船式养殖平台技术经济论证

2021-03-08白世阳庞洪祯

农业工程 2021年12期

白世阳，张亚，王乐，庞洪祯

(大连海洋大学航海与船舶工程学院，辽宁大连116023)

0 引言

水产品是重要的食物来源，我国水产品的需求量缺口较大。由于片面追求经济效益，忽视了长远和环境效益，我国海水养殖布局严重失衡，主要集中在0～10 m浅海的海湾、滩涂和近岸水域。随着“蓝色粮仓”这一重要战略举措的提出，发展深远海养殖已经成为新时期背景下养殖发展的重点。挪威SalMar公司设计了基于钻井平台的巨型鲑鱼养殖设施，结构高度达67 m，能承受9 m高的海浪。西班牙设计了长190 m的半潜式蓝鳍金枪鱼养殖工船，通过附加刚性网，可增加养殖容量[1]。在我国，船式养殖平台研究以旧船为母型船进行改装设计起步，近几年对改造方案不断地进行着研究探索。福建福宁船舶重工有限公司建造了国内最大深远海鲍鱼养殖平台“福鲍1号”，这也是我国首制的智能环保型鲍鱼养殖平台。蔡计强等[2]围绕深远海养殖的技术需求，设计出10万t级深远海养殖平台总体技术方案。

本文分析研究船式养殖平台特点及运营方式，建立了船式养殖平台技术经济论证模型，运用主观评判与客观评判方法，进行论证。结合流水混养试验，进行实例论证，为船式养殖平台的设计营运提供参考。

1 运营模式

船式平台设施系指具有船形、排水型的结构型式，具备自航能力的移动养殖渔业设施。在漂浮状态下，采用定位系统，该平台可抵御一定海况，在设定作业水深下能够进行养殖[3]。平台在海上运营包含3种工况：航行工况、养殖工况和避风工况。一般采取一套拖曳式大抓力锚，在指定海域抛单锚定位，使平台处于养殖工况，利用较大的养殖舱容，模仿工业化养鱼技术进行养殖。平台运营成本中的年非渔业养殖成本(不考虑海域使用费)，指平台每年用于维持正常运营所必要的支出费用，包括平台折旧费、维修费、保险费、员工工资及其他费用[4]。平台运营成本中的周期养殖渔业成本指每个养殖周期内仅用于渔业养殖所消耗的费用，包括苗种购买、饲料费用、耗电、液氧、人工、设备折旧及其他杂项支出等[5-6]。

2 技术经济论证

2.1论证参数

船式养殖平台论证的参数分为两类：一类是组成养殖平台设计方案的技术参数；另一类是运营过程中养殖模式及市场相关的参数，论证时在程序中输入该类参数。

2.1.1平台主尺度

平台主尺度包括平台垂线间长LPP、型宽B、型深D、养殖工况吃水d等。选定平台主尺度作为方案论证的目标参数，通过调研得出各参数的范围，按照一定的步长组合成一系列的设计方案，对每个方案进行技术和经济方面的计算。

2.1.2养殖水体体积VS

船式养殖平台是以主船体为平台承载主体进行养殖，养殖体量是由养殖舱容VC的大小决定的，养殖水体体积占养殖舱容的80%。

VC=CB0LPP(B-2b)×(D-h0)

(1)

式中CB0——母型平台方形系数，以“国信一号”为母型平台，取0.847

VC——养殖舱容积

LPP——垂线间长

B——型宽

b——双层壳宽度，根据规范选取

h0——双层底高度，h0=25B+42d+300，且760 mm

(1)养殖技术。

海上移动式养殖平台是模仿工厂化养殖进行养殖运营。工厂化养殖包括流水型梯级池养殖、换水型工厂化养殖和循环水工厂化养殖等[7]。选择合适的工业化养殖方式，配置对应的养殖装置，进行海上工业化养殖。

