新疆能源物流大通道優(yōu)化建設(shè)研究

宋明智

清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院，北京海淀區(qū)100084

新疆能源物流大通道優(yōu)化建設(shè)研究

宋明智*

清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院，北京海淀區(qū)100084

通過預(yù)測新疆能源供給總量，以“標(biāo)準(zhǔn)煤”為單位統(tǒng)一核算各類能源需求，分析了未來新疆能源物流的總規(guī)模。同時，結(jié)合新疆能源物流涉及的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、管理以及國家能源戰(zhàn)略等因素，認(rèn)為新疆能源物流優(yōu)先發(fā)展的順序應(yīng)依次為電網(wǎng)、管道、鐵路、公路。采用擬合二次曲線模型、層次分析法和運籌學(xué)等科學(xué)理論，分析了不同種類能源的轉(zhuǎn)化和物流成本，并以最小成本化原則設(shè)計不同能源物流通道的優(yōu)化配置比例，認(rèn)為新疆不同能源物流通道建設(shè)所占比例分別為：公路10.5%、鐵路21.5%、電網(wǎng)42%、管道26%，以此為基礎(chǔ)，可以進(jìn)一步有效開發(fā)新疆能源物流、實現(xiàn)新疆資源的可持續(xù)性利用。

新疆能源；供給預(yù)測；能源物流；能源大通道

宋明智.新疆能源物流大通道優(yōu)化建設(shè)研究［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版，2015，17（6）：25–30.

Song Mingzhi.Optimization of Energy Logistics Channels in Xinjiang［J］.Journal of Southwest Petroleum University：Social Sciences Edition，2015，17（6）：25–30.

引言

新疆能源物流大通道是新疆能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。構(gòu)建新疆能源大通道，并促進(jìn)區(qū)域能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，加快能源開發(fā)利用合理布局，目的在于提高能源物流網(wǎng)的優(yōu)化和效益。新疆能源大通道戰(zhàn)略的優(yōu)化建設(shè)將促進(jìn)擴(kuò)大內(nèi)需、能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)集群，在帶動經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時，為新疆帶來巨大收益。

1 新疆能源供給總趨勢

通過對新疆近年來能源生產(chǎn)狀況的統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)其能源產(chǎn)量呈現(xiàn)逐年上升趨勢（表1、圖1），盡管某些年份出現(xiàn)了較為明顯的波動，但整體能源產(chǎn)量在一定比例內(nèi)上升。

表1 新疆地區(qū)近年能源生產(chǎn)狀況［1-2］

為了便于計算，文中所有熱值單位均折算成“標(biāo)準(zhǔn)煤”。由圖1可以看出，曲線呈平滑形，因此采用擬合二次型曲線模型進(jìn)行新疆能源產(chǎn)量預(yù)測比較合適［3］，在擬合過程中以新疆能源歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對新疆能源總產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測結(jié)果見表2。

表2 新疆能源產(chǎn)量預(yù)測結(jié)果

2 新疆能源物流大通道優(yōu)化建設(shè)方案探索

針對未來新疆能源供給的規(guī)模性和多樣性，優(yōu)化新疆能源物流系統(tǒng)，實現(xiàn)能源高效調(diào)配，科學(xué)規(guī)劃新疆能源流通，使之轉(zhuǎn)換成戰(zhàn)略優(yōu)勢尤為關(guān)鍵。

2.1 新疆能源物流大通道建設(shè)思路

（1）系統(tǒng)優(yōu)化構(gòu)建

在新疆鐵路運輸上，煤炭到達(dá)接收端地區(qū)的價格包括煤炭的車板價和運輸費用。煤炭運價為：各種附加費用+發(fā)到基價+運行基價×運距。新疆外運鐵路網(wǎng)越發(fā)達(dá)，運輸路徑愈優(yōu)化，新疆煤炭運價會愈低。輸電與輸煤的綜合經(jīng)濟(jì)效益為6：1。輸電綜合線損率在6%左右，如果采用特高壓輸電，線損率可以控制在2%以內(nèi)，輸煤過程能量損耗要比輸電大很多；變輸煤為輸電可以釋放大量公路、鐵路運能，并且減少輸煤污染，此外，建設(shè)電網(wǎng)要比建設(shè)同等能源輸送規(guī)模的鐵路更加節(jié)省土地占用成本。

