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外文资料来源： Planning of LNG Filling Stations for Road Freight: A Case Study of Shenzhen
2016年上海世界交通运输研究大会. 2016年7月10日至15日
公路货运液化天然气加气站的规划: 深圳案例研究
李叶，李文翔，于越武，鲍蕾
公路与交通工程教育部重点实验室
摘要
与传统柴油燃料相比，液化天然气具有节省燃料成本和减少空气污染的潜力。为了促进液化天然气汽车在深圳公路货运行业的发展，本文旨在对液化天然气加气需求进行预测，并对液化天然气加气站的建设进行规划。深圳道路货运行业由港口运输、集装箱运输、卸货车运输、搅拌车运输、危险货物运输和物流运输等6个子行业构成。此外，本文还对三种不同适用性的 LNG 加气站进行了讨论。考虑到未来十年推广目标的变化，本文将规划时间表划分为4个时期，其中 3种类型的加气站具有不同的建设优先级。在情景分析的基础上，我们预测了各个子行业在各个时期的液化天然气汽车渗透率和液化天然气灌装需求。接着建立了满足充填需求的车站建设总成本和用地面积最小的优化模型。运用该模型，可以计算出每个时期 LNG 加气站所需的数量。本文对深圳市公路货运中液化天然气供需平衡问题进行了研究。此外，规划结果可为政府决策提供科学依据。
1.引言
1.1 背景
由于需要消耗大量化石燃料，交通运输已成为世界大城市空气污染的主要来源。近年来，中国深圳经济发展迅速。因此，节能减排任务十分艰巨。大气环境监测结果表明，机动车排放的污染物是深圳市大气污染的主要来源。因此，必须将交通运输向低消耗、低碳、低污染、高效率的方向过渡。
目前，深圳是中国低排放汽车数量最多的城市，包括电动汽车、混合动力汽车、天然气汽车等。然而，这些低排放车辆大部分是公共汽车或出租车。目前深圳低排放汽车在公路货运业的应用还远远落后于我国其他城市。此外，道路货运排放占深圳市道路运输排放的 63%(交通部研究所，2013)。由于液化天然气汽车的污染物排放水平较低，促进液化天然气汽车在公路货运行业的发展是缓解深圳市空气污染和能源短缺的有效途径。
2.2 研究的目的和内容
本文旨在促进液化天然气汽车在由6个子行业组成的深圳公路货运业的发展。我们倾向于运用情景分析法来预测液化天然气(LNG)的加气需求，并对 LNG 加气站的建设进行规划。然而，由于 LNG 汽车运营的多样性，不同行业在推广 LNG 汽车方面遇到了不同的困难。因此，在进行情景分析时有必要对液化天然气汽车在这6个子行业的渗透率设定不同的衡量标准。在此基础上，建立了满足建设需求总造价和用地面积的优化模型。本文的其余部分结构如下。关于这个问题的文献将在下一节中进行回顾。第三部分介绍了深圳市公路货运和液化天然气加气站的数据。第四部分假设了三个方案来规划液化天然气汽车的发展路径和液化天然气加气站的建设。然后在第5节中讨论了结果。最后，提出了结论和政府建议。
2.文献综述
Hufeld(1995)介绍了天然气汽车加油站的设计过程，并从经济角度提出了一些最佳运行条件。GealeandCryogenics(2003)研究了自助式 LNG 加油站的设计和操作。Frick等人(2007)优化了瑞士压缩天然气加油站的布局。宋(2010)对 LNG 加气站的工艺流程、安全性和经济性进行了分析。何等人(2010)将液化天然气加气站的建设模式分为两种类型：加气站建设和防滑安装。陈等(2013)论述了撬装式 LNG 加气站占地面积小、建设周期短、自动化程度高、移动方便、运行成本低等优点。这些研究证明了天然气加气站技术的成熟和经济性。
虽然对天然气加气站的研究很多，但大多集中在技术、安全和经济方面。关于天然气加气站规划布局的文献很少。童和黄(2002)分析了压缩天然气加气站位置对城市交通系统的影响，并建议在决定规划车站布局之前应评估这种影响。王(2014)以加油站建设费用最小和用户到加油站的总加权距离最小为目标函数，建立了液化天然气加气站选址模型。张(2013)建立了一个预测不同地区液化天然气汽车数量的灰色模型，据此可以确定液化天然气加气站的数量。
