引言

新疆能源物流大通道是新疆能源产业发展的重要基础。构建新疆能源大通道，并促进区域能源结构优化，加快能源开发利用合理布局，目的在于提高能源物流网的优化和效益。新疆能源大通道战略的优化建设将促进扩大内需、能源产业结构调整和产业集群，在带动经济发展的同时，为新疆带来巨大收益。

1 新疆能源供给总趋势

通过对新疆近年来能源生产状况的统计数据分析，发现其能源产量呈现逐年上升趋势（表 1、图 1），尽管某些年份出现了较为明显的波动，但整体能源产量在一定比例内上升。

为了便于计算，文中所有热值单位均折算成“标准煤”。由图 1可以看出，曲线呈平滑形，因此采用拟合二次型曲线模型进行新疆能源产量预测比较合适^[3]，在拟合过程中以新疆能源历史数据为基础，对新疆能源总产量进行预测，预测结果见表 2。

2 新疆能源物流大通道优化建设方案探索

针对未来新疆能源供给的规模性和多样性，优化新疆能源物流系统，实现能源高效调配，科学规划新疆能源流通，使之转换成战略优势尤为关键。

2.1 新疆能源物流大通道建设思路

（1）系统优化构建

在新疆铁路运输上，煤炭到达接收端地区的价格包括煤炭的车板价和运输费用。煤炭运价为：各种附加费用+发到基价+运行基价×运距。新疆外运铁路网越发达，运输路径愈优化，新疆煤炭运价会愈低。输电与输煤的综合经济效益为6：1。输电综合线损率在6%左右，如果采用特高压输电，线损率可以控制在2%以内，输煤过程能量损耗要比输电大很多；变输煤为输电可以释放大量公路、铁路运能，并且减少输煤污染，此外，建设电网要比建设同等能源输送规模的铁路更加节省土地占用成本。

（2）新疆能源大通道建设目标

通过新疆能源通道系统向国内地区辐射，特别是向东部地区辐射，带动中西部地区省份经济，为东部加快发展提供能源支持确保国家能源安全，实现新疆优势资源战略转换，并以新疆为桥梁，构建国家陆上能源安全大通道，以此全面推进区域经济合作。

2.2 新疆能源物流大通道模型分析

以国家能源供给安全为宗旨，加快建设新疆能源物流体系，发挥新疆能源物流大动脉作用。在构建新疆能源物流体系模型中，要重点抓以下4个方面：（1）能源产品运输运营成本；（2）能源运输环境影响；（3）各类能源物流通道投资量；（4）能源物流体系产业关联性。

根据以上几点原则，结合公路、铁路、管道和电网4大能源物流渠道特征（其中公路运输主要是疆内煤炭和部分石油的物流需求，铁路运输是煤炭和石油的物流需求，管道输运主要是石油和天然气的物流需求，电网则是火电、太阳能与风电的电力物流需求）以此进行新疆能源物流优化设计，建立物流系统优化问题仿真图（图 2）。

通过分析优化仿真图 2，可以看出，在新疆能源的4种物流模式优化布局上，首先考虑的是成本问题，其核心是能源物流过程中的能源消耗量。采取不同的物流方式，物流能耗差别非常大。随着物流距离、能源资源地和市场区位等因素的变化，新疆能源物流能耗将会发生一定变化。分析新疆整体能源物流特征，结合仿真图 2，4种物流方式能耗由高到低，依次为：公路物流>铁路物流>管道物流>电网物流。新疆能源物流中的环境问题，也是能源物流体系设计的重要权衡因素，在新疆脆弱的自然生态环境下，这种外部影响必须在成本核算中达到内部化，4种不同物流方式的能耗差别和环境影响是作为能源物流体系优化设计的依据。

2.3 新疆能源物流大通道优选次序

能源供给是新疆能源物流的前提，新疆能源物流大通道完善与高效则是能源产业和经济发展的保障。在考虑新疆能源物流总量方面上，结合新疆能源供给预测数据（表 2），2030年新疆能源总供给量为51 435.38万吨标煤，结合中外签署的能源贸易合约规模，同年可进口能源（石油和天然气）约为1 100万吨石油和800亿立方米天然气，未来20年新疆能源物流通道的运载需求将大于62 721.24万吨标煤。

