液化天然气码头(LNGportandjetty)指为液化天然气船舶提供靠离泊和装卸作业的码头，液化天然气接收站(LNGreceivingterminal)指液化天然气储存、转运和再气化外输的设施。LNG码头与接收站紧密相连，二者须协调布局，规模匹配才能最大限度地发挥设计能力。
近年来，随着经济的发展和环境保护意识的增强，我国天然气需求量大幅增长，至2017年已成为仅次于日本的全球第二大LNG进口国。由于我国LNG码头与接收站建设起步较晚，经验不足，码头设计通过能力尚未充分发挥、接收站储备调峰能力不足的问题凸显，尤其是2017年冬以来，部分地区在用气高峰月、高峰日出现“气荒”现象，天然气供应受到极大挑战，LNG码头与接收站建设运营面临新的发展形势和要求。
日本自20世纪60年代开始建设LNG接收站。我国许多学者也对日本LNG码头与接收站的建设展开了相关研究，以总结其建设经验。李健胡等从日本LNG接收站的投资主体、法规与管制、组织建设等方面进行总结归纳，提出对中国LNG接收站的建设启示。Lam论述了日本电力公司与天然气公司合作建设LNG接收站，并进口LNG用于发电，从而为中国和香港的天然气发电提供借鉴。另外，也有学者从日本天然气的利用和储备情况等方面进行研究。
本文以日本实际建设的LNG码头与接收站为对象，总结分析LNG码头的布置形式、泊位数量、集疏运方式以及LNG接收站的平面布置形式、储罐数量及建设形式等特征，并得到LNG储罐容量与人口和地区生产总值的关系，以及人均罐容、用气需求特征对储备调峰能力的的影响等规律。
1 研究对象
日本国土南北狭长，海岸线曲折，LNG码头与接收站在全国范围均有分布，其中大规模的LNG接收基地分布在人口密度大、经济发达的南部沿海区域，与广泛分布于全国的小型卫星站互为补充，形成“南多北少、东多西少”的整体格局(图1)。截至2017年末，日本共建成LNG接收站34座，储罐189个，储存能力达1866.82万m3，LNG码头30座，共有LNG装卸船泊位38个，涉及管道、公路、铁路、水路等多种集疏运方式，建设规模居世界首位。
2LNG码头建设特征
2.1平面布置
日本LNG码头平面布置形式大部分为突堤式，泊位一般分布在堤头处。如北海道石狩(图2)、日立(图3)、八户、袖浦、长崎、富津等LNG码头均为此种布置形式，节约自然线，同时堤头处便于LNG船舶靠离泊和紧急离开码头，减少通航时与其他船舶相互影响。
2.2泊位数量
LNG码头和LNG船舶的危险性是制约泊位数量的重要因素。LNG船舶运输大量可燃性气体，若泊位过多，港内船流密度大，则船舶进出港和靠离泊作业时发生碰撞等海事事故的几率大，存在巨大的安全隐患。因此，日本大部分LNG码头泊位数量较少，为1~2个。如表1所示。
2.3集疏运方式
管道和公路运输是日本LNG码头应用最为广泛的集疏运方式。日本国土多山地和丘陵，管道建设条件较差。但日本管道技术成熟，天然气管道覆盖范围广，主要用于供应城市燃气和发电。在自然条件较差、管道建设成本过高或天然气需求量不大的地区建有卫星站，由管道向卫星站供应LNG，由槽车在卫星站与用户间进行点供。
除管道和公路运输外，日本还推进LNG铁路运输，相关立法也走在世界前列。2010年，日本就已开通8个路段的LNG铁路运输线路，包括新泻到青森、秋田、金泽、富山4个路段，苫小牧到旭川、钏路、带广3个路段和姬路到富山1个路段，涉及沿海城市之间、沿海与内陆城市之间以及跨区域之间等多区域调运(图4)。LNG铁路运输主要以罐式集装箱的形式运输，适用“高压气体安全法”等相关法律，集装箱罐体由热塑性瓶支撑，外部采用钢框架加固20ft(6.1m)、30ft(9.1m)、40ft(12.2m)的集装箱装载LNG分别为5.6、10、13.5t。
随着集装箱运输技术的成熟和天然气需求量的大幅提升，罐式集装箱作为一种新的LNG运输方式，可与其他货物混装，通过火车或集装箱船运输，具有装卸快捷方便、节约成本、损耗少、周转时间短等诸多优点。根据日本相关部门测算，运输距离大于200~300km时，运输成本小于公路运输成本。
除运输成本优势外，罐式集装箱可与其他集装箱同时进行陆上或水上运输，充分利用现有基础设施，减少LNG运输船舶和内河LNG接收站的建设成本。相比于槽车罐，罐式集装箱装卸时间短。一般可在0.5h左右实现快速卸载，缩短运转天数，减少产品卸载损耗和自然损耗。
相比于公路运输，利用罐式集装箱进行轨道运输更加安全稳定。此种运输模式可充分利用现有资源打通上下游，改善天然气依赖LNG接收站通过公路槽车运输至用户的陆上运输模式。
3 LNG接收站建设特征
3.1 平面布置形式