(2)养殖鱼种。

养殖平台的收入来源于养殖的商品成鱼的销售额。养殖商品鱼的产量和市场价格决定着平台投资方案的效益和利润。

在养殖运营过程中，平台上的养殖装备、养殖技术选择、养殖密度大小、养殖成活率及成鱼的市场价格变动对养殖的经济效益影响很大，因此选择养殖密度、养殖成活率和成鱼市场价格作为论证输入参数。

2.2经济指标

为了从多方面综合考虑船式养殖平台的经济性，并考虑平台的营运模式、收入及其使用期限等情况，论证中选取净现值、净现值率、投资偿还期、养殖效果系数等4个论证经济指标[8-9]。

2.2.1净现值NPV

净现值即船式养殖平台养殖运营年限内，各养殖周期的收入、养殖运营支出、初始投资和平台的残值，按投资收益率折现后的现值总和，是衡量平台投资能否收回的经济指标，按式(2)计算。

NPV=-P+A(P/A，i，N)+L(P/F，i，N)

(2)

式中P——初始投资

A——周期收益

P/A，i，N——收益等额现值因数

L——平台残值

P/F，i，N——终值等额现值因数

i——基准投资收益率

N——平台运营年限

2.2.2净现值率NPVI

净现值指数是单位投资的净现值，其值越大越好。该指标可以充分反映投资的相对效益，从而弥补净现值指标的不足。

NPVI=NPV/P

(3)

2.2.3投资偿还期PBP

按预期的投资收益利率和营运中所得的收益求得的偿还投资的时间，称为投资偿还期PBP。该指标越小越好。

(4)

2.2.4养殖效果系数M

船式养殖平台单位运营成本所能获得的利润，该指标能同时反映养殖年利润与年养殖成本，其值越大，方案越合理，但难以反映资金周转的速度。M值按式(5)计算。

(5)

式中AP——周期利润

Y——平台运营周期总费用

2.3其他经济因素、参数

(1)初始投资P。

指船式养殖平台在设计建造阶段，平台的设计、建造、设备、检验及银行贷款相关等费用总和。

(2)平台年非渔业养殖成本。

指船式养殖平台在每年仅用于维持正常运营所支出费用的总和，包括折旧费。折旧费按照设计使用年限采用直线折旧法进行折旧，维修费取初始投资的3%，保险费取初始投资的1%，船员工资为每人12万/年，其他费用占年非渔业养殖成本的4%。平台使用年限为20年。

(3)养殖平台年产量估算(年最大养殖水产品产量)。

在养殖工况下，养殖水体体积占养殖舱容的80%。

Emax=KρGVC×80%×10-3

(6)

式中Emax——年最大养殖水产品产量，t

ρ——养殖密度，尾/m3

Vc——养殖舱容，m3

K——存活率， %

G——每尾鱼的质量，kg/尾

(4)不确定性因素及敏感性分析。

将养殖平台的初始投资，养殖鱼的成活率、鱼价、周期养殖成本，以及设定的投资基准收益率作为不确定性因素进行处理。先按照在养殖工况不变的情况下作为固定值进行论证，然后对其进行敏感性分析。分别计算其对各经济指标的影响趋势及大小，并对影响较大的因素进行详细计算分析。

3 优化论证方法及步骤

先用参数分析法进行平台方案设计及初选，再分别用模糊综合评判(主观性方法)和灰关联度分析法(客观性方法)对平台各设计方案进行论证评优[10]。若论证结果一致，对优选方案进行敏感性分析；若论证结果不一致，再选用多目标最优化方法进行论证评优，然后对最优方案进行敏感性分析。优化论证流程如图1所示，其步骤如下。①选取各技术参数步长，初选输出可选方案集V=(v1，v2， …，vm)。②分别进行模糊综合评判、灰关联分析。③输出评判结果，观察结果是否一致。若一致，选出最优方案；若不一致，进行最优化分析，再输出最优方案。④进行敏感性分析。⑤输出结果。

