《关于创新和完善促进绿色发展价格机制的意见》(发改价格规〔2018〕943号),对港口岸电运营商用电免收需量(容量)电费,如果岸电执行大工业电价并免收需量电费(即基本电价),图2中的典型港口的电价会有所降低。

图2中国典型港口的电价

港口对船舶收取的岸电服务费包括供电部门收取的电价和港口维护费等,关系如下:

岸电服务费=供电部门收取的电价+港口维护费。

供电部门的收取的电价约为0.66-0.8元/kWh,港口维护费约为0.45~0.6元/kWh,主要是港口收取的部分设备折旧费和维护人员费用等,我国沿海港口对船舶收取的岸电服务费约为1.2~1.4元/kWh。

3.经济效益比较分析

船舶使用低硫油方案从靠泊到离泊全部使用低硫油,使用岸电方案假定靠泊后半个小时、离泊前半个小时使用低硫油,其他停靠时间使用岸电。以1万TEU集装箱船停靠20小时为例,对两种方案的发电成本、正常使用情况下的使用成本和考虑改造成本和使用率情况下的使用成本进行比较。

(1)仅考虑发电本身的成本,船舶发电成本和电厂发电成本的比较。

在当前的煤炭和燃料油价格下,煤炭和燃料油折合成当量标煤价,燃料油价是煤炭价的3倍多;由于船舶发电机组的规模小,1万TEU集装箱船舶的辅机功率仅为3000kW,与规模大的火电厂的上百MW的发电机组相比,效率低,发电的成本高;电力价格不受国际市场影响;未来火电的比例降低,增大成本更低的核电和水电占比,岸电的经济性会更好,根据2.2的分析,在不考虑输送和销售环节费用条件下,电厂发电成本仅为0.38元/kWh(煤炭价格570元/t),而船舶发电机组的发电成本为1.24元/kWh(油价4800元/t)。

由此可以看出,由于电厂的规模经济效应,火电的发电成本远低于船舶使用燃料油自发电成本。

(2)考虑输配电和销售、港口的岸电维护等费用,船舶发电成本和终端岸电服务费的比较。

船舶自发电直接供船舶设备使用,无输送、销售环节和连接服务费用,船舶发电成本即为终端船舶发电费用。火电的发电成本低,加上输配电和销售环节费用、以及在港口终端电价的基础上加上港口维护费和部分设备折旧费等,在正常使用情况下,最终船舶使用岸电的服务费为1.2~1.4元/kWh,与船舶使用燃料油自发电的发电成本1.24~1.84元/kWh相比基本相当。

(3)考虑岸电建设投资、运维成本和使用率,船舶发电成本和船舶使用岸电总成本的比较。

岸电的建设投资大,满足1万TEU集装箱船舶供电的港口岸电建设费用约为600-1000万元,船舶受电设施建设费用约为300-600万元,特别是在当前岸电使用率不高的前提下,船舶使用岸电的总成本大于船舶使用低硫油自发电成本,每千瓦时多出约1元成本。

(4)船舶发电成本和船舶使用岸电时间成本的比较。

船舶靠港使用低硫油发电直接使用进入排放控制区时已经转换的低硫油即可,几乎不增加额外的时间,但使用岸电需要在靠泊后0.5-1小时和离泊前0.5-1小时内连接和拆除岸电,使用岸电增加1-2小时的切换时间,减少船舶实际航运时间,影响船东的船舶运营收益。

2017年,美国港口岸电技术评估报告中分析了岸电的电价和服务价格,美国各个港口的岸电服务价格各不相同,各个地区给予的电价也不相同。洛杉矶港的岸电服务费包括每次150美元固定服务费,1.33美元/kW的设备费,0.0591美元/kWh的能源费(电价),根据能源不同可能会增加额外费用,从收费标准看出洛杉矶港的能源费(电价)低于船舶的自发电成本。根据以上收费标准计算,如果1万TEU集装箱船,辅机负荷取2000kW,停靠时间为10-50小时的岸电服务费成本为0.59~1.36元/kWh,该费用与表1中的远洋船舶自发电费用1.0~1.48元/kWh相比,总体基本相当,如停靠时间长使用岸电成本相对低。美国的相关研究成果与本研究成果基本一致。

社会效益比较

1.船舶使用燃料油的排放情况

船用燃料油的含硫量是燃油品质的主要指标,美国加州靠港规则公布的辅机各种大气污染物的排放因子见表2,从表中可以看出船舶使用低硫油大幅度减少了SOx、PM10和PM2.5的排放,但几乎不减少NOX、CO、CO2的排放,因此使用低硫油并不是一个彻底解决船舶大气污染物和温室气体排放的控制措施。

表2 不同硫含量燃油发电的大气污染物排放因子

燃油类型NOx(g/kWh)SOx

(g/kWh)CO2

(g/kWh)CO

(g/kWh)PM10

(g/kWh)PM2.5

(g/kWh)

MDO (0.1% m/m)13.90.46901.10.250.23

MDO (0.5% m/m)13.92.16901.10.380.35

普通燃料油14.711.17221.11.51.46

注:MDO为船用柴油(Marine Diesel Oil)的简称,是馏分型的一种

2.电力大气污染物排放情况

根据《中国煤电清洁发展报告-中国电力企业联合会》(2017年9月)的数据,电力的火电比例及排放情况见表3。根据近年来数据统计及电力部门规划,电力煤耗率和大气污染物排放有逐年降低的趋势。

表3 电力的排放情况

年度火电

比例标准煤

(gce/kWh)CO2

(g/kWh)SOx

(g/kWh)NOx(g/kWh)PM(g/kWh)

