基于北極航道全成本模型的液化天然氣進口船隊規模研究

壽建敏 周紫荊

(上海海事大學經濟管理學院, 上海 201306)

0 引言

近年來中國的天然氣消費需求呈擴張趨勢,且供應缺口逐年變大, 天然氣對外依賴度不斷攀升。中國進口天然氣主要通過液化天然氣(LNG)海運和管道氣運輸兩種方式, 其中海運進口的天然氣占比不斷提高。據預測, 未來中國LNG的進口量在2022年將達到8032.5萬噸, 并將持續增長,這使LNG進口來源的穩定性和可靠性成為關注的焦點。隨著北極天然氣資源的逐步開發、北極東北航道通航條件的日益改善, 以及中俄兩國在“冰上絲綢之路”上的合作深化, 從俄屬北極地區進口LNG已在近年變為現實。未來, 通過北極東北航道進行LNG海運進口將會成為我國緩解天然氣供應不足壓力, 促進能源安全的有效途徑。

在此背景下, 許多學者對北極航線的航運經濟可行性作了相關研究。蔡梅江等[1]從航行里程、節省船期的角度論證了北極航線的經濟優勢, 并且分析得出LNG船將會成為北極航道商業航行上的主流船型之一。駱巧云和壽建敏[2]對北極東北航線和傳統航線的LNG運輸進行比較, 從里程、航次、運輸成本三方面論證了北極東北航線LNG運輸的經濟性。此外, 船舶在通過北極東北航道的運輸過程中, 其冰級、起訖港等對于運輸的經濟性存在著一定的影響[3]。李振福等[4]基于海運里程和單船必要運費率兩方面分別比較了通過北極東北航線、蘇伊士運河航線、好望角航線進行跨亞歐LNG運輸的經濟性, 發現三條航線中北極東北航線的必要運費率更低, 更具運輸經濟性。徐海棟和鄭明非[5]對不同運輸模式下的北極LNG海運成本進行分析, 發現轉運模式下的LNG運輸較直運更為經濟。Koz’menko等[6]對比了俄羅斯北極地區的天然氣通過管道以及海上運輸的方式運往德國、中國、意大利、土耳其的運輸成本, 研究發現每0.1萬立方米天然氣海上運輸成本比管道氣平均低40.2%。Liu和 Kronbak[7]研究得出在破冰引航費用降低的情況下北極航線具有較大經濟性優勢, 且航行距離的縮短能夠減少碳排放。

綜合眾多學者針對北極東北航線經濟性的研究成果, 目前還存在著一些需深入研究的方面。(1)船舶航次成本并沒有按照東北航道各航段的冰情差異分別計算航速以及航行費用; (2)沒有充分考慮夏秋季節以及冬春季節對于航次時間和航行成本的影響; (3)目前的北極東北航線經濟性研究主要集中在單船的運輸成本上, 沒有結合現實運輸需求研究船隊配置的經濟性。在中俄共建“冰上絲綢之路”, 合作開發北極的大背景下, 未來中國將從北極地區不斷增加LNG的進口量。因此, 無論是從國際市場的角度還是從資源壟斷開采企業的角度運輸LNG ,都存在進行最佳運輸船型的選擇以及最經濟船隊規模配置的決策問題, 北極航運全成本的研究將為企業的內部成本控制、LNG合理定價、提高資源市場競爭力等方面提供科學的決策依據。

1 進口北極LNG的基礎條件

北極地區的豐富天然氣資源和中俄兩國不斷深入的天然氣項目合作, 為中國拓展氣源地, 并進口北極天然氣奠定了現實基礎。東北航道通航條件的逐步改善也為中國縮短能源進口距離、直接通過白令海峽航道進口俄屬北極地區的天然氣提供了基本運輸保障。

1.1 北極天然氣資源開發狀況

據美國地質調查局報告顯示北極天然氣待發現量是4.4×1014m3, 占世界未探明天然氣資源的30%[8]。主要北極國家的天然氣儲量以俄羅斯最為豐富, 而俄屬北極地區天然氣占俄總儲量的70%以上。俄羅斯已探明的天然氣儲量為3.8×1014m3, 2018年產量為6.965×1012m3, 2019年為9.201×1012m3, 預計到2035年開發比例將達到26%。

