沿海港口LNG 加注站选址综合评价方法研究

时间：2024-07-28

赵鑫哲，丁文涛，苏孟超，彭云，宋向群

（1.大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连 116024；2.交通运输部规划研究院，北京 100028)

引言

绿色航运已成为当今水运业发展的迫切需求，而液化天然气（LNG）燃料由于其丰富的储量及良好的减排效果，目前已成为各大船公司未来重要的动力选择。根据克拉克森统计数据显示，近5 年来全球新造船订单中LNG 动力船舶的占比逐年快速增长，2021 年订单比重已接近12 %。着眼于未来大批LNG 动力船舶的加注需求，鹿特丹港、新加坡港等港口均逐步增设LNG 加注设施，致力于打造国际LNG 加注中心，以进一步巩固国际航运体系枢纽地位。

我国虽早在2010 年便相继开展了20 余项专项试点项目推进LNG 燃料在航运业的应用，但重心主要集中于内河LNG 加注设施的推广[1-2]。截至目前，我国仅在深圳盐田港规划了海上国际LNG 加注中心[3]，长三角及环渤海区域港口尚无LNG 加注站规划，难以满足未来远洋LNG 动力船舶的加注需求。为提升我国沿海港口LNG 加注保障能力，迫切需要在地理位置优越、基础设施条件突出的沿海枢纽港口增设港口LNG 加注站。同时我国最新发布的《船舶液化天然气加注站设计标准》[4]仅适用于江河湖泊水域的LNG 加注站设计，尚未出台针对性规范指导沿海港口LNG 加注站的设计规划。因此有必要对沿海港口LNG 加注站选址问题进行研究，为相关规范的制定提供参考。

近年以来，国内外学者对于港口LNG 加注站选址布置进行了探索与研究。刘志仁等[5]对我国内河水上LNG 加注站选址的限制因素及注意事项进行了探讨，总结出5 类利于内河LNG 加注站规划布置的站址。刘国良等[6]结合燃料需求预测及不同河段船舶密集度提出了广东省内河LNG 加注站布置方案。胡勇等[7]从适应性、安全性和经济性三方面对内河LNG 加注站选址因素进行分析。杨越[8]以经济成本最小化为目标构造重心法函数对LNG加注锚点位置进行求解，并从经济性、投资性、安全性、其他性四方面通过专家测评对沿海LNG 加注站规划选址进行评价。Lu 等[9]考虑LNG 加注时间，待加注船舶数量，LNG 加注船的航行距离等因素，运用连续模糊偏好关系法进行分析，选取釜山港作为韩国LNG 加注站站址。综上，目前关于LNG加注站选址评价研究较少，且我国港口LNG 加注站的相关研究多针对于内河港口，还需进一步研究沿海港口LNG 加注站选址评价方法。

为此，本文充分考虑自然因素、基础设施因素、经济因素、安全因素及政策因素五方面因素，并应用序关系分析（G1）法对指标权重进行确定，形成一套加注站选址评价方法，对沿海港口LNG 加注站规划建设具有一定意义。

1 选址综合评价方法

1.1 评价指标体系

为对LNG 加注站选址进行客观全面的评价，研究查阅了《液化天然气燃料加注作业指南》、《LNG bunker infrastructure》[10-11]等国内外标准指南。LNG加注站选址受自然条件、基础设施情况、运营安全性、经济性以及政府支持政策[12]等多方面因素影响。同时考虑LNG 储运功能的相似性，研究参考了LNG 接收站选址相关研究成果作为补充[13]。本文从自然因素、基础设施因素、经济因素、安全因素及政策因素五方面建立综合评价指标体系。

1）自然因素

考虑加注作业受区域风浪流条件的限制[4]，自然因素主要以港区周边自然环境对LNG 加注作业的影响情况进行评价，具体指标包括风况、波浪、水深条件等。

2）基础设施因素

针对快速增长的LNG 动力船舶数量，沿海港口LNG 加注站应建设完备的LNG 接卸设施设备。同时港区对外综合交通条件应较为完善，拥有良好的交通条件[14]。因此基础设施因素主要考虑各个港区现有LNG 接收、储存设施条件以及对外集疏运支撑条件，具体指标包括LNG 储存能力、LNG 码头能力、公路运输条件、铁路运输条件等。

3）经济因素

燃料成本及区域发展情况对港口LNG 加注站的持续发展起关键作用，因此经济因素主要考虑各个港区LNG 燃料供应成本以及腹地经济情况，具体指标包括LNG 接收站布置、到岸气价、直接腹地国内生产总值、直接腹地进出口总额等。

4）安全因素

安全因素主要考虑LNG 作为可燃气体泄漏引发的安全隐患。LNG 装卸作业中泄漏扩散进而导致气云爆炸可形成半径为60 m 的死亡区、150 m 的重伤区以及380 m 的轻伤区[15]。因此安全因素以港区附近各类设施的安全距离作为评价指标，包括人口居住区距离、自然保护区距离等。

