沿海港口LNG 加注站選址綜合評價方法研究

趙鑫哲，丁文濤，蘇孟超，彭 云，宋向群

（1.大連理工大學海岸和近海工程國家重點實驗室，遼寧大連 116024；2.交通運輸部規劃研究院，北京 100028)

引言

綠色航運已成為當今水運業發展的迫切需求，而液化天然氣（LNG）燃料由于其豐富的儲量及良好的減排效果，目前已成為各大船公司未來重要的動力選擇。根據克拉克森統計數據顯示，近5 年來全球新造船訂單中LNG 動力船舶的占比逐年快速增長，2021 年訂單比重已接近12 %。著眼于未來大批LNG 動力船舶的加注需求，鹿特丹港、新加坡港等港口均逐步增設LNG 加注設施，致力于打造國際LNG 加注中心，以進一步鞏固國際航運體系樞紐地位。

我國雖早在2010 年便相繼開展了20 余項專項試點項目推進LNG 燃料在航運業的應用，但重心主要集中于內河LNG 加注設施的推廣[1-2]。截至目前，我國僅在深圳鹽田港規劃了海上國際LNG 加注中心[3]，長三角及環渤海區域港口尚無LNG 加注站規劃，難以滿足未來遠洋LNG 動力船舶的加注需求。為提升我國沿海港口LNG 加注保障能力，迫切需要在地理位置優越、基礎設施條件突出的沿海樞紐港口增設港口LNG 加注站。同時我國最新發布的《船舶液化天然氣加注站設計標準》[4]僅適用于江河湖泊水域的LNG 加注站設計，尚未出臺針對性規范指導沿海港口LNG 加注站的設計規劃。因此有必要對沿海港口LNG 加注站選址問題進行研究，為相關規范的制定提供參考。

近年以來，國內外學者對于港口LNG 加注站選址布置進行了探索與研究。劉志仁等[5]對我國內河水上LNG 加注站選址的限制因素及注意事項進行了探討，總結出5 類利于內河LNG 加注站規劃布置的站址。劉國良等[6]結合燃料需求預測及不同河段船舶密集度提出了廣東省內河LNG 加注站布置方案。胡勇等[7]從適應性、安全性和經濟性三方面對內河LNG 加注站選址因素進行分析。楊越[8]以經濟成本最小化為目標構造重心法函數對LNG加注錨點位置進行求解，并從經濟性、投資性、安全性、其他性四方面通過專家測評對沿海LNG 加注站規劃選址進行評價。Lu 等[9]考慮LNG 加注時間，待加注船舶數量，LNG 加注船的航行距離等因素，運用連續模糊偏好關系法進行分析，選取釜山港作為韓國LNG 加注站站址。綜上，目前關于LNG加注站選址評價研究較少，且我國港口LNG 加注站的相關研究多針對于內河港口，還需進一步研究沿海港口LNG 加注站選址評價方法。

為此，本文充分考慮自然因素、基礎設施因素、經濟因素、安全因素及政策因素五方面因素，并應用序關系分析（G1）法對指標權重進行確定，形成一套加注站選址評價方法，對沿海港口LNG 加注站規劃建設具有一定意義。

1 選址綜合評價方法

1.1 評價指標體系

為對LNG 加注站選址進行客觀全面的評價，研究查閱了《液化天然氣燃料加注作業指南》、《LNG bunker infrastructure》[10-11]等國內外標準指南。LNG加注站選址受自然條件、基礎設施情況、運營安全性、經濟性以及政府支持政策[12]等多方面因素影響。同時考慮LNG 儲運功能的相似性，研究參考了LNG 接收站選址相關研究成果作為補充[13]。本文從自然因素、基礎設施因素、經濟因素、安全因素及政策因素五方面建立綜合評價指標體系。

1）自然因素

考慮加注作業受區域風浪流條件的限制[4]，自然因素主要以港區周邊自然環境對LNG 加注作業的影響情況進行評價，具體指標包括風況、波浪、水深條件等。

2）基礎設施因素

針對快速增長的LNG 動力船舶數量，沿海港口LNG 加注站應建設完備的LNG 接卸設施設備。同時港區對外綜合交通條件應較為完善，擁有良好的交通條件[14]。因此基礎設施因素主要考慮各個港區現有LNG 接收、儲存設施條件以及對外集疏運支撐條件，具體指標包括LNG 儲存能力、LNG 碼頭能力、公路運輸條件、鐵路運輸條件等。

3）經濟因素

燃料成本及區域發展情況對港口LNG 加注站的持續發展起關鍵作用，因此經濟因素主要考慮各個港區LNG 燃料供應成本以及腹地經濟情況，具體指標包括LNG 接收站布置、到岸氣價、直接腹地國內生產總值、直接腹地進出口總額等。

4）安全因素

安全因素主要考慮LNG 作為可燃氣體泄漏引發的安全隱患。LNG 裝卸作業中泄漏擴散進而導致氣云爆炸可形成半徑為60 m 的死亡區、150 m 的重傷區以及380 m 的輕傷區[15]。因此安全因素以港區附近各類設施的安全距離作為評價指標，包括人口居住區距離、自然保護區距離等。

5）政策因素

沿海LNG 加注站目前還處于發展初期，相關產業體系還未建立，上位規劃的指導及相關支持政策的設置對于加注站的穩定發展起到重要作用[16]。因此政策因素主要考慮各個港區所配套的支持性政策及規劃，具體指標包括保稅區設置、規劃功能區符合性等。