北極亞馬爾天然氣項目2020年產出LNG 1880萬噸。中俄雙方的天然氣供應合同約定2018—2038年, 亞馬爾項目將每年為中國供應300萬噸LNG。

2019年, 中俄雙方簽署的Arctic LNG-2合作項目將在亞馬爾-涅涅茨地區建造3條年產量660萬噸的LNG生產設施。2021年, 中國石油天然氣集團有限公司和中國海洋石油集團有限公司與俄羅斯諾瓦泰克公司簽署了LNG購銷協議, 購銷合同量為每年396萬噸。

未來北極地區天然氣資源的不斷開發, 為中國規模化進口LNG提供了來源保障, 從北極地區進口LNG的比重也將不斷提高。通過北極航道進口北極地區LNG的運輸距離將只有不足繞行蘇伊士運河的1/3, 因此, 充分利用北極航道是中國能源進口通道的重要保障之一。

1.2 北極海冰及航道通航現況

北極航道主要分為東北航道、西北航道以及中央航道。其中東北航道經過俄羅斯北部海域,從太平洋進入白令海峽, 自東向西依次途經楚科奇海、德朗海峽、東西伯利亞海、拉普捷夫海、維利基茨基海峽、喀拉海、巴倫支海, 到西面的摩爾曼斯克港或挪威北角。東北航道的海冰消融速度較其他航道更快, 并且通航條件更為良好。從亞馬爾地區到白令海是東北航道的主要部分,該段由俄羅斯管轄的航道被稱為北方海航道, 其水域邊界以及海域分布見圖1。

圖1 北方海航道水域邊界(基于俄羅斯北方海航道管理局地圖繪制)Fig.1.Boundary of the northern sea passage (drawing based on the map from The Northern Sea Route Administration)

航道冰情是影響北方海航道通航的主要因素。冬季時, 北方海航道中包括喀拉海、拉普捷夫海、東西伯利亞海、楚科奇海在內的海域冰情嚴重; 夏季時, 浮冰主要集中在維利基茨基海峽區域、桑尼科夫海峽區域、拉普捷夫海部分海域以及東西伯利亞海部分海域[1]。根據俄羅斯《北方海航道航行規則》, 經過北方海航道需要視冰情和船舶狀況繳納破冰引航費用。規則規定Arc7冰級的船舶可在夏秋季節獨立航行于所有海域, 冬春季節除喀拉海外的其他海域需在破冰引航服務下航行。而位于新西伯利亞群島的桑尼科夫海峽和德米特里·拉普捷夫海峽, 以及位于北地群島的維利基茨基海峽和肖考斯凱海峽為強制引航水域, 因此船舶在夏秋季節也需繳納一定的破冰引航費用[9]。

美國國家冰雪數據中心信息顯示北極海冰覆蓋范圍不斷縮小, 1978—2020年間以每年5.1%的速度線性減少。北極海冰的加速消融不僅有利于北極近海油氣資源的開發, 對于北極航道的通航窗口期、運輸條件都有正面的影響。

利用東北航道進行的海運活動分為跨北極運輸、以北極為起訖點的運輸等。利用北極東北航道進行海上運輸可以縮短航行距離、增加航次、降低航速、提高船舶能效以及減少溫室氣體排放。在東北航道通航條件改善的前提下, 各國開始利用東北航道進行商業運輸。東北航道的過境航次以及貨運量在近年都呈持續增大的趨勢(圖2), 過境貨運量由2015年的3.9萬噸上升至2020年的128.1萬噸。截至2020年, 從薩貝塔(Sabetta)港口運輸的LNG航次數為254次。自西向東運輸LNG的航次數為33次, 其中25個航次的目的地為中國, 這表明中國是北極天然氣在遠東市場的主要客戶之一。

圖2 2015—2020年東北航道過境貨運量Fig.2.Transit volume of Northeast Passage from 2015 to 2020

2 基于航運全成本的北極LNG船隊配置模型建立

2.1 北極LNG船隊船型配置思路

在進行北極運輸船隊船型配置研究的過程中,主要采取成本分析法對不同船型的船隊進行分析。20世紀70年代以后, 在國際航運中, 成本的構成被劃分為資金成本、經營成本以及航次成本。其中資金成本是指船舶購置資金, 一般來說可以將船舶年折舊費作為年度資金成本。經營成本是為保持船舶處于適航狀態所產生的經常性支出, 包括船員工資、船舶維修費、保險費用等。而航次成本是船舶從事特定航次的運輸所產生的費用, 包括燃油費、港口運河費、引航費用等。

