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            內河電動船換電服務定價策略分析

            摘要:為探索內河電動船舶換電服務的定價策略,以蘇南運河120 TEU純電動集裝箱船為例,分別采用成本定價法和燃油替代法兩種方式核算換電服務收費標準。通過比較分析,建議在電動船舶推廣應用初期采用燃油替代法進行換電服務費定價。在采用燃油替代法核算電價的基礎上,提出采用油電價格掛鉤機制作為換電服務定價標準,以凸顯使用電動船舶的經濟性,從而促進電動船舶產業規模化、可持續健康發展。

            關鍵詞:電動船舶;換電服務;定價策略;蘇南運河;燃油替代法

            一、引言

            2020年9月,我國政府在聯合國大會上提出2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和[1]。隨著“雙碳”目標的提出,電動船舶的推廣成為內河航運業綠色低碳轉型發展的重要方向[2]。與電動汽車類似,電動船舶換電具有可靈活調度的特點,既可以將電動船的用電負荷轉移到電力系統低谷時期,實現削峰填谷,又能通過電動船饋電增加系統調峰能力[3],從而優化電力資源配置,提高電力供應整體的效率和效益。目前,各地正在如火如荼地開展電動船實船試驗,但有關電動船換電模式及相關綜合能源服務的研究很少,對服務模式和充換電收費標準缺乏深入分析。能源企業通過合理的綜合能源服務定價,可以有效激勵和引導航運企業等市場主體推廣使用換電式電動船舶,對推動整個電動船產業健康發展具有現實意義。

            二、電動船換電服務概述

            ( 一 ) 電動船換電服務模式

            參照換電式電動汽車的換電服務運營方式,換電模式的電動船舶采用裸船采購、電池租賃的“船電分離”模式,即航運企業僅持有船體部分資產,而換電服務企業統一采購、持有船用動力電池,并負責電池的充電、調撥、運輸、吊裝服務,終端客戶向其購買服務并支付服務費,換電服務模式如圖1所示。在此模式下,航運企業無須投入資金采購自持動力電池,僅需要購買或建造與船用動力電池相適配的船體;而換電服務商則承擔動力電池系統和相應充換電設施的初期投資以及管理維護費用。

            圖1  電動船舶換電服務模式示意圖

            電動船舶采取換電模式的優勢有以下幾點:( 1 ) 動力電池的采購成本不需要由運營船舶的終端用戶承擔,并且持有的船舶主體不需要安裝柴油主機,因此待電動船舶船型標準統一后,船舶運營方的初期建造成本可以大幅縮減;( 2 ) 可移動式動力電池可采取統一慢充方式,能夠避免充電式電動船出現因快充而導致的電池壽命過快衰減問題;( 3 ) 相比充電模式,換電模式可在20 min內完成船舶換電吊裝作業全過程,更加方便快捷;( 4 ) 換電式電池可以采取集中充電方式,能夠充分利用峰谷電降低電能成本;( 5 ) 換電服務公司可以根據用戶需求統一合理調配電池供給,能夠隨時保障終端客戶長距離、長時間的續航需求,并實現電池利用率最大化。

            ( 二 ) 電動船換電服務市場主體

            電動船舶換電服務是一個系統性工程,涉及的主體有船舶運營方、電池制造方、能源供應方、換電服務方,此外還有政府部門等主體參與其中。在電動船換電服務過程中,同一企業可能承擔了不同市場主體角色,比如電池提供、能源供應、換電服務可以統一由某一家企業采購并提供。為敘述方便,本文將相關市場主體分為以下四類:( 1 ) 船舶運營主體,主要是負責水路貨運的各類航運企業,它們也是為電動船換電服務付費的終端客戶。( 2 ) 綜合能源服務主體,指為船舶提供換電服務、保證船舶動力供應的企業,主要包括能源供應企業、電池道路運輸企業、換電站吊裝服務企業,它們是換電服務的提供方,并收取服務費用。目前商業模式下,為簡化操作,該類主體業務多由某一家企業統一承擔,或者由其對外采購服務后再進行統一結算。另外需要說明的是,目前電動船舶換電站建設相比電動船舶建設存在一定滯后,因此有的電動船換電作業會在碼頭進行。此時,港口裝卸服務企業也應算作該類市場主體。( 3 ) 衍生服務主體,主要包括投融資機構、船舶建造企業、備件物料供應企業等,為電動船舶換電服務提供保障。( 4 ) 政府主體,指各類行業主管部門等監督管理機構,在行政審批、政策補貼等方面為換電服務提供支持。

