北冰洋东北航道夏季集装箱航运经济性研究

摘要：近年来，随着全球变暖的大趋势，夏季北极海冰范围急剧缩小，为北极的国际航运迎来了机遇，夏季航行于俄罗斯东北航道的船只迅速增多。由于东北航道的距离远远小于传统亚欧航线，因此具有较高的航运价值，很多海运国家对此极为关注。本文通过成本分析法，计算亚欧集装箱航线采用东北航道时可节约的航运成本，对东北航道的经济优势作出评估。

关键词：北冰洋；东北航道；集装箱；航运

中图分类号：U6-9 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1004-9479.2013.03.002

1 引言

在全球气候变化的大背景下，北极地区的气温有逐年上升的趋势，导致北极海域夏季海冰范围不断缩小。根据北极气候影响评估（ACIA）公布的结果，1972～2002年北极9月海冰最小面积平均每10年减少48万平方公里[1]。美国国家冰雪数据中心（NSIDC）的卫星数据显示，2012年9月16日北极海冰面积创下历史最低纪录，仅有341万平方公里，比1979～2000年北极9月海冰最小面积的平均值低49%[2]。最近6年也是历史上北极9月海冰最少的6年。2007年联合国政府间气候变化小组（IPCC）第四次评估报告预测，2040年后北极9月海冰最小面积将小于100万平方公里[3]。

北极海冰的消退，使北极航行逐渐成为现实。北极主要航行通道有两条：穿过俄罗斯北部海域的“东北航道”（俄罗斯称之为“北方航道”）和穿过加拿大、美国阿拉斯加北部海域的“西北航道”。东亚-西欧、东亚-北美东岸、西欧-北美西岸间的航行如通过北极航道，将比传统航线更为接近“大圆航线”，可以大幅缩短航程，并且也不受苏伊士运河、巴拿马运河通过能力的限制，同时也避开了海盗活动频繁的亚丁湾和马六甲海峡，可谓一举多得。近年来随着北极夏季海冰的不断退缩，原先常年封冻的东北航道，2007年后连续5年在9月都出现了全线无冰的情况，全世界开始把目光转向北极航运。2009年夏季，德国Beluga航运公司的2艘船舶由韩国启程，成功穿越东北航道，抵达荷兰鹿特丹港，成为历史上首次通过东北航道的非苏联/俄罗斯船舶，标志着国际化的北极航运的开端。2010年夏季，俄罗斯和挪威的油轮、干散货船共计4艘次通过东北航道，总运量达11万吨。2011年夏季，通过东北航道的过境船舶猛增到34艘次，其中包括一艘16.2万载重吨的苏伊士级油轮，总运量达82万吨。2012年过境东北航道的船舶和运量均超过2011年，分别达46艘次和126万吨[4]。与东北航道不同，西北航道的冰情较重，虽然在2007年以后有多年出现过全线无冰，但时间非常短暂，且不确定性很高，因此目前来看仍不适合于航行。

由于北极航道的开放，近年来国内外对于北极航运问题的研究也开始增多。国际上，Somanathan等评估了西北航道通航的经济可行性，认为与传统航线相比，西北航道的成本优势非常有限[5]；Verny等对东北航道的集装箱运输与多条多式联运线路作了成本对比[6]；Liu等对东北航道与传统亚欧航线作了成本对比[7]；Sch?yen等对散货运输使用东北航道相比传统亚欧航线的成本优势进行了研究[8]。在国内，万征等提出了围绕北极航运的全球物流新格局的构想[9]；张侠等从航运、能源开发等多个方面分析了北极航线对我国的重要性[10]；葛雅梦等对北极集装箱航运前景进行展望[11]。

所有的这些研究要么关注于北极航道的时间节约，要么关注于因减少船舶而产生的资本投入节约，而并没有考虑航次周期不变、航速减慢情况下的燃料成本节约。由于集装箱航运以班轮为主，有固定的航次周期，因此集装箱航线经济性的评估更适合研究固定航次周期下减速航行的情况，所以本文拟通过研究东北航道集装箱运输的成本，来分析北冰洋东北航道的经济价值。

2 东北航道概况

东北航道主要经过俄罗斯北部海域，西起摩尔曼斯克港，自西向东依次途经巴伦支海、喀拉海峡、喀拉海、维尔基茨基海峡、拉普捷夫海、萨尼科夫海峡、东西伯利亚海、朗加海峡、楚科奇海，东端穿过白令海峡进入太平洋（图1）。

