環(huán)渤海地區(qū)LNG碼頭布局關(guān)鍵問題和選址研究*

房 卓，張民輝，沈 忱，齊 越，梅 蕾，姚海元

(1.交通運(yùn)輸部規(guī)劃研究院，北京 100028；2.綜合交通規(guī)劃數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室，北京 100028)

環(huán)渤海地區(qū)(含遼寧、京津冀和山東)天然氣消費(fèi)量占全國消費(fèi)總量比重超過20%，區(qū)域天然氣消費(fèi)和天然氣進(jìn)口需求在冬季相對(duì)集中[1]，天然氣儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施在冬季供暖高峰期(高月高日)基本達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)作、能力相對(duì)緊張。國家近年來相繼印發(fā)《關(guān)于加快儲(chǔ)氣設(shè)施建設(shè)和完善儲(chǔ)氣調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制的意見》《關(guān)于加快推進(jìn)天然氣儲(chǔ)備能力建設(shè)的實(shí)施意見》等政策意見，旨在著力解決儲(chǔ)氣能力嚴(yán)重不足和儲(chǔ)氣調(diào)峰機(jī)制不完善的問題，要求天然氣銷售企業(yè)、縣級(jí)以上地方人民政府及城鎮(zhèn)燃?xì)馄髽I(yè)均需建立并具有相應(yīng)的天然氣儲(chǔ)備能力；支持峰谷差大的地區(qū)梯次提高建設(shè)目標(biāo)，優(yōu)先建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫、北方沿海液化天然氣(LNG)接收站和重點(diǎn)地區(qū)規(guī)?；疞NG儲(chǔ)罐。因此，環(huán)渤海地區(qū)的LNG碼頭布局和建設(shè)對(duì)于保障北方地區(qū)供氣、完善我國天然氣多層次儲(chǔ)備體系建設(shè)具有雙重意義。

已有相關(guān)文獻(xiàn)中，王殿華等[2]對(duì)環(huán)渤海地區(qū)的油氣資源需求與供應(yīng)進(jìn)行了研究，并得出充分發(fā)揮環(huán)渤海港口優(yōu)勢(shì)、提高油氣資源的供應(yīng)能力等結(jié)論；趙倉龍等[3]、姚海元等[4]、張寶剛等[5]、李紅亮等[6]對(duì)LNG船舶通航對(duì)港口運(yùn)營效率影響問題開展了定量研究；沈忱等[7-8]對(duì)單個(gè)港址LNG泊位組的運(yùn)營效率開展了仿真研究；房卓等對(duì)環(huán)渤海地區(qū)LNG碼頭近中期合理通過能力進(jìn)行了探討；孫家慶等[9]對(duì)我國LNG碼頭建設(shè)現(xiàn)狀及存在問題進(jìn)行分析；張剛雄等[10]、丁國生等[11]對(duì)我國地下儲(chǔ)氣庫發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)和對(duì)策進(jìn)行分析，提出我國在天然氣供應(yīng)中尚存在著季節(jié)性調(diào)峰矛盾日益突出、地下儲(chǔ)氣庫優(yōu)質(zhì)庫源缺乏和建庫難度大等主要問題。

綜上，已有研究尚未見涉及環(huán)渤海地區(qū)LNG碼頭布局研究的相關(guān)工作。本文通過對(duì)環(huán)渤海地區(qū)天然氣消費(fèi)和供應(yīng)特點(diǎn)、儲(chǔ)運(yùn)體系建設(shè)現(xiàn)狀進(jìn)行綜合分析，提出環(huán)渤海地區(qū)LNG碼頭布局選址的思路和方法；在此基礎(chǔ)上，綜合資源、通航等港址條件研究，提出區(qū)域LNG碼頭布局的重點(diǎn)港址建議。研究結(jié)論可為區(qū)域LNG碼頭布局、規(guī)劃等工作提供技術(shù)支撐。

1 區(qū)域天然氣供應(yīng)和儲(chǔ)運(yùn)體系發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 區(qū)域消費(fèi)和供應(yīng)特點(diǎn)

環(huán)渤海地區(qū)是我國天然氣的主要消費(fèi)區(qū)，近年來天然氣消費(fèi)量占全國消費(fèi)量的比重一直超過20%，2010年以來區(qū)域消費(fèi)量年均增速15%、高于全國約3%。2010—2019年環(huán)渤海地區(qū)天然氣消費(fèi)量變化情況見圖1。