綜上，構建沿海港口LNG 加注站選址評價指標體系，見表1。

表1 沿海港口LNG 加注站選址評價指標體系

1.2 數據處理

本文根據評價指標體系中各指標的原始統計數據類型，基于三種數據處理方法進行分類處理。

1）統計數據指標：指直接應用統計數據進行評價的指標（C1、C2、C3、C4、C5、C9、C10、C11），本文采用Z-Score 標準化方法對數據進行處理。Z-Score 標準化通過將多組數據轉化為均值為0，標準差為1 的標準數據，提高了數據可比性，削弱了數據解釋性[17]。標準化公式如下：

式中：Xi,j為指標Ci的第j個備選港區的直接統計數據；為指標Ci的平均值；σi為指標Ci的標準差；X*i,j為指標Ci的第j個備選港區的標準數據；φ()為標準正態分布的分布函數；yi,j為指標Ci的第j個備選港區的最終得分。

通過標準化處理的指標數據即可統一換算為百分制得分以備后續分析計算。

2）區位距離指標：指人為設定評分條件進行評價的指標中與距離相關的評價指標（C6、C7、C8、C12、C13），其評分標準如下表所示。

表2 距離相關指標評價標準

3）政策規劃指標：指人為設定評分條件進行評價，與相關規劃及配套政策相關的評價指標（C14、C15），其評分標準如下所示。

港區是否設置有保稅區C14：港區設置有保稅區，得100 分，否則不得分；

港區是否建設或規劃有LNG 或油氣泊位C15：港區規劃有LNG 泊位得100 分，規劃有油氣泊位得50 分，否則不得分。

1.3 基于G1 法的權重確定

評價指標體系中各指標的權重由21 位專家綜合排序后，經由G1 法計算確定。G1 法是針對傳統層次分析法的缺陷提出的一種新的權重賦值法，適用于影響因素不能完全量化的模糊賦值[18]。權重具體計算過程如下。

①假設評價指標體系中存在n個指標，表示為x1,x2,…,xn，指標權重分別對應ω1,ω2,…,ωn。首先需將指標體系中的所有指標依據重要性程度進行從大至小的順序組成序關系，即。

②隨后進一步確定相鄰指標xk-1與xk的重要性之比γk，γk賦值參考見表3。

表3 γk賦值參考

③最終各項指標的權重在確定好指標排序及重要性之比后通過以下兩個公式計算得到。

經專家評估及計算確定得到沿海港口LNG 加注站選址評價體系指標權重，分配結果見表4。

表4 各指標權重分配結果

2 算例分析

我國于2018 年在《關于深入推進水運行業應用液化天然氣的意見（征求意見稿）》中提出推動環渤海、長三角和珠三角地區國際LNG 加注中心建設，形成1～2 個有競爭力的國際LNG 加注中心。基于此本文選取環渤海地區為例進行分析，通過綜合評判環渤海區域港口發展現狀及定位，選取大連港、唐山港、天津港和青島港四港轄區為選址范圍。隨后進一步調研各港區運營情況及規劃最終確定和尚島港區、鲇魚灣港區、大窯灣港區、大孤山西港區、大孤山南港區、曹妃甸港區、京唐港區、東疆港區、北疆港區、南疆港區、大沽口港區、大港港區、黃島港區、前灣港區、董家口港區共計15個港區作為備選。

根據評價數據可得性及合理性，直接腹地國內生產總值、直接腹地進出口總額兩項指標數據選取2019 年的公開數據，到岸氣價取用2020 年12 月的統計數據，其余指標均采用2021 年統計數據進行評價分析。同時指標中與距離相關的指標均選取港區可得到的最高分作為最終得分。公路、鐵路、自然保護區、LNG 接收站等相關現狀資料均導入ArcGIS 中進行距離分析，圖1 展示了兩個港口以公路運輸條件及LNG 接收站布置兩項指標。

圖1 公路運輸條件

結合各港區各項指標得分以及專家確定的權重后，計算得到各港區的最終得分，如圖2 所示。

圖2 備選港區綜合得分

由圖1 可知，董家口、曹妃甸、大港、南疆及鲇魚灣港區得分明顯高于其備選港區，其中董家口港區得分最高。董家口港區位于青島市南翼的西海岸新區的瑯琊臺灣，以石油及制品、金屬礦石、煤炭、LNG 等大宗物資和集裝箱運輸為主，兼顧糧食、鋼鐵、木材等貨物運輸。目前董家口港區發展快速穩定，是青島港持續發展的重點港區。港區自然條件優越，腹地支撐條件良好，同時港區內建設有1個LNG 接收站、配備有6 個16 萬方LNG 儲罐及1個LNG 接卸泊位，LNG 產業相關基礎設施完備，符合港區發展規劃。通過綜合分析比較，青島董家口港區更適宜建設沿海LNG 加注站。

3 結語

1）本文提出沿海港口LNG 加注站選址評價方法，在綜合考慮自然因素、基礎設施因素、經濟因素、安全因素及政策因素五方面條件下，研究共篩選15 項評價指標，建立綜合評價指標體系，并以我國環渤海地區為例進行選址評價。研究成果可為我國沿海港口LNG 加注站選址規劃提供參考。

2）此次選址評價方法中評價指標均以客觀統計數據為基礎進行分析，權重在基于行業專家學者的經驗下運用G1 法予以確定。未來可進一步應用主客觀結合方法確定指標權重，以減少評價者的主觀性影響，使權重更為客觀準確。