基于北极航道全成本模型的液化天然气进口船队规模研究

寿建敏 周紫荆

(上海海事大学经济管理学院, 上海 201306)

0 引言

近年来中国的天然气消费需求呈扩张趋势,且供应缺口逐年变大, 天然气对外依赖度不断攀升。中国进口天然气主要通过液化天然气(LNG)海运和管道气运输两种方式, 其中海运进口的天然气占比不断提高。据预测, 未来中国LNG的进口量在2022年将达到8032.5万吨, 并将持续增长,这使LNG进口来源的稳定性和可靠性成为关注的焦点。随着北极天然气资源的逐步开发、北极东北航道通航条件的日益改善, 以及中俄两国在“冰上丝绸之路”上的合作深化, 从俄属北极地区进口LNG已在近年变为现实。未来, 通过北极东北航道进行LNG海运进口将会成为我国缓解天然气供应不足压力, 促进能源安全的有效途径。

在此背景下, 许多学者对北极航线的航运经济可行性作了相关研究。蔡梅江等[1]从航行里程、节省船期的角度论证了北极航线的经济优势, 并且分析得出LNG船将会成为北极航道商业航行上的主流船型之一。骆巧云和寿建敏[2]对北极东北航线和传统航线的LNG运输进行比较, 从里程、航次、运输成本三方面论证了北极东北航线LNG运输的经济性。此外, 船舶在通过北极东北航道的运输过程中, 其冰级、起讫港等对于运输的经济性存在着一定的影响[3]。李振福等[4]基于海运里程和单船必要运费率两方面分别比较了通过北极东北航线、苏伊士运河航线、好望角航线进行跨亚欧LNG运输的经济性, 发现三条航线中北极东北航线的必要运费率更低, 更具运输经济性。徐海栋和郑明非[5]对不同运输模式下的北极LNG海运成本进行分析, 发现转运模式下的LNG运输较直运更为经济。Koz’menko等[6]对比了俄罗斯北极地区的天然气通过管道以及海上运输的方式运往德国、中国、意大利、土耳其的运输成本, 研究发现每0.1万立方米天然气海上运输成本比管道气平均低40.2%。Liu和 Kronbak[7]研究得出在破冰引航费用降低的情况下北极航线具有较大经济性优势, 且航行距离的缩短能够减少碳排放。

综合众多学者针对北极东北航线经济性的研究成果, 目前还存在着一些需深入研究的方面。(1)船舶航次成本并没有按照东北航道各航段的冰情差异分别计算航速以及航行费用; (2)没有充分考虑夏秋季节以及冬春季节对于航次时间和航行成本的影响; (3)目前的北极东北航线经济性研究主要集中在单船的运输成本上, 没有结合现实运输需求研究船队配置的经济性。在中俄共建“冰上丝绸之路”, 合作开发北极的大背景下, 未来中国将从北极地区不断增加LNG的进口量。因此, 无论是从国际市场的角度还是从资源垄断开采企业的角度运输LNG ,都存在进行最佳运输船型的选择以及最经济船队规模配置的决策问题, 北极航运全成本的研究将为企业的内部成本控制、LNG合理定价、提高资源市场竞争力等方面提供科学的决策依据。

1 进口北极LNG的基础条件

北极地区的丰富天然气资源和中俄两国不断深入的天然气项目合作, 为中国拓展气源地, 并进口北极天然气奠定了现实基础。东北航道通航条件的逐步改善也为中国缩短能源进口距离、直接通过白令海峡航道进口俄属北极地区的天然气提供了基本运输保障。

1.1 北极天然气资源开发状况

据美国地质调查局报告显示北极天然气待发现量是4.4×1014m3, 占世界未探明天然气资源的30%[8]。主要北极国家的天然气储量以俄罗斯最为丰富, 而俄属北极地区天然气占俄总储量的70%以上。俄罗斯已探明的天然气储量为3.8×1014m3, 2018年产量为6.965×1012m3, 2019年为9.201×1012m3, 预计到2035年开发比例将达到26%。

