1 LNG接收站儲罐規(guī)模的確定
LNG接收站建設(shè)儲罐的數(shù)量,需要綜合考慮市場供用總量、供用特性以及船期延誤的可能性等確定。從保證市場安全可靠用氣的角度,需要考慮:1)滿足日常周轉(zhuǎn)需要;2)滿足目標(biāo)用戶安全用氣需要;3)滿足目標(biāo)用戶季節(jié)調(diào)峰用氣儲備需要;4)根據(jù)目標(biāo)市場安全保障體系建設(shè)要求,與其他供應(yīng)源一起承擔(dān)的滿足目標(biāo)市場所有客戶的應(yīng)急用氣需要。
1.1 滿足日常周轉(zhuǎn)需要的罐容(Q1)
日常周轉(zhuǎn)需要的罐容Q1是要確保:1)船到港時,儲罐有足夠空間承載從船上卸下的貨物;2)儲罐存量能夠在下一船按期卸貨前滿足市場平均用量。通常,結(jié)合接收站常用船型或船期之間的平均日用氣量確定。
1.2 滿足目標(biāo)市場安全用氣需要的罐容(Q2)
除滿足日常周轉(zhuǎn)需要之外,還要考慮意外情況,在LNG船不能按期抵達(dá)并卸貨時,儲罐里的LNG有一定存量(簡稱"安全余量")能夠保持市場正常用氣。實踐中主要考慮因惡劣氣象、海況等對LNG船靠泊的影響。福建LNG接收站碼頭的最大持續(xù)不可作業(yè)天數(shù)為5天,設(shè)計上的安全余量(Q2)按滿足7天用量考慮。
1.3 滿足目標(biāo)市場季節(jié)用氣需要的罐容(Q3)
不同的用氣市場有自身的用氣特性。中國北方地區(qū)市場的用氣季節(jié)性峰谷差很大,例如:北京地區(qū)的采暖季日用氣量是夏季日用氣量的9倍;冀中南地區(qū)2014年冬季月不均勻系數(shù)最大是1.44,最小是0.76,預(yù)測2025年月不均勻系數(shù)最大、最小值分別為1.61、0.67。對于滿足市場季節(jié)性用氣需求,可考慮的辦法有:1)在長期資源采購合同中明確資源供應(yīng)按市場季節(jié)性用氣需求安排船期計劃;2)作為補(bǔ)充,在長期資源采購合同不能滿足或不能完全滿足市場季節(jié)性用氣需求的情況下,通過短期或現(xiàn)貨采購滿足季節(jié)性需求;3)建設(shè)季節(jié)調(diào)峰儲備罐。
在上述辦法中,第一種辦法最為經(jīng)濟(jì)、安全和可靠。早前國際LNG市場的購買方主要以冬季用氣量大的北方地區(qū)(日本、韓國)用戶為主,資源供應(yīng)基本上是按"合理均勻"和"固定間隔"安排船期。近十多年來,中國南方地區(qū)、東南亞地區(qū)以及印度等地的夏季用氣量在不斷增加。預(yù)計隨著國際LNG市場規(guī)模的不斷擴(kuò)大,LNG貿(mào)易將愈加活躍。與有資源池概念的大型供應(yīng)商簽訂季節(jié)性供氣的長期合同,或者與有季節(jié)性錯峰需求的用戶合作聯(lián)合采購,或者用戶之間(通過聯(lián)合采購或靈活的目的地條款)相互季節(jié)性調(diào)劑船貨,以實現(xiàn)資源供應(yīng)按季節(jié)性需求安排成為可能。2002年,中國簽訂的第一個LNG資源采購合同--廣東LNG項目一期資源采購合同,就是一個根據(jù)廣東一期用戶的用氣特性,按季節(jié)性需求安排船期的合同。這是在當(dāng)時市場長期低迷的情況下,通過公開招標(biāo)獲取資源并按季節(jié)供氣的一個比較特殊的案例。
