内河电动船换电服务定价策略分析

摘要：为探索内河电动船舶换电服务的定价策略，以苏南运河120 TEU纯电动集装箱船为例，分别采用成本定价法和燃油替代法两种方式核算换电服务收费标准。通过比较分析，建议在电动船舶推广应用初期采用燃油替代法进行换电服务费定价。在采用燃油替代法核算电价的基础上，提出采用油电价格挂钩机制作为换电服务定价标准，以凸显使用电动船舶的经济性，从而促进电动船舶产业规模化、可持续健康发展。

关键词：电动船舶；换电服务；定价策略；苏南运河；燃油替代法

一、引言

2020年9月，我国政府在联合国大会上提出2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和[1]。随着“双碳”目标的提出，电动船舶的推广成为内河航运业绿色低碳转型发展的重要方向[2]。与电动汽车类似，电动船舶换电具有可灵活调度的特点，既可以将电动船的用电负荷转移到电力系统低谷时期，实现削峰填谷，又能通过电动船馈电增加系统调峰能力[3]，从而优化电力资源配置，提高电力供应整体的效率和效益。目前，各地正在如火如荼地开展电动船实船试验，但有关电动船换电模式及相关综合能源服务的研究很少，对服务模式和充换电收费标准缺乏深入分析。能源企业通过合理的综合能源服务定价，可以有效激励和引导航运企业等市场主体推广使用换电式电动船舶，对推动整个电动船产业健康发展具有现实意义。

二、电动船换电服务概述

( 一 ) 电动船换电服务模式

参照换电式电动汽车的换电服务运营方式，换电模式的电动船舶采用裸船采购、电池租赁的“船电分离”模式，即航运企业仅持有船体部分资产，而换电服务企业统一采购、持有船用动力电池，并负责电池的充电、调拨、运输、吊装服务，终端客户向其购买服务并支付服务费，换电服务模式如图1所示。在此模式下，航运企业无须投入资金采购自持动力电池，仅需要购买或建造与船用动力电池相适配的船体；而换电服务商则承担动力电池系统和相应充换电设施的初期投资以及管理维护费用。

图1  电动船舶换电服务模式示意图

电动船舶采取换电模式的优势有以下几点：( 1 ) 动力电池的采购成本不需要由运营船舶的终端用户承担，并且持有的船舶主体不需要安装柴油主机，因此待电动船舶船型标准统一后，船舶运营方的初期建造成本可以大幅缩减；( 2 ) 可移动式动力电池可采取统一慢充方式，能够避免充电式电动船出现因快充而导致的电池寿命过快衰减问题；( 3 ) 相比充电模式，换电模式可在20 min内完成船舶换电吊装作业全过程，更加方便快捷；( 4 ) 换电式电池可以采取集中充电方式，能够充分利用峰谷电降低电能成本；( 5 ) 换电服务公司可以根据用户需求统一合理调配电池供给，能够随时保障终端客户长距离、长时间的续航需求，并实现电池利用率最大化。

( 二 ) 电动船换电服务市场主体

电动船舶换电服务是一个系统性工程，涉及的主体有船舶运营方、电池制造方、能源供应方、换电服务方，此外还有政府部门等主体参与其中。在电动船换电服务过程中，同一企业可能承担了不同市场主体角色，比如电池提供、能源供应、换电服务可以统一由某一家企业采购并提供。为叙述方便，本文将相关市场主体分为以下四类：( 1 ) 船舶运营主体，主要是负责水路货运的各类航运企业，它们也是为电动船换电服务付费的终端客户。( 2 ) 综合能源服务主体，指为船舶提供换电服务、保证船舶动力供应的企业，主要包括能源供应企业、电池道路运输企业、换电站吊装服务企业，它们是换电服务的提供方，并收取服务费用。目前商业模式下，为简化操作，该类主体业务多由某一家企业统一承担，或者由其对外采购服务后再进行统一结算。另外需要说明的是，目前电动船舶换电站建设相比电动船舶建设存在一定滞后，因此有的电动船换电作业会在码头进行。此时，港口装卸服务企业也应算作该类市场主体。( 3 ) 衍生服务主体，主要包括投融资机构、船舶建造企业、备件物料供应企业等，为电动船舶换电服务提供保障。( 4 ) 政府主体，指各类行业主管部门等监督管理机构，在行政审批、政策补贴等方面为换电服务提供支持。

