朱現(xiàn)場，周 珊，陳偉民

(1. 上海船舶運輸科學研究所 航運技術與安全國家重點實驗室, 上海 200135；2. 上海海事大學 國際海事(中國)研究中心， 上海 201306)

0 引 言

隨著經濟的不斷發(fā)展，在貿易全球化的驅動下，船舶的數(shù)量不斷增多、噸位不斷增大，由此帶來的環(huán)境污染問題日益嚴重，相關國際組織對比不斷提出新的要求，以減少船舶大氣污染物的排放[1-2]。根據國際海事組織(International Maritime Organization, IMO)的要求：對于硫排放控制區(qū)(Emission Control Area, ECA)內的船舶所使用燃油的硫含量，自2015年1月1日開始，不能超過0.1% m/m；對于ECA外的船舶所使用燃油的硫含量，自2020年1月1日開始，不能超過0.5% m/m(見圖1)。為便于描述，本文所指低硫油包括硫含量小于0.1%的輕柴油(MGO)和硫含量小于0.5%的低硫重油(LSFO)。目前ECA包括波羅的海、北海、北美和加勒比海等。這些規(guī)定對船舶所有人采取更多措施減少船舶硫排放提出了更高的要求。

圖1 IMO全球硫排放限制

當前，船舶硫排放限制的應對措施主要有使用低硫油、使用重油并安裝脫硫塔和使用液化天然氣(Liquefied Natural Gas, LNG)燃料等3種[3-6]。已有很多學者對這些措施的有效性進行分析，但很少有學者從投資成本的角度對這些措施進行定量分析。因此，本文在對這3種措施進行定性分析的基礎上，以全壽命周期理論為基礎，考慮資金的時間價值，對費用現(xiàn)值法模型進行研究，提出基于費用現(xiàn)值法的硫排放限制應對措施經濟性模型，為船舶所有人及有關部門進行投資決策提供參考。

1 硫排放限制的主流應對措施

1.1 使用低硫油

對于ECA內的船舶而言，在使用低硫油時需對供油系統(tǒng)進行適當調整，使其適應低硫油的應用需求，如設置燃油轉換程序、安裝燃油冷卻器設備等。對于只在ECA內航行的船舶而言，全部采用MGO可去除重油加熱設備，大幅度降低船舶主機的維護成本和使用成本。

1.2 使用重油并安裝脫硫塔

安裝脫硫塔是目前主要的船舶尾氣處理方法。截至2018年6月，全球范圍內已有約1 000艘船舶安裝或訂購脫硫塔。脫硫塔的工作原理是利用氫氧化鈉等物質中和煙氣中的硫化物。在采用該措施時，需配置相應的冷卻或洗滌水系統(tǒng)和清潔系統(tǒng)，這會增加較多設備，占用較大的空間，初期投資成本較高。此外，運行洗滌器系統(tǒng)需消耗燃料和其他資源，這也會增加船舶運營成本。

相比使用低硫油，安裝脫硫塔可繼續(xù)使用HFO，這將大大降低船舶燃油成本。在ECA內航行的時間越長，節(jié)約成本的效果越顯著。

1.3 使用LNG燃料

LNG作為一種清潔燃料，自身不含硫和粉塵，因此其燃燒物中沒有硫氧化物(SOx)和顆粒物(PM)；使用LNG作為船用燃料可有效減少SOx和PM的排放。此外，LNG的價格相對較低，使用LNG燃料可使船舶的燃油成本降低20%～30%，經濟性較好。

但是，LNG作為一種低溫液化物，其存儲對材料的要求非常高，其使用與加注是非常復雜的過程。一旦LNG發(fā)生泄漏，會對人員和船舶造成重大傷害。因此，需采取特殊的預防措施避免LNG與人和船體結構接觸。此外，目前LNG加注設施尚不完善。對于長距離運輸?shù)拇岸?，若采用LNG燃料，需充分考慮其續(xù)航能力和加注的便利性。

1.4 3種措施的優(yōu)缺點對比

3種措施的優(yōu)缺點對比見表1。

表1 3種措施的優(yōu)缺點對比

2 3種燃油方案的經濟性影響因素

2.1 航行區(qū)域

2020年1月1日以后，全球的船舶航區(qū)主要分為ECA(硫含量不超過0.1% m/m)和非ECA(硫含量不超過0.5% m/m)2種。在不同航區(qū)航行的船舶所采用燃油的硫含量要求和燃油成本不同，采用脫硫塔或采用LNG燃油節(jié)約的燃料成本也不同。表2為不同航區(qū)船舶可選的燃油方案。

表2 不同航區(qū)船舶可選的燃油方案

對于航行區(qū)域包含ECA和非ECA的船舶，ECA占航行航區(qū)的比例對方案的經濟性有重要影響。

圖2 世界主要港口油價平均價格走勢

2.2 燃油價差

根據2010—2018年的統(tǒng)計數(shù)據：MGO與重油的差價維持在200美元/t以上(見圖2)；LSFO與重油的差價維持在130美元/t左右。

燃油費用在航運企業(yè)營運成本中占有很大的比例，燃油價差直接影響3種方案的經濟性。

2.3 船舶剩余使用壽命

船舶的剩余使用壽命直接影響計算周期。由于脫硫塔和LNG系統(tǒng)的初始投資和改造費用比較高，因此計算周期越長，節(jié)約的成本越多，經濟性越好。

對于剩余使用壽命比較短的船舶而言，通常在ECA內采用0.1% m/m低硫油，在非ECA內采用0.5% m/m低硫重油，經濟性較好；對于新造船而言，由于計算周期較長，節(jié)約的燃油成本較多，采用脫硫塔+重油或LNG的方案經濟性較好。