下面运用层次分析法（AHP）和模糊综合评价进行能源物流方式配置优选^[4-5]。

在对新疆能源物流系统分析中可以看出，不同能源物流方式的配置受多方面因素综合影响，具有模糊性。运用层次分析法（AHP）进行新疆能源物流系统优选分析，首先提出新疆能源物流体系优化总目标，建立新疆能源物流体系层次结构模型，确定目标层（A）为：新疆优化能源物流配置方式和比例；指标层（B）：运营成本（能耗）、产业关联度、国家能源战略、建设投资额、新疆能源资源状况、新疆环境影响；方案层（C）：公路物流、铁路物流、管道物流、电网物流，由此建立方案优选评价层次图（图 3）。

从高层到低层求出层次上的权重系数，首先针对目标层（A）：优化能源物流配置方式和比例，对所有指标层因素（B）两两对比，得到数值a_ij。

建立新疆能源物流模式优选因素集，其层次结构模型如图 3所示。依据Saaty的相对重要性等级进行标度。令B=(a_ij)6×6，则B为因素相对于上一层（A）的判断矩阵，如式（1）所示：

$\mathit{\boldsymbol{B = }}\left[ {\begin{array}{*{20}{c}} 1&3&{1/4}&2&{1/2}&{1/2}\\ {1/3}&1&{1/3}&{1/3}&{1/3}&{1/4}\\ 4&3&1&4&{1/3}&{1/2}\\ 2&2&{1/3}&1&{1/3}&{1/3}\\ 2&3&{1/3}&3&1&{1/2}\\ 2&4&2&3&2&1 \end{array}} \right]$

(1)

求出新疆能源物流首层权重矩阵B的最大特征根λ_max，相对于λ_max的标准化特征向量为U_i={u₁, u₂, u₃, u₄, u₅, u₆}^T，由此u₁，u₂，u₃，u₄，u₅，u₆给出因素B_i相应于A的偏好程度排序，通过计算得：

${\lambda _{\max }} = \sum\limits_{i = 1}^4 {\frac{{\sum\limits_{j = 1}^4 {{a_{ij}}{u_{\rm{i}}}} }}{{4{u_i}}}} 4.22$

(2)

相应的特征向量为：

${\mathit{\boldsymbol{U}}_i} = {\left\{ {0.19,0.15,0.23,0.16,0.25,0.27} \right\}^{\rm{T}}}$

在一定的允许范围内，用随机一致性指标检验一致性，即：

$C \cdot R = \frac{{{\lambda _{\max }} - n}}{{\left( {n - 1} \right)RI}}$

(3)

查表 3可得，在新疆4种能源物流方式下，n=4时，RI=0.90，结合λ_max=4.22，代入式（3）得：

$C \cdot R = 0.081 < 0.1$

当C · R < 0.1时，该判断矩阵通过一致性检验。因此判定矩阵B是具有满意的一致性，用C₁，C₂，C₃，C₄表示4种能源物流。针对新疆4种能源物流，同理方法求出指标层（B）的6个影响因素（图 3）的权重系数，即为影响因素的最大特征值（表 4）和对应的特征向量矩阵C₀。

$运营成本（能耗）:\left[ {\begin{array}{*{20}{c}} {}&{{C_1}}&{{C_2}}&{{C_3}}&{{C_4}}\\ {{C_1}}&1&{1/3}&{1/6}&{1/8}\\ {{C_2}}&3&1&{1/4}&{1/6}\\ {{C_3}}&6&4&1&{1/4}\\ {{C_4}}&8&6&4&1 \end{array}} \right]$

$产业关联度:\left[ {\begin{array}{*{20}{c}} {}&{{C_1}}&{{C_2}}&{{C_3}}&{{C_4}}\\ {{C_1}}&1&1&{1/2}&{1/4}\\ {{C_2}}&1&1&{1/2}&{1/3}\\ {{C_3}}&2&2&1&{1/2}\\ {{C_4}}&4&3&2&1 \end{array}} \right]$