( 三 ) 换电服务收费方式

目前，已投产运营的充电式电动游船、客船、公务船以及货运船舶，基本都是按照港口岸电收费标准进行收费。参照电动汽车收费方式[4]，对换电式电动船电池更换服务可采取下述3种收费方式：( 1 ) 按里程计价收费。总里程可以通过航次数与航次里程的乘积求得，并按照合同约定的单位里程价格收费标准，向船舶运营主体收取费用。( 2 ) 按使用电量收费。按电池电量读数计算电量使用情况，并根据经物价部门核准的收费标准计算费用。具体的操作可以参照加油站收费方式，换电服务企业向监管部门申请，监管部门同意后换电服务企业按规定购买和出售电量，两者的差价作为换电站基础设施改造的投资回报。( 3 ) 等待统一标准出台后收取。因为目前电动船舶尚处试验阶段，各地充换电站多为某一单一试点客户提供服务，尤其是换电式电动船舶暂无收费先例，加之目前缺少相应收费标准和测算依据，因此可以在先期记录用户换电数据并经由用户签字确认，等有关船舶换电服务收费统一标准出台后再收取费用。

三、苏南运河120 TEU电动集装箱船收费标准测算

( 一 ) 应用场景描述

2022年2月，江苏省开工建造首艘换电式纯电动集装箱船，将于苏州工业园区港至太仓港之间的苏南运河航线运营。航线往返里程约200 km，根据设计参数，船舶往返一个航次耗时约25 h，其中电推航行时间为20 h（包含过闸时间）。考虑电池放电深度和衰减系数，在冗余系数为90%、综合效率为92%的水平下，苏南运河电动船舶重载往返一个航次预计消耗电能3 800 kWh。为确保船舶航行安全，全船共配置有3个移动式集装箱电力电池柜，每个集装箱电池柜内配备2组独立磷酸铁锂动力电池，每组容量为770 kWh，单个集装箱电池内总容量1 540 kWh，电池装船总容量4 620 kWh，可满足船舶满载时完成往返航次全程及航行时间要求。

换电站选择建在分别距两端港口约50 km的航线中段位置。船舶换电作业采用“即插即拔”模式，由吊机操作。换电场站需投入建造配电所 ( 含变压器 )、履带吊、高低压设备和保护线缆等配套设施设备。项目在换电服务过程中的能源采购、电池调配、换电吊装作业全部由一家单位负责，由其统一结算费用、承担综合能源服务主体角色。

( 二 ) 成本定价法核算

1.测算方法

采用“船电分离”模式时，换电服务商的运营成本主要包括动力电池的投入及折旧、换电站建设投入及维护费、电费、人员成本以及相关税费，运营收入主要来自电池更换服务费以及政府补贴。在电动船舶推广应用初期仅一艘船舶的情况下，为保证项目能够正常运转，应当尽可能保证综合能源服务主体不亏损，即使投入成本与收入持平。采用按使用电量收费方式测算，以成本定价法核算时，电动船换电服务费计价标准的计算公式为

式中：C 为单位电能消耗收费标准，元/kWh；X 为年均营运成本，万元；Y 为政府补贴，万元；E 为船舶年均用电量，万kWh。

2.测算参数

( 1 ) 营运成本

a.电池折旧。目前磷酸铁锂动力电池循环使用可达2 000 次以上[5]。根据苏南运河航线约每天一班的航班密度，全年预计可完成250~350往返航次运输。以往返换电1次的频率计算，动力电池的折旧年限为5.7~8 年。假设首艘电动船每年运营300个往返航次，可得电池折旧年限为6.67年，即折旧率为0.15。

b.充换电站折旧。参考文献[4]中的电动汽车充换电站折旧参数，电动船舶充换电站综合折旧年限假设为12.5年，折旧率为0.08。

c.换电站维护管理费用。参考变电站的年运行维护费用，占总投资额的2%~2.5%，考虑到换电站建设初期成本投入较大，维护管理费用取换电站建设费用的2%。

d.电能费用。充换电站一般由10 kV电压等级供电，根据江苏省发展改革委《关于江苏电网2020—2022年输配电价和销售电价有关事项的通知》，普通工业用电的高峰电价为1.072 4元/kWh，平段电价为0.641 4元/kWh，低谷电价为0.290 4元/kWh[6]。由于换电式动力电池便于移动，因此大部分时候可利用0：00~8：00的低谷电提前集中充电，因此按10%高峰电价、10%平段电价、80%低谷电价进行电能费用测算。

