環渤海地區LNG碼頭布局關鍵問題和選址研究*

房 卓，張民輝，沈 忱，齊 越，梅 蕾，姚海元

(1.交通運輸部規劃研究院，北京 100028；2.綜合交通規劃數字化實驗室，北京 100028)

環渤海地區(含遼寧、京津冀和山東)天然氣消費量占全國消費總量比重超過20%，區域天然氣消費和天然氣進口需求在冬季相對集中[1]，天然氣儲運設施在冬季供暖高峰期(高月高日)基本達到滿負荷運作、能力相對緊張。國家近年來相繼印發《關于加快儲氣設施建設和完善儲氣調峰輔助服務市場機制的意見》《關于加快推進天然氣儲備能力建設的實施意見》等政策意見，旨在著力解決儲氣能力嚴重不足和儲氣調峰機制不完善的問題，要求天然氣銷售企業、縣級以上地方人民政府及城鎮燃氣企業均需建立并具有相應的天然氣儲備能力；支持峰谷差大的地區梯次提高建設目標，優先建設地下儲氣庫、北方沿海液化天然氣(LNG)接收站和重點地區規模化LNG儲罐。因此，環渤海地區的LNG碼頭布局和建設對于保障北方地區供氣、完善我國天然氣多層次儲備體系建設具有雙重意義。

已有相關文獻中，王殿華等[2]對環渤海地區的油氣資源需求與供應進行了研究，并得出充分發揮環渤海港口優勢、提高油氣資源的供應能力等結論；趙倉龍等[3]、姚海元等[4]、張寶剛等[5]、李紅亮等[6]對LNG船舶通航對港口運營效率影響問題開展了定量研究；沈忱等[7-8]對單個港址LNG泊位組的運營效率開展了仿真研究；房卓等對環渤海地區LNG碼頭近中期合理通過能力進行了探討；孫家慶等[9]對我國LNG碼頭建設現狀及存在問題進行分析；張剛雄等[10]、丁國生等[11]對我國地下儲氣庫發展面臨的挑戰和對策進行分析，提出我國在天然氣供應中尚存在著季節性調峰矛盾日益突出、地下儲氣庫優質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渤海地區LNG碼頭布局研究的相關工作。本文通過對環渤海地區天然氣消費和供應特點、儲運體系建設現狀進行綜合分析，提出環渤海地區LNG碼頭布局選址的思路和方法；在此基礎上，綜合資源、通航等港址條件研究，提出區域LNG碼頭布局的重點港址建議。研究結論可為區域LNG碼頭布局、規劃等工作提供技術支撐。

1 區域天然氣供應和儲運體系發展現狀

1.1 區域消費和供應特點

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

在區域天然氣供應方面，沿海港口進口LNG已成為區域主力氣源，現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年接收量占區域供應總量比重超過30%，在冬季保供和調峰中發揮了重要作用。區域天然氣供應季節性峰谷差較大，冬季4個月(11月—次年2月)的LNG接卸量占全年比重高達50%～60%。2016—2019年環渤海地區5座接收站的月度接卸量變化趨勢見圖2。

1.2 區域儲氣設施建設現狀

目前環渤海地區地下儲氣庫群有效工作氣量僅占環渤海地區年度消費量約5.7%，現狀儲氣能力與國際平均儲氣能力水平(12%～15%)相比尚有較大差距，儲氣設施能力尚欠缺。現階段環渤海地區建成的LNG接收站配套罐數量多為2～4個、單罐罐容以16萬m3為主，各接收站投產儲罐總罐容約262萬m3，基本為正常生產周轉使用，欠缺季節性儲氣調峰能力。在東北亞地區中，地下儲氣庫不足的日本、韓國，均主要依托沿海LNG接收站建設儲氣調峰設施，其單個大型接收站的規模已超過我國環渤海地區各接收站的罐容總和，如：日本最大LNG接收站袖浦儲罐35個、罐容266萬m3；韓國最大接收站平澤儲罐23個、罐容336萬m3。綜上，為保障環渤海地區天然氣供給和儲氣能力建設，進一步擴大沿海LNG接收站數量、規模及其儲備罐容勢在必行。環渤海地區LNG接收站儲罐設施建設情況見表1。

表1 環渤海LNG接收站儲罐規模現狀

1.3 區域LNG接收站運營現狀

根據調研，2017—2019年區域LNG接收站月度到港船舶艘次變化趨勢見圖3。主要接收站在冬季高峰期已達滿負荷運作。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8～11艘次、碼頭已達滿負荷運作，冬季高月高日供應量最高超過4 200萬m3/d，其管線、氣化裝置等氣化外輸設施也均達到滿負荷運行。

圖3 2017—2019年環渤海地區LNG接收站月度到港船舶艘次

結合上述分析，環渤海地區天然氣儲運體系建設和運營特點總體如下：1)區域天然氣消費在我國占比高、增速快，在能源結構調整及“煤改氣”等政策持續推進下，未來消費需求仍會保持較大增速；2)天然氣消費需求在冬季呈現顯著的高峰季，現狀冬季高峰期LNG接收站的接收及氣化外輸設施能力已顯緊張、中遠期明顯不足；3)區域的儲氣調峰設施能力有較大欠缺。因此環渤海地區LNG接收站建設不僅需要增加數量、擴大能力，還需要加強具有儲備和調峰能力規模化港址的選址和布局。

2 LNG碼頭布局關鍵問題

2.1 空間上的重點考慮

環渤海地區在冬季易受強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)，對海上交通、油氣生產等均會帶來較大影響，港口作業受限往往與需求峰值重疊，冬季天然氣保供任務艱巨。因此，在LNG碼頭布局空間考慮中，需要注意加強黃海和近黃海側的港址布局，如煙臺港至青島港一帶，盡量降低冬季冰凍期惡劣天氣對碼頭供給能力的不利影響。