由于北極航道的高緯度特性, 航道受自然條件影響在不同季節下存在不同的冰情。與此同時,不同航段在同一季節下冰情也不盡相同。因此,LNG船舶在不同季節以及冰區內不同航段上的航行速度均不相同, 對應的燃油消耗、航行時間也隨著季節和航段冰情發生變化。北極東北航道LNG運輸航線的冰區內航段分為喀拉海航段、拉普捷夫海航段、東西伯利亞海航段、楚科奇海航段, 具體分布見圖3。根據谷歌地圖測距可得北方海航道LNG運輸航線各航段長度分別為: 喀拉海航段146海里、拉普捷夫海航段696海里、東西伯利亞海航段577海里、楚科奇海航段374海里、暢水航段3810.53海里。

圖3 北方海航道LNG運輸航線航段分布(基于GS(2016)1611號的標準地圖繪制)Fig.3.Section distribution of LNG transportation routes in the North Sea Route (drawing based on the standard map of GS(2016)1611)

夏秋季節窗口時間內, 北方海海冰消融、浮冰較少, Arc7的船舶僅在喀拉海航段以及東西伯利亞海航段需要破冰引航服務; 冬春季節北方海航道冰情嚴重, 船舶在除喀拉海西南部的其他區域都需要破冰引航服務。船舶航行速度關系到航次時間, 并影響船隊構成的規模, 因此, 根據北極航道過往船舶的歷史航行數據, 結合各航段的冰情, 可以計算分析出LNG船舶在各航段的航行速度。當冰情嚴重時, 船舶航行速度由核動力破冰船船速確定, 一般為3～5節。不同季節各航段LNG船的航速及航行時間見表1。

表1 不同季節各航段LNG船的航速情況Table 1.Speed of the LNG vessel in different seasons and sections

此外, 北方海航道的引航費率在不同季節、不同航行區域也有不同的規定, 對航次成本有一定影響。綜合北極航道各航段航行時間、航段破冰引航狀況等, 通過模擬計算不同季節航段營運時間、各項耗費, 在全成本分析的基礎上構造北極航道LNG船隊船型配置模型, 以單位運輸成本最低為目標, 得出最具運輸經濟性的LNG船隊規模, 優化配置研究過程見圖4。

圖4 北極LNG船隊船型配置研究過程Fig.4.Establishment of the optimization model to deploy fleet of LNG vessels on the Arctic routes

2.2 LNG船隊優化配置模型建立

根據對北極航道LNG航線船隊優化配置過程的分析, 以北極LNG航線全航運成本的視角,建立北極LNG航線船隊船型優化配置模型, 并以單位LNG運輸成本作為優化指標來衡量不同裝載容量的船舶所組成船隊的運輸經濟性。模型構建的基本假設為: 同一支船隊都由同類大小的船型組成; 船舶冰級相同, 目前Arc7在北極航行最為普遍。由此, 可以通過模型分析比較得出最優運輸船隊構成。具體模型建立如下:

模型中f(X,M)、g(X,M)、h(X,M,V,N)、y(M,X,N)分別表示船隊的年資金成本、船隊年經營成本、船隊年航次成本以及船隊年LNG運輸量。其中,CLNG為單位LNG運輸成本,X為單船運輸規模,M為船隊規模,Q為LNG年目標運輸量,N為單船年航次數。公式(1)為最小單位LNG運輸成本的計算模型, 約束條件式(2)代表船隊的年運輸量要滿足年目標運輸需求以及船型選擇約束范圍條件, 在實際計算中可以考慮現實情況進行設定和選擇。年運輸量計算模型見式(3)。

式中,Nj為各季節單船航次數;Sj為各季節通航天數;θ1為LNG船實際裝載率;θ2為船舶營運天系數;Tj為各季節單船單航次時間, 2Tj為各季節單船往返航次時間;Tjk為單船單航次裝卸時間,k取1為裝, 取2為卸;e代表j的上界, 即季節數;Djd為北極東北航線上各航段距離;Vjd為船舶在不同季節不同航段上的航行速度;m代表d的上界, 即航線所劃分的航段數。

考慮到北極東北航道的通航條件在不同季節有較大差異, 并且各個航段的冰情不同, 在計算單船航次時間時考慮了季節以及航段對其的影響,因此式(4)是在計算各季節內單船航次數的基礎上計算了單船全年綜合航次數; 式(5)計算了各季節內船舶以不同航速經過東北航道各航段所需的時間, 并在此基礎上得出了單船單航次時間。船隊資金成本采取直線折舊建立計算模型, 見式(6)。