日本LNG接收站布置形式更加多样化。不同接收站的储罐至码头前沿距离差别较大，储罐、槽车装车撬等设施的布置形式多根据当地自然条件特点和功能确定。如长崎LNG接收站平面布置主要由接收站用途确定，长崎LNG接收站位于九州西海岸长崎半岛西北、长崎湾内的突堤外侧，主要用于发电和城市用气，突堤端部西南侧建有1个LNG泊位，泊位后方紧邻发电厂。通过管道连接至储罐和槽车装车撬，长崎站为卫星站，储备需求较小，接卸LNG船舶后大部分装车或气化后进入管道，因此其储罐规模较小。共建有1个3.5万m3的LNG储罐，槽车装车撬4个，标准车位16个，通过管道和槽车为长崎县12万人口提供城市燃气(图5)。
3.2LNG储罐规模
LNG储罐规模可反映接收站的储备调峰能力:LNG接收站的总罐容越大。该接收站在用气低谷时期可储存的LNG量越大，在用气高峰时期输出气量也越大。供应城市燃气、发电的接收站，要求储罐规模较大。工业和化工用气的接收站对天然气储备需求较小，储罐规模也较小，日本各接收站储罐规模相差较大。其中，储罐规模为64万m3及以上的大型LNG接收站9个，占全国的26%。袖浦LNG接收站为日本罐容最大、储罐数量最多的LNG接收站，建有储罐35个，罐容266万m3，主要用于发电和城市燃气。储罐规模为16万m3以下的接收站3个，分别为长崎、鹿岛、市新港LNG接收站。日本LNG储罐规模占比见图6。
为评估日本LNG接收站建设规模的影响因素，以2017年末日本八大地方的LNG储罐总罐容为建设规模指标(表2)。调研人口数量、面积、地区生产总值并计算人口密度、人均生产总值等相关指标，并进行单因素分析。
结果表明人口、人口密度、地区生产总值、人均生产总值均与罐容在0.01水平(双侧)显著相关，相关系数分别为0.988、0.946、0.988、0.847。选取相关系数最高的人口和地区生产总值为自变量，总罐容为因变量，分别进行一元线性拟合，拟合结果见图7，判定系数R2分别为0.9761、0.9752，拟合效果较好。因此，日本LNG接收站的建设规模基本与人口数量、地区生产总值呈正相关，相关系数分别为0.1896、0.0413。2017年日本人均拥有储罐罐容0.093m3∕人，总罐容与全国GDP之比为3.42m3∕亿日元。各地人均罐容、罐容与地区生产总值之比见图8、9。
3.3 LNG储罐建设形式
日本LNG储罐建设形势多样，包括地上式、半地下式和地下式3种，其中半地下式和地下式LNG储罐应用广泛。半地下式和地下式储罐，建造工艺比地上式LNG储罐更为复杂，一般需要采取隔热措施减少冬季冰冻影响，投资较大。其优点是地下结构在周围底层的约束下震害程度相对较轻。随着LNG储罐大型化发展，地上式储罐容易给人造成恐慌心理，地下式和半地下式更容易被人接受。
3.4 天然气储备调峰能力分析
天然气储备调峰能力与用气需求特征密切相关。日本天然气的主要用途为商业用气，占天然气消费量的50%以上，居民用气占比较小，用气趋势与我国北方地区类似，但峰谷差变化相对较小，2017年日本天然气消费量见图10，各消费类型占比见图11。
我国各地区天然气消费需求差异较大，天然气用途主要可分为城市燃气、发电、化工和工业用气4部分，分区域、分季节不平衡特点突出。其中，南方地区年用气量无较大峰谷差，全年需求趋于平稳。与日本天然气消费特征相近，长三角地区主要用于冬季居民采暖和夏季发电制冷，全年用气量出现冬夏两个小波峰。
北方地区冬季供暖需求量大，天然气主要用于冬季采暖，冬夏季峰谷差大，不平衡性最为明显，以环渤海地区最为明显，在国家出台“推进北方地区冬季清洁采暖”政策之后，京津冀大面积“煤改气”，天然气需求量大幅增长，强势取代液化石油气，城市燃气在天然气应用中占比不断提高，其中2017年冬季，北京、天津等典型的北方城市用气高峰一般为进入取暖期之后的冬季，年高月高日用气量(1.98亿m3)是年均用气量(1.12亿m3)的1.78倍，是低月日均用气量(0.71亿m3)的2.78倍，峰谷差近4倍。天然气需求量的大幅增长和季节性峰谷差的加大，对区域天然气供应、储备和调峰能力提出了更高的要求。
4 结论
1)日本LNG码头与接收站呈现“南多北少、东多西少”的总体布局特点，主要由人口和经济发达程度决定，具有不均衡性。其中南侧沿海LNG码头与接收站密集，主要供应东京都市圈，其人口和GDP均占到全国的一半以上，用气需求巨大。
2)为节省自然岸线、方便船舶靠离泊和进出港，日本LNG码头布置形式一般为突堤式。考虑到LNG船舶的危险性，为减小海事事故发生的几率，其泊位数量较少，为1~2个。主要集疏运方式为管道和公路运输，此外，日本已开通了8个路段的铁路运输线路。
3)日本LNG接收站平面布置形式多样，多根据当地自然条件特点和功能确定，储罐规模分别与人口、地区生产总值呈线性正相关关系。2017年日本人均罐容0.093m3∕人，总罐容与全国GDP之比为3.42m3∕亿日元，储罐形式包括地上式、半地下式和地下式3种。
4)日本天然气消费特征与我国北方地区类似，但峰谷差相对较小，其储备调峰能力可为我国LNG接收站建设提供参考。（文/母宝颖 房卓 王文渊 郭子坚，大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室 交通运输部规划研究院，转载自《水运工程》）