北极亚马尔天然气项目2020年产出LNG 1880万吨。中俄双方的天然气供应合同约定2018—2038年, 亚马尔项目将每年为中国供应300万吨LNG。

2019年, 中俄双方签署的Arctic LNG-2合作项目将在亚马尔-涅涅茨地区建造3条年产量660万吨的LNG生产设施。2021年, 中国石油天然气集团有限公司和中国海洋石油集团有限公司与俄罗斯诺瓦泰克公司签署了LNG购销协议, 购销合同量为每年396万吨。

未来北极地区天然气资源的不断开发, 为中国规模化进口LNG提供了来源保障, 从北极地区进口LNG的比重也将不断提高。通过北极航道进口北极地区LNG的运输距离将只有不足绕行苏伊士运河的1/3, 因此, 充分利用北极航道是中国能源进口通道的重要保障之一。

1.2 北极海冰及航道通航现况

北极航道主要分为东北航道、西北航道以及中央航道。其中东北航道经过俄罗斯北部海域,从太平洋进入白令海峡, 自东向西依次途经楚科奇海、德朗海峡、东西伯利亚海、拉普捷夫海、维利基茨基海峡、喀拉海、巴伦支海, 到西面的摩尔曼斯克港或挪威北角。东北航道的海冰消融速度较其他航道更快, 并且通航条件更为良好。从亚马尔地区到白令海是东北航道的主要部分,该段由俄罗斯管辖的航道被称为北方海航道, 其水域边界以及海域分布见图1。

图1 北方海航道水域边界(基于俄罗斯北方海航道管理局地图绘制)Fig.1.Boundary of the northern sea passage (drawing based on the map from The Northern Sea Route Administration)

航道冰情是影响北方海航道通航的主要因素。冬季时, 北方海航道中包括喀拉海、拉普捷夫海、东西伯利亚海、楚科奇海在内的海域冰情严重; 夏季时, 浮冰主要集中在维利基茨基海峡区域、桑尼科夫海峡区域、拉普捷夫海部分海域以及东西伯利亚海部分海域[1]。根据俄罗斯《北方海航道航行规则》, 经过北方海航道需要视冰情和船舶状况缴纳破冰引航费用。规则规定Arc7冰级的船舶可在夏秋季节独立航行于所有海域, 冬春季节除喀拉海外的其他海域需在破冰引航服务下航行。而位于新西伯利亚群岛的桑尼科夫海峡和德米特里·拉普捷夫海峡, 以及位于北地群岛的维利基茨基海峡和肖考斯凯海峡为强制引航水域, 因此船舶在夏秋季节也需缴纳一定的破冰引航费用[9]。

美国国家冰雪数据中心信息显示北极海冰覆盖范围不断缩小, 1978—2020年间以每年5.1%的速度线性减少。北极海冰的加速消融不仅有利于北极近海油气资源的开发, 对于北极航道的通航窗口期、运输条件都有正面的影响。

利用东北航道进行的海运活动分为跨北极运输、以北极为起讫点的运输等。利用北极东北航道进行海上运输可以缩短航行距离、增加航次、降低航速、提高船舶能效以及减少温室气体排放。在东北航道通航条件改善的前提下, 各国开始利用东北航道进行商业运输。东北航道的过境航次以及货运量在近年都呈持续增大的趋势(图2), 过境货运量由2015年的3.9万吨上升至2020年的128.1万吨。截至2020年, 从萨贝塔(Sabetta)港口运输的LNG航次数为254次。自西向东运输LNG的航次数为33次, 其中25个航次的目的地为中国, 这表明中国是北极天然气在远东市场的主要客户之一。

图2 2015—2020年东北航道过境货运量Fig.2.Transit volume of Northeast Passage from 2015 to 2020

2 基于航运全成本的北极LNG船队配置模型建立

2.1 北极LNG船队船型配置思路

在进行北极运输船队船型配置研究的过程中,主要采取成本分析法对不同船型的船队进行分析。20世纪70年代以后, 在国际航运中, 成本的构成被划分为资金成本、经营成本以及航次成本。其中资金成本是指船舶购置资金, 一般来说可以将船舶年折旧费作为年度资金成本。经营成本是为保持船舶处于适航状态所产生的经常性支出, 包括船员工资、船舶维修费、保险费用等。而航次成本是船舶从事特定航次的运输所产生的费用, 包括燃油费、港口运河费、引航费用等。

