楊 侃 黃江蘇

一、引言

2020年9月，我國政府在聯(lián)合國大會上提出2030年前實現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實現(xiàn)碳中和[1]。隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，電動船舶的推廣成為內(nèi)河航運業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)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(diào)度的特點，既可以將電動船的用電負(fù)荷轉(zhuǎn)移到電力系統(tǒng)低谷時期，實現(xiàn)削峰填谷，又能通過電動船饋電增加系統(tǒng)調(diào)峰能力[3]，從而優(yōu)化電力資源配置，提高電力供應(yīng)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(guān)電動船換電模式及相關(guān)綜合能源服務(wù)的研究很少，對服務(wù)模式和充換電收費標(biāo)準(zhǔn)缺乏深入分析。能源企業(yè)通過合理的綜合能源服務(wù)定價，可以有效激勵和引導(dǎo)航運企業(yè)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(chǎn)業(yè)健康發(fā)展具有現(xiàn)實意義。

二、電動船換電服務(wù)概述

（一）電動船換電服務(wù)模式

參照換電式電動汽車的換電服務(wù)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(yè)僅持有船體部分資產(chǎn)，而換電服務(wù)企業(yè)統(tǒng)一采購、持有船用動力電池，并負(fù)責(zé)電池的充電、調(diào)撥、運輸、吊裝服務(wù)，終端客戶向其購買服務(wù)并支付服務(wù)費，換電服務(wù)模式如圖1所示。在此模式下，航運企業(yè)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(wù)商則承擔(dān)動力電池系統(tǒng)和相應(yīng)充換電設(shè)施的初期投資以及管理維護(hù)費用。

圖1 電動船舶換電服務(wù)模式示意圖

電動船舶采取換電模式的優(yōu)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(dān)，并且持有的船舶主體不需要安裝柴油主機(jī)，因此待電動船舶船型標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)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(tǒng)一慢充方式，能夠避免充電式電動船出現(xiàn)因快充而導(dǎo)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(nèi)完成船舶換電吊裝作業(yè)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(wù)公司可以根據(jù)用戶需求統(tǒng)一合理調(diào)配電池供給，能夠隨時保障終端客戶長距離、長時間的續(xù)航需求，并實現(xiàn)電池利用率最大化。

（二）電動船換電服務(wù)市場主體

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

（三）換電服務(wù)收費方式

目前，已投產(chǎn)運營的充電式電動游船、客船、公務(wù)船以及貨運船舶，基本都是按照港口岸電收費標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(wù)可采取下述3種收費方式：（1）按里程計價收費?？偫锍炭梢酝ㄟ^航次數(shù)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(biāo)準(zhǔn)，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(shù)計算電量使用情況，并根據(jù)經(jīng)物價部門核準(zhǔn)的收費標(biāo)準(zhǔn)計算費用。具體的操作可以參照加油站收費方式，換電服務(wù)企業(yè)向監(jiān)管部門申請，監(jiān)管部門同意后換電服務(wù)企業(yè)按規(guī)定購買和出售電量，兩者的差價作為換電站基礎(chǔ)設(shè)施改造的投資回報。（3）等待統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)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(wù)，尤其是換電式電動船舶暫無收費先例，加之目前缺少相應(yīng)收費標(biāo)準(zhǔn)和測算依據(jù)，因此可以在先期記錄用戶換電數(shù)據(jù)并經(jīng)由用戶簽字確認(rèn)，等有關(guān)船舶換電服務(wù)收費統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)出臺后再收取費用。