201671.6%312487.50.390.360.08

3.社会效益比较分析

根据表2和表3的排放数据,计算船舶靠港使用岸电取代辅机发电的社会效益,比较结果见表4。

表4 船舶自发电和使用岸电的社会效益比较

比较内容能源消耗碳排放大气污染物排放噪声,

dB(A)

标准煤,

gce/kWhCO2,

g/kWhSOx,

g/kWhNOx,

g/kWhPM,

g/kWh

普通燃油自发电数据辅机发电(235)335.672211.114.71.4690

辅机发电(360)514.21106 17.0 22.5 2.2 90

低硫油自发电数据辅机发电(235)335.66902.113.90.3590

辅机发电(360)514.21057 3.2 21.3 0.5 90

岸电数据岸电(71.6%火)312487.50.390.360.080

低硫油与普通燃油比较效果比较--49~-32-14~-9-1.0~-0.8-2.0~-1.11-

降低率-4.4%81.1%5.4%76.0%-

岸电与低硫油比较效果比较-202~-23.6-570~-202.5-2.8~-1.7-20.9~-13.5-0.46~-0.27-90

降低率7%~

39.3%29.3%~

53.9%81.4%~

87.9%97.4%~

98.3%77.1%~

85.1%100%

注:辅机发电后面的括号内的数字为辅机发电燃油消耗率,单位为g/kWh。选取的两个典型数值(235g/kWh和360g/kWh)。

从表4可看出:

1)使用低硫油与普通燃料油相比,使用低硫油在降低SOx和PM等部分大气污染物方面具有较好的效果,SOx降低率为81.1%,PM降低率为76%。

2)由于电厂的规模环保效应以及电厂采取高标准的集中脱硝脱硫等环保设施,船舶靠港使用岸电的大气污染物排放远低于船舶使用普通燃料油或低硫油自发电的排放。船舶靠港使用岸电与低硫油相比,SOx降低率为81.4%~87.9%,NOx降低率为97.4%~98.3%,PM降低率为77.1%~85.1%。

3)随着清洁能源发电量的比例逐步提高,与使用燃料油相比,船舶靠港使用岸电降低碳排放的效果越来越明显,降低率为29.3%~53.9%。

4)由于火电发电机组的装机功率和效率高,不论从岸电的电力规模化生产转换效率高的角度分析,还是通过计算燃油消耗率和燃煤率的对比分析,船舶靠港使用岸电比使用燃料油更加节能,节能率为7%~39.3%。

5)船舶发动机使用普通燃料油或低硫油易造成噪声污染,在机舱主机操纵处噪声等级在90dB(A)左右,影响船舶相关人员的工作和休息。连接岸电后,可消除靠港船舶发电机组的噪声污染,噪声降低率为100%。

2007年美国AAPA发布的远洋船舶使用岸电白皮书中,对低硫油和岸电的效益进行了比较(见表5)。通过使用低硫油,与使用2.7%燃料油相比,可以降低10%的NOx,18%-65%的PM10,45%-96%的SO2。使用岸电在港口几乎没有排放,如不考虑火电厂的排放,假设船舶靠港95%的时间使用岸电,大气污染物的降低率为95%。使用低硫油可以大幅度的降低SO2和PM10,但是NOx降低的很少,而使用岸电SO2,PM10和NOx均大幅度降低。美国的相关研究成果与本研究的成果基本一致。

表5 使用岸电和不同硫含量的燃料油的降低率

污染物类别比较降低率

2.7%燃料油0.6%MDO

NOx2.7%燃料油//

1.5%燃料油0/

0.6%MDO10%/

0.1%MGO10%0

岸电95%95%

PM102.7%燃料油//

1.5%燃料油18%/

0.6%MDO58%/

0.1%MGO65%17%

岸电95%95%

SO22.7%燃料油//

1.5%燃料油45%/

0.6%MDO78%/

0.1%MGO96%83%

岸电95%95%

结论及相关建议

1.研究结论

1)在经济效益方面,由于电厂的规模经济效应,火电出厂的发电成本远低于船舶的自发电成本,但因为火电的输送、销售环节费用较高造成到达港口终端的电价较高,再加上港口维护费等费用,在正常使用情况下,船舶使用岸电的使用与船舶的自发电成本基本相当。如考虑港口岸电设施和船舶受电设施投资,特别是在当前岸电使用率不高的前提下,船舶使用岸电的总成本大于船舶使用低硫油自发电成本。

2)在社会效益方面,由于电厂的规模效应以及电厂采取高标准的集中脱硝脱硫等环保设施,使得电厂发电的单位能耗以及污染物排放低于船舶自发电,靠港船舶使用岸电节能减排的效果明显。

3)使用低硫油和使用岸电均是降低硫氧化物排放的有效措施,而船舶靠港使用岸电在降低大气污染物排放、碳排放和节能方面更具有优势,因此应积极创造条件鼓励船舶靠港优先使用岸电。

2.相关建议

1)鼓励建设。交通运输部靠港船舶使用岸电2016-2018年度项目奖励资金政策对岸电建设起到了非常大的推进作用,建议继续推进落实港口岸电建设的奖励资金专项经费。由于船东的积极性低和船舶受电设施建设数量少,建议增大对船舶受电设施建设的补助力度。

2)奖励使用。针对岸电使用经济效益差、各方积极性不高的情况,建议制定船舶靠港使用岸电的补贴政策,使用岸电补助与油价挂钩、固定费用与使用率相结合,多用多补,不用不补。

3)强化管理。由于船舶使用低硫油和岸电主要体现在社会效益,建议加强船舶使用低硫油和岸电的监管;研究提出分阶段、分区域、分类型的岸电管理使用部门规章,试点在重点地区强制使用岸电。

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