            ( 三 ) 換電服務收費方式

            目前,已投產運營的充電式電動游船、客船、公務船以及貨運船舶,基本都是按照港口岸電收費標準進行收費。參照電動汽車收費方式[4],對換電式電動船電池更換服務可采取下述3種收費方式:( 1 ) 按里程計價收費。總里程可以通過航次數與航次里程的乘積求得,并按照合同約定的單位里程價格收費標準,向船舶運營主體收取費用。( 2 ) 按使用電量收費。按電池電量讀數計算電量使用情況,并根據經物價部門核準的收費標準計算費用。具體的操作可以參照加油站收費方式,換電服務企業向監管部門申請,監管部門同意后換電服務企業按規定購買和出售電量,兩者的差價作為換電站基礎設施改造的投資回報。( 3 ) 等待統一標準出臺后收取。因為目前電動船舶尚處試驗階段,各地充換電站多為某一單一試點客戶提供服務,尤其是換電式電動船舶暫無收費先例,加之目前缺少相應收費標準和測算依據,因此可以在先期記錄用戶換電數據并經由用戶簽字確認,等有關船舶換電服務收費統一標準出臺后再收取費用。

            三、蘇南運河120 TEU電動集裝箱船收費標準測算

            ( 一 ) 應用場景描述

            2022年2月,江蘇省開工建造首艘換電式純電動集裝箱船,將于蘇州工業園區港至太倉港之間的蘇南運河航線運營。航線往返里程約200 km,根據設計參數,船舶往返一個航次耗時約25 h,其中電推航行時間為20 h(包含過閘時間)。考慮電池放電深度和衰減系數,在冗余系數為90%、綜合效率為92%的水平下,蘇南運河電動船舶重載往返一個航次預計消耗電能3 800 kWh。為確保船舶航行安全,全船共配置有3個移動式集裝箱電力電池柜,每個集裝箱電池柜內配備2組獨立磷酸鐵鋰動力電池,每組容量為770 kWh,單個集裝箱電池內總容量1 540 kWh,電池裝船總容量4 620 kWh,可滿足船舶滿載時完成往返航次全程及航行時間要求。

            換電站選擇建在分別距兩端港口約50 km的航線中段位置。船舶換電作業采用“即插即拔”模式,由吊機操作。換電場站需投入建造配電所 ( 含變壓器 )、履帶吊、高低壓設備和保護線纜等配套設施設備。項目在換電服務過程中的能源采購、電池調配、換電吊裝作業全部由一家單位負責,由其統一結算費用、承擔綜合能源服務主體角色。

            ( 二 ) 成本定價法核算

            1.測算方法

            采用“船電分離”模式時,換電服務商的運營成本主要包括動力電池的投入及折舊、換電站建設投入及維護費、電費、人員成本以及相關稅費,運營收入主要來自電池更換服務費以及政府補貼。在電動船舶推廣應用初期僅一艘船舶的情況下,為保證項目能夠正常運轉,應當盡可能保證綜合能源服務主體不虧損,即使投入成本與收入持平。采用按使用電量收費方式測算,以成本定價法核算時,電動船換電服務費計價標準的計算公式為

            式中:C 為單位電能消耗收費標準,元/kWh;X 為年均營運成本,萬元;Y 為政府補貼,萬元;E 為船舶年均用電量,萬kWh。

            2.測算參數

            ( 1 ) 營運成本

            a.電池折舊。目前磷酸鐵鋰動力電池循環使用可達2 000 次以上[5]。根據蘇南運河航線約每天一班的航班密度,全年預計可完成250~350往返航次運輸。以往返換電1次的頻率計算,動力電池的折舊年限為5.7~8 年。假設首艘電動船每年運營300個往返航次,可得電池折舊年限為6.67年,即折舊率為0.15。

            b.充換電站折舊。參考文獻[4]中的電動汽車充換電站折舊參數,電動船舶充換電站綜合折舊年限假設為12.5年,折舊率為0.08。

            c.換電站維護管理費用。參考變電站的年運行維護費用,占總投資額的2%~2.5%,考慮到換電站建設初期成本投入較大,維護管理費用取換電站建設費用的2%。

            d.電能費用。充換電站一般由10 kV電壓等級供電,根據江蘇省發展改革委《關于江蘇電網2020—2022年輸配電價和銷售電價有關事項的通知》,普通工業用電的高峰電價為1.072 4元/kWh,平段電價為0.641 4元/kWh,低谷電價為0.290 4元/kWh[6]。由于換電式動力電池便于移動,因此大部分時候可利用0:00~8:00的低谷電提前集中充電,因此按10%高峰電價、10%平段電價、80%低谷電價進行電能費用測算。

            e.配送及吊裝費用。蘇南120 TEU電動船全船共需配置3個移動式集裝箱電力電池柜,電池的道路運輸和裝卸作業費用按500元/箱包干折算,計1 500元/次。

            f.人員成本。按每座換電站配備4名服務人員,每人工資5萬元/年計算。

            g.相關稅費。電動船換電服務按營業收入的6%繳納增值稅。

            ( 2 ) 運營收入

            a.政府補貼。目前江蘇省暫未出臺電動船政府補貼政策,《2022年福建省電動船舶產業發展試點示范實施方案》是我國首個電動船舶發展專項實施政策。作為參考,假設政府主體對電動船舶電池動力推進系統生產企業按交付電池動力推進系統價格的20%給予補助 ( 不含配套省內船企 ),單套設備補助不超過200萬元。

            b.換電服務費。換電服務費與船舶航次數、換電頻率和單位電能收費標準有關,采用成本定價法核算換電服務費,即在年均營運成本減去政府補貼后與全年換電服務收入相等時,求得單位電能消耗收費標準。