圖1 新疆能源產(chǎn)量時間序列趨勢圖（1990—2012年）

（2）新疆能源大通道建設(shè)目標(biāo)

通過新疆能源通道系統(tǒng)向國內(nèi)地區(qū)輻射，特別是向東部地區(qū)輻射，帶動中西部地區(qū)省份經(jīng)濟(jì)，為東部加快發(fā)展提供能源支持確保國家能源安全，實現(xiàn)新疆優(yōu)勢資源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)換，并以新疆為橋梁，構(gòu)建國家陸上能源安全大通道，以此全面推進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)合作。

2.2 新疆能源物流大通道模型分析

以國家能源供給安全為宗旨，加快建設(shè)新疆能源物流體系，發(fā)揮新疆能源物流大動脈作用。在構(gòu)建新疆能源物流體系模型中，要重點抓以下4個方面：（1）能源產(chǎn)品運輸運營成本；（2）能源運輸環(huán)境影響；（3）各類能源物流通道投資量；（4）能源物流體系產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)性。

根據(jù)以上幾點原則，結(jié)合公路、鐵路、管道和電網(wǎng)4大能源物流渠道特征（其中公路運輸主要是疆內(nèi)煤炭和部分石油的物流需求，鐵路運輸是煤炭和石油的物流需求，管道輸運主要是石油和天然氣的物流需求，電網(wǎng)則是火電、太陽能與風(fēng)電的電力物流需求）以此進(jìn)行新疆能源物流優(yōu)化設(shè)計，建立物流系統(tǒng)優(yōu)化問題仿真圖（圖2）。

圖2 新疆能源物流系統(tǒng)優(yōu)化問題仿真圖

通過分析優(yōu)化仿真圖2，可以看出，在新疆能源的4種物流模式優(yōu)化布局上，首先考慮的是成本問題，其核心是能源物流過程中的能源消耗量。采取不同的物流方式，物流能耗差別非常大。隨著物流距離、能源資源地和市場區(qū)位等因素的變化，新疆能源物流能耗將會發(fā)生一定變化。分析新疆整體能源物流特征，結(jié)合仿真圖2，4種物流方式能耗由高到低，依次為：公路物流〉鐵路物流〉管道物流〉電網(wǎng)物流。新疆能源物流中的環(huán)境問題，也是能源物流體系設(shè)計的重要權(quán)衡因素，在新疆脆弱的自然生態(tài)環(huán)境下，這種外部影響必須在成本核算中達(dá)到內(nèi)部化，4種不同物流方式的能耗差別和環(huán)境影響是作為能源物流體系優(yōu)化設(shè)計的依據(jù)。

2.3 新疆能源物流大通道優(yōu)選次序

能源供給是新疆能源物流的前提，新疆能源物流大通道完善與高效則是能源產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的保障。在考慮新疆能源物流總量方面上，結(jié)合新疆能源供給預(yù)測數(shù)據(jù)（表2），2030年新疆能源總供給量為51 435.38萬噸標(biāo)煤，結(jié)合中外簽署的能源貿(mào)易合約規(guī)模，同年可進(jìn)口能源（石油和天然氣）約為1 100萬噸石油和800億立方米天然氣，未來20年新疆能源物流通道的運載需求將大于62 721.24萬噸標(biāo)煤。

下面運用層次分析法（AHP）和模糊綜合評價進(jìn)行能源物流方式配置優(yōu)選［4-5］。

在對新疆能源物流系統(tǒng)分析中可以看出，不同能源物流方式的配置受多方面因素綜合影響，具有模糊性。運用層次分析法（AHP）進(jìn)行新疆能源物流系統(tǒng)優(yōu)選分析，首先提出新疆能源物流體系優(yōu)化總目標(biāo)，建立新疆能源物流體系層次結(jié)構(gòu)模型，確定目標(biāo)層（A）為：新疆優(yōu)化能源物流配置方式和比例；指標(biāo)層（B）：運營成本（能耗）、產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度、國家能源戰(zhàn)略、建設(shè)投資額、新疆能源資源狀況、新疆環(huán)境影響；方案層（C）：公路物流、鐵路物流、管道物流、電網(wǎng)物流，由此建立方案優(yōu)選評價層次圖（圖3）。