第二種辦法通過短期合同和現(xiàn)貨采購解決長期季節(jié)性用氣需求。LNG貿(mào)易實踐中采用過這種辦法,特別是韓國。結(jié)合國際LNG市場近些年的狀況,理論上看這種辦法的可靠性較差。雖然過去數(shù)年LNG市場的現(xiàn)貨價格低迷,但在冬季還是有采購不到現(xiàn)貨的情況。為了提高可靠性,韓國、日本的一些預(yù)計冬季資源供應(yīng)不足的用戶,在操作上一般提前三、四年或更早就開始落實冬季資源,最晚也是在當(dāng)年夏季開始,因為在冬季臨時采購的風(fēng)險很大。2006年初的冬季,韓國天然氣公社(KOGAS)為保證市場用氣,曾高價(25美元/百萬英熱單位)促使即將到達(dá)美國西海岸的一艘LNG船掉頭改航到韓國。
第三種辦法是建設(shè)季節(jié)調(diào)峰儲備罐。雖然這種辦法能夠很好地解決均勻來船、季節(jié)性用氣問題,但是項目的經(jīng)濟(jì)性面臨考驗。季節(jié)調(diào)峰儲備需要多大的罐容(Q3),一般需要根據(jù)資源供應(yīng)、市場季節(jié)用氣特性、用氣量等預(yù)測情況,具體測算和模擬確定。
(見【相關(guān)鏈接】)
【相關(guān)鏈接】廣東、福建LNG接收站項目的一期工程均計劃建設(shè)兩個16萬立方米的儲罐,以滿足Q1+Q2需要,未考慮Q3。廣東LNG項目的資源合同有按季節(jié)用氣需求的安排,下游市場落實在季節(jié)用氣安排上沒有遇到困難。福建LNG項目的資源合同規(guī)定船期按"合理均勻"和"固定間隔"安排,下游用氣252萬噸,其中200萬噸用于3個電廠的10臺燃?xì)鈾C(jī)組發(fā)電。但是福建電網(wǎng)要求燃?xì)獍l(fā)電用氣要需求滿足福建過去3年(2002-2004年)火電平均發(fā)電旬不均勻系數(shù)要求(見圖A)。
要滿足福建電網(wǎng)的要求,一是爭取資源方按季節(jié)性需求量供氣,二是建設(shè)季節(jié)用氣儲備罐。經(jīng)與資源方溝通,資源方表示不能夠滿足福建提出的季節(jié)性供氣要求。因此需要增加儲罐。經(jīng)模擬,需要增加近5個16萬立方米的儲罐(見圖B),增加儲罐的結(jié)果是,福建LNG項目的總體經(jīng)濟(jì)性很受影響。
最后,在省政府的協(xié)調(diào)下,接收站、電廠和電網(wǎng)3家最終協(xié)商確定:1)接收站在投產(chǎn)后第四年,再投產(chǎn)兩個16萬立方米儲罐;2)將接收站的儲罐液位情況實時提供給電網(wǎng)總調(diào)度部門;3)電網(wǎng)總調(diào)度部門結(jié)合電網(wǎng)供用電情況、LNG儲罐液位情況合理安排燃?xì)鈾C(jī)組發(fā)電,并積極配合接收站,確保LNG不溢罐、不放空、不低于安全余量。
1.4 滿足目標(biāo)市場天然氣安全保障體系建設(shè)需要的罐容(Q4)
目前,中國LNG接收站的儲罐建設(shè),還未考慮為滿足目標(biāo)市場天然氣安全保障體系建設(shè)的需要而建設(shè)應(yīng)急安全保障備用儲罐。從體系建設(shè)考慮,接收站必須具備滿足保障體系要求的應(yīng)急外輸能力,但是是否還需要考慮為此目的增加建設(shè)LNG儲備罐?