注：圖片源自國家衛星海洋應用中心官網。

2.2 碼頭布局規模

為確保強寒流持續期間不發生“氣荒”，預計十四五期環渤海地區接收站高月高日的供氣保障能力仍需提高至現有能力的2～4倍，如基于全年均衡進口總需求確定碼頭規模和能力，將無法有效保障高峰季的運輸需求，并將在高月高日期間出現巨大缺口。為此，研究提出“注重保障能力，提升資源效率，兼顧多重目標”的布局思路。在LNG碼頭布局和規模充分滿足地區高峰季運輸需求的基礎上，按連續多日不可靠船的不利氣象水文情況，測算接收站應急儲備罐容的基本需求，通過“卸船直供+釋放儲供”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罐聯合運營來完成。

在理想狀態下，環渤海地區連續高日期間總外輸需求(Th)由儲罐供給(Sh)與碼頭供給(Bh)聯合完成，見公式(1)。考慮到在此期間環渤海海域存在受大風、冰凍等惡劣氣象條件影響導致船舶連續數日無法靠泊的情形，額外增加的LNG應急儲備罐容(Sh)至少應能夠滿足連續數日(Dh)穩定供氣的要求，其余時間的氣源由碼頭接卸供給(Bh)。經該方法測算，環渤海地區需14～16個LNG泊位+一定的應急儲備罐容可保障“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為高月高日期間環渤海地區接收站氣化外輸總需求(億m3)；Sh為高月高日中出現持續惡劣天氣情況下的應急儲罐供給量(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為高月高日持續天數(d)，根據現狀可取10～20 d；Dw為高月高日中發生持續惡劣天氣的天數(d)，根據環渤海地區海域實際情況可取5～7 d；th為高月高日期間接收站日氣化外輸需求(億m3/d)，根據國家對環渤海地區LNG接收站日氣化外輸能力建設的要求進行復核；bh為單個LNG泊位一天供應量(億m3/d)，可按一個泊位每月接卸8～9艘16萬m3主力LNG船型測算，1個泊位1 d平均接卸量約折合0.3億～0.4億m3氣態天然氣；Nh為高月高日期間環渤海地區需要LNG泊位個數(個)。

2.3 單港址合理泊位規模

根據沿海港口LNG船舶進出港監管規則，LNG船舶進出港時需采取移動安全區及進出港管制等管理措施，因此會對所在港區的船舶進出港產生不同程度的影響；鑒于目前我國尚缺乏針對LNG泊位組和LNG船舶高密度通航的管理經驗，因此現階段單個港址LNG泊位建設和發展規模不宜過大，應結合港區規劃資源容量和航道條件充分研究論證，保障單個港址LNG規模合理適度；根據文獻[7-8]，在LNG港址具備專用航道條件下，基于目前一般通航規則，當單個港址LNG泊位達到4個時，LNG船舶進出港時自身之間亦受到明顯干擾，潛在運營風險較高。

2.4 大型接收站用地規模

現階段環渤海區域儲氣設施缺乏，針對LNG接收站均有儲氣設施建設的迫切需求，在大型接收站港址的選址和發展中應為接收站后方的儲罐設施、氣化裝置等用地規模留有余地，才能充分發揮接收站的碼頭、儲罐設施、氣化外輸設施等環節的系統能力。根據唐山港曹妃甸、天津港大港等大型接收站的氣化外輸能力建設計劃和建設經驗，測算得到大型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1億～2億m3)選址和發展需要1～2 km2的土地資源。具體分項測算見表2。

表2 大型接收站用地面積需求測算

3 選址思路和選址研究

為保障“十四五”期北方地區天然氣供應，圍繞能夠較快形成能力、加強空間保障等，提出選址思路：1)依托已建LNG港址擴建，盡快形成與既有碼頭相匹配的系統能力；2)依托已建LNG港址增建碼頭，同步推進儲罐等配套設施建設，可以較快形成能力；3)發揮黃海側港口的重要作用，在煙臺港—青島港等新增港址，盡量減少渤海灣內冬季惡劣天氣等可能產生的不利影響。

根據上述布局思路，綜合考慮岸線資源、土地資源、航道資源、與區域管網體系銜接等多方面要素，在地理位置和發展空間較好、建設條件較為成熟的港口，篩選了5～6處具備發展成為具有一定儲運規模和外輸能力的港址，形成以唐山港、天津港、煙臺港、青島港等為重點的發展格局。港址條件見表3。

表3 環渤海地區港址條件

4 結論

1)環渤海地區是我國天然氣主消費區之一，天然氣運輸需求在冬季集中，LNG進口需求季節不均衡性突出，冬季供氣高峰期LNG接收及氣化外輸設施能力較為緊張。

2)綜合環渤海地區天然氣儲運體系發展特點和供需特點，提出環渤海地區LNG碼頭布局規劃應重點考慮加強具有儲備和調峰能力的大型港址布局、碼頭布局規模應兼顧高峰期用氣需求、大型港址的選擇應具備一定的土地資源條件等四方面關鍵問題。

3)針對環渤海地區供氣冬季高峰特點，提出宜將冬季高峰期需求指標作為區域LNG碼頭能力供給的主要依據；研究提出環渤海地區高月高日的氣化外輸總需求(Th)應由儲罐供給(Sh)與碼頭供給(Bh)聯合完成的接卸-外輸平衡公式，以此測算提出了需14～16個LNG泊位并增加適當的應急儲備罐容，可保障“十四五”末期區域冬季天然氣供應需求。

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