            ( 3 ) 其他參數

            假設電動船舶重載往返一個航次預計消耗電能3 800 kWh,全年完成300個往返航次,年換電量為114萬kWh。建設換電站的成本約5 000萬元,由于目前僅一艘電動船舶運營,從成本考慮,暫時僅對碼頭進行改造以實現初步換電功能,預計改造成本270萬元。為確保電動船舶順利運行,需要配備2套動力電池以供船舶換電使用,其中船上3個電池提供航行動力,岸基配備3個電池作為替換。目前船用磷酸鐵鋰動力電池的價格約2 500元/kWh[7],即容量為1 540 kWh的動力電池集裝箱預計采購價格為385萬元,按前文所述的政府補貼標準,單套設備補助未超200萬元限額。

            3.測算結果

            根據成本定價法定義:

            Xa+Xb+Xc+Xd+Xe+Xf+Xg=Ya+Yb      ( 2 )

            式中:Xa為營運成本中電池每年折舊;Xb為充換電站每年折舊;Xc=0.02×12.5×Xb,為維護管理費用;Xd為電能費用;Xe為配送及吊裝費用;Xf為人員成本;Xg=0.06Yb ,為相關稅費;Ya=0.2Xa,為每年政府補貼收入;Yb為換電服務收費;以上變量單位均為萬元。

            化簡式 ( 2 ) 可得:

            0.8Xa+1.25Xb+Xd+Xe+Xf =0.94Yb     ( 3 ) 

            根據相關測算參數,假設每單位電能消耗收費標準為R 元/kWh,代入式 ( 3 ) 可得:484.52+0.06Yb=Yb+69.3和3 800×300×R=10 000×Yb。

            因此求得電池更換服務費Yb為441.72萬元/年,進而可得收費標準R為3.87元/kWh,表1為在有政府補貼情況下收費標準的測算結果明細。

            表1  政府補貼情況下收費標準測算結果

            若政府部門不提供補貼,即Ya=0時,1 kWh電能消耗應收費4.52元才能保證收支平衡。

            4.靈敏度分析

            綜上可知,采用成本定價法核算電動船舶換電服務收費標準時,影響計費標準的最主要因素是動力電池采購價格和折舊,其次是換電站成本及折舊、電能采購費用以及電池調配費用,影響最小的是人員成本、換電站維護管理費和相關稅費。

            ( 三 ) 燃油替代法核算

            1.測算方法

            同樣以蘇州工業園區港至太倉港之間航行的120 TEU純電動集裝箱船為依據,根據航次燃油消耗情況和當前油價水平,計算常規動力船舶航次使用成本。以此為替代標準,即為相同航次里程下,向電動船舶運營主體收取的電池換電服務費。以燃油替代法核算時,電動船換電服務費計價標準的計算公式為

            式中:C 為單位電能消耗收費標準,元/kWh;T 為常規動力船舶百公里油耗,t;P 為燃油價格,元/t;Q 為電動船舶單位里程耗電量,kWh/km。

            2.測算參數與計算結果

            參照常見的2 000 DWT左右內河常規動力集裝箱船實際運行參數,其重載每百公里油耗約0.54 t,以近三年平均低硫油采購價格6 300元/t計算[8],百公里燃油消耗成本為3 402元。假設蘇南運河電動船單位里程耗電19 kWh,代入式 ( 4 ) 可以得到船舶運營主體應向綜合能源服務主體支付的換電服務費為1.79元/kWh。

            3.靈敏度分析

            采用燃油替代法核算換電服務收費標準時,油價是最主要的影響因素。因此在燃油價格波動較大時,對于長期運營固定航線的船舶運營主體,可以參照歷年平均燃油價格進行費用結算。

            四、定價策略探討

            ( 一 ) 研究結論

            根據上述核算結果,通過比較可以發現:

            ( 1 ) 采用成本定價法核算的換電服務收費標準明顯高于燃油替代法核算的收費標準,這是由于將換電站初期成本全部轉嫁給了船舶運營主體,該定價策略對綜合能源服務主體而言有利,可以保證實現盈虧平衡。