2015年中國的LNG進(jìn)口總量約2000萬噸,平均每5天進(jìn)口4船LNG,隨著市場的不斷發(fā)展,來船會更多。如果某個LNG接收站有應(yīng)急需要,在短時間內(nèi)臨時調(diào)度數(shù)船LNG進(jìn)港應(yīng)不是問題,加上接收站已有的安全余量、季節(jié)用氣儲備等,以此實現(xiàn)天然氣安全供應(yīng)保障體系,已經(jīng)有很高的可靠性。因此,當(dāng)前可以不考慮因天然氣安全保障體系建設(shè)的需要而建設(shè)相應(yīng)的LNG儲備罐。
2 LNG接收站儲罐規(guī)模與周轉(zhuǎn)量、周轉(zhuǎn)率的關(guān)系
LNG接收站儲罐運營周轉(zhuǎn)率=LNG接收站年周轉(zhuǎn)量/LNG接收站儲罐總?cè)萘。LNG接收站儲罐總?cè)萘恳话愀鶕?jù)正常周轉(zhuǎn)需要(Q1)、安全儲備需要(Q2)、季節(jié)用氣儲備需要(Q3)模擬測算確定。由于儲罐投資比較大,投資建設(shè)儲罐通常根據(jù)實際需要分階段進(jìn)行。
理論上,在上下游均勻供用氣或上游按下游季節(jié)性需求供氣的情況下,LNG接收站儲罐建設(shè)只需考慮滿足Q1和Q2的需要。如果接收站的周轉(zhuǎn)量要翻一番,接收站的Q2需求相應(yīng)增加一倍,但Q1不需要增加(實踐中,多個合同供應(yīng)下,Q1需要考慮實際來船存在不均勻性而適當(dāng)增加)。在資源按"合理均勻"、"固定間隔"供應(yīng),市場季節(jié)性用氣的情況下,儲罐建設(shè)除要滿足Q1和Q2的需要外,還需考慮滿足季節(jié)性備用儲罐Q3的需要,并隨周轉(zhuǎn)量的增加,除考慮相應(yīng)增加Q2外,還需要根據(jù)季節(jié)波動情況或相應(yīng)增加Q3的規(guī)模。
經(jīng)模擬計算,在上下游均勻供用氣和上游按季節(jié)性需求供氣(假設(shè)高峰期日用氣是平均日用氣的2倍)兩種情況下,LNG接收站根據(jù)Q1+Q2確定的總罐容與LNG接收站的年最大周轉(zhuǎn)量、儲罐運營周轉(zhuǎn)率的關(guān)系分別見圖1和圖2。
對比圖1和圖2,即使能夠季節(jié)性供應(yīng)資源,有季節(jié)性用氣與無季節(jié)性用氣相比,同樣規(guī)模的儲罐總?cè)萘,最大周轉(zhuǎn)量和儲罐運營周轉(zhuǎn)率下降近一半。
在市場季節(jié)性用氣,資源供應(yīng)按"合理均勻""固定間隔"安排的情形下,由于季節(jié)儲備罐(Q3)的最大周轉(zhuǎn)率只有1(假設(shè)全年僅有一個季節(jié)用氣高峰),儲罐運營的最大周轉(zhuǎn)率會大打折扣。其儲罐總?cè)萘颗c最大周轉(zhuǎn)量、周轉(zhuǎn)率的關(guān)系見圖3(以季節(jié)儲備用氣總量占全年周轉(zhuǎn)量的10%模擬③)。
對比圖2和圖3,資源均勻供應(yīng)相比按季節(jié)供應(yīng),同樣規(guī)模的儲罐總?cè)萘,其年度最大周轉(zhuǎn)量和周轉(zhuǎn)率分別又下降了2/3多。
需要特別說明的是,以上分析是建立在LNG接收站的功能定位確保其用戶長期安全用氣(包括應(yīng)急用氣、季節(jié)調(diào)峰用氣)的基礎(chǔ)上。