三、蘇南運河120TEU電動集裝箱船收費標(biāo)準(zhǔn)測算

（一）應(yīng)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(yè)園區(qū)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(jù)設(shè)計參數(shù)，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(shù)，在冗余系數(shù)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(yù)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(nèi)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(nèi)總?cè)萘? 540 kWh，電池裝船總?cè)萘? 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(yè)采用“即插即拔”模式，由吊機(jī)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(shè)備和保護(hù)線纜等配套設(shè)施設(shè)備。項目在換電服務(wù)過程中的能源采購、電池調(diào)配、換電吊裝作業(yè)全部由一家單位負(fù)責(zé)，由其統(tǒng)一結(jié)算費用、承擔(dān)綜合能源服務(wù)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(wù)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(shè)投入及維護(hù)費、電費、人員成本以及相關(guān)稅費，運營收入主要來自電池更換服務(wù)費以及政府補貼。在電動船舶推廣應(yīng)用初期僅一艘船舶的情況下，為保證項目能夠正常運轉(zhuǎn)，應(yīng)當(dāng)盡可能保證綜合能源服務(wù)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(wù)費計價標(biāo)準(zhǔn)的計算公式為

式中：C為單位電能消耗收費標(biāo)準(zhǔn)，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(shù)

（1）營運成本

a.電池折舊。目前磷酸鐵鋰動力電池循環(huán)使用可達(dá)2 000 次以上[5]。根據(jù)蘇南運河航線約每天一班的航班密度，全年預(yù)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(shè)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(xiàn)[4]中的電動汽車充換電站折舊參數(shù)，電動船舶充換電站綜合折舊年限假設(shè)為12.5年，折舊率為0.08。

c.換電站維護(hù)管理費用。參考變電站的年運行維護(hù)費用，占總投資額的2%~2.5%，考慮到換電站建設(shè)初期成本投入較大，維護(hù)管理費用取換電站建設(shè)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(jù)江蘇省發(fā)展改革委《關(guān)于江蘇電網(wǎng)2020—2022年輸配電價和銷售電價有關(guān)事項的通知》，普通工業(yè)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(jìn)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(yè)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(wù)人員，每人工資5萬元/年計算。

g.相關(guān)稅費。電動船換電服務(wù)按營業(yè)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(chǎn)業(yè)發(fā)展試點示范實施方案》是我國首個電動船舶發(fā)展專項實施政策。作為參考，假設(shè)政府主體對電動船舶電池動力推進(jìn)系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)按交付電池動力推進(jìn)系統(tǒng)價格的20%給予補助（不含配套省內(nèi)船企），單套設(shè)備補助不超過200萬元。

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

（3）其他參數(shù)

假設(shè)電動船舶重載往返一個航次預(yù)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(shè)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(jìn)行改造以實現(xiàn)初步換電功能，預(yù)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(yù)計采購價格為385萬元，按前文所述的政府補貼標(biāo)準(zhǔn)，單套設(shè)備補助未超200萬元限額。

3.測算結(jié)果

根據(jù)成本定價法定義：

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(hù)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(guān)稅費；Ya=0.2Xa，為每年政府補貼收入；Yb為換電服務(wù)收費；以上變量單位均為萬元。

化簡式（2）可得：

根據(jù)相關(guān)測算參數(shù)，假設(shè)每單位電能消耗收費標(biāo)準(zhǔn)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(wù)費Yb為441.72萬元/年，進(jìn)而可得收費標(biāo)準(zhǔn)R為3.87元/kWh，表1為在有政府補貼情況下收費標(biāo)準(zhǔn)的測算結(jié)果明細(xì)。

表1 政府補貼情況下收費標(biāo)準(zhǔn)測算結(jié)果

若政府部門不提供補貼，即Ya=0時，1 kWh電能消耗應(yīng)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(wù)收費標(biāo)準(zhǔn)時，影響計費標(biāo)準(zhǔn)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(diào)配費用，影響最小的是人員成本、換電站維護(hù)管理費和相關(guān)稅費。

（三）燃油替代法核算

1.測算方法

同樣以蘇州工業(yè)園區(qū)港至太倉港之間航行的120 TEU純電動集裝箱船為依據(jù)，根據(jù)航次燃油消耗情況和當(dāng)前油價水平，計算常規(guī)動力船舶航次使用成本。以此為替代標(biāo)準(zhǔn)，即為相同航次里程下，向電動船舶運營主體收取的電池?fù)Q電服務(wù)費。以燃油替代法核算時，電動船換電服務(wù)費計價標(biāo)準(zhǔn)的計算公式為