$国家能源战略:\left[ {\begin{array}{*{20}{c}} {}&{{C_1}}&{{C_2}}&{{C_3}}&{{C_4}}\\ {{C_1}}&1&{1/2}&{1/4}&{1/4}\\ {{C_2}}&2&1&{1/3}&{1/2}\\ {{C_3}}&4&3&1&1\\ {{C_4}}&4&2&1&1 \end{array}} \right]$

$建设投资额:\left[ {\begin{array}{*{20}{c}} {}&{{C_1}}&{{C_2}}&{{C_3}}&{{C_4}}\\ {{C_1}}&1&{1/2}&{1/4}&{1/5}\\ {{C_2}}&2&1&{1/3}&{1/4}\\ {{C_3}}&4&3&1&{1/2}\\ {{C_4}}&5&4&2&1 \end{array}} \right]$

$能源资源状况:\left[ {\begin{array}{*{20}{c}} {}&{{C_1}}&{{C_2}}&{{C_3}}&{{C_4}}\\ {{C_1}}&1&{1/2}&{1/4}&{1/3}\\ {{C_2}}&2&1&{1/2}&1\\ {{C_3}}&4&2&1&{1/2}\\ {{C_4}}&3&1&2&1 \end{array}} \right]$

$环境影响:\left[ {\begin{array}{*{20}{c}} {}&{{C_1}}&{{C_2}}&{{C_3}}&{{C_4}}\\ {{C_1}}&1&{1/2}&2&{1/6}\\ {{C_2}}&2&1&{1/4}&{1/6}\\ {{C_3}}&{1/2}&4&1&{1/8}\\ {{C_4}}&6&6&8&1 \end{array}} \right]$

${C_0} = \left[ {\begin{array}{*{20}{c}} {{C_1}}&{0.31}&{0.72}&{0.23}&{0.19}&{0.78}&{0.34}\\ {{C_2}}&{0.16}&{0.32}&{0.47}&{0.21}&{0.34}&{0.63}\\ {{C_3}}&{0.43}&{0.56}&{0.13}&{0.47}&{0.23}&{0.82}\\ {{C_4}}&{0.34}&{0.38}&{0.25}&{0.41}&{0.52}&{0.60} \end{array}} \right]$

(4)

再求组合权重系数，根据上述求得值U_i，则每个方案的组合权重系数W为：

$\begin{array}{l} W = \left\{ {\sum\limits_{i = 1}^6 {{a_i}w_1^i} ,\sum\limits_{i = 1}^6 {{a_i}w_2^i} ,\sum\limits_{i = 1}^6 {{a_i}w_3^i} ,\sum\limits_{i = 1}^6 {{a_i}w_4^i} } \right\}\\ = \left\{ {0.13,0.23,0.34,0.40} \right\} \end{array}$

(5)

由以上数据得出，新疆能源物流大通道方案优化顺序是：C₄>C₃>C₂>C₁。

因此，为保证环境稳定、新疆能源供需以及国家能源战略等方面的实施，首先应进行新疆电网体系建设和利用，然后是管道物流体系的加强。根据各能源类型物流特点，进行铁路物流体系的规划和建设。而公路作为短途能源物流的有效方式，主要在新疆地区内得以完善。

2.4 新疆能源物流大通道优化配置 2.4.1 能源转化与物流成本

（1）煤炭与石油转化

用新疆的煤代替油，其中资源要素主要包括煤炭资源和水资源。用煤炭生产1吨油品需要煤炭5吨，对年产300万吨油品的煤制油工厂，原煤总计需求为6~12亿吨，假定煤田的可采系数按50%计，配套煤矿的探明储量应当不少12~24亿吨。煤制油工艺需要消耗大量的水，用煤生产1吨油品需要消耗7吨水。另外，煤制油项目环保问题较为突出，不仅消耗大量的水和煤炭资源，而且同规模产能排放的CO₂是石油化工行业的7~10倍，不合理的煤化工规划将会直接破坏新疆生态环境，煤制油项目必须经过严格管控^[6]。