通過以上分析可知，3種方案的經濟性和成本有效性很大程度上取決于船舶航行區(qū)域、燃油價差和船舶剩余使用壽命等因素。在航運市場持續(xù)低迷、航運企業(yè)營運成本不斷增加的形勢下，選擇合適的方案降低硫排放限制帶來的船舶投資和運營成本增加具有重要意義。

3 基于費用現(xiàn)值法的硫排放限制應對措施經濟性模型

全壽命周期是指產品設計、制造、銷售、使用、維護和回收處理的整個周期。全壽命周期不單純考慮某個階段的成本和利潤，而是通過對整個過程中所需的成本進行整合得出最佳方案。目前，全壽命周期理論廣泛應用于工程業(yè)、制造業(yè)和商業(yè)等領域中。

現(xiàn)值法的原理是計算各方案的凈現(xiàn)金流量的現(xiàn)值，在此基礎上比較各方案。該方法要求各方案的所有現(xiàn)金流入和現(xiàn)金流出能估計出來，常用來對改建、擴建項目進行經濟性評價。

3.1 經濟性模型構建

用現(xiàn)值法構建硫排放限制應對措施經濟性模型，有

(1)

At=C1+C2+C3

(2)

C1=λ(u1k1+u2k2)

(3)

式(1)～式(3)中：P為費用現(xiàn)值；A0為初始投資；At為第t年的凈現(xiàn)金流量(3種方案下的凈現(xiàn)金流變化值)；n為計算周期(船舶剩余使用壽命期限)；i為折現(xiàn)率；C1為方案一增加的年度燃料成本；C2為運行洗滌器系統(tǒng)所需的燃料消耗和消費品成本及維護成本；C3使用LNG節(jié)約的年度燃料成本；λ為年航次數(shù)；u1為航次消耗的低硫油噸數(shù)；u2為航次消耗的低硫重油噸數(shù)；k1為低硫油與HFO價格差；k2為低硫重油與HFO價格差。

對于在ECA內消耗的低硫油和在非ECA內消耗的低硫重油，分別按其與重油的差價計算增加的年度燃油成本。

3.2 初始投資

1) 在選擇使用低硫油時，無需對現(xiàn)有船舶進行大的改動，初始投資可忽略不計；

2) 在選擇使用船用重油并安裝脫硫塔時，初始投資成本包括脫硫塔及其輔助設備的購置費用、安裝費用和船舶改裝費用等；

3) 在選擇使用LNG燃料時，初始投資包括船舶主機改造成本、LNG儲存設備和加注系統(tǒng)購置及安裝費用等。

4 算例分析

4.1 實例分析

以航行于中國—美東航線的某集裝箱船為例，根據其實際運營中的數(shù)據可得計算參數(shù)見表3。

表3 計算參數(shù)

脫硫塔初始投資費用按2 000萬美元計，年消費品成本和維護成本按20萬美元計。LNG主機改造成本、LNG儲存設備和加注系統(tǒng)購置及安裝費用等按5 000萬美元計。脫硫塔和LNG存儲加注設施等殘值忽略不計。分別繪制不同方案下的費用現(xiàn)值-周期曲線，結果見圖3。

由圖3可知：當船舶剩余使用年限(計算周期)小于8.8 a時，選擇使用低硫油的經濟性較好；當船舶剩余使用年限在8.8～20.2 a時，選擇安裝脫硫塔的經濟性較好；當船舶剩余使用年限大于20.2 a時，選擇使用LNG燃料的經濟性較好。

4.2 燃油價差波動的影響

考慮到低硫油和低硫重油的價格走勢與HFO的成本優(yōu)勢存在較大的不確定性，針對燃油價差的波動對方案選取的影響進行量化分析。分別設定燃油價差降低10%(180美元/t和117美元/t)和降低20%(160美元/t和104美元/t)進行分析。繪制不同方案下的費用現(xiàn)值-周期曲線，結果見圖4。

圖3 不同方案下的費用-現(xiàn)值-周期曲線1

圖4 不同方案下的費用現(xiàn)值-周期曲線2

由圖4可知：當燃油價差降低20%、船舶剩余使用年限小于12.2 a時，選擇使用低硫油的經濟性較好；當船舶剩余使用年限大于12.2 a時，選擇安裝脫硫塔和使用LNG燃料相比使用輕油仍有一定的經濟性優(yōu)勢；隨著燃油價差降低，脫硫塔的生存空間被進一步壓縮；當燃油價差降低到一定程度時，采用脫硫塔的方案不具有經濟性。

對于特定的船舶而言，在不改變航區(qū)的情況下，關注燃油價差走勢和選用脫硫塔/LNG燃料系統(tǒng)時的成本變化十分重要。

5 結 語

燃油方案的經濟性取決于船舶剩余使用年限、ECA內的航行距離和燃油差價等因素。對于在ECA內航行時間占比大、剩余使用年限長(如新造船)的船舶而言，使用LNG燃料(充分考慮沿線LNG加注的可行性)或安裝脫硫塔的經濟性較好；對于在ECA內航行時間占比小、剩余使用年限較短的船舶而言，使用低硫油的經濟性較好。不同類型、不同噸位的船舶安裝脫硫塔和改造LNG系統(tǒng)所需的費用相差較大，在實際操作過程中，要針對具體船舶具體分析。

本文以全壽命周期理論為基礎，運用費用現(xiàn)值法對硫化物減排措施的經濟性進行了分析，可為船舶所有人及相關部門進行投資決策提供參考。