图1 论证程序流程Fig.1 Flow of demonstration procedure

3.1模糊综合评判

3.1.1选定评定因素

选取平台方案的初始投资P、净现值NPV、净现值指数NPVI、投资偿还期PBP、养殖效果系数M，作为评判依据，组成因素集U=(u1，u2， …，un)。

3.1.2对评定因素进行考评

根据各因素满意度函数(表1)进行模糊评定，得到评判矩阵

表1 各因素满意度函数

3.1.3进行综合评判

输入各因素重要度，进行归一化处理，得到权向量A。

通过权向量A和评判矩阵R获得排序矩阵

bi即对第i方案的一个综合评判结果，根据bi的大小，可以完成各方案的排序。

3.2灰关联度分析

3.2.1确定分析序列

根据方案集V=(v1，v2， …，vm)和因素集U=(u1，u2， …，um)，确定分析序列

3.2.2变量序列无量纲化

采用效果测度变换法，对各指标因素进行无量纲化处理，得到处理后的序列

3.2.3求序列差、最大差和最小差

上面计算式中的第一行(参考样本)与其余各行(比较样本)对应的绝对差值，形成如下的绝对差值矩阵

式中，δij=|x0j-xij|，i=1，2，…，m和j=1，2，…，n，。

绝对差值矩阵中的最大数和最小数即最大差和最小差

δmax=max{δij}
δmin=min{δij}

3.2.4计算关联系数

得到关联系数矩阵

其中，取ρ=0.1，ρ越小越能提高关联系数之间的差异，ρ的取值不会影响排序。

3.2.5计算关联度

比较样本Ai与参考样本A0的关联程度是通过n个关联系数来反映的，取其平均值为关联度

3.2.6依据关联度排序

对各比较序列与参考序列的关联度从大到小排序，关联度越大，说明其比较序列与参考序列变化的态势越一致。

4 实例计算与分析

根据上述船式养殖平台技术经济分析模型，编制论证计算程序。输入养殖平台的营运模式及其养殖能力参数，通过调研得出各参数范围，如表2～6所示。

表2 平台方案技术参数

黄海中部洼地的深层存在一个巨大的夏季冷水团，面积约13万km2，水质优良，可以利用现代海洋装备在此海域养殖大型鲑科鱼类[11]。以高密度流水混养细鳞鱼、哲罗鲑、虹鳟和白点鲑为例，实验养殖水域体积保持在525 m3左右，养殖周期22个月，实验成鱼平均湿质量2.3 kg/只，成活率为88.5%，产出商品鱼共10 177.5 kg，经济效益估算为收入114.5万元，净利润56.4万元，收入利润比为2.03∶1[12]。

表3 模糊综合评判指标因素重要度

表4 初选方案集

表5 模糊综合评判输出结果

表6 灰关联度分析射出结果

评判结果一致，选取最优方案的方案15进行敏感性分析，初始投资、周期养殖成本、鱼价、养殖成活率的敏感性分析如表7～10所示，各因素的影响如图2～5所示。

表7 初始投资的影响

表8 周期养殖成本的影响

表9 鱼价的影响

表10 养殖成活率的影响

表11 预期基准收益率的影响

图2 各因素对NPV的影响Fig.2 Influence of various factors on NPV

图3 各因素对NPVI的影响Fig.3 Influence of various factors on NPVI

5 结论

针对船式海上渔业养殖平台的特点，通过对影响平台建造与营运经济性的参数(如平台主尺度、养殖水体体积、平台养殖技术、目标商品鱼种等)进行分析研究，选取净现值净现值、净现值率、投资偿还期和养殖效果系数4个经济评价指标，外加初始投资作为经济论证因素集，对其进行了技术经济分析和论证，开发了相关的论证系统软件，论证了有关养殖平台的主尺度及各项养殖参数。通过一个实例计算分析得到：平台设计方案为方案15时，平台经济效益最好。利用敏感性分析模块对其进行初始投资、每周期渔业养殖成本、预期的基准投资收益率、成活率和鱼价进行敏感性分析得到：初始投资不超过4.25亿，每周期的渔业养殖成本不超过1.37亿，预期的基准投资收益率不超过25.0%，且预期基准收益率变化对养殖效果系数M无影响，成活率应高于85.8%，4种商品鱼平均鱼价应不低于109元/kg。