东北航道最大的港口是位于西端的摩尔曼斯克和阿尔汉格尔斯克，2010年货物吞吐量分别为1288万吨和450万吨，远远高于其它东北航道港口。除这两个港口外，东北航道最大的港口为杜金卡，是俄罗斯北极地区最大的采矿业中心——“镍都”诺里尔斯克的门户港。20世纪90年代和21世纪初，杜金卡的吞吐量占了除摩尔曼斯克、阿尔汉格尔斯克外东北航道港口的70-80%[12]。在不久的将来，通过鄂毕湾沿岸的扬堡、诺维港输出的LNG也将成为重要货流。其它的主要港口还有哈坦加、佩韦克、提克西等。

东北航道所经海域大部分冬季都有冰冻，夏季海冰范围则大幅收缩。根据1979～2000年平均9月北极海冰范围数据，巴伦支海中南部无冰期较长，其中摩尔曼斯克为不冻港，也是东北航道上最大的港口；维尔基茨基海峡和朗加海峡则常年冰封，成为东北航道夏季通航最大的障碍。但是，近年来随着北极夏季海冰面积不断缩小，维尔基茨基海峡和朗加海峡连续多年在9月出现无冰的状况。

尽管如此，当前东北航道夏季冰情的不确定性仍较高，因此到目前为止通过此航线的都是不定期船，尚无班轮通过。而本文考虑的是未来北极夏季海冰急剧减少后不确定性降低的情况，因此本文仅讨论采用普通船只、无须破冰船协助的过境航行。

3 航运成本模型

本文通过成本分析法研究使用东北航道的集装箱航运的经济性。

集装箱航运成本包括：资本成本、营运成本、燃料成本。资本成本为船舶和集装箱的折旧成本，营运成本包括维修费、保险费、管理成本、船员工资等。燃料成本取决于燃料价格和燃料消耗率。其中，燃料消耗率与速度的立方成正比[13]：

F：主机燃料消耗率（吨/小时）；FP：主机单位功率燃料消耗率（吨/（小时·千瓦））；BHP：主机制动马力（千瓦），与航速V（海里/小时）的立方成正比；m：比例系数。

单船年航运成本为：

CS：每艘船的年航运成本（美元）；CCS：每艘船的年资本成本（美元）；COS：每艘船的年营运成本（美元）；PF：燃料价格（美元/吨）；B：每艘船的主机数量；Tij：i航次的j航段的通过时间（小时）；Vij：在i航次的j航段的航速（海里/小时）；R：一艘船每年的航次数量；Si：i航次中的航段数量。

航线总的年航运成本C为航线配船数量N乘以单船航运成本CS，即C=N·CS；i航次j航段航速可表示为Vij=Lij/Tij，其中Lij为i航次j航段的距离（海里）。因此（2）可转化为：

4 距离和船期

亚欧航线连接东亚港口群和欧洲北部港口群，其中东亚港口群包括中国（包括港台）、日本、韩国的所有海港，欧洲北部港口群包括从法国的勒阿弗尔港到德国的汉堡港之间所有的港口，也包括英国、爱尔兰港口。每个港口群下还可分出子港口群：东亚港口群下有华北、华中、华南（包括港台）、日本、韩国5个子港口群；欧洲北部港口群下有汉堡-勒阿弗尔、英国2个子港口群。

根据过去4年中北极海冰最小范围，本文确定了近期内亚欧夏季东北航道的位置，以维尔基茨基海峡、朗加海峡为分隔点，分为西、中、东3个航段，西段可选择是否挂靠摩尔曼斯克港（图3）。

一条典型的亚欧集装箱航线一般配置8艘船、采取周班，因此一个航次需要8周时间。本文假设在东亚港口群、欧洲北部港口群各挂靠4个港口，每个港口挂靠时间为1天，因此一个航次内在海上航行时间为48天。另外，假设使用10000TEU型集装箱船。

由于每年东北航道全线无冰的时间有限，亚欧集装箱航线的船舶仅可在这段时间内使用东北航道，一般为每年一个航次。为了保持班轮的固定船期，采用东北航道的航次也需要与传统航线同样的时间，由于距离缩短而可以调低航速，东北航道可因此节约燃料成本。

本文假定在维尔基茨基海峡的海冰还未开始融化时，使用东北航道的首艘东行船舶就已经开始驶往该海峡，到达该地时海冰已经融化，船舶正好通过。一条配置8艘船的周班航线，除东行的首船先以较低速度通过航段1、后以较高速度通过航段2和3外，其余7艘船都以相等的匀速通过。

