天然氣在我國(guó)能源系統(tǒng)的清潔低碳轉(zhuǎn)型中具有重要地位。近年來(lái)，隨著“煤改氣”政策的大力推動(dòng)，我國(guó)天然氣消費(fèi)量快速增長(zhǎng)，對(duì)外依存度快速升高。2018年，我國(guó)天然氣消費(fèi)量達(dá)到2803億立方米，對(duì)外依存度達(dá)到近45%。

我國(guó)天然氣資源與需求在空間上分布不均，再加上天然氣運(yùn)輸及存儲(chǔ)極大依賴基礎(chǔ)設(shè)施，我國(guó)已建成覆蓋全國(guó)的天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)和遍及沿海各省的液化天然氣接收站，從而對(duì)天然氣進(jìn)行跨區(qū)域的大規(guī)模調(diào)配，如圖1所示。

圖1. 2017年我國(guó)跨省天然氣管網(wǎng)及LNG接收站分布圖

與此同時(shí)，我國(guó)天然氣需求具有顯著的季節(jié)性波動(dòng)。冬季供暖使得天然氣需求驟增，尤其是大力推廣清潔供暖的華北地區(qū)。進(jìn)口、運(yùn)輸和儲(chǔ)存設(shè)施不足將難以應(yīng)對(duì)天然氣需求的季節(jié)性波動(dòng)。2017年冬季，在多因素的作用下，我國(guó)出現(xiàn)了大范圍的供氣緊張現(xiàn)象。

未來(lái)，我國(guó)天然氣需求仍將持續(xù)增長(zhǎng)。根據(jù)國(guó)家發(fā)布的《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》和《能源生產(chǎn)與消費(fèi)革命（2016-2030）》，天然氣在我國(guó)一次能源消費(fèi)比重將在2020年和2030年分別達(dá)到10%和15%，同時(shí)，我國(guó)天然氣供應(yīng)能力在2020年將達(dá)到3600億立方米。

合理的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃是滿足不斷增長(zhǎng)的天然氣需求及應(yīng)對(duì)天然氣需求季節(jié)性波動(dòng)的關(guān)鍵。基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過(guò)早將帶來(lái)投資浪費(fèi)，而建設(shè)過(guò)晚又容易引發(fā)供應(yīng)能力不足。我國(guó)國(guó)土面積廣袤，區(qū)域差異顯著，考慮到天然氣基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的位置、容量和時(shí)間節(jié)點(diǎn)，使得規(guī)劃問題更為復(fù)雜。

有鑒于此，來(lái)自于清華大學(xué)能源與動(dòng)力工程研究團(tuán)隊(duì)近期發(fā)表在BMC Energy 上發(fā)表的文章Modelling and optimization of a natural gas supply system at a transient stage: a case study of China 建立了我國(guó)多區(qū)域天然氣供應(yīng)系統(tǒng)優(yōu)化模型，在給定未來(lái)天然氣需求的條件下，通過(guò)優(yōu)化計(jì)算得到長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃方案和天然氣資源分配方案。模型將我國(guó)劃分為30個(gè)區(qū)域，并以月份為時(shí)間步長(zhǎng)以反映季節(jié)性差異，規(guī)劃時(shí)間段覆蓋2015到2050年。

本文依據(jù)該模型分析了四個(gè)問題。其一，模擬2017年冬季天然氣供應(yīng)緊張時(shí)天然氣主干管網(wǎng)的運(yùn)行情況。其二，在當(dāng)前基礎(chǔ)設(shè)施下，尋找能夠降低成本的天然氣資源配置方案。其三，根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃，分析十三五規(guī)劃中天然氣消費(fèi)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的可能性。其四，在未來(lái)天然氣需求預(yù)期下，天然氣基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃方案。主要結(jié)論如下：

一、2017年冬季天然氣供應(yīng)情況模擬如圖2所示，結(jié)果顯示西北向華北的輸送通道均處于高負(fù)荷狀態(tài)，北方沿海接收站也處于高負(fù)荷狀態(tài)，一定程度上反映了當(dāng)時(shí)的供氣緊張局面。

圖2. 2017年12月我國(guó)主干天然氣管網(wǎng)負(fù)荷模擬

二、在當(dāng)前基礎(chǔ)設(shè)施均處于高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的條件下，天然氣資源供應(yīng)方案優(yōu)化空間較小。計(jì)算結(jié)果顯示，將西北的天然氣資源減少向華南供應(yīng)，而增加向華北的供應(yīng)，同時(shí)將LNG資源增加向華南的供應(yīng)，減少向華北的供應(yīng)，能夠減少總體的運(yùn)輸成本。本研究采用的總經(jīng)濟(jì)成本最低的目標(biāo)，是與天然氣市場(chǎng)化定價(jià)的條件相匹配的，因?yàn)樵谑袌?chǎng)化條件下，如果有使總成本降低的方案，總會(huì)有市場(chǎng)參與者采取適當(dāng)行為通過(guò)降低成本獲利。在當(dāng)前不完全市場(chǎng)定價(jià)下，天然氣資源分配方案和總成本最低的方案會(huì)產(chǎn)生一定偏差。

三、根據(jù)各省制定的“十三五”規(guī)劃，2020年全國(guó)天然氣需求將達(dá)到4080億方，遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)家總體基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃和需求量預(yù)期。如果各省均按照各自規(guī)劃推廣天然氣消納，將導(dǎo)致嚴(yán)重的供應(yīng)不足的局面。天然氣供應(yīng)能力的上下游是相互關(guān)聯(lián)的，而各省分別制定各自“十三五”規(guī)劃，導(dǎo)致了各省規(guī)劃和國(guó)家規(guī)劃相沖突的局面。

四、本文給出了我國(guó)天然氣消費(fèi)量在2020年、2035年和2050年分別達(dá)到3420、7780和8700億方的情景下，天然氣管網(wǎng)和LNG接收站的布局情況，包含地點(diǎn)、容量和時(shí)間節(jié)點(diǎn)等信息，如圖3-5所示。儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)和投資信息可參考文章內(nèi)容。

圖3. 2020年我國(guó)主干天然氣管網(wǎng)和LNG接收站規(guī)劃

圖4. 2035年我國(guó)主干天然氣管網(wǎng)和LNG接收站規(guī)劃

圖5. 2050年我國(guó)主干天然氣管網(wǎng)和LNG接收站規(guī)劃