圖3 新疆能源物流方案優(yōu)選層次結(jié)構(gòu)模型［2］

從高層到低層求出層次上的權(quán)重系數(shù)，首先針對目標(biāo)層（A）：優(yōu)化能源物流配置方式和比例，對所有指標(biāo)層因素（B）兩兩對比，得到數(shù)值aij。

建立新疆能源物流模式優(yōu)選因素集，其層次結(jié)構(gòu)模型如圖3所示。依據(jù)Saaty的相對重要性等級進(jìn)行標(biāo)度。令B=（aij）6×6，則B為因素相對于上一層（A）的判斷矩陣，如式（1）所示：

求出新疆能源物流首層權(quán)重矩陣B的最大特征根λmax，相對于λmax的標(biāo)準(zhǔn)化特征向量為Ui=｛u1，u2，u3，u4，u5，u6｝T，由此u1，u2，u3，u4，u5，u6給出因素Bi相應(yīng)于A的偏好程度排序，通過計算得：

相應(yīng)的特征向量為：

Ui=｛0.19，0.15，0.23，0.16，0.25，0.27｝T

在一定的允許范圍內(nèi)，用隨機一致性指標(biāo)檢驗一致性，即：

表3 1～9階隨機一致性指標(biāo)RI值［3］

查表3可得，在新疆4種能源物流方式下，n=4時，RI=0.90，結(jié)合λmax=4.22，代入式（3）得：

C·R=0.081＜0.1

當(dāng)C·R＜0.1時，該判斷矩陣通過一致性檢驗。因此判定矩陣B是具有滿意的一致性，用C1，C2，C3，C4表示4種能源物流。針對新疆4種能源物流，同理方法求出指標(biāo)層（B）的6個影響因素（圖3）的權(quán)重系數(shù)，即為影響因素的最大特征值（表4）和對應(yīng)的特征向量矩陣C0。

表4 影響因素的最大特征值

再求組合權(quán)重系數(shù)，根據(jù)上述求得值Ui，則每個方案的組合權(quán)重系數(shù)W為：

由以上數(shù)據(jù)得出，新疆能源物流大通道方案優(yōu)化順序是：C4〉C3〉C2〉C1。

因此，為保證環(huán)境穩(wěn)定、新疆能源供需以及國家能源戰(zhàn)略等方面的實施，首先應(yīng)進(jìn)行新疆電網(wǎng)體系建設(shè)和利用，然后是管道物流體系的加強。根據(jù)各能源類型物流特點，進(jìn)行鐵路物流體系的規(guī)劃和建設(shè)。而公路作為短途能源物流的有效方式，主要在新疆地區(qū)內(nèi)得以完善。

2.4 新疆能源物流大通道優(yōu)化配置

2.4.1 能源轉(zhuǎn)化與物流成本

（1）煤炭與石油轉(zhuǎn)化

用新疆的煤代替油，其中資源要素主要包括煤炭資源和水資源。用煤炭生產(chǎn)1噸油品需要煤炭5噸，對年產(chǎn)300萬噸油品的煤制油工廠，原煤總計需求為6～12億噸，假定煤田的可采系數(shù)按50%計，配套煤礦的探明儲量應(yīng)當(dāng)不少12～24億噸。煤制油工藝需要消耗大量的水，用煤生產(chǎn)1噸油品需要消耗7噸水。另外，煤制油項目環(huán)保問題較為突出，不僅消耗大量的水和煤炭資源，而且同規(guī)模產(chǎn)能排放的CO2是石油化工行業(yè)的7～10倍，不合理的煤化工規(guī)劃將會直接破壞新疆生態(tài)環(huán)境，煤制油項目必須經(jīng)過嚴(yán)格管控［6］。