e.配送及吊装费用。苏南120 TEU电动船全船共需配置3个移动式集装箱电力电池柜，电池的道路运输和装卸作业费用按500元/箱包干折算，计1 500元/次。

f.人员成本。按每座换电站配备4名服务人员，每人工资5万元/年计算。

g.相关税费。电动船换电服务按营业收入的6%缴纳增值税。

( 2 ) 运营收入

a.政府补贴。目前江苏省暂未出台电动船政府补贴政策，《2022年福建省电动船舶产业发展试点示范实施方案》是我国首个电动船舶发展专项实施政策。作为参考，假设政府主体对电动船舶电池动力推进系统生产企业按交付电池动力推进系统价格的20%给予补助 ( 不含配套省内船企 )，单套设备补助不超过200万元。

b.换电服务费。换电服务费与船舶航次数、换电频率和单位电能收费标准有关，采用成本定价法核算换电服务费，即在年均营运成本减去政府补贴后与全年换电服务收入相等时，求得单位电能消耗收费标准。

( 3 ) 其他参数

假设电动船舶重载往返一个航次预计消耗电能3 800 kWh，全年完成300个往返航次，年换电量为114万kWh。建设换电站的成本约5 000万元，由于目前仅一艘电动船舶运营，从成本考虑，暂时仅对码头进行改造以实现初步换电功能，预计改造成本270万元。为确保电动船舶顺利运行，需要配备2套动力电池以供船舶换电使用，其中船上3个电池提供航行动力，岸基配备3个电池作为替换。目前船用磷酸铁锂动力电池的价格约2 500元/kWh[7]，即容量为1 540 kWh的动力电池集装箱预计采购价格为385万元，按前文所述的政府补贴标准，单套设备补助未超200万元限额。

3.测算结果

根据成本定价法定义：

Xa+Xb+Xc+Xd+Xe+Xf+Xg=Ya+Yb      ( 2 )

式中：Xa为营运成本中电池每年折旧；Xb为充换电站每年折旧；Xc=0.02×12.5×Xb，为维护管理费用；Xd为电能费用；Xe为配送及吊装费用；Xf为人员成本；Xg=0.06Yb ，为相关税费；Ya=0.2Xa，为每年政府补贴收入；Yb为换电服务收费；以上变量单位均为万元。

化简式 ( 2 ) 可得：

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

根据相关测算参数，假设每单位电能消耗收费标准为R 元/kWh，代入式 ( 3 ) 可得：484.52+0.06Yb=Yb+69.3和3 800×300×R=10 000×Yb。

因此求得电池更换服务费Yb为441.72万元/年，进而可得收费标准R为3.87元/kWh，表1为在有政府补贴情况下收费标准的测算结果明细。

表1  政府补贴情况下收费标准测算结果

若政府部门不提供补贴，即Ya=0时，1 kWh电能消耗应收费4.52元才能保证收支平衡。

4.灵敏度分析

综上可知，采用成本定价法核算电动船舶换电服务收费标准时，影响计费标准的最主要因素是动力电池采购价格和折旧，其次是换电站成本及折旧、电能采购费用以及电池调配费用，影响最小的是人员成本、换电站维护管理费和相关税费。

( 三 ) 燃油替代法核算

1.测算方法

同样以苏州工业园区港至太仓港之间航行的120 TEU纯电动集装箱船为依据，根据航次燃油消耗情况和当前油价水平，计算常规动力船舶航次使用成本。以此为替代标准，即为相同航次里程下，向电动船舶运营主体收取的电池换电服务费。以燃油替代法核算时，电动船换电服务费计价标准的计算公式为

式中：C 为单位电能消耗收费标准，元/kWh；T 为常规动力船舶百公里油耗，t；P 为燃油价格，元/t；Q 为电动船舶单位里程耗电量，kWh/km。

2.测算参数与计算结果

参照常见的2 000 DWT左右内河常规动力集装箱船实际运行参数，其重载每百公里油耗约0.54 t，以近三年平均低硫油采购价格6 300元/t计算[8]，百公里燃油消耗成本为3 402元。假设苏南运河电动船单位里程耗电19 kWh，代入式 ( 4 ) 可以得到船舶运营主体应向综合能源服务主体支付的换电服务费为1.79元/kWh。

3.灵敏度分析

采用燃油替代法核算换电服务收费标准时，油价是最主要的影响因素。因此在燃油价格波动较大时，对于长期运营固定航线的船舶运营主体，可以参照历年平均燃油价格进行费用结算。

四、定价策略探讨

( 一 ) 研究结论

根据上述核算结果，通过比较可以发现：

( 1 ) 采用成本定价法核算的换电服务收费标准明显高于燃油替代法核算的收费标准，这是由于将换电站初期成本全部转嫁给了船舶运营主体，该定价策略对综合能源服务主体而言有利，可以保证实现盈亏平衡。