式中：C為單位電能消耗收費標(biāo)準(zhǔn)，元/kWh；T為常規(guī)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(shù)與計算結(jié)果

參照常見的2 000 DWT左右內(nèi)河常規(guī)動力集裝箱船實際運行參數(shù)，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(shè)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(yīng)向綜合能源服務(wù)主體支付的換電服務(wù)費為1.79元/kWh。

3.靈敏度分析

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(jìn)行費用結(jié)算。

四、定價策略探討

（一）研究結(jié)論

根據(jù)上述核算結(jié)果，通過比較可以發(fā)現(xiàn)：

（1）采用成本定價法核算的換電服務(wù)收費標(biāo)準(zhǔn)明顯高于燃油替代法核算的收費標(biāo)準(zhǔn)，這是由于將換電站初期成本全部轉(zhuǎn)嫁給了船舶運營主體，該定價策略對綜合能源服務(wù)主體而言有利，可以保證實現(xiàn)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(wù)費標(biāo)準(zhǔn)均高于江蘇省內(nèi)港口岸電收費標(biāo)準(zhǔn)[9]，相對而言采取燃油替代法測算的結(jié)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(biāo)準(zhǔn)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(wù)費標(biāo)準(zhǔn)越低，越有利于電動船舶的推廣應(yīng)用。該應(yīng)用場景下如果年換電量能夠達(dá)到450萬kWh，僅電能采購費、配送吊裝費以及相應(yīng)稅費變動而其他參數(shù)條件不變的情況下，采取成本定價法核算的收費標(biāo)準(zhǔn)將低于燃油替代法核算的收費標(biāo)準(zhǔn)。

（4）綜合能源服務(wù)主體初期采用燃油替代法核算收費標(biāo)準(zhǔn)時，若想要達(dá)到盈虧平衡，需爭取享受政府補助、減免稅費等各類優(yōu)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(guān)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(jìn)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(wù)費標(biāo)準(zhǔn)明顯偏高，該收費標(biāo)準(zhǔn)短時間內(nèi)難以獲得到船舶運營主體和物價部門認(rèn)可。目前我國船用動力電池技術(shù)正在飛速迭代發(fā)展，后期電池采購價格有望下降，因此當(dāng)前階段更適宜采用燃油替代的方式進(jìn)行換電服務(wù)費核算，船舶運營主體接受度更高。

同時，由于當(dāng)前階段電動船舶尚屬新船型，需要定制設(shè)計、建造，初期固定投入成本顯著高于同型常規(guī)動力船舶。采用燃油替代法核算換電服務(wù)收費標(biāo)準(zhǔn)時，建議設(shè)置一定的油電差價空間，節(jié)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?？梢愿鶕?jù)燃油價格建立換電服務(wù)費定價掛鉤機(jī)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(wù)收費情況。

表2 油電聯(lián)動機(jī)制下電動船換電服務(wù)收費標(biāo)準(zhǔn)

為降低電動船舶換電服務(wù)過程中綜合能源服務(wù)主體的運營成本，盡早達(dá)到盈虧平衡，除爭取相關(guān)優(yōu)惠政策外，還應(yīng)積極推動各類市場主體廣泛使用電動船舶，通過規(guī)?；⑴炕褂锰岣邠Q電服務(wù)總量，逐漸攤薄綜合能源服務(wù)企業(yè)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(yè)合作，將衰減的電池用于儲能等其他應(yīng)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(jié)語與展望

當(dāng)前電動船舶綜合能源服務(wù)相關(guān)研究尚處起步階段，本文僅通過特定航線、特定船舶進(jìn)行測算，以成本定價的方式得出的定價標(biāo)準(zhǔn)明顯高于岸電使用價格。基于設(shè)計參數(shù)的燃油替代核算結(jié)果，也有待船舶實際運營數(shù)據(jù)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(yīng)用，未來可以進(jìn)一步在大樣本量的電動船運行經(jīng)濟(jì)性測算、構(gòu)建數(shù)學(xué)模型、模擬仿真等方面展開電動船換電服務(wù)收費標(biāo)準(zhǔn)研究，為促進(jìn)電動船舶產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展提供參考。