由于北极航道的高纬度特性, 航道受自然条件影响在不同季节下存在不同的冰情。与此同时,不同航段在同一季节下冰情也不尽相同。因此,LNG船舶在不同季节以及冰区内不同航段上的航行速度均不相同, 对应的燃油消耗、航行时间也随着季节和航段冰情发生变化。北极东北航道LNG运输航线的冰区内航段分为喀拉海航段、拉普捷夫海航段、东西伯利亚海航段、楚科奇海航段, 具体分布见图3。根据谷歌地图测距可得北方海航道LNG运输航线各航段长度分别为: 喀拉海航段146海里、拉普捷夫海航段696海里、东西伯利亚海航段577海里、楚科奇海航段374海里、畅水航段3810.53海里。

图3 北方海航道LNG运输航线航段分布(基于GS(2016)1611号的标准地图绘制)Fig.3.Section distribution of LNG transportation routes in the North Sea Route (drawing based on the standard map of GS(2016)1611)

夏秋季节窗口时间内, 北方海海冰消融、浮冰较少, Arc7的船舶仅在喀拉海航段以及东西伯利亚海航段需要破冰引航服务; 冬春季节北方海航道冰情严重, 船舶在除喀拉海西南部的其他区域都需要破冰引航服务。船舶航行速度关系到航次时间, 并影响船队构成的规模, 因此, 根据北极航道过往船舶的历史航行数据, 结合各航段的冰情, 可以计算分析出LNG船舶在各航段的航行速度。当冰情严重时, 船舶航行速度由核动力破冰船船速确定, 一般为3～5节。不同季节各航段LNG船的航速及航行时间见表1。

表1 不同季节各航段LNG船的航速情况Table 1.Speed of the LNG vessel in different seasons and sections

此外, 北方海航道的引航费率在不同季节、不同航行区域也有不同的规定, 对航次成本有一定影响。综合北极航道各航段航行时间、航段破冰引航状况等, 通过模拟计算不同季节航段营运时间、各项耗费, 在全成本分析的基础上构造北极航道LNG船队船型配置模型, 以单位运输成本最低为目标, 得出最具运输经济性的LNG船队规模, 优化配置研究过程见图4。

图4 北极LNG船队船型配置研究过程Fig.4.Establishment of the optimization model to deploy fleet of LNG vessels on the Arctic routes

2.2 LNG船队优化配置模型建立

根据对北极航道LNG航线船队优化配置过程的分析, 以北极LNG航线全航运成本的视角,建立北极LNG航线船队船型优化配置模型, 并以单位LNG运输成本作为优化指标来衡量不同装载容量的船舶所组成船队的运输经济性。模型构建的基本假设为: 同一支船队都由同类大小的船型组成; 船舶冰级相同, 目前Arc7在北极航行最为普遍。由此, 可以通过模型分析比较得出最优运输船队构成。具体模型建立如下:

模型中f(X,M)、g(X,M)、h(X,M,V,N)、y(M,X,N)分别表示船队的年资金成本、船队年经营成本、船队年航次成本以及船队年LNG运输量。其中,CLNG为单位LNG运输成本,X为单船运输规模,M为船队规模,Q为LNG年目标运输量,N为单船年航次数。公式(1)为最小单位LNG运输成本的计算模型, 约束条件式(2)代表船队的年运输量要满足年目标运输需求以及船型选择约束范围条件, 在实际计算中可以考虑现实情况进行设定和选择。年运输量计算模型见式(3)。

式中,Nj为各季节单船航次数;Sj为各季节通航天数;θ1为LNG船实际装载率;θ2为船舶营运天系数;Tj为各季节单船单航次时间, 2Tj为各季节单船往返航次时间;Tjk为单船单航次装卸时间,k取1为装, 取2为卸;e代表j的上界, 即季节数;Djd为北极东北航线上各航段距离;Vjd为船舶在不同季节不同航段上的航行速度;m代表d的上界, 即航线所划分的航段数。