3 日本、韓國、中國的LNG接收站儲罐運行周轉(zhuǎn)率情況
3.1 日本的LNG儲罐年周轉(zhuǎn)率情況
日本分為關(guān)東(Kanto)、中部(Chubu)、關(guān)西(Kansai)和九州(Kyushu)4個地區(qū)市場。LNG接收站及管網(wǎng)建設(shè)分別由地區(qū)市場內(nèi)的一家燃?xì)夤竞碗娏疽?guī)劃和投資建設(shè),經(jīng)過近50年的發(fā)展,形成了以接收站為核心、連接輸氣干線的區(qū)域性網(wǎng)絡(luò)(見圖4),各區(qū)域內(nèi),多個LNG接收站通過管線連接,自供自保。
截至2015年4月,日本已投產(chǎn)LNG接收站共計35座(不含已投產(chǎn)的7座轉(zhuǎn)駁站)④,儲罐總?cè)萘?662.32萬立方米⑤。2013-2015財年日本的LNG進(jìn)口量分別為8773萬噸、8907萬噸和8357萬噸,平均每年8680萬噸⑥。由此推算,LNG儲罐年周轉(zhuǎn)率平均為12.43。
日本的城市燃?xì)馀c電力公司燃?xì)獍l(fā)電基本上是各自建站管理(少部分共用碼頭,分別建造或租用儲罐)。圖5為全日本燃?xì)獍l(fā)電與城市燃?xì)饨邮照镜膬弈曛苻D(zhuǎn)率情況對比?梢钥闯觯1)城市燃?xì)饨邮照镜哪曛苻D(zhuǎn)率在1990年之后逐步提升,2002年之前在5左右,至2014年接近10;2)電力公司LNG接收站的年周轉(zhuǎn)率過去30年基本維持在17左右,且是城市燃?xì)饨邮照局苻D(zhuǎn)率的2倍以上。
分析比較日本的燃?xì)獍l(fā)電用氣月不均勻系數(shù)⑦和城市燃?xì)庥脷猓ㄒ源筅嫱咚构緸槔┰虏痪鶆蛳禂?shù)(見圖6),可見電廠用氣相比城市燃?xì)庥脷獾脑路骞炔钚『芏啵浑姀S用氣有兩個峰和兩個谷,峰谷之間的時間相對比城市燃?xì)庖桃话搿_@意味著:1)在同樣周轉(zhuǎn)量的情況下,電廠建造LNG接收站用于季節(jié)儲備的儲罐容量可以相對比城市燃?xì)庖。?)電廠進(jìn)行季節(jié)調(diào)峰儲備的儲罐利用率可以比城市燃?xì)飧咭槐丁R虼,?quot;合理均勻"和"固定間隔"供氣的情況下,為保證市場季節(jié)性用氣,城市燃?xì)庥糜诩竟?jié)儲備的LNG儲罐要比電力公司的儲罐多,城市燃?xì)釲NG接收站的周轉(zhuǎn)率比電力公司的周轉(zhuǎn)率低也是必然結(jié)果。
以大阪瓦斯公司的LNG接收站⑧為例分析其儲罐運行周轉(zhuǎn)情況。日本大阪瓦斯基本上是靠建設(shè)季節(jié)性儲備罐以解決季節(jié)用氣問題的。大阪瓦斯現(xiàn)有泉北第一、第二和姬路3個LNG接收站,儲罐總?cè)萘亢嫌?41.5萬立方米。用氣市場2008、2011及2014財年月不均勻系數(shù)見圖7。以2014年為例,最大月用氣量發(fā)生在1、2月,最小發(fā)生在11月。最大月用氣量是最小月用氣量的1.5倍左右。
大阪瓦斯的LNG資源供應(yīng)基本上按"合理均勻"和"固定間隔"安排船期。按照均勻來船以及相應(yīng)的年進(jìn)口總量,模擬2008、2011和2014年儲罐的LNG存量情況見圖8。從中可見,4月份儲罐的LNG存量最低,之后逐步走高,至冬季高峰用氣之前的11月份,存量處于高峰。大阪瓦斯最近幾年平均進(jìn)口量約800萬噸。儲罐運行年周轉(zhuǎn)率為7.88。