（2）煤炭與天然氣轉(zhuǎn)化

按照目前技術(shù)水平，以新疆長焰煤或褐煤制取合成天然氣，若低熱值為每立方米35 061千焦，即產(chǎn)千立方米天然氣耗煤3.73噸，消耗7噸水，產(chǎn)天然氣量與CO2排放量比例為1：1，總能量效率達(dá)56.9%。煤制天然氣消耗大量的煤炭和水資源，同時產(chǎn)生很多苯酚類有害物質(zhì)［7］。

（3）電力與煤炭轉(zhuǎn)化

豐富的煤炭資源為新疆煤電轉(zhuǎn)化提供資源基礎(chǔ)保障。然而煤電轉(zhuǎn)化中，耗水量也非?？捎^，經(jīng)計算，1噸煤可發(fā)電量約3 300度，環(huán)閉系統(tǒng)煤炭發(fā)電站每兆瓦時消耗的水量介于1 900～2 300公升（其中大部分水被蒸發(fā)掉）。

（4）煤層氣、煤制天然氣液化

為了使天然氣能源實現(xiàn)公路運輸或鐵路運輸，可將煤層氣和煤制天然氣進(jìn)行冷卻液化后裝罐在公路和鐵路上運輸。目前1度電平均液化3立方米天然氣，按新疆工業(yè)用電價格1.2元/度，未來規(guī)劃煤層氣產(chǎn)能：2015年5億立方米/年，2020年8億立方米/年；2030年17億立方米/年。新疆煤制天然氣規(guī)劃：2015年產(chǎn)能達(dá)到300億立方米/年；2020年達(dá)到600億立方米/年；2030年達(dá)到1 000億立方米/年，液化成本巨大［8］。

2.4.2 4種能源物流方式運輸成本

4種能源物流通道運輸成本，可按不同量綱進(jìn)行大約估計。天然氣管道運輸成本為每立方米1.6元左右［8］；電網(wǎng)運輸成本為輸電平均損耗，大約在7%～13%，此部分損耗列為主要運輸成本。鐵路運輸成本有兩種基價，分別為：13.8元/噸·公里和0.075 3元/噸·公里，按照平均3 000公里運輸半徑計算，運費為180元/噸。公路運輸成本，主要是以卡車每公里燃油費來計算，為一次線性增長，按照平均1 000公里運輸半徑計算，大約成本在350元/噸左右［8］。根據(jù)以上估算統(tǒng)一量化成本，數(shù)據(jù)見表5。

表5 4種能源運輸通道運輸成本［9-10］

2.4.3 4種能源物流方式優(yōu)化配置

根據(jù)新疆4種能源物流類型和物流成本、環(huán)境影響、產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)性，以及新疆國際能源戰(zhàn)略地位因素，采用線性規(guī)劃模型進(jìn)行優(yōu)化分析。

新疆能源物流體系優(yōu)化采用線性規(guī)劃的一般形式，目標(biāo)函數(shù)為：

約束條件為：

式（6）中目標(biāo)函數(shù)表示，在一定新疆能源物流總量情況下，如何對新疆各類能源物流按比例分配，使能源物流總成本、總物流能耗最低［11］。第一個約束條件是不同能源物流方式所產(chǎn)生的能耗（成本）；第二個約束條件是能源物流量；第三個約束條件是變量，為非負(fù)條件。

根據(jù)4種能源物流方式和二維最小化線性標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，結(jié)合第2.3節(jié)4種能源物流通道綜合權(quán)重系數(shù)的分析結(jié)果，以及第2.4.1和2.4.2節(jié)能源轉(zhuǎn)化與物流成本和4種能源物流方式運輸成本數(shù)據(jù)，構(gòu)建體系優(yōu)化參數(shù)表，如表6所示。

