第8.3章 - 港口和能源

作者:Jean-Paul Rodrigue博士

全球经济倾向于需要提供,改造和运输的大型能源供应的消耗。港口一直是提供和分配能源的重要组成部分。

1.能源市场的起源

从历史上看,有没有能源市场在海运中。在工业前社会中的能源面临有限的需求,在本地生产,并未交易。有限的经济效益可能导致古代笨重和低能量内容商品等柴火。海运是一个Breakbulk Endeavor无法有效地支持散装交易。一个值得注意的例外是与依托动物脂肪和橄榄油的油灯相关的燃料贸易,这可以长距离进行。在罗马帝国中,在Amphoras中携带的广泛贸易网络可被认为是海运能源贸易的早期形式之一。

直到工业革命能源交易开始广泛进行.随着煤炭的引入,能源消费的快速增长和能源供应系统的根本变化,刺激了新的供应路线的设置。煤成为了一种方便的燃料,因为它比同等质量的木头释放的能量多4倍,不腐烂,易于处理和存储。此外,它还可以被蒸馏成煤油等燃料。从生物能源供应转向矿物能源供应造成了能源生产和消费以及相关的贸易流动的地点变化。

早期煤炭交易是一个运输基础设施发展的强大司机和运输的分类。在18世纪后期,工业革命的发作,在欧洲和美国建造了一系列运河,煤炭运输为主要的驱动因素。桥梁运河是第一个显着的故意建立的基础设施,以便在此期间在英国开始回应工业革命的必要性。No Locks Canal将Worsley的煤矿与16公里外的曼彻斯特联系在一起。在1761年完成后,曼彻斯特煤炭成本远远超过一半,青睐其在蓬勃发展的工业活动中的更广泛。这引出了欧洲和北美的运河基础设施投资浪潮。

第一次能源交易是短距离的,主要涉及用简陋设备装卸的驳船。随着工业、运输燃料和发电对煤炭的需求增加,固体和液体专用散货船是必需的。Collier Ships旨在携带煤炭供应工厂或提供海军舰队。在19世纪,汽船和铁路的发展为供应和煤炭需求创造了一种自我加强循环。对于长距离导航,向煤动力蒸汽机的过渡有利于设置装煤站如亚丁和开普敦,船舶可以从本地提取的煤炭加油。这创造了对局部能源系统的需求。

1912年,英国海军部决定将其舰队的煤推进器改为油推进器,因为油发动机具有速度和航程优势。以煤炭为动力的船舶需要一个煤站网络,由于需要在战略位置确保充足的煤炭供应,这限制了它们操作的灵活性。此外,装煤是一项繁琐而劳动密集的工作,装满一艘船的煤舱至少要花一天的时间。由于英国没有石油资源,它将盎格鲁-波斯石油公司收归国有,并致力于保护波斯(1934年后的伊朗)的石油资源,因为大部分石油供应来自波斯。

石油贸易的设定需要在19世纪后期的油轮设计新船舶班级。由于第一个油罐车于1878年在里海海运中开始运输石油,因此世界上的海上油轮舰队的能力大幅增加。从那时起,石油能源市场扩大到包括管道,储存区域,港口设施,油轮船和炼油厂网络。越来越多的能源需求扩大工业区的港口,并青睐能源提取区附近​​的新型专业港口(煤田和油田)。

2.主要港口能源市场

当代能源市场供应两个互补的交通系统;加油船(也叫加油)和促进工业需求(加上发电)。能源市场的第一个重要特征是集中生产而且更多的地理位置分散的消费.这种生产集中是能源部门比许多制造部门更具有特点的规模经济的直接作用。对于能源的提取、加工和运输,当处理额外的体积时,可以实现实质性的利益。能源是一个全球航运市场的大量份额并占大港卷。

A.煤炭

煤炭是一种便于燃料,易于易燃储存和运输。它仍然是一个廉价和广泛可用的资源这在技术上更容易使用,但与碳排放和二氧化硫等污染物有关。自工业革命以来,煤炭一直是首选燃料,支持了能源和工业系统的大规模发展。尽管如此,它的消费量仍在下降,特别是在向天然气和替代能源(太阳能、风能)等更先进的燃料来源过渡的发达经济体。