考虑到北极东北航道的通航条件在不同季节有较大差异, 并且各个航段的冰情不同, 在计算单船航次时间时考虑了季节以及航段对其的影响,因此式(4)是在计算各季节内单船航次数的基础上计算了单船全年综合航次数; 式(5)计算了各季节内船舶以不同航速经过东北航道各航段所需的时间, 并在此基础上得出了单船单航次时间。船队资金成本采取直线折旧建立计算模型, 见式(6)。

其中,P表示单船造价, 与单船运输规模X有关;U表示单船残值, 与单船运输规模X有关;n为船舶的使用年限。

船队经营成本计算模型见式(7), 包括了保险费用、维修费用、船员工资以及消耗品及备品费用。

式中,r1为年基本保险费率;r2为冰区附加险费率;r3为年维修提存费率; ∂为单船船员人数;w为船员平均年工资;β为消耗品及备品占工资的百分比。

船队年航次成本计算模型见式(8), 主要包括单船年燃油成本(Co)、单船年LNG燃料成本(Cl)、单船年润滑油成本(Cr)、单船年引航费用(Cp)和单船年港口费用(Cg), 各部分航次成本的计算模型见公式(9)～(13), 其中式(10)～(12)体现了全成本模型基于季节和航段差异对LNG船的燃润费以及引航费进行的计算。

式中,r4为燃油费率;a为主机耗油率;b为船舶功率;Tjd为单船在不同季节不同航段的航行时间;VX为船舶设计航速;r5为LNG燃料费率;θ3为船舶燃油与LNG消耗比率;θ4为LNG损耗率;r6为润滑油费率;c为润滑油耗油率;rjs为各季节东北航道各航段引航费率;Pjs为各季节北方海航道各海域需破冰引航概率, 其值取1或0;s为北方海航道各个海域;u为s的上界, 代表北方海航道的海域数;GT为船舶总吨;NT为船舶净吨;r7为装港与卸港系解缆费率之和;r8为装港与卸港引航费率之和;rjk为装/卸港停泊费率。

总体上, 北极LNG船队船型优化配置模型的设计, 以不同季节和不同航段划分为基础, 并逐步展开进行模型构建(实际模型运算中可将全年分为夏秋季节和冬春季节两个时期)。船队的年航次数则通过船队年目标运输量和单船的装载容量相结合进行运算, 得出基于不同航段和不同时期计算的单船年航次数后, 进一步结合船队年航次数, 计算得出不同装载容量大小的LNG船在满足年目标运输量下需要的船队规模。进一步将不同季节不同规模的LNG船队的航次成本进行合成计算分析, 以全成本为基础, 分析得出船队总运输成本以及单位LNG运输成本,通过比较择优, 得出最具经济性的LNG船队船型配置。

3 北极LNG船队船型配置模型优化运行

根据所构建的北极LNG运输船队配置模型,结合现实LNG运输需求, 选取多个装载容量(立方数)的LNG船型作为具体方案, 计算得出未来最具运输经济性的LNG船型以及船队规模。

3.1 航线设定及目标运输量确定

在通过北极东北航道进口LNG的航线中, 假设上海港为北极LNG进口运输接收站, 航线设定为: 萨贝塔港—喀拉海—拉普捷夫海—东西伯利亚海—楚克奇海—白令海峡—上海。

年目标运输量则根据统计数据和北极项目的进展确定。世界能源统计年鉴数据显示2019年中国通过海运从俄罗斯进口的LNG占总进口量的3.9%, 并且该占比在近五年的平均增长率为57.1%[10], 因此可推算未来三年从俄罗斯进口的LNG占总进口量的比例将分别提高至6.17%、9.70%、15.3%。根据Clarkson公司[11]预测, 2020—2022年的海上LNG进口量将分别达到6417.5万吨、7310万吨、8032.5万吨。综合以上数据可以推算得出, 未来中国将从俄罗斯进口396万～1229万吨的LNG。在中国同俄罗斯签订天然气供应合同的情况下, 北极亚马尔项目每年将为中国提供300万吨LNG; 北极LNG-2项目每年将为中国提供396万吨LNG。综合中国对俄罗斯液化LNG的需求预测以及合同确定的北极LNG供应量, 模型运行中采用700万吨作为中国从北极进口LNG的年目标运输量。