其中,P表示單船造價, 與單船運輸規模X有關;U表示單船殘值, 與單船運輸規模X有關;n為船舶的使用年限。

船隊經營成本計算模型見式(7), 包括了保險費用、維修費用、船員工資以及消耗品及備品費用。

式中,r1為年基本保險費率;r2為冰區附加險費率;r3為年維修提存費率; ?為單船船員人數;w為船員平均年工資;β為消耗品及備品占工資的百分比。

船隊年航次成本計算模型見式(8), 主要包括單船年燃油成本(Co)、單船年LNG燃料成本(Cl)、單船年潤滑油成本(Cr)、單船年引航費用(Cp)和單船年港口費用(Cg), 各部分航次成本的計算模型見公式(9)～(13), 其中式(10)～(12)體現了全成本模型基于季節和航段差異對LNG船的燃潤費以及引航費進行的計算。

式中,r4為燃油費率;a為主機耗油率;b為船舶功率;Tjd為單船在不同季節不同航段的航行時間;VX為船舶設計航速;r5為LNG燃料費率;θ3為船舶燃油與LNG消耗比率;θ4為LNG損耗率;r6為潤滑油費率;c為潤滑油耗油率;rjs為各季節東北航道各航段引航費率;Pjs為各季節北方海航道各海域需破冰引航概率, 其值取1或0;s為北方海航道各個海域;u為s的上界, 代表北方海航道的海域數;GT為船舶總噸;NT為船舶凈噸;r7為裝港與卸港系解纜費率之和;r8為裝港與卸港引航費率之和;rjk為裝/卸港停泊費率。

總體上, 北極LNG船隊船型優化配置模型的設計, 以不同季節和不同航段劃分為基礎, 并逐步展開進行模型構建(實際模型運算中可將全年分為夏秋季節和冬春季節兩個時期)。船隊的年航次數則通過船隊年目標運輸量和單船的裝載容量相結合進行運算, 得出基于不同航段和不同時期計算的單船年航次數后, 進一步結合船隊年航次數, 計算得出不同裝載容量大小的LNG船在滿足年目標運輸量下需要的船隊規模。進一步將不同季節不同規模的LNG船隊的航次成本進行合成計算分析, 以全成本為基礎, 分析得出船隊總運輸成本以及單位LNG運輸成本,通過比較擇優, 得出最具經濟性的LNG船隊船型配置。

3 北極LNG船隊船型配置模型優化運行

根據所構建的北極LNG運輸船隊配置模型,結合現實LNG運輸需求, 選取多個裝載容量(立方數)的LNG船型作為具體方案, 計算得出未來最具運輸經濟性的LNG船型以及船隊規模。

3.1 航線設定及目標運輸量確定

在通過北極東北航道進口LNG的航線中, 假設上海港為北極LNG進口運輸接收站, 航線設定為: 薩貝塔港—喀拉海—拉普捷夫海—東西伯利亞海—楚克奇海—白令海峽—上海。

年目標運輸量則根據統計數據和北極項目的進展確定。世界能源統計年鑒數據顯示2019年中國通過海運從俄羅斯進口的LNG占總進口量的3.9%, 并且該占比在近五年的平均增長率為57.1%[10], 因此可推算未來三年從俄羅斯進口的LNG占總進口量的比例將分別提高至6.17%、9.70%、15.3%。根據Clarkson公司[11]預測, 2020—2022年的海上LNG進口量將分別達到6417.5萬噸、7310萬噸、8032.5萬噸。綜合以上數據可以推算得出, 未來中國將從俄羅斯進口396萬～1229萬噸的LNG。在中國同俄羅斯簽訂天然氣供應合同的情況下, 北極亞馬爾項目每年將為中國提供300萬噸LNG; 北極LNG-2項目每年將為中國提供396萬噸LNG。綜合中國對俄羅斯液化LNG的需求預測以及合同確定的北極LNG供應量, 模型運行中采用700萬噸作為中國從北極進口LNG的年目標運輸量。