煤炭服务于两个主要市场热煤以90%的需求支配。它主要用于生产高压蒸汽的电站,然后推动涡轮机以产生电力。它还用于消防水泥和石灰窑,支持建筑业。这意味着大型煤电设备的位置与运输能力,特别是端口基础设施相关联。直到20世纪中叶,煤炭也用于蒸汽发动机,具有活跃的蒸汽煤炭市场,不再存在。第二煤市是炼焦煤(占需求的10%),一种从烟煤中提取的冶金用煤,用作将金属矿石转化为金属的碳源。通过蒸煮煤炭,高炉可以将矿石中的氧气与煤中的碳结合,从而去除矿石中的氧气。

煤炭行业及其市场正面临着几个挑战和重建。煤是变得越来越竞争力至于其他能源,其产量正在下降。该行业受到一系列环境法规的制约,以及公众对其从煤炭转向煤炭的负面意见。通过减少煤灰、硫的排放和尝试碳捕获,燃煤电厂的效率正在提高。“清洁煤”技术已经被提出,排放更少的灰烬,但释放相同数量的二氧化碳。自上世纪90年代以来,技术已使煤炭相关排放减少了90%。在许多地区,与煤有关的环境问题,例如酸雨,已不再是北美和欧洲主要的环境问题。煤炭市场受制于其他能源市场的比较价格,这可能造成地区差异。例如,2011年的福岛核事故迫使日本重新投资于燃煤发电,以应对替代能源的缺乏。

b .石油

运输是最重要的运输燃料.它几乎完全依赖于成品油,如汽车用汽油、卡车用柴油、内陆驳船和非电力机车用柴油、海运用船用燃料和航空运输用Jet-A燃料。虽然工业和发电等其他经济部门使用石油的情况仍然比较稳定,但石油需求的增长主要是由于运输需求的增长。交通运输在石油消费总量中所占的份额有所增加,在美国等发达经济体中,交通运输占石油消费总量的比例超过了55%,超过了70%。石油的其他重要用途包括润滑剂、塑料和化肥。对石油的需求帮助形成了石油资源附近地区的港口发展,有时引入了全新的港口和相关的基础设施。这在中东的发展中国家尤其明显,如达曼、科威特、多哈、阿布扎比和迪拜。

除了电动汽车的出现和在海运中以含硫较低的船用燃料(包括天然气)替代外,在中期替代方面的选择有限。最大的石油消费国仍然是世界上的工业化经济体,如美国、西欧、中国和日本,它们约占全球原油进口的70%。为了供应这些市场,休斯顿、鹿特丹、新加坡和蔚山等大型港口石化中心。尽管如此,随着运输系统的现代化,发展中经济体的份额正在增加。由于石油消费和生产的特点是其供应和需求的地理位置严重不同,国际石油运输是必要的,以弥补这些不平衡。市场分为原油和成品油油轮,主要取决于原油提炼是在货源附近进行还是在市场附近进行。

C.天然气

天然气主要由化石甲烷和其他轻烃组成。它的混合物为50至90重量%的甲烷,丙烷和丁烷,其特征在于基于其甲烷含量的“干燥”或“湿”,基于其硫含量为“甜”和“酸”。天然气通常与油相关联,暗示一个石油和天然气田的对应和机会结合提取。由于天然气相对于石油的成本竞争力不断提高,全球天然气产量一直在增长。

天然气被认为是最清洁的化石燃料,特别是对于能量产生,并且已成为电力厂的关键燃料。燃气轮机技术允许天然气生产电力比使用煤炭更便宜,这意味着依靠化石燃料的全球发电市场正在朝向天然气供应链的转变。此外,天然气与低硫磺燃料燃料的关系越来越竞争,特别是鉴于诸如垃圾燃料的硫含量的海运中的持续规定。一项重大挑战涉及天然气的分布,这依赖于更复杂的技术等管道及其液化。

全球需求的增长创造了长距离运输天然气的需求。液化天然气(LNG)是一种理想的天然气运输形式,但需要复杂的技术任务。天然气一旦被提取出来,就会通过管道输送到港口码头附近的液化厂。通过低温过程,天然气被降至-160摄氏度,意味着体积压缩610倍。然后,液化天然气产品可以通过专业的液化天然气运输船船队运输。在目的港,液化天然气被储存和再气化,然后通过管道分配。

d .船用燃料油

Bunkering是一个重要的海运能源市场,因为它涉及在所选地点加油船。燃料燃料是真空蒸馏塔的下切(如汽油等较高的燃料),这意味着它们是重量,低粘度的低质量燃料,需要预热以用于燃烧。在港口码头可能发生时,最常见的过程涉及沿着船舶加油的热带船舶对接。由于全球航运网络的特点,趋于发生荒芜主要商业网关或中介地点粮食代表船舶路径和时间表中断最小的机会。