表6 新疆能源物流體系優(yōu)化參數(shù)表［12］

在新疆能源物流總量既定情況中，在未來總產(chǎn)量的預(yù)測結(jié)果為62 721.24萬噸標(biāo)煤的既定前提下，以整體最小物流成本模式，求出4種能源通道配置的優(yōu)化比例。按照上述線性規(guī)劃模型帶入相應(yīng)數(shù)值得出，未來優(yōu)化的新疆能源物流中，公路占比10.5%；鐵路21.5%；電網(wǎng)42%；管道26%。

3 結(jié)語

構(gòu)建優(yōu)化的能源物流大通道就是要基于新疆能源資源優(yōu)勢與區(qū)位效應(yīng)的結(jié)合，優(yōu)化好能源物流大通道體系，這是新疆能源戰(zhàn)略的重中之重。新疆4種能源物流優(yōu)先發(fā)展順序依次為：電網(wǎng)物流、管道物流、鐵路物流、公路物流；新疆能源總物流量中，公路10.5%左右、鐵路21.5%左右、電網(wǎng)42%左右、管道26%左右的分配應(yīng)為優(yōu)化配置模式。

［1］新疆統(tǒng)計局.新疆統(tǒng)計年鑒2010［M］.北京：中國統(tǒng)計出版社，2011.

［2］國家統(tǒng)計局.中國能源統(tǒng)計年鑒2012［M］.北京：中國統(tǒng)計出版社，2013.

［3］張麗峰.中國能源供求預(yù)測模型及發(fā)展對策研究［D］.北京：首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)，2006：108–111.

［4］王立杰，宋明智.巴基斯坦塔爾煤田開發(fā)的經(jīng)濟(jì)性分析［J］.煤炭經(jīng)濟(jì)研究，2012，32（4）：43–46.

［5］鄧聚龍.灰色理論基礎(chǔ)［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002.

［6］秦春艷，才博.新疆新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及對策研究［J］.安徽農(nóng)學(xué)通報，2009，15（22）：3–4.

［7］李北陵.新疆能源開發(fā)尤須正視水資源問題［N］.經(jīng)濟(jì)參考報，2007–08–07（3）.

［8］王志強.新疆物流產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究［D］.烏魯木齊：新疆財經(jīng)大學(xué)，2010.

［9］中國交通運輸協(xié)會.中國交通年鑒2010［M］.北京：人民交通出版社，2012.

［10］宋明智，王立杰.巴基斯坦塔爾煤田投資風(fēng)險綜合評價［J］.煤炭工程，2012（9）：133–136.

［11］努爾·白克力，王偉中，施爾畏，等.科技支撐引領(lǐng)新疆跨越發(fā)展戰(zhàn)略研究報告［R］.2012.

［12］曲福田.資源經(jīng)濟(jì)學(xué)［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2001.

編輯：鐘青

編輯部網(wǎng)址：http：//sk.swpuxb.com

Optimization of Energy Logistics Channels in Xinjiang

Song Mingzhi*
Institute of Nuclear and New Energy Technology，Tsinghua University，Haidian Beijing，100084，China

By estimating the total amount of energy supply in Xinjiang，we accounted demand for different types of energy in”standard coal”unit，and predicted the total amount of energy logistics in Xinjiang in the future.According to Xinjiang’s economy，environment，management，and National energy strategy and so on，the author suggests that logistics channels in Xinjiangshould be developedaccording topriority sequences asfollows:power grid，pipeline，railwayand highway.Then，the author calculated the cost of conversion and logistics of different types of energy with secondary curve fitting model and AHP，and according to the lowest cost principle，we propose an optimized proportion of the four logistics channels in Xinjiang:power grid 42%，pipeline 26%，railway 21.5%，and highway 10.5%.The optimized model of logistics development will contribute to further development of energy logistics and the sustainable utilization of energy in Xinjiang.

energy in Xinjiang；supply forecast；energy logistics；grand channel of energy

10.11885/j.issn.1674-5094.2015.04.23.01

1674-5094（2015）06-0025-06

F206

A

2015–04–23

宋明智（1974–），男（滿族），遼寧蓋州人，助理研究員，博士，研究方向：能源開發(fā)、產(chǎn)業(yè)規(guī)劃與管理。