在區(qū)域天然氣供應(yīng)方面，沿海港口進(jìn)口LNG已成為區(qū)域主力氣源，現(xiàn)狀已建成大連鲇魚灣、唐山曹妃甸、天津大港、天津南疆和青島董家口5座LNG接收站，LNG年接收量占區(qū)域供應(yīng)總量比重超過30%，在冬季保供和調(diào)峰中發(fā)揮了重要作用。區(qū)域天然氣供應(yīng)季節(jié)性峰谷差較大，冬季4個(gè)月(11月—次年2月)的LNG接卸量占全年比重高達(dá)50%～60%。2016—2019年環(huán)渤海地區(qū)5座接收站的月度接卸量變化趨勢(shì)見圖2。

1.2 區(qū)域儲(chǔ)氣設(shè)施建設(shè)現(xiàn)狀

目前環(huán)渤海地區(qū)地下儲(chǔ)氣庫群有效工作氣量?jī)H占環(huán)渤海地區(qū)年度消費(fèi)量約5.7%，現(xiàn)狀儲(chǔ)氣能力與國際平均儲(chǔ)氣能力水平(12%～15%)相比尚有較大差距，儲(chǔ)氣設(shè)施能力尚欠缺?，F(xiàn)階段環(huán)渤海地區(qū)建成的LNG接收站配套罐數(shù)量多為2～4個(gè)、單罐罐容以16萬m3為主，各接收站投產(chǎn)儲(chǔ)罐總罐容約262萬m3，基本為正常生產(chǎn)周轉(zhuǎn)使用，欠缺季節(jié)性儲(chǔ)氣調(diào)峰能力。在東北亞地區(qū)中，地下儲(chǔ)氣庫不足的日本、韓國，均主要依托沿海LNG接收站建設(shè)儲(chǔ)氣調(diào)峰設(shè)施，其單個(gè)大型接收站的規(guī)模已超過我國環(huán)渤海地區(qū)各接收站的罐容總和，如：日本最大LNG接收站袖浦儲(chǔ)罐35個(gè)、罐容266萬m3；韓國最大接收站平澤儲(chǔ)罐23個(gè)、罐容336萬m3。綜上，為保障環(huán)渤海地區(qū)天然氣供給和儲(chǔ)氣能力建設(shè)，進(jìn)一步擴(kuò)大沿海LNG接收站數(shù)量、規(guī)模及其儲(chǔ)備罐容勢(shì)在必行。環(huán)渤海地區(qū)LNG接收站儲(chǔ)罐設(shè)施建設(shè)情況見表1。

表1 環(huán)渤海LNG接收站儲(chǔ)罐規(guī)模現(xiàn)狀

1.3 區(qū)域LNG接收站運(yùn)營現(xiàn)狀

根據(jù)調(diào)研，2017—2019年區(qū)域LNG接收站月度到港船舶艘次變化趨勢(shì)見圖3。主要接收站在冬季高峰期已達(dá)滿負(fù)荷運(yùn)作。以唐山港曹妃甸接收站為例，在冬季高峰月，碼頭月均接卸LNG船舶達(dá)8～11艘次、碼頭已達(dá)滿負(fù)荷運(yùn)作，冬季高月高日供應(yīng)量最高超過4 200萬m3/d，其管線、氣化裝置等氣化外輸設(shè)施也均達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行。

圖3 2017—2019年環(huán)渤海地區(qū)LNG接收站月度到港船舶艘次

結(jié)合上述分析，環(huán)渤海地區(qū)天然氣儲(chǔ)運(yùn)體系建設(shè)和運(yùn)營特點(diǎn)總體如下：1)區(qū)域天然氣消費(fèi)在我國占比高、增速快，在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整及“煤改氣”等政策持續(xù)推進(jìn)下，未來消費(fèi)需求仍會(huì)保持較大增速；2)天然氣消費(fèi)需求在冬季呈現(xiàn)顯著的高峰季，現(xiàn)狀冬季高峰期LNG接收站的接收及氣化外輸設(shè)施能力已顯緊張、中遠(yuǎn)期明顯不足；3)區(qū)域的儲(chǔ)氣調(diào)峰設(shè)施能力有較大欠缺。因此環(huán)渤海地區(qū)LNG接收站建設(shè)不僅需要增加數(shù)量、擴(kuò)大能力，還需要加強(qiáng)具有儲(chǔ)備和調(diào)峰能力規(guī)?；壑返倪x址和布局。

2 LNG碼頭布局關(guān)鍵問題

2.1 空間上的重點(diǎn)考慮

環(huán)渤海地區(qū)在冬季易受強(qiáng)冷空氣和寒潮天氣影響，渤海灣、遼東灣、萊州灣大部分海域極易遭遇大面積冰凍(圖4)，對(duì)海上交通、油氣生產(chǎn)等均會(huì)帶來較大影響，港口作業(yè)受限往往與需求峰值重疊，冬季天然氣保供任務(wù)艱巨。因此，在LNG碼頭布局空間考慮中，需要注意加強(qiáng)黃海和近黃海側(cè)的港址布局，如煙臺(tái)港至青島港一帶，盡量降低冬季冰凍期惡劣天氣對(duì)碼頭供給能力的不利影響。