3.2 船舶冰級確定

根據哥白尼海洋環境監測系統數據, 目前東北航道沿線海域很少存在兩年及以上的多年冰,且歷年冬春季節海冰厚度可達1.2 m。從東北航道冰情角度出發, 結合各級抗冰船通航抗冰能力可知Arc7、Arc6抗冰船可在東北航道全年通航,Arc6以下的抗冰船需要破冰船協助引航, 各級抗冰船通航抗冰能力見表2。然而《北方海航道航行規則》規定在航道冰情嚴重時, Arc7等級以下的抗冰船即使在破冰船協助下也無法在其中部分航段通航。此外, 從北方海航道主要通航船舶冰級統計數據來看, Arc7抗冰船的航次數最多, 容易被船東接受。2019年北方海航道全年航次數為2694次, 其中Arc7抗冰船航次數為1030次。綜合以上因素, 本文采用認可度和覆蓋面廣的Arc7作為模型中船舶冰級。

表2 各級船舶通航抗冰能力Table 2.The navigable ice-resistant capability of ships with different ice class

3.3 模型運行的其他參數設置

根據航運市場的歷史數據分析, LNG船舶大型化趨勢明顯。因此, 分別選取裝載容量范圍在12萬～24萬立方米內, 且變化量為0.5萬立方米的24類LNG船型為船隊的配置變化量進行船隊運輸經濟性優化比較分析。X、GT、b、NT等變量與LNG船舶的裝載容量、性能有關, 其參數根據Clarkson公司LNG貿易與運輸報告中的實船以及天然氣體積質量換算公式進行分析選取。

俄羅斯北方海航道管理局將北方海航道的通航期分為夏秋季節(6—11月)和冬春季節(12月至次年5月), 在模型運算中也將采用這兩個時期的季節參數, 即j取1、2。此外, 北方海的破冰引航費率按7個區域進行分別收取, 因此s取1～7。Arc7船舶在北方海各區域引航費率見表3、4。基于北方海冰情的季節性特征以及北方海航道管理局的規定, 夏秋季節時, Arc7的LNG船舶除在拉普捷夫海西部、東西伯利亞海西南部需引航外,其余區域無需引航, 即P13=P15= 1,P11=P12=P14=P16=P17= 0; 冬春季節時, Arc7的船舶在喀拉海西南部以外的海域都需引航, 即P12=P13=P14=P15=P16=P17= 1,P11=0。根據現實情況, 模型其他相關參數的選取見表5。

表3 Arc7船舶在北方海各區域引航費率(船舶總噸: 40000～100000)Table 3.Icebreaking and pilotage rates in different regions of the Northern Sea Route for Arc7 class vessels (Gross ton:40000～100000)單位: 元/總噸

表4 Arc7船舶在北方海各區域引航費率(船舶總噸: ＞100000)Table 4.Icebreaking and pilotage rates in different regions of the Northern Sea Route for Arc7 class vessels (Gross ton:＞100000)單位: 元/總噸

表5 模型參數設置Table 5.Model parameter setting

續表

3.4 模型運行結果分析

3.4.1 季節對于北極航道LNG航線單船運輸經濟性的影響

不同季節對于北極LNG航線船舶的航速、燃油費、引航費等有著較大的影響, 總體來看冬春季節的單船航次成本遠高于夏秋季節, 平均高出173%。

由于船舶燃油的消耗同航速的三次方成正比,這使得航次成本中的燃油成本因為航速變化形成季節性變動, 即使低航速航行使得冬春季節航次時間延長, 但其航次燃油油耗并不比夏秋季節高。而船型越大, 船舶需要裝備更大功率的主機,因此航次燃油成本也越高, 見圖5, 夏季航次燃油成本整體比冬春季高, 并隨船型增大波動上升,冬春季相對穩定上升。

圖5 北極航道不同季節的單船航次燃油成本Fig.5.Fuel costs of per voyage in different seasons in the Arctic Passage

從北方海航道引航費看, 不同通航期收取的引航費用不同。船舶總噸在40000～100000之間的船舶, 夏秋季節的引航總費率為61.285元/總噸, 而冬春季節需引航區域的總費率高達473.944元/總噸。船舶總噸在100000以上的, 夏秋季節的引航總費率為36.771元/總噸, 而冬春季節需引航區域的總費率高達284.344元/總噸。在船舶總噸一定的情況下, 冬春季節的引航費用約為夏秋季節的7.74倍, 大大增加了航次成本。單船引航費用變化見圖6, 引航費用隨船舶增大而變化的趨勢中,冬春季節和夏秋季節存在著明顯的差距。除通航季節和引航區域外, 北方海航道對于引航費用還按船舶總噸進行分級設定費率。裝載容量為15.5萬立方米的船舶總噸突破100000, 引航費率大幅減少, 導致引航費大幅降低。因此, 通航季節對船舶引航費用的影響遠高于對船舶航次燃油費用的影響。