            ( 2 ) 成本定價法和燃油替代法測算出來的換電服務費標準均高于江蘇省內港口岸電收費標準[9],相對而言采取燃油替代法測算的結果與之較為接近,對船舶運營主體來說采取該定價方式核算的標準更易于接受。

            ( 3 ) 換電站為電動船舶提供的換電量越多,以成本定價法核算的換電服務費標準越低,越有利于電動船舶的推廣應用。該應用場景下如果年換電量能夠達到450萬kWh,僅電能采購費、配送吊裝費以及相應稅費變動而其他參數條件不變的情況下,采取成本定價法核算的收費標準將低于燃油替代法核算的收費標準。

            ( 4 ) 綜合能源服務主體初期采用燃油替代法核算收費標準時,若想要達到盈虧平衡,需爭取享受政府補助、減免稅費等各類優惠。

            ( 5 ) 動力電池采購價格和折舊是影響成本定價法測算電費的最主要影響因素,燃油價格是影響替代法核算電費的關鍵因素。

            ( 二 ) 定價策略

            本文以蘇南運河首艘純電動集裝箱船舶為例進行換電成本測算,在僅一艘船舶、換電量有限的情況下,采用成本定價法核算的換電服務費標準明顯偏高,該收費標準短時間內難以獲得到船舶運營主體和物價部門認可。目前我國船用動力電池技術正在飛速迭代發展,后期電池采購價格有望下降,因此當前階段更適宜采用燃油替代的方式進行換電服務費核算,船舶運營主體接受度更高。

            同時,由于當前階段電動船舶尚屬新船型,需要定制設計、建造,初期固定投入成本顯著高于同型常規動力船舶。采用燃油替代法核算換電服務收費標準時,建議設置一定的油電差價空間,節約的能源消耗成本用于彌補固定投入差額,從而提高船舶運營主體主動參與使用電動船舶的積極性。可以根據燃油價格建立換電服務費定價掛鉤機制,并保留20%~40%的差價以彌補船舶建造成本差價。表2為不同燃油價格水平下,船舶用電成本為燃油成本60%和80%時的換電服務收費情況。

            表2  油電聯動機制下電動船換電服務收費標準

            為降低電動船舶換電服務過程中綜合能源服務主體的運營成本,盡早達到盈虧平衡,除爭取相關優惠政策外,還應積極推動各類市場主體廣泛使用電動船舶,通過規模化、批量化使用提高換電服務總量,逐漸攤薄綜合能源服務企業的運營成本。此外,為降低電池使用成本,還可以采取“電池銀行”模式,與電廠等能源企業合作,將衰減的電池用于儲能等其他應用場景,通過電池梯次利用獲取增值空間,延長電池生命周期,降低運營成本。

            五、結語與展望

            當前電動船舶綜合能源服務相關研究尚處起步階段,本文僅通過特定航線、特定船舶進行測算,以成本定價的方式得出的定價標準明顯高于岸電使用價格。基于設計參數的燃油替代核算結果,也有待船舶實際運營數據檢驗。隨著示范船舶的正式下水運營,以及更多的換電式電動船舶推廣應用,未來可以進一步在大樣本量的電動船運行經濟性測算、構建數學模型、模擬仿真等方面展開電動船換電服務收費標準研究,為促進電動船舶產業高質量可持續發展提供參考。

            參考文獻:

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            [3] 楊鏡司,秦文萍,史文龍,等.基于電動汽車參與調峰定價策略的區域電網兩階段優化調度[J]. 電工技術學報,2022(1):58-71.

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            [5] 劉艷良.淺談磷酸鐵鋰電池及其在電動船舶行業應用與發展[J].科學技術創新,2020(15):43-44.

            [6] 江蘇省發展改革委.關于江蘇電網2020-2022年輸配電價和銷售電價有關事項的通知[EB/OL].(2020-11-03)[2022-05-20].

            http://fzggw.jiangsu.gov.cn/art/2020/11/3/art_319_9574172.html.

            [7] 張文芬,湯旭晶,嚴新平,等.船用模塊化集裝箱式動力電池的運營模式設計[J].中國水運,2021(10):6-9.

            [8] 楊侃.蘇北運河推廣應用電動船的基礎條件和實現路徑[J].世界海運,2022(5):15-20.

            [9] 江蘇省交通運輸廳.岸電鉅惠綠色護航[EB/OL].(2021-06-02)[2022-05-20].

            http://jtyst.jiangsu.gov.cn/art/2021/6/2/art_65478_9835834.html.

            作者簡介:

            楊侃,江蘇省港口集團航運事業部,經濟師。

            黃江蘇,蘇宿工業園區管委會辦公室文秘機要處,處長。

            本文刊發于《世界海運》2022年第7期,轉發須注明作者和原文出處。

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              01-22????來源:信德海事網

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