3.2 韓國天然氣公社的LNG儲罐運營周轉(zhuǎn)率情況
根據(jù)韓國天然氣公社(KOGAS)和韓國SK集團(tuán)提供的有關(guān)資料,截至2015年底,韓國已建成投入商業(yè)運營的接收站5個(見表1),在建1個。在建的保寧LNG接收站由SK和GS合作建設(shè),計劃2016年10月投產(chǎn)。該項目一期建設(shè)3個20萬立方米的儲罐,1個7.7萬立方米的LPG儲罐,LNG儲罐總?cè)萘?0萬立方米,1個18萬立方米的LNG船泊位;二期計劃再建設(shè)4個20萬立方米的LNG儲罐。
除由SK主導(dǎo)的已于2006年投產(chǎn)的光陽接收站和在建的保寧接收站外,韓國基本上由KOGAS統(tǒng)一負(fù)責(zé)LNG接收站、輸氣管線的規(guī)劃、建設(shè)和運營。經(jīng)30多年的發(fā)展,已經(jīng)形成由4個巨型LNG接收站和連接4個接收站的4000多千米的國家管道組成的覆蓋全國的天然氣供應(yīng)保障體系(見圖9)⑨。KOGAS的LNG接收站年汽化外輸能力合計1.32億噸,2013-2015年這4個接收站的總周轉(zhuǎn)量平均是3520萬噸,外輸能力是周轉(zhuǎn)量的近4倍。韓國的這種安排意味著,如果某段管道或某個接收站因意外而不能正常工作,其他接收站可以加大外輸量以補(bǔ)救。
分析KOGAS的儲罐運營周轉(zhuǎn)率情況⑩。根據(jù)KOGAS提供的數(shù)據(jù),2013-2015年其LNG銷售量分別為3867萬噸、3517萬噸和3145.6萬噸。燃?xì)獍l(fā)電、城市燃?xì)饧笆袌隹傆脷獾脑虏痪鶆蛳禂?shù)情況分別見圖10、圖11和圖12。
月不均勻系數(shù)的圖示可見:1)燃?xì)獍l(fā)電和城市燃?xì)庥脷飧叻宥际窃诙荆?)燃?xì)獍l(fā)電高峰期日均用氣量是低谷期日均用氣量的1.5倍,城市燃?xì)飧叻迤谌站脷饬渴堑凸绕谌站脷饬康?倍;3)燃?xì)獍l(fā)電和城市燃?xì)饩C合起來看,用氣量最大的月份是12月和1月份,月不均勻系數(shù)在1.5左右;最小的月份是6月份,為0.75。最大月是最小月用氣量的2倍。
KOGAS是怎么解決市場季節(jié)性用氣問題的?根據(jù)KOGAS的介紹,他們首先爭取長期合同按照季節(jié)性用氣需求安排船期,其次通過多建儲罐、簽訂短期季節(jié)性供氣合同以及現(xiàn)貨采購綜合解決季節(jié)性用氣需求。
按照KOGAS過去3年的市場用氣量平均數(shù)3510萬噸(LNG船型按14.5萬立方米計,大約576船)和平均月不均勻系數(shù)模擬推算,如果資源供應(yīng)按"合理均勻""固定間隔"安排,KOGAS需要投資建設(shè)的儲罐總?cè)萘繛?286萬立方米(見圖13)。然而,截至2015年底,KOGAS的4個LNG接收站建成投產(chǎn)的LNG儲罐總?cè)萘繉嶋H為1026萬立方米,相差260萬立方米(相當(dāng)于17個單體容積16萬立方米的儲罐)。在儲罐總?cè)萘繛?026萬立方米的情況下,KOGAS需要通過長期合同、短期合同和現(xiàn)貨補(bǔ)充的辦法,在全年576船中安排至少18船按季節(jié)供應(yīng),占全年來船總數(shù)的3%,比例看上去很小,但對節(jié)省儲罐建設(shè)投資的意義很大。以建設(shè)一個16萬立方米的儲罐約投資5億元計(不含征地費用),減少17個儲罐將節(jié)省投資80億元⑪。