3.2 船舶冰级确定

根据哥白尼海洋环境监测系统数据, 目前东北航道沿线海域很少存在两年及以上的多年冰,且历年冬春季节海冰厚度可达1.2 m。从东北航道冰情角度出发, 结合各级抗冰船通航抗冰能力可知Arc7、Arc6抗冰船可在东北航道全年通航,Arc6以下的抗冰船需要破冰船协助引航, 各级抗冰船通航抗冰能力见表2。然而《北方海航道航行规则》规定在航道冰情严重时, Arc7等级以下的抗冰船即使在破冰船协助下也无法在其中部分航段通航。此外, 从北方海航道主要通航船舶冰级统计数据来看, Arc7抗冰船的航次数最多, 容易被船东接受。2019年北方海航道全年航次数为2694次, 其中Arc7抗冰船航次数为1030次。综合以上因素, 本文采用认可度和覆盖面广的Arc7作为模型中船舶冰级。

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

3.3 模型运行的其他参数设置

根据航运市场的历史数据分析, LNG船舶大型化趋势明显。因此, 分别选取装载容量范围在12万～24万立方米内, 且变化量为0.5万立方米的24类LNG船型为船队的配置变化量进行船队运输经济性优化比较分析。X、GT、b、NT等变量与LNG船舶的装载容量、性能有关, 其参数根据Clarkson公司LNG贸易与运输报告中的实船以及天然气体积质量换算公式进行分析选取。

俄罗斯北方海航道管理局将北方海航道的通航期分为夏秋季节(6—11月)和冬春季节(12月至次年5月), 在模型运算中也将采用这两个时期的季节参数, 即j取1、2。此外, 北方海的破冰引航费率按7个区域进行分别收取, 因此s取1～7。Arc7船舶在北方海各区域引航费率见表3、4。基于北方海冰情的季节性特征以及北方海航道管理局的规定, 夏秋季节时, Arc7的LNG船舶除在拉普捷夫海西部、东西伯利亚海西南部需引航外,其余区域无需引航, 即P13=P15= 1,P11=P12=P14=P16=P17= 0; 冬春季节时, 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。根据现实情况, 模型其他相关参数的选取见表5。

表3 Arc7船舶在北方海各区域引航费率(船舶总吨: 40000～100000)Table 3.Icebreaking and pilotage rates in different regions of the Northern Sea Route for Arc7 class vessels (Gross ton:40000～100000)单位: 元/总吨

表4 Arc7船舶在北方海各区域引航费率(船舶总吨: ＞100000)Table 4.Icebreaking and pilotage rates in different regions of the Northern Sea Route for Arc7 class vessels (Gross ton:＞100000)单位: 元/总吨

表5 模型参数设置Table 5.Model parameter setting

续表

3.4 模型运行结果分析

3.4.1 季节对于北极航道LNG航线单船运输经济性的影响

不同季节对于北极LNG航线船舶的航速、燃油费、引航费等有着较大的影响, 总体来看冬春季节的单船航次成本远高于夏秋季节, 平均高出173%。

由于船舶燃油的消耗同航速的三次方成正比,这使得航次成本中的燃油成本因为航速变化形成季节性变动, 即使低航速航行使得冬春季节航次时间延长, 但其航次燃油油耗并不比夏秋季节高。而船型越大, 船舶需要装备更大功率的主机,因此航次燃油成本也越高, 见图5, 夏季航次燃油成本整体比冬春季高, 并随船型增大波动上升,冬春季相对稳定上升。

图5 北极航道不同季节的单船航次燃油成本Fig.5.Fuel costs of per voyage in different seasons in the Arctic Passage

从北方海航道引航费看, 不同通航期收取的引航费用不同。船舶总吨在40000～100000之间的船舶, 夏秋季节的引航总费率为61.285元/总吨, 而冬春季节需引航区域的总费率高达473.944元/总吨。船舶总吨在100000以上的, 夏秋季节的引航总费率为36.771元/总吨, 而冬春季节需引航区域的总费率高达284.344元/总吨。在船舶总吨一定的情况下, 冬春季节的引航费用约为夏秋季节的7.74倍, 大大增加了航次成本。单船引航费用变化见图6, 引航费用随船舶增大而变化的趋势中,冬春季节和夏秋季节存在着明显的差距。除通航季节和引航区域外, 北方海航道对于引航费用还按船舶总吨进行分级设定费率。装载容量为15.5万立方米的船舶总吨突破100000, 引航费率大幅减少, 导致引航费大幅降低。因此, 通航季节对船舶引航费用的影响远高于对船舶航次燃油费用的影响。