注：圖片源自國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心官網(wǎng)。

2.2 碼頭布局規(guī)模

為確保強(qiáng)寒流持續(xù)期間不發(fā)生“氣荒”，預(yù)計(jì)十四五期環(huán)渤海地區(qū)接收站高月高日的供氣保障能力仍需提高至現(xiàn)有能力的2～4倍，如基于全年均衡進(jìn)口總需求確定碼頭規(guī)模和能力，將無法有效保障高峰季的運(yùn)輸需求，并將在高月高日期間出現(xiàn)巨大缺口。為此，研究提出“注重保障能力，提升資源效率，兼顧多重目標(biāo)”的布局思路。在LNG碼頭布局和規(guī)模充分滿足地區(qū)高峰季運(yùn)輸需求的基礎(chǔ)上，按連續(xù)多日不可靠船的不利氣象水文情況，測(cè)算接收站應(yīng)急儲(chǔ)備罐容的基本需求，通過“卸船直供+釋放儲(chǔ)供”的方式保障高月高日的氣化外輸需求，即：接收站氣化外輸極端需求將由碼頭和儲(chǔ)罐聯(lián)合運(yùn)營來完成。

在理想狀態(tài)下，環(huán)渤海地區(qū)連續(xù)高日期間總外輸需求(Th)由儲(chǔ)罐供給(Sh)與碼頭供給(Bh)聯(lián)合完成，見公式(1)?？紤]到在此期間環(huán)渤海海域存在受大風(fēng)、冰凍等惡劣氣象條件影響導(dǎo)致船舶連續(xù)數(shù)日無法靠泊的情形，額外增加的LNG應(yīng)急儲(chǔ)備罐容(Sh)至少應(yīng)能夠滿足連續(xù)數(shù)日(Dh)穩(wěn)定供氣的要求，其余時(shí)間的氣源由碼頭接卸供給(Bh)。經(jīng)該方法測(cè)算，環(huán)渤海地區(qū)需14～16個(gè)LNG泊位+一定的應(yīng)急儲(chǔ)備罐容可保障“十四五”期高月高日需求。

Th=Sh+Bh

(1)

其中Th=Dhth

(2)

Sh=Dwth

(3)

Bh=(Dh-Dw)bhNh

(4)

式中：Th為高月高日期間環(huán)渤海地區(qū)接收站氣化外輸總需求(億m3)；Sh為高月高日中出現(xiàn)持續(xù)惡劣天氣情況下的應(yīng)急儲(chǔ)罐供給量(億m3)；Bh為高月高日中非惡劣天氣情況下的通過碼頭直接接卸的供給量(億m3)；Dh為高月高日持續(xù)天數(shù)(d)，根據(jù)現(xiàn)狀可取10～20 d；Dw為高月高日中發(fā)生持續(xù)惡劣天氣的天數(shù)(d)，根據(jù)環(huán)渤海地區(qū)海域?qū)嶋H情況可取5～7 d；th為高月高日期間接收站日氣化外輸需求(億m3/d)，根據(jù)國家對(duì)環(huán)渤海地區(qū)LNG接收站日氣化外輸能力建設(shè)的要求進(jìn)行復(fù)核；bh為單個(gè)LNG泊位一天供應(yīng)量(億m3/d)，可按一個(gè)泊位每月接卸8～9艘16萬m3主力LNG船型測(cè)算，1個(gè)泊位1 d平均接卸量約折合0.3億～0.4億m3氣態(tài)天然氣；Nh為高月高日期間環(huán)渤海地區(qū)需要LNG泊位個(gè)數(shù)(個(gè))。

2.3 單港址合理泊位規(guī)模

根據(jù)沿海港口LNG船舶進(jìn)出港監(jiān)管規(guī)則，LNG船舶進(jìn)出港時(shí)需采取移動(dòng)安全區(qū)及進(jìn)出港管制等管理措施，因此會(huì)對(duì)所在港區(qū)的船舶進(jìn)出港產(chǎn)生不同程度的影響；鑒于目前我國尚缺乏針對(duì)LNG泊位組和LNG船舶高密度通航的管理經(jīng)驗(yàn)，因此現(xiàn)階段單個(gè)港址LNG泊位建設(shè)和發(fā)展規(guī)模不宜過大，應(yīng)結(jié)合港區(qū)規(guī)劃資源容量和航道條件充分研究論證，保障單個(gè)港址LNG規(guī)模合理適度；根據(jù)文獻(xiàn)[7-8]，在LNG港址具備專用航道條件下，基于目前一般通航規(guī)則，當(dāng)單個(gè)港址LNG泊位達(dá)到4個(gè)時(shí)，LNG船舶進(jìn)出港時(shí)自身之間亦受到明顯干擾，潛在運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)較高。