圖6 北極東北航道不同季節單船引航費用Fig.6.Single vessel pilotage fees in different seasons in the Arctic Northeast passage

全成本模型包括了燃料費、潤滑油費、引航費、港口費等在內的成本, 運算結果發現夏秋季節不同規模的單船往返航次總成本遠低于冬春季節, 見圖7。

圖7 基于全成本模型的北極東北航道不同季節單船航次成本Fig.7.Cost of single voyage in different seasons of the Arctic Northeast passage

3.4.2 不同船型的LNG船隊運輸經濟性比較

由于不同裝載容量的船舶實載貨量亦不同,完成700萬噸年運輸量的年航行總次數不同。船舶可裝載立方數越大, 完成700萬噸所需總航次越少, 相應的船隊單船數量就越少。全成本模型輸出的不同裝載立方數船舶組成的LNG船隊規模如圖8所示。隨著船舶裝載立方數的增加, 船隊數量規模逐漸變小, 但是船隊的裝載能力變化不大。

圖8 不同立方數船舶所配置船隊船舶數量(括號內數字為裝載能力, 單位為萬立方米)Fig.8.Number of ships in fleets with different cubic numbers (the number in brackets is the loading capacity and its unit is 10,000 cubic meters)

在利用北極東北航道進行年700萬噸的LNG運輸過程中, 船隊的航次成本在總運輸成本中占比最大, 主要原因是北方海航道高昂的引航費。而船隊年資金成本以及年經營成本在運輸總成本中占比卻較低。總成本及各項構成成本隨著單船規模的擴大, 其下降趨勢逐漸趨緩, 見圖9。

圖9 不同船型的船隊運輸成本比較Fig.9.Comparison of transportation costs of fleets with different ship types

船隊年航次成本隨著單船裝載立方數的增加,波動明顯。總體上, 在LNG單船裝載量越大, 船隊船舶數量越少的情況下, 船隊全年航次總成本越低。而下降過程中的波動與北方海航道按船舶總噸分級收取引航費用有關。同一收費區間的船舶總噸越大, 引航費用越高。船隊的資金成本即船隊年折舊費用在船型擴大, 船隊規模縮小的同時波動下降, 但趨勢不明顯。而船舶經營成本也隨著單船立方數的增加, 呈波動下降趨勢。

從模型輸出的單位運輸成本變化來看, 船隊的單位運輸成本隨著船型的增大而波動下降, 見圖10。因此, 船舶大型化使北極LNG運輸存在一定的規模經濟效應。在所輸入的所有船型中, 單船為24萬立方米所組成的船隊, 其單位LNG運輸成本最低, 每噸LNG的運輸成本為415.8元。因此在滿足LNG年目標運輸量700萬噸的前提條件下, 8艘24萬立方米船型組成的LNG船隊的配置方案最為經濟。目前中遠海運能源在亞馬爾項目中投資建設了14艘17.2萬立方米的ARC7冰級LNG船, 根據全成本模型運算對比現有運輸需求, 其運力還有過剩。

圖10 不同船型船隊單位運輸成本Fig.10.Unit transportation cost of fleets with different ship types

考慮到未來北極天然氣的開發情況以及我國日益擴大的LNG進口需求, 對全成本模型LNG目標運輸量分別變化為1000萬噸、1500萬噸, 并進一步對船型配置的經濟性展開研究, 經運算發現: 目標運輸量的變化會使不同船型的船隊規模發生變化, 但是其單位LNG運輸成本的變化趨勢保持不變。在所有船隊配置中, 仍然是由24萬立方米大小的LNG船型組成的船隊運輸經濟性最佳。這表明未來在北極LNG航線上, 通過增加24萬立方米LNG船的數量就能夠在保證經濟性的基礎上滿足擴張的LNG進口運輸需求。

3.5 北極東北航線LNG運輸趨勢分析

目前, 夏秋季節時, 中國通過北極東北航線從俄羅斯進口LNG; 冬春季節時, 中國通過蘇伊士運河運輸LNG。而隨著北極海冰的消融, 俄羅斯北方海航道通航期不斷延長, 使得北極東北航道全年通航成為可能。在北極天然氣開采力度不斷加大, 中國天然氣需求持續增長, 以及中俄能源合作不斷加深的背景下, 北極東北航線的LNG運輸量將會在未來持續增加。