燃料燃料市场正在遇到IMO(国际海事组织)支持限制的国际法规的重大变化限制船用燃料的硫含量,从3.5%到0.5%。自2010年以来,这一全球实施正在逐步实施,并将于2020年全面实施。现有法规推动了低硫燃料的使用,如LNG、极低硫燃料油(VLSFO,最高含硫0.5%)、超低硫燃料油(ULSFO,最高含硫0.1%)和低硫船用柴油(LSMGO)。或者,船东可以选择安装排放控制装置,如洗涤器和选择性催化还原(SCR)系统。就中期而言,正在考虑替代船舶燃料,如氢、氨和生物燃料。

新加坡仍然是全球最重要的热带市场,每年处理大约5000万吨的沙坑燃料。这种主导地位与被迫通过马六甲海峡的海上交通的强度以及新加坡的重要作用作为主要的精油中心。沙坑加油市场有一个高度集中6个国家的船用燃料销售额占全球的60%。

3.海上能源运输

能源运输市场是分散的,但主要的能源运输方式是互补的,特别是当来源或目的地是内陆或陆上路线可以缩短距离时。与其他形式的运输一样,能源运输通常是一系列的方式,海上和管道是最常用的大规模运输方式。这样的数量强调了规模经济的必要性和能源运输链中负荷断点的重要性。能量的运输是一种活动最倾向于规模经济在运输业中,由于燃料的质量比例相对较低,需求量很高。因此,与港口相邻的位置通常是能量存储和加工活动的主要位置,例如炼油厂,使它们能够作为输入(原油进口)或输出(精制油产品)来访问全球市场。

截至2015年,海上运输油气产品约29亿吨占所有石油产量的62%.剩下的38%要么使用管道(主要),要么使用火车或卡车。仅原油就占17.7亿吨。石油的海洋环流遵循一套海上航线在它被提取的地区和它将被提炼和消费的地区之间。每天有超过1亿吨的石油通过油轮运输。大约一半的石油在中东装船,然后运往日本、美国和欧洲。开往日本的油轮将使用马六甲海峡,而开往欧洲和美国的油轮将使用苏伊士运河或好望角,这取决于油轮的规模和具体目的地。

世界油轮舰队能力(除了政府军事使用的长期军事用途拥有或包裹的油轮)是2015年约有488万吨,占世界航运吨位的28%。国际石油运输市场上有大约7,000辆油轮。雇用油轮的成本被称为租船率。它根据油轮,原点,目的地的尺寸和特征和船舶的可用性而变化。然而,由于它们所赋予的规模经济,较大的船舶是优选的。大约638 VLCC(非常大的原油载体)占被携带的三分之一的油。运输成本占泵汽油总成本的一小部分。例如,从中东携带到美国的石油占泵的每升约1美分。根据服务的市场,运输成本通常占增加油价值的5%至10%。自2000年以来油价的增长使运输成本甚至降低总成本的组成部分,有时甚至低于5%。 Thus, oil demand is not related (inelastic) to its transport costs, but a factor of the effective tanker capacity.

油轮流量具有高浓度水平,具有用于不同路线的不同油轮尺寸,即距离和端口访问约束。较大的油轮船需要设置海上码头,甚至是油轮船舶的使用。油轮船也可用作半永久储罐。因此是一个海上石油运输专业化根据市场的船舶规模。VLCC主要用于高卷(每艘船超过200万桶)和长距离(欧洲和太平洋亚洲)。较短的旅程通常由较小的油轮船提供服务,例如从拉丁美洲(委内瑞拉和墨西哥)到美国。运输能力对市场选择产生了重大影响。例如,四分之三的美国石油进口来自大西洋盆地(包括西非),旅程少于20天。因此,大多数亚洲石油进口来自中东,这是一个三周的旅程,新加坡的中途是世界上最大的精炼中心之一。由于环境安全出于考虑,单壳油轮逐渐被双壳油轮取代。

LNG Industry.最初是作为利基开发的。这是一个高度结构化的企业,其特点是专用长期合同,与地区的贸易流量与合同生命的特殊项目联系在一起。由于LNG项目的大资本要求和所涉及的高风险,LNG运输部门的领先市场参与者仅限于所谓的超级专业,即主要石油公司。20世纪90年代之后,燃气买家希望其供应中的更多灵活性,并开始上游移动,参与运输等活动。燃气销售商也开始沿着连锁店搬家,成为少数群体所有者在运输和偶尔在再溶解厂中。因此,液化天然气运输在不同方面的控制下。根据能源市场私有化的全球趋势,液化天然气市场发生的转型受到上游和下游气体市场的放松管制和自由化的严重影响。