5）政策因素

沿海LNG 加注站目前还处于发展初期，相关产业体系还未建立，上位规划的指导及相关支持政策的设置对于加注站的稳定发展起到重要作用[16]。因此政策因素主要考虑各个港区所配套的支持性政策及规划，具体指标包括保税区设置、规划功能区符合性等。

综上，构建沿海港口LNG 加注站选址评价指标体系，见表1。

表1 沿海港口LNG 加注站选址评价指标体系

1.2 数据处理

本文根据评价指标体系中各指标的原始统计数据类型，基于三种数据处理方法进行分类处理。

1）统计数据指标：指直接应用统计数据进行评价的指标（C1、C2、C3、C4、C5、C9、C10、C11），本文采用Z-Score 标准化方法对数据进行处理。Z-Score 标准化通过将多组数据转化为均值为0，标准差为1 的标准数据，提高了数据可比性，削弱了数据解释性[17]。标准化公式如下：

式中：Xi,j为指标Ci的第j个备选港区的直接统计数据；为指标Ci的平均值；σi为指标Ci的标准差；X*i,j为指标Ci的第j个备选港区的标准数据；φ()为标准正态分布的分布函数；yi,j为指标Ci的第j个备选港区的最终得分。

通过标准化处理的指标数据即可统一换算为百分制得分以备后续分析计算。

2）区位距离指标：指人为设定评分条件进行评价的指标中与距离相关的评价指标（C6、C7、C8、C12、C13），其评分标准如下表所示。

表2 距离相关指标评价标准

3）政策规划指标：指人为设定评分条件进行评价，与相关规划及配套政策相关的评价指标（C14、C15），其评分标准如下所示。

港区是否设置有保税区C14：港区设置有保税区，得100 分，否则不得分；

港区是否建设或规划有LNG 或油气泊位C15：港区规划有LNG 泊位得100 分，规划有油气泊位得50 分，否则不得分。

1.3 基于G1 法的权重确定

评价指标体系中各指标的权重由21 位专家综合排序后，经由G1 法计算确定。G1 法是针对传统层次分析法的缺陷提出的一种新的权重赋值法，适用于影响因素不能完全量化的模糊赋值[18]。权重具体计算过程如下。

①假设评价指标体系中存在n个指标，表示为x1,x2,…,xn，指标权重分别对应ω1,ω2,…,ωn。首先需将指标体系中的所有指标依据重要性程度进行从大至小的顺序组成序关系，即。

②随后进一步确定相邻指标xk-1与xk的重要性之比γk，γk赋值参考见表3。

表3 γk赋值参考

③最终各项指标的权重在确定好指标排序及重要性之比后通过以下两个公式计算得到。

经专家评估及计算确定得到沿海港口LNG 加注站选址评价体系指标权重，分配结果见表4。

表4 各指标权重分配结果

2 算例分析

我国于2018 年在《关于深入推进水运行业应用液化天然气的意见（征求意见稿）》中提出推动环渤海、长三角和珠三角地区国际LNG 加注中心建设，形成1～2 个有竞争力的国际LNG 加注中心。基于此本文选取环渤海地区为例进行分析，通过综合评判环渤海区域港口发展现状及定位，选取大连港、唐山港、天津港和青岛港四港辖区为选址范围。随后进一步调研各港区运营情况及规划最终确定和尚岛港区、鲇鱼湾港区、大窑湾港区、大孤山西港区、大孤山南港区、曹妃甸港区、京唐港区、东疆港区、北疆港区、南疆港区、大沽口港区、大港港区、黄岛港区、前湾港区、董家口港区共计15个港区作为备选。

根据评价数据可得性及合理性，直接腹地国内生产总值、直接腹地进出口总额两项指标数据选取2019 年的公开数据，到岸气价取用2020 年12 月的统计数据，其余指标均采用2021 年统计数据进行评价分析。同时指标中与距离相关的指标均选取港区可得到的最高分作为最终得分。公路、铁路、自然保护区、LNG 接收站等相关现状资料均导入ArcGIS 中进行距离分析，图1 展示了两个港口以公路运输条件及LNG 接收站布置两项指标。

图1 公路运输条件

结合各港区各项指标得分以及专家确定的权重后，计算得到各港区的最终得分，如图2 所示。

图2 备选港区综合得分

由图1 可知，董家口、曹妃甸、大港、南疆及鲇鱼湾港区得分明显高于其备选港区，其中董家口港区得分最高。董家口港区位于青岛市南翼的西海岸新区的琅琊台湾，以石油及制品、金属矿石、煤炭、LNG 等大宗物资和集装箱运输为主，兼顾粮食、钢铁、木材等货物运输。目前董家口港区发展快速稳定，是青岛港持续发展的重点港区。港区自然条件优越，腹地支撑条件良好，同时港区内建设有1个LNG 接收站、配备有6 个16 万方LNG 储罐及1个LNG 接卸泊位，LNG 产业相关基础设施完备，符合港区发展规划。通过综合分析比较，青岛董家口港区更适宜建设沿海LNG 加注站。