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。前工业化社会的能源需求有限,只能在当地生产,不能进行交易。有限的经济利益可能导致大宗和低能源含量商品的交易,如木柴。海运是一种散货运输,不能有效地支持散货贸易。一个明显的例外是与油灯相关的燃料贸易,这些油灯依赖于动物脂肪和橄榄油,它们可以远距离运输。在罗马帝国时期,用双耳罐运输橄榄油的广泛贸易网络可以被认为是海上航运能源贸易的早期形式之一。

直到工业革命能源开始广泛交易.能源消耗的快速增长以及能源供应系统的基本变化随着煤炭引入焚烧新供应路线。煤炭成为一种方便的燃料,因为它可以释放比类似的木材更多的能量更多的四倍,没有腐烂,并且可以很容易地处理和储存。此外,可以将其蒸馏成燃料,例如煤油。从生物能源供应到矿物质供应的转变需要能源生产和消费和相关贸易流动的位置变化。

早期煤炭交易是一个运输基础设施发展的强大司机以及船舶的分类。18世纪末,随着工业革命的开始,欧洲和美国开始修建一系列运河,煤炭航运是主要的推动因素。布里奇沃特运河(Bridgewater Canal)是第一个引人注目的专门建造的承载能源的基础设施,目的是响应当时开始于英国的工业革命的要求。无船闸运河将沃斯利煤矿与16公里外的曼彻斯特连接起来。在1761年建成后,曼彻斯特的煤炭成本降低了一半以上,有利于在新兴工业活动中更广泛地使用煤炭。这引发了欧洲和北美的运河基础设施投资浪潮。

第一次能源贸易是短距离的,主要涉及装卸简陋设备的驳船。由于工业用途、运输燃料和发电对煤炭的需求增加,固体和液体的专用散装载体是必需的。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,由于油发动机赋予的速度和范围优势,英国海军部门决定将其战舰从煤中转换为石油推进。煤炭供电需要一系列燃煤站,通过需要在战略地点确保足够的煤炭供应的需要限制了它们的操作灵活性。此外,融合的繁琐且劳动密集型的过程至少是填补船舶持有的一天。由于英国没有石油资源,它将盎格鲁波斯石油公司国有化,并致力于保护这种资源在波斯岛(伊朗于1934年以后),大多数供应来自于此。

石油贸易的背景要求在19世纪晚期设计出一种新的船舶级别,油轮。自1878年第一艘油轮在里海开始运输石油以来,世界海上油轮船队的运力已大幅增长。从那时起,石油能源市场扩大到包括管道网络、存储区域、港口设施、油轮和炼油厂。不断增长的能源需求扩大了工业地区的港口,有利于在能源开采地区(煤田和油田)附近设立新的专门港口。

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(也称为Bunkering)和推动工业需求(加发电)。能量市场的第一个重要特征是生产浓度而且更多的地理位置分散消费.这种生产浓度是规模经济的直接函数,其特征是能源领域,不仅仅是许多制造业。对于能量提取,加工和运输,当处理额外的卷时,实现了大量效益。能量代表A.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的资源这在技术上更简单,但与碳排放和污染物如二氧化硫相关联。自工业革命以来,煤炭一直是首选燃料,支持能源和工业系统的大规模发展。尽管如此,其消费正在下降,特别是在高级经济体中转变为自然气和替代能源(太阳能,风)的更先进的燃料来源。

煤炭为两大市场供应了两大热煤占据了90%的需求。它主要用于发电站产生高压蒸汽,然后驱动涡轮机发电。它也被用来烧制水泥和石灰窑,支持建筑行业。这意味着大型燃煤电厂的位置与运输能力,特别是港口基础设施有关。直到20世纪中叶,蒸汽机也使用了煤,动力煤市场十分活跃,但现在已经不存在了。第二个是煤炭市场焦练煤(需求的10%),一种衍生自沥青煤的特定类型的冶金煤,用作将金属矿石转化为金属的碳源。烹饪煤允许高炉通过迫使其与煤中的碳的组合来除去矿石中的氧气。

煤炭行业及其市场面临着几种挑战和重建。煤炭是成为竞争力关于其他能源,其生产是下降。该行业受到一系列环境法规和负面舆论的影响,以从煤炭过渡。煤发电厂的效率正在改善碳捕获的灰烬,硫和试图的排放。“清洁煤”技术已提出,发出较少的灰烬,但释放相同的二氧化碳。自20世纪90年代以来,技术允许将与煤炭有关的排放量减少90%。在许多领域,与煤炭如酸雨相关的环境问题,不再是北美和欧洲的主要环境问题。煤炭市场受到其他能源市场的比较价格,可以创造区域差异。例如,2011年福岛核事故迫使日本在煤炭的发电中重新投资,以应对电力发电中缺乏替代品。

B.石油

交通是最重要的运输燃料.它几乎完全依赖成品油,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,航空用Jet-A燃料。虽然工业和发电等其他经济部门对石油的使用仍然相对稳定,但石油需求的增长主要是由于运输需求的增长。在石油消费总量中,交通运输所占的比重有所增加,在美国等发达国家已超过70%,达到55%以上。石油的其他重要用途包括润滑剂、塑料和肥料。对石油的需求帮助形成了石油资源附近地区的港口发展,有时引入全新的港口和相关的基础设施。中东的发展中国家如达曼、科威特、多哈、阿布扎比和迪拜的情况尤为明显。