如今,一些独立的船东正在启动中游活动,通过与上游天然气销售商合作液化项目或与下游买家投资进口终端,整合其液化天然气价值链。它们还可以充当制冷终端的角色,将船舶转变为浮式气体生产装置或再气化装置。此外,市场结构中最引人注目的变化之一是投资整个液化天然气供应链的公司的出现,这一变化既有助于短期市场,也有利于短期市场的发展。这些投资组合的参与者拥有液化利益组合,他们使用专门为此目的控制的船舶来供应进口码头组合。这一组主要包括一些国际石油巨头(如壳牌、英国石油、埃克森美孚)、公用事业公司(如苏伊士集团、埃尼集团)、私营公司(如三井)和准政府公司(如Sonatrach、卡塔尔石油和挪威国家石油公司)。

船主可以被分类为四类

  • 液化天然气集成项目与天然气供应商,包括国家石油公司及其合作伙伴。
  • 天然气买家比如依赖进口液化天然气的日本和韩国。它们拥有并经营一些运输能力,以使天然气供应商多样化,以确保市场需求。
  • 国际石油巨头,投资组合球员,使用自己的船只在液化和再溶解工厂之间航行,在那里他们有投资组合的兴趣。
  • 独立船主那些以前获得液化天然气综合供应商或买家长期合同的公司。

随着液化天然气贸易的增长,额外的LNG项目通过捆绑的运输能力推出,然后新的油轮被相应命令。

4.能源和港口

能源产品批量庞大,散装,强调港口的重要性能源运输平台(规模经济)和能源转型平台(集聚经济)。取决于它们在能源供应链内的位置,能源转化活动的聚集可以是供应链的上游或下游。港口也能源生成平台(范围经济)可以向用户提供常规和替代能源。

港口与能源市场的关系正在进行中能源过渡他们的能量,消费者和能源处理器的功能。即使港口和海运行业占全球碳排放量的约2%,也有压力,以提高其环境绩效,主要是与能源供应链的高度集成。的脱碳的港口涉及一系列潜在的策略以及倾向于能量产生,电气化和分配的演员网络:

  • 港口中心能源发电的转型.港口传统上高度涉及能源发电,例如煤气和天然气发电厂。由于资源由海运船舶批量提出,港口是基于规模经济原则的能源发电系统的有效地点,包括集中分配。任何未来的能源系统都依靠这一原则将倾向于使用港口设施。尽管如此,港口不是在能源生成的业务中。它们是第三方,特别是公共或私人能源公司运营的能源发电设施的便利地点。
  • 船舶能源系统.在包括LNG的持续规定,包括LNG,将涉及新的能源转换过程和相关的目标中心活动。Bunkering的位置可能保持不变,但过渡可以为能够首先提供低排放燃料的港口提供机会。另一种转型涉及冷熨烫,供应船用电力而不是船舶发电机的发电。使用岸生成的功率有一个净成本优势,因为电力比使用船上发电系统所产生的电量便宜。
  • 以端口为中心的活动.这些活动包括终端运营,热带,物流和货运分配,冷库设施,服务船(例如拖船)和支持建筑物。除了减少碳排放外,端口设备的电气化还降低了噪声排放及其负面群落影响。然而,这需要一种必须由能量生产系统提供的再充电站网络。
  • 以港口为中心的工业电气化.许多位于港口设施内的重工业依赖化石燃料作为核心能源投入。港口能源系统的转型将伴随着港口产业生态系统的转型。
  • 海上风力发电.通过海上接口,港口可以进入大的沿海海域,从而提供风力发电的机会。该港口及其工业已经为已安装的风力发电能力提供了现有需求,并可以为港口当局提供新的收入来源。
  • 港口能源系统的整合.端口聚类允许不同的能量系统(常规和替代品)独立运行,从而在供需之间看到更好的集成度。这允许能源交易系统,其中能够在港口社区内的供应商和用户之间交易能量盈余。必须在串联中开发一种更有效的电网和能量存储能力。

一旦港口的能源转型已经成熟,预计港口将在各自的区域能源系统中发挥更具战略性作用,作为生成和分配能源的平台。


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参考文献

  • DNV-GL(2020)。港口:绿色网关到欧洲。
  • 国际交通论坛(2020)。走向更清洁的海运:北欧地区的教训。巴黎:经合组织。
  • 王,S.,Notteboom,T。(2014)。船东的结构和舰队分布在LNG航运市场,国际运输和运输物流,6(5),488-512。