2.4 大型接收站用地規(guī)模

現(xiàn)階段環(huán)渤海區(qū)域儲(chǔ)氣設(shè)施缺乏，針對(duì)LNG接收站均有儲(chǔ)氣設(shè)施建設(shè)的迫切需求，在大型接收站港址的選址和發(fā)展中應(yīng)為接收站后方的儲(chǔ)罐設(shè)施、氣化裝置等用地規(guī)模留有余地，才能充分發(fā)揮接收站的碼頭、儲(chǔ)罐設(shè)施、氣化外輸設(shè)施等環(huán)節(jié)的系統(tǒng)能力。根據(jù)唐山港曹妃甸、天津港大港等大型接收站的氣化外輸能力建設(shè)計(jì)劃和建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，測(cè)算得到大型LNG接收站(年接收能力在1 000萬～2 000萬t、日氣化外輸能力達(dá)1億～2億m3)選址和發(fā)展需要1～2 km2的土地資源。具體分項(xiàng)測(cè)算見表2。

表2 大型接收站用地面積需求測(cè)算

3 選址思路和選址研究

為保障“十四五”期北方地區(qū)天然氣供應(yīng)，圍繞能夠較快形成能力、加強(qiáng)空間保障等，提出選址思路：1)依托已建LNG港址擴(kuò)建，盡快形成與既有碼頭相匹配的系統(tǒng)能力；2)依托已建LNG港址增建碼頭，同步推進(jìn)儲(chǔ)罐等配套設(shè)施建設(shè)，可以較快形成能力；3)發(fā)揮黃海側(cè)港口的重要作用，在煙臺(tái)港—青島港等新增港址，盡量減少渤海灣內(nèi)冬季惡劣天氣等可能產(chǎn)生的不利影響。

根據(jù)上述布局思路，綜合考慮岸線資源、土地資源、航道資源、與區(qū)域管網(wǎng)體系銜接等多方面要素，在地理位置和發(fā)展空間較好、建設(shè)條件較為成熟的港口，篩選了5～6處具備發(fā)展成為具有一定儲(chǔ)運(yùn)規(guī)模和外輸能力的港址，形成以唐山港、天津港、煙臺(tái)港、青島港等為重點(diǎn)的發(fā)展格局。港址條件見表3。

表3 環(huán)渤海地區(qū)港址條件

4 結(jié)論

1)環(huán)渤海地區(qū)是我國天然氣主消費(fèi)區(qū)之一，天然氣運(yùn)輸需求在冬季集中，LNG進(jìn)口需求季節(jié)不均衡性突出，冬季供氣高峰期LNG接收及氣化外輸設(shè)施能力較為緊張。

2)綜合環(huán)渤海地區(qū)天然氣儲(chǔ)運(yùn)體系發(fā)展特點(diǎn)和供需特點(diǎn)，提出環(huán)渤海地區(qū)LNG碼頭布局規(guī)劃應(yīng)重點(diǎn)考慮加強(qiáng)具有儲(chǔ)備和調(diào)峰能力的大型港址布局、碼頭布局規(guī)模應(yīng)兼顧高峰期用氣需求、大型港址的選擇應(yīng)具備一定的土地資源條件等四方面關(guān)鍵問題。

3)針對(duì)環(huán)渤海地區(qū)供氣冬季高峰特點(diǎn)，提出宜將冬季高峰期需求指標(biāo)作為區(qū)域LNG碼頭能力供給的主要依據(jù)；研究提出環(huán)渤海地區(qū)高月高日的氣化外輸總需求(Th)應(yīng)由儲(chǔ)罐供給(Sh)與碼頭供給(Bh)聯(lián)合完成的接卸-外輸平衡公式，以此測(cè)算提出了需14～16個(gè)LNG泊位并增加適當(dāng)?shù)膽?yīng)急儲(chǔ)備罐容，可保障“十四五”末期區(qū)域冬季天然氣供應(yīng)需求。

4)圍繞環(huán)渤海地區(qū)“十四五”期天然氣保供需求，立足盡快形成LNG接卸能力，提出環(huán)渤海地區(qū)大型LNG碼頭選址應(yīng)綜合考慮岸線資源、土地資源、航道資源、新增用海需求以及與區(qū)域管網(wǎng)體系銜接等港址條件要素；研究提出形成以唐山港、天津港、煙臺(tái)港、青島港等為重點(diǎn)的發(fā)展格局。