在中期内,除了电动汽车的出现和低硫船用燃料(包括天然气)的海上航运替代方案外,可供选择的替代方案有限。世界上最大的石油消费国仍然是美国、西欧、中国和日本等工业化经济体,它们占全球原油进口的70%左右。为了满足这些市场的需求,休斯顿、鹿特丹、新加坡和蔚山等以港口为中心的大型石化企业。尽管如此,随着发展中国家交通系统的现代化,这一比例仍在增加。由于石油消费和生产的特点是其供求地理上的严重差异,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,主要取决于石油提炼是在源头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并有机会结合提取。全球天然气的产量越来越大,其成本竞争力与石油有关的净效率。

天然气被认为是最清洁的化石燃料,特别是用于发电,并已成为发电厂的关键燃料。燃气轮机技术使天然气发电比煤炭更便宜,这意味着依赖化石燃料的全球发电市场正在向天然气供应链转移。此外,天然气在低硫船用燃料方面的竞争力越来越强,特别是考虑到海运中有关船用燃料含硫量的现行规定。一个主要的挑战涉及天然气的分配,这依赖于更复杂的技术,如管道和液化。

全球需求的增长为长途距离移动天然气的要求。液化天然气(LNG)是运输天然气的理想形式,但需要复杂的技术任务。一旦提取天然气,将通过管道带入端口终端附近的液化设备。通过低温工艺,将天然气降低至-160℃,暗示体积压缩率为610倍。然后可以通过一支专业LNG载体运输LNG产品。在目的地端口,LNG存储并重新气化以通过管道分发。

D. Bunker Fuel.

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间位置其中,加油是一个机会,对船舶的航线和时间表的干扰最小。

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了燃料燃料的硫含量,从3.5%到0.5%。自2010年以来,这一全球实施正在逐步逐步逐步逐步激活,在2020年开始。现有的监管已经推动了使用低硫燃料的转变,如LNG,非常低的硫燃料油(VLSFO,最大0.5%硫),超级- 硫磺燃料油(ULSFO,MAX 0.1%)和低硫海洋煤气油(LSMGO)。或者,船东可以选择安装诸如洗涤器和选择性催化还原(SCR)系统的排放控制装置。对于中期,正在考虑替代船舶燃料,例如氢,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水平的浓度,六个国家占全球燃料燃料销售的60%。

3.海上能源运输

能源运输市场是零散的,但能源运输的主导模式是免费的,特别是当起源或目的地是内陆的或者陆路航线可以减少距离时。与其他形式的运输一样,能源运输通常是一系列模式,海洋和管道最适合大量的卷。这种卷强调了对能源运输链中载荷断点的规模经济的需求。能量运输是活动的最容易发生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,海上运输发运了约29亿吨石油和天然气产品,大致所有石油所产生的62%.剩下的38%是使用管道(占主导地位),火车或卡车。原油单独占17.7亿吨。石油的海洋流通循环跟随一套海上航线在提炼地区和提炼消费地区之间。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载,然后运往日本、美国和欧洲。前往日本的油轮将使用马六甲海峡,前往欧洲和美国的油轮将使用苏伊士运河或好望角,但取决于油轮的大小和具体目的地。

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。由于环境的安全考虑到,单壳油轮逐渐被双壳油轮所取代。

LNG Industry.最初是作为一个利基而发展的。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开始中间流活动,通过与上游燃气销售商在液化项目中与上游燃气卖家合作,或在进口终端中的下游买家投资来整合他们的LNG值链。它们还可以通过将船舶转换为浮动气体生产或再溶解单元来取得制冷终端的作用。此外,市场结构中最引人注目的变化之一,这两者都有贡献并受益于短期市场,这一直是投资整个LNG供应链的公司的出现。这些投资组合玩家具有液化兴趣组合,它们用于使用他们为此目的专门控制的船舶提供进口终端的投资组合。This group mainly includes a number of international oil majors (e.g., Shell, BP, ExxonMobil), utility companies (e.g., Suez de GDF, ENI), private companies (e.g., Mitsui), and quasi-government companies (e.g., Sonatrach, Qatar Petroleum and Statoil).

船主可以被分类为四类

  • LNG综合项目燃气供应商,包括国家石油公司及其合作伙伴。
  • 燃气买家,像日本和韩国依赖LNG进口。他们拥有并运营一些运输能力,以使燃气供应商多样化以确保市场需求。
  • 国际石油专业,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。
  • 独立船主谁以前从LNG综合供应商或买家获得了长期合同。

随着液化天然气贸易的增长,额外的液化天然气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(经济集聚)。这取决于它们在能源供应链中的位置集群能源转型活动可以是供应链的上游或下游。港口也是能源生产平台(范围经济)可以向其用户提供传统和替代能源。

港口与能源市场的关系正处于紧张状态能源过渡能源的提供者、消费者和处理器的功能。即使港口和海运业只占全球碳排放的2%左右,也存在改善其环境绩效的压力,主要是由于其与能源供应链的高度整合。这脱碳港口化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:

  • 以港口为中心的能源生产转型.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。
  • 船舶能源供应系统.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。
  • 以端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输入。港口能源系统的转型将伴随着港口工业生态系统的转型。
  • 海上风力发电.通过海洋界面,港口可以访问大型沿海海洋区域,可以提供风力发电机会。港口及其行业已经提供了对安装风发电能力的现有需求,并可提供港口当局新的收入来源。
  • 集成端口能源系统.港口集群可以让不同的能源系统(传统的和替代的)独立运行,在供应和需求之间实现更好的集成。这就建立了一个能源交易系统,在这个系统中,能源盈余可以在港口社区的供应商和用户之间进行交易。一个更高效的电网和能源储存能力必须同时发展。

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年)。导航到更清洁的海运:北欧地区的课程。巴黎:经合组织。
  • 王淑娟,王淑娟,王淑娟(2014)。液化天然气运输市场的船东结构和船队分布,国际航运物流,6(5),488-512。