然而，以上文献主要讨论的是城市客运车辆的加油站，如公共汽车和出租车。对于公路货运 LNG 加气站的规划，目前还没有人进行过研究。由于液化天然气汽车的行驶路线和特点与公共汽车和出租车有很大的不同，所以液化天然气汽车的加油需求应该单独考虑。因此，有必要开展这项研究。
3.数据
3.1液化天然气货运卡车的发展
截至2012年底，深圳公路货运业约有117,000辆货车(27,522 辆没有引擎的拖车除外)。按车辆规模计算，轻型货车占43.8%，重型货车占54.6%，中型货车仅占1.6%。另一方面，约47.2%的卡车在3年内使用，而其余的卡车已使用超过3年，包括17%的卡车车龄在8年或以上。此外，2012年，7808 辆旧卡车被14914 辆新卡车取代。可以计算出，深圳市公路货运卡车净增长率为每年5%左右。然而，液化天然气汽车的发展仍然滞后。在深圳市公路货运行业中，仅应用了1600 辆液化天然气汽车，渗透率为仅为1.3%。
公路货运业由港口运输、集装箱运输、自卸车运输、混合车运输、危险货物运输和物流运输等6个子行业构成。各分行业的经营数据列于表1
3.2展液化天然气加气站的发展
3.2.1.液化天然气加气站类型
Lng 加气站种类繁多，主要有标准站、橇装站和联合站。这些树种类型的台站的特点详细如下。
- 标准站:标准的液化天然气加气站是中国最常见的加气站，提供液化或压缩天然气燃料，有时两者都提供。油箱通常在 50 立方米以上，面积为 2000 立方米。此外，许多灌装装置平放在车站的地面上。因此，标准站的建设需要大量的土地、投资和时间。其优点是灌装速度快，容量大，可在 3-5分钟内为 5 辆以上的卡车提供服务。
- 橇装站:橇装站分为两种类型:一种固定在地面上，另一种安装在可以移动到任何地方的车辆上。由于橇装式加油站的油箱较小，限制了加油能力。与标准站相比，工艺流程简单，施工周期短，投资少。因此，橇装站非常适用于市场需求不明朗的液化天然气卡车潜伏期。
- 联合站:联合站的定义是同时提供汽油和液化天然气的加油站。这种建设模式最重要的优势是节约土地。有利于控制危险场地的数量，避免场地选择的难题，降低人工成本。但是，当加油车队与汽油机混合使用时，联合站的服务能力较差。
截至 2012 年底，深圳港区仅成功建成 5 个橇装站，满足了港口运输业的加油需求。在市区，由公共交通公司建造的几个液化天然气加气站仅供液化天然气公交车使用。因此，深圳港区以外没有运作中的液化天然气汽车加气站。三种液化天然气加气站的运行数据列于表二。
4.方法
4.1情景假设
目前，液化天然气汽车在深圳公路货运的发展才刚刚起步。可以预计，液化天然气卡车的数量将在未来十年呈指数级增长。然而，受社会资源和用户资源的限制，任何新事物的增长都应遵循“s”型增长曲线规律。因此，本文提出了液化天然气汽车在深圳公路货运业的推广应分为“潜伏期”、“发展期”、“成熟期”和“稳定期”四个阶段。不同时期应有不同的促进目标和发展途径。
- 潜伏期(2012-2016):一开始，公路货运业对液化天然气卡车的接受度并不好，因为大多数货运公司持观望态度。在这种情况下，政府应出台一些激励政策和补贴，为液化天然气汽车的推广创造有利环境。因此，考虑到缺乏支持政策和保护措施，这一时期的目标不应过高。
- 发展期(2016-2020年):经过潜伏期的筹备，深圳市公路货运业促进液化天然气汽车发展的基本条件初步形成。货运公司开始意识到液化天然气汽车的优势。因此，液化天然气汽车将在这一时期成倍增长。
- 稳定期(2024 年以后):受用户、陆地、液化天然气来源等限制，液化天然气汽车数量将达到上限。随着其他新技术的发展和市场竞争的加剧，如氢动力汽车和电动汽车，液化天然气汽车的数量将保持稳定而不会显著增加。
4.2.液化天然气加气站的规划
4.2.1.充填需求预测
根据第2.1节的数据，深圳市公路货运卡车净增长率约为5%。如果公路货运业没有大的变化，我们假设增长率仍然保持在5%。然后以2012年的价值为基础，计算出我国液化天然气汽车工业在j年的数量。
(1)