( 2 ) 成本定价法和燃油替代法测算出来的换电服务费标准均高于江苏省内港口岸电收费标准[9]，相对而言采取燃油替代法测算的结果与之较为接近，对船舶运营主体来说采取该定价方式核算的标准更易于接受。

( 3 ) 换电站为电动船舶提供的换电量越多，以成本定价法核算的换电服务费标准越低，越有利于电动船舶的推广应用。该应用场景下如果年换电量能够达到450万kWh，仅电能采购费、配送吊装费以及相应税费变动而其他参数条件不变的情况下，采取成本定价法核算的收费标准将低于燃油替代法核算的收费标准。

( 4 ) 综合能源服务主体初期采用燃油替代法核算收费标准时，若想要达到盈亏平衡，需争取享受政府补助、减免税费等各类优惠。

( 5 ) 动力电池采购价格和折旧是影响成本定价法测算电费的最主要影响因素，燃油价格是影响替代法核算电费的关键因素。

( 二 ) 定价策略

本文以苏南运河首艘纯电动集装箱船舶为例进行换电成本测算，在仅一艘船舶、换电量有限的情况下，采用成本定价法核算的换电服务费标准明显偏高，该收费标准短时间内难以获得到船舶运营主体和物价部门认可。目前我国船用动力电池技术正在飞速迭代发展，后期电池采购价格有望下降，因此当前阶段更适宜采用燃油替代的方式进行换电服务费核算，船舶运营主体接受度更高。

同时，由于当前阶段电动船舶尚属新船型，需要定制设计、建造，初期固定投入成本显著高于同型常规动力船舶。采用燃油替代法核算换电服务收费标准时，建议设置一定的油电差价空间，节约的能源消耗成本用于弥补固定投入差额，从而提高船舶运营主体主动参与使用电动船舶的积极性。可以根据燃油价格建立换电服务费定价挂钩机制，并保留20%~40%的差价以弥补船舶建造成本差价。表2为不同燃油价格水平下，船舶用电成本为燃油成本60%和80%时的换电服务收费情况。

表2  油电联动机制下电动船换电服务收费标准

为降低电动船舶换电服务过程中综合能源服务主体的运营成本，尽早达到盈亏平衡，除争取相关优惠政策外，还应积极推动各类市场主体广泛使用电动船舶，通过规模化、批量化使用提高换电服务总量，逐渐摊薄综合能源服务企业的运营成本。此外，为降低电池使用成本，还可以采取“电池银行”模式，与电厂等能源企业合作，将衰减的电池用于储能等其他应用场景，通过电池梯次利用获取增值空间，延长电池生命周期，降低运营成本。

五、结语与展望

当前电动船舶综合能源服务相关研究尚处起步阶段，本文仅通过特定航线、特定船舶进行测算，以成本定价的方式得出的定价标准明显高于岸电使用价格。基于设计参数的燃油替代核算结果，也有待船舶实际运营数据检验。随着示范船舶的正式下水运营，以及更多的换电式电动船舶推广应用，未来可以进一步在大样本量的电动船运行经济性测算、构建数学模型、模拟仿真等方面展开电动船换电服务收费标准研究，为促进电动船舶产业高质量可持续发展提供参考。

参考文献：

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[2] 吕明杰,岂兴明,尹航,等.浅析内河纯电动船舶发展现状[J].船电技术,2022(1):28-31.

[3] 杨镜司,秦文萍,史文龙,等.基于电动汽车参与调峰定价策略的区域电网两阶段优化调度[J]. 电工技术学报,2022(1):58-71.

[4] 沈珑桓,宋国兵.电动汽车电池更换服务收费标准研究[J].江苏电机工程,2013(3):26-29.

[5] 刘艳良.浅谈磷酸铁锂电池及其在电动船舶行业应用与发展[J].科学技术创新,2020(15):43-44.

[6] 江苏省发展改革委.关于江苏电网2020-2022年输配电价和销售电价有关事项的通知[EB/OL].(2020-11-03)[2022-05-20].

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

[7] 张文芬,汤旭晶,严新平,等.船用模块化集装箱式动力电池的运营模式设计[J].中国水运,2021(10):6-9.

[8] 杨侃.苏北运河推广应用电动船的基础条件和实现路径[J].世界海运,2022(5):15-20.

[9] 江苏省交通运输厅.岸电钜惠绿色护航[EB/OL].(2021-06-02)[2022-05-20].

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

作者简介：

杨侃，江苏省港口集团航运事业部，经济师。

黄江苏，苏宿工业园区管委会办公室文秘机要处，处长。

本文刊发于《世界海运》2022年第7期，转发须注明作者和原文出处。