據研究表明, 在全球氣候變暖的趨勢下, 北極的夏季氣溫上升程度有限, 冬季氣溫上升程度明顯。因此北極海冰變化也存在季節性差異, 冬季海冰覆蓋范圍以及海冰厚度改善程度較大。相應地, 冬季通航條件的改善將較夏季更明顯, 在航次時間明顯縮短以及船舶航次數增加的條件下, 北極東北航線冬季的LNG運輸量將有大幅的增加。北極東北航線LNG運輸量將在季節上逐漸均衡。

在一定的運輸量下, 對約束范圍內不同容量的船舶進行船隊組合以及運輸成本的分析結果表明, 船型越大, 運輸經濟性越佳。將目標運輸量變化增加后進行的分析計算結果表明, 由24萬立方米的LNG船舶組成的船隊, 即使相對船舶數量規模較小也能在保證經濟性的基礎上滿足未來擴張的LNG運輸需求。因此未來北極東北航線上LNG的運輸船隊將向船型大型化、規模精減化發展。

4 結論

本文綜合考慮了不同季節以及北極航道各航段差異對于船隊運輸經濟性的影響, 基于全成本構建了北極LNG航線船隊船型配置模型。通過模型運算, 對滿足年進口運輸量700萬噸的案例進行了詳細分析, 選取了不同裝載立方數的船型參數, 計算了其對應的船隊規模。分析了不同規模單船組成的船隊總成本, 并以單位運輸成本為優選指標, 對比分析了各種組合的船隊從北極薩貝塔港出發, 通過北極東北航道進口LNG的經濟性。得出的主要結論如下。

1.全成本模型的構建為北極航道分季節、分航段的復雜組成奠定了經濟性分析的基礎, 也為冰雪航道船隊運營決策提供了解決方法。通過北極航道復雜性研究構造的航運全成本模型具備了開放式結構, 并以船隊分析為基礎, 以成本最小化為目標, 為泛航道經濟性研究提供了理論分析基礎。

2.通過全成本模型運算, 不同通航季節對北極航行船舶的運輸經濟性存在著差距較大的影響。冬春季節的單船往返航次中的燃油成本要低于夏秋季節。而冬春季節的引航費卻是夏秋季節的約7.74倍。綜合來看, 冬春季節的航次成本遠高于夏秋季節。結合冬春季節航次時間長、東北航道冰情嚴重, 危險因素多等的原因, 船隊在安排航次時應考慮季節因素, 謹慎選擇通航期。

3.總體上, 船型越大, 實載貨量越多, 完成年運輸需求的航次數越少, 相應的船隊單船數量規模越小。而隨著船隊中單船可裝載立方數的增加, 船隊的航次成本、經營成本、資金成本都呈總體下降趨勢, 且下降過程中略有波動。可見,LNG船舶的大型化對于利用北極東北航道進口LNG具有一定的規模經濟效應。在完成700萬噸進口運輸量案例的模型運算比較中, 由8艘24萬立方米LNG船組成的船隊組合, 其運輸經濟性最好, 單位運輸成本最低。并且應對未來LNG進口需求的增長, 亦可通過增加24萬立方米LNG船型的數量來滿足擴張, 并保證其經濟性。

4.在船隊運輸中, 北極航道航運全成本中的航次成本所占比重最大。主要原因是經過北極東北航道需要繳納高額的引航費用, 因此引航費率對于船隊的年運輸總成本影響最大。目前可以通過多艘商船共同租用破冰船的方式節約破冰費用,但這需與北極航道高度商業化通航的基本條件相配合, 而共享破冰船的商業模式也會使航次時間進一步延長。未來若能通過中俄合作使俄羅斯北方海航道管理局調整降低引航費率, 將節約單船的航次成本以及船隊的年運輸總成本。

隨著中俄兩國共建“冰上絲綢之路”的合作深化, 北極天然氣資源的進一步開發以及北極東北航道通航條件的不斷改善, 中國從俄羅斯增加LNG進口是一種必然趨勢。基于這種現實基礎和對未來的展望, 在組建船隊組合時應以航運全成本模型運算為理論基礎, 決策選擇單位運輸成本最低的運輸船隊, 并在夏秋季節投放更多的船舶進行航行活動。