图6 北极东北航道不同季节单船引航费用Fig.6.Single vessel pilotage fees in different seasons in the Arctic Northeast passage

全成本模型包括了燃料费、润滑油费、引航费、港口费等在内的成本, 运算结果发现夏秋季节不同规模的单船往返航次总成本远低于冬春季节, 见图7。

图7 基于全成本模型的北极东北航道不同季节单船航次成本Fig.7.Cost of single voyage in different seasons of the Arctic Northeast passage

3.4.2 不同船型的LNG船队运输经济性比较

由于不同装载容量的船舶实载货量亦不同,完成700万吨年运输量的年航行总次数不同。船舶可装载立方数越大, 完成700万吨所需总航次越少, 相应的船队单船数量就越少。全成本模型输出的不同装载立方数船舶组成的LNG船队规模如图8所示。随着船舶装载立方数的增加, 船队数量规模逐渐变小, 但是船队的装载能力变化不大。

图8 不同立方数船舶所配置船队船舶数量(括号内数字为装载能力, 单位为万立方米)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)

在利用北极东北航道进行年700万吨的LNG运输过程中, 船队的航次成本在总运输成本中占比最大, 主要原因是北方海航道高昂的引航费。而船队年资金成本以及年经营成本在运输总成本中占比却较低。总成本及各项构成成本随着单船规模的扩大, 其下降趋势逐渐趋缓, 见图9。

图9 不同船型的船队运输成本比较Fig.9.Comparison of transportation costs of fleets with different ship types

船队年航次成本随着单船装载立方数的增加,波动明显。总体上, 在LNG单船装载量越大, 船队船舶数量越少的情况下, 船队全年航次总成本越低。而下降过程中的波动与北方海航道按船舶总吨分级收取引航费用有关。同一收费区间的船舶总吨越大, 引航费用越高。船队的资金成本即船队年折旧费用在船型扩大, 船队规模缩小的同时波动下降, 但趋势不明显。而船舶经营成本也随着单船立方数的增加, 呈波动下降趋势。

从模型输出的单位运输成本变化来看, 船队的单位运输成本随着船型的增大而波动下降, 见图10。因此, 船舶大型化使北极LNG运输存在一定的规模经济效应。在所输入的所有船型中, 单船为24万立方米所组成的船队, 其单位LNG运输成本最低, 每吨LNG的运输成本为415.8元。因此在满足LNG年目标运输量700万吨的前提条件下, 8艘24万立方米船型组成的LNG船队的配置方案最为经济。目前中远海运能源在亚马尔项目中投资建设了14艘17.2万立方米的ARC7冰级LNG船, 根据全成本模型运算对比现有运输需求, 其运力还有过剩。

图10 不同船型船队单位运输成本Fig.10.Unit transportation cost of fleets with different ship types

考虑到未来北极天然气的开发情况以及我国日益扩大的LNG进口需求, 对全成本模型LNG目标运输量分别变化为1000万吨、1500万吨, 并进一步对船型配置的经济性展开研究, 经运算发现: 目标运输量的变化会使不同船型的船队规模发生变化, 但是其单位LNG运输成本的变化趋势保持不变。在所有船队配置中, 仍然是由24万立方米大小的LNG船型组成的船队运输经济性最佳。这表明未来在北极LNG航线上, 通过增加24万立方米LNG船的数量就能够在保证经济性的基础上满足扩张的LNG进口运输需求。

3.5 北极东北航线LNG运输趋势分析

目前, 夏秋季节时, 中国通过北极东北航线从俄罗斯进口LNG; 冬春季节时, 中国通过苏伊士运河运输LNG。而随着北极海冰的消融, 俄罗斯北方海航道通航期不断延长, 使得北极东北航道全年通航成为可能。在北极天然气开采力度不断加大, 中国天然气需求持续增长, 以及中俄能源合作不断加深的背景下, 北极东北航线的LNG运输量将会在未来持续增加。