5 东北航道成本优势

由于通过东北航道的亚欧航线距离比传统航道短得多，因此班轮可以以较低的航速行驶（因为班期固定）从而减少燃料成本。本节根据单船航线成本公式（3），计算、对比通过传统航道和东北航道的亚欧航线单船每航次燃料成本。亚欧航线每个航次可分为四部分：两个港口群内部航段（东亚港口群内、欧洲北部港口群内）和两个跨洋航段（东行、西行）。对于东北航道，跨洋航段又可分为上文提到的三个小航段（图3）。东北航道目前每年9月份为较为稳定的无冰通航期，对于一条以8周为一个航次循环的亚欧航线，大约有4周时间可利用东北航道，相当于半个航次循环，即一个东行/西行航次（也就是说，通过东北航道东行、西行的船各4艘）。另外，需注意东北航道航段1和航段3距离相差较大，其东行的第一艘船航速与其它东行船只有所不同，下文将会提到。下文中各变量用下标表示航段，含义如表1所示。

传统航线LC和东北航道东行、西行航段的距离分别为：、

各航段的航速（传统航线中各航段航速相等，东北航道东行/西行航段中各小航段航速相等）为：

采用东北航道和采用传统航线的单船每航次燃料成本之比为：

另外，用上标“’”表示所有关于东北航道东行第一艘船的对应变量。下式表明东行第一艘船通过航段1的时间，相当于其它西行船只通过航段3的时间，即东行第一艘船低速驶达维尔基茨基海峡时，西行第一艘船正好到达朗加海峡，此时两处的海冰正好融化。

对于整个船队，东北航道夏季航次与传统航线的一个航次的燃料成本之比SF为：

其中，α=CFSRCW/CFSRCE，β定义为每船每航次的港口群内部航段与传统航线跨洋航段的燃料成本之比：

因为一个航次需8周，一支船队每年航行6.5个航次，其中1/2个航次（4周）通过东北航道，因此整个船队使用东北航道和不使用东北航道的每年燃料成本之比AF为：

最后，在东亚、欧洲北部港口群中选取港口，以相应的航段距离作为（15）、（17）的输入变量，计算东北航道节约的成本。东亚港口群内选取3个子港口群组合：华南/华中/韩国、华南/日本、华中/华北/韩国，对应每个组合，欧洲北部港口群中产生使全航线距离最大、最小的港口挂靠顺序各一个，以便于确定最终结果的范围。另外还需考虑挂靠摩尔曼斯克港的情况，东北航道的航段1距离变化，并假设在摩尔曼斯克停靠1天。计算方法与上文基本相同，过程从略。结果见表2。

从表2可知，集装箱船队如使用夏季东北航道，年燃料成本将节约3-5%。

通过船舶主机燃料消耗率可计算东北航道的年燃料成本节约总量。船舶主机单位功率燃料消耗率FP一般取值为170克/（小时·千瓦），10000TEU型集装箱船一般安装一台主机。以典型的B&W 12K98ME主机为例，额定的制动马力BHPmax为69900千瓦，最大航速Vmax为25.8海里/小时。由此，可求出主机的比例系数m：

m=BHPmax/V3max（18）

得到m为4.07。燃料成本分为350美元/吨和500美元/吨两种情况。使用夏季东北航道后，可节约的总成本如表3所示。可见，亚欧航线使用夏季东北航道后，总成本将降低261～814万美元。

6 结论

近年来北极夏季海冰的大幅缩减，使东北航道在9月份畅通，在不远的将来，亚欧集装箱航线可在9月份利用东北航道，大幅缩短航行距离，减慢航速，以节约燃料成本。本研究对此作出评估，一条配置8艘10000TEU型单引擎集装箱船的亚欧航线，如在9月份使用东北航道，且不配备破冰船，将节约年燃料成本3-5%，约为261～814万美元。根据当前的亚欧航线西行集装箱运价和新船造价，该成本节约量大致相当于约2000～6000TEU的运输收入（从东亚到欧洲），或者6～20个月的船舶资本成本（按20年折旧、零残值计）。

但东北航道也存在一些不利的因素：沿线港口分布很少且基础设施较为落后；极地气候条件恶劣，使北极港口的劳动力和投资非常有限。长期内，摩尔曼斯克仍将是东北航道上唯一一个具有较好条件的港口，因此本文分析了挂靠、不挂靠摩尔曼斯克港的两种情况。最严重的是由于低温、冰山等不利航行的自然因素仍然存在较大变数，目前主要的保险公司都还不愿为通过东北航道的定期航行提供保险[6]。因此，全面深入地评估东北航道班轮运输的经济性还需要其他方面资料。

最后，未来东北航道的开辟，将带来一些潜在的问题，如温室气体排放、排污、溢油、事故应急、适用于北极航运的额外的保险和人力资本、对北极原住民的影响等等。所有这些问题将增加东北航道的成本，要开辟班轮航线仍有很长的路要走，本文仅从经济学角度对东北航道集装箱航运的经济优势进行初步的评估。

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