經(jīng)計算,KOGAS的4個LNG接收站的儲罐年運營周轉(zhuǎn)率平均為8.15。這樣的周轉(zhuǎn)率,是在冬季月用氣量是夏季月用氣量的兩倍的情況下取得的,實為不易。如果僅靠多建儲罐解決季節(jié)調(diào)峰,那么計算出的儲罐年運營周轉(zhuǎn)率只有6.5。
進(jìn)一步地,如果能夠完全根據(jù)季節(jié)性用氣需求來安排資源供應(yīng),則韓國KOGAS建設(shè)的儲罐總?cè)萘恐恍柽_(dá)到400萬立方米就夠了(大約25個單體罐容為16萬立方米的儲罐),此種情況下,儲罐的年運營周轉(zhuǎn)率大幅提升到25左右。
3.3 中國大陸的LNG接收站儲罐運營周轉(zhuǎn)率情況
截至2015年底,經(jīng)國家核準(zhǔn)投產(chǎn)運行的LNG接收站共計12座,儲罐總?cè)萘?70萬立方米。2014、2015年,LNG進(jìn)口總量分別為1984萬噸和1965萬噸(中國海關(guān)數(shù)據(jù))。除天津浮式LNG接收站和2016年投產(chǎn)的北海LNG接收站外,2014、2015年中國大陸數(shù)個主要的LNG接收站儲罐運行周轉(zhuǎn)率平均分別為10.16和8.38(見表2)。
然而,就單個接收站看,中國各LNG接收站的儲罐年運行周轉(zhuǎn)率差異很大。以2014年為例,周轉(zhuǎn)率最大的是廣東大鵬LNG接收站,達(dá)到25.15;最小的是2013年底開始試運行的珠海LNG接收站,周轉(zhuǎn)率只有1.61。周轉(zhuǎn)率在平均數(shù)以上的只有廣東大鵬、上海和福建這3個LNG接收站,江蘇如東LNG接收站略低于平均數(shù)。2015年,受宏觀經(jīng)濟(jì)和LNG進(jìn)口價格滯后于油價向下調(diào)整的影響,大部分接收站的周轉(zhuǎn)率均有所下降,其中江蘇、福建、大連和寧波LNG接收站的儲罐周轉(zhuǎn)率下降較為明顯,分別下降了31%、20%、18%和14%。
2014和2015年,廣東大鵬、福建和上海LNG接收站合計儲罐運營周轉(zhuǎn)率平均為15.62,高于日本的12.43和韓國KOGAS的8.15,接近日本電力公司的周轉(zhuǎn)率?紤]到廣東大鵬、福建和上海地區(qū)的季節(jié)性儲備需求不如日韓那么大,周轉(zhuǎn)率相對較高理所應(yīng)當(dāng)。
江蘇如東、寧波、大連和唐山LNG接收站的年周轉(zhuǎn)量基本在150萬噸上下,年周轉(zhuǎn)率在10以下,結(jié)合其儲罐總罐容,接收站還有很大的富余能力。根據(jù)中國石油把LNG作為長輸管道氣的補(bǔ)充,以及儲氣調(diào)峰和應(yīng)急備用的戰(zhàn)略定位,江蘇如東和唐山LNG接收站外輸天然氣統(tǒng)一由中國石油天然氣調(diào)度中心調(diào)度,以建設(shè)應(yīng)急安全保障體系和冬季保供為目的,其擁有的接收站的周轉(zhuǎn)量和周轉(zhuǎn)率相對較低具有合理性。