据研究表明, 在全球气候变暖的趋势下, 北极的夏季气温上升程度有限, 冬季气温上升程度明显。因此北极海冰变化也存在季节性差异, 冬季海冰覆盖范围以及海冰厚度改善程度较大。相应地, 冬季通航条件的改善将较夏季更明显, 在航次时间明显缩短以及船舶航次数增加的条件下, 北极东北航线冬季的LNG运输量将有大幅的增加。北极东北航线LNG运输量将在季节上逐渐均衡。

在一定的运输量下, 对约束范围内不同容量的船舶进行船队组合以及运输成本的分析结果表明, 船型越大, 运输经济性越佳。将目标运输量变化增加后进行的分析计算结果表明, 由24万立方米的LNG船舶组成的船队, 即使相对船舶数量规模较小也能在保证经济性的基础上满足未来扩张的LNG运输需求。因此未来北极东北航线上LNG的运输船队将向船型大型化、规模精减化发展。

4 结论

本文综合考虑了不同季节以及北极航道各航段差异对于船队运输经济性的影响, 基于全成本构建了北极LNG航线船队船型配置模型。通过模型运算, 对满足年进口运输量700万吨的案例进行了详细分析, 选取了不同装载立方数的船型参数, 计算了其对应的船队规模。分析了不同规模单船组成的船队总成本, 并以单位运输成本为优选指标, 对比分析了各种组合的船队从北极萨贝塔港出发, 通过北极东北航道进口LNG的经济性。得出的主要结论如下。

1.全成本模型的构建为北极航道分季节、分航段的复杂组成奠定了经济性分析的基础, 也为冰雪航道船队运营决策提供了解决方法。通过北极航道复杂性研究构造的航运全成本模型具备了开放式结构, 并以船队分析为基础, 以成本最小化为目标, 为泛航道经济性研究提供了理论分析基础。

2.通过全成本模型运算, 不同通航季节对北极航行船舶的运输经济性存在着差距较大的影响。冬春季节的单船往返航次中的燃油成本要低于夏秋季节。而冬春季节的引航费却是夏秋季节的约7.74倍。综合来看, 冬春季节的航次成本远高于夏秋季节。结合冬春季节航次时间长、东北航道冰情严重, 危险因素多等的原因, 船队在安排航次时应考虑季节因素, 谨慎选择通航期。

3.总体上, 船型越大, 实载货量越多, 完成年运输需求的航次数越少, 相应的船队单船数量规模越小。而随着船队中单船可装载立方数的增加, 船队的航次成本、经营成本、资金成本都呈总体下降趋势, 且下降过程中略有波动。可见,LNG船舶的大型化对于利用北极东北航道进口LNG具有一定的规模经济效应。在完成700万吨进口运输量案例的模型运算比较中, 由8艘24万立方米LNG船组成的船队组合, 其运输经济性最好, 单位运输成本最低。并且应对未来LNG进口需求的增长, 亦可通过增加24万立方米LNG船型的数量来满足扩张, 并保证其经济性。

4.在船队运输中, 北极航道航运全成本中的航次成本所占比重最大。主要原因是经过北极东北航道需要缴纳高额的引航费用, 因此引航费率对于船队的年运输总成本影响最大。目前可以通过多艘商船共同租用破冰船的方式节约破冰费用,但这需与北极航道高度商业化通航的基本条件相配合, 而共享破冰船的商业模式也会使航次时间进一步延长。未来若能通过中俄合作使俄罗斯北方海航道管理局调整降低引航费率, 将节约单船的航次成本以及船队的年运输总成本。

随着中俄两国共建“冰上丝绸之路”的合作深化, 北极天然气资源的进一步开发以及北极东北航道通航条件的不断改善, 中国从俄罗斯增加LNG进口是一种必然趋势。基于这种现实基础和对未来的展望, 在组建船队组合时应以航运全成本模型运算为理论基础, 决策选择单位运输成本最低的运输船队, 并在夏秋季节投放更多的船舶进行航行活动。