据调查，大多数液化天然气卡车每3天加一次气。根据深圳市道路货运业的穿透率和日用气量，预测深圳市道路货运业的年加气需求量。
(2)
4.2.2.液化天然气加气站的最佳数目
如上所述，有三种不同类型的液化天然气加气站，其适用性不同。应根据不同时期的特点，规划不同的发展路径。因此，三种类型的车站在不同的时期有不同的建设优先权。选定年份的优先权系数列于表4。根据三类加油站的加油能力，标准加油站每天使用30,000标准立方米，橇装加油站每天使用20,000标准立方米，合并加油站每天使用15,000标准立方米。建立了一个以加油站建设总费用最小为目标的模型。然后，满足不同时期需求的最佳车站数量可以用线性规划来求解。
Min
s.t. (3)
表4 三种液化天然气加气站的优先权系数
4.2.3.液化天然气加气站的陆地面积
根据每类加油站的数目及用地面积，可计算出符合所需加油站建设的总用地面积如下:
5.结果和讨论
根据上述数据和方法，可以分别计算出深圳道路货运业在三种不同情况下液化天然气汽车的数量和加油需求。表 5.三种情况下液化天然气卡车的促进目标和加油需求
通过求解该模型，可以得到不同情景下 LNG 加气站的最优建设方案。在较低的设想方案中，2016年前应建成11个站，2020年前应建成41个站，2024年前应建成77个站。在中期设想方案中，2016年前将建成19个站，2020年前将建成61个站，2024年前将建成103个站。而在高度设想方案中，2016年前应建成 28 个站点，2020年前应建成78个站点，2024年前应建成123个站点。它还反映了不同类型的车站在不同时期有不同的施工重点。在疾病潜伏期(2012-2016年)，首先应该发展橇装站，因为它们可以在发展的初期阶段节省大量的金钱、时间和土地。但是，橇装式加油站受到充填能力的限制。它们大多是能源公司和私营货运公司在没有公共营业执照的情况下合作建造的。也就是说，大多数安装在滑道上的液化天然气车站都是专门为他们自己的液化天然气车服务的。因此，标准
站进入开发阶段(2016-2020年)应优先建设。建立深圳市公路货运液化天然气(LNG)加气网络的时机已经成熟。在成熟期(2020-2024年)，随着土地资源的不断消耗，为了节省土地，有必要在现有加油站的基础上建设联合加油站。
图二.三种情况下的最佳液化天然气加气站建造计划
根据上述优化结果，可绘制出三种情况下液化天然气加气站建设成本与用地面积的曲线。在低情景下，成熟期(2024年)前的总成本和土地需求量分别为5.67 亿元人民币和11.3万平方米。在中期方案中，成熟期(2024 年)前的总成本和土地面积分别为7.51亿元人民币和14.7万平方米。在高情景下，成熟期(2024年)前的总成本和用地面积分别为 9.09 亿元人民币和18.3万平方米。可见，液化天然气汽车的渗透率越高，所需的成本和土地就越多。
另一方面，车站建设的成本和用地面积因时代而异。在潜伏期，一些费用和土地是需要的，因为橇装站是主要的建设。在开发阶段，由于标准站优先建设，成本和土地面积将迅速增加。在成熟期，土地利用将是有限的，但成本将继续增加，因为联合站是昂贵的。进入稳定期后，液化天然气(LNG)灌装网络将形成，市场将趋于饱和，那么成本和土地将保持不变。6.总结
本文以公路货运行业 LNG 加气站规划为研究对象。本文以深圳市道路货运业的6个子行业为研究对象。我们将2012-2024年期间划分为4个时期，即潜伏期、发展期、成熟期和稳定期。采用情景分析的方法，预测了液化天然气汽车的数量和各个时期的液化天然气(LNG)灌装需求。以总成本最小化和土地利用最小化为目标，计算出每个时期LNG加气站的最优数量。2024年前需要77个加油站，5.67亿元人民币，11.3万平方米土地；2024年前需要103个加油站，7.51亿元人民币，14.7万平方米土地；2024年前需要123个加油站，9.09亿元人民币，18.3万平方米土地。从而为深圳市政府和投资者的决策提供指导。本文的案例研究也可以为其他城
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