（2）煤炭与天然气转化

按照目前技术水平，以新疆长焰煤或褐煤制取合成天然气，若低热值为每立方米35 061千焦，即产千立方米天然气耗煤3.73吨，消耗7吨水，产天然气量与CO₂排放量比例为1：1，总能量效率达56.9%。煤制天然气消耗大量的煤炭和水资源，同时产生很多苯酚类有害物质^[7]。

（3）电力与煤炭转化

丰富的煤炭资源为新疆煤电转化提供资源基础保障。然而煤电转化中，耗水量也非常可观，经计算，1吨煤可发电量约3 300度，环闭系统煤炭发电站每兆瓦时消耗的水量介于1 900~2 300公升（其中大部分水被蒸发掉）。

（4）煤层气、煤制天然气液化

为了使天然气能源实现公路运输或铁路运输，可将煤层气和煤制天然气进行冷却液化后装罐在公路和铁路上运输。目前1度电平均液化3立方米天然气，按新疆工业用电价格1.2元/度，未来规划煤层气产能：2015年5亿立方米/年，2020年8亿立方米/年；2030年17亿立方米/年。新疆煤制天然气规划：2015年产能达到300亿立方米/年；2020年达到600亿立方米/年；2030年达到1 000亿立方米/年，液化成本巨大^[8]。

2.4.2 4种能源物流方式运输成本

4种能源物流通道运输成本，可按不同量纲进行大约估计。天然气管道运输成本为每立方米1.6元左右^[8]；电网运输成本为输电平均损耗，大约在7%~13%，此部分损耗列为主要运输成本。铁路运输成本有两种基价，分别为：13.8元/吨·公里和0.075 3元/吨·公里，按照平均3 000公里运输半径计算，运费为180元/吨。公路运输成本，主要是以卡车每公里燃油费来计算，为一次线性增长，按照平均1 000公里运输半径计算，大约成本在350元/吨左右^[8]。根据以上估算统一量化成本，数据见表 5。

2.4.3 4种能源物流方式优化配置

根据新疆4种能源物流类型和物流成本、环境影响、产业关联性，以及新疆国际能源战略地位因素，采用线性规划模型进行优化分析。

新疆能源物流体系优化采用线性规划的一般形式，目标函数为：

${\rm{Min}}Z = \sum\nolimits_{i = 1}^m {\sum\nolimits_{j = 1}^n {{{\rm{c}}_{ij}}} } {{\rm{x}}_{ij}}$

(6)

约束条件为：

$\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}} {\sum\limits_{j = 1}^n {{x_{ij}} = {a_i}} ,i = 1,2 \ldots n}\\ {\sum\limits_{i = 1}^m {{c_{ij}} = {b_j}} ,j = 1,2 \ldots m}\\ {{X_{ij}} \ge 0} \end{array}} \right.$

(7)

式（6）中目标函数表示，在一定新疆能源物流总量情况下，如何对新疆各类能源物流按比例分配，使能源物流总成本、总物流能耗最低^[11]。第一个约束条件是不同能源物流方式所产生的能耗（成本）；第二个约束条件是能源物流量；第三个约束条件是变量，为非负条件。

根据4种能源物流方式和二维最小化线性标准函数，结合第2.3节4种能源物流通道综合权重系数的分析结果，以及第2.4.1和2.4.2节能源转化与物流成本和4种能源物流方式运输成本数据，构建体系优化参数表，如表 6所示。

在新疆能源物流总量既定情况中，在未来总产量的预测结果为62 721.24万吨标煤的既定前提下，以整体最小物流成本模式，求出4种能源通道配置的优化比例。按照上述线性规划模型带入相应数值得出，未来优化的新疆能源物流中，公路占比10.5%；铁路21.5%；电网42%；管道26%。

3 结语

构建优化的能源物流大通道就是要基于新疆能源资源优势与区位效应的结合，优化好能源物流大通道体系，这是新疆能源战略的重中之重。新疆4种能源物流优先发展顺序依次为：电网物流、管道物流、铁路物流、公路物流；新疆能源总物流量中，公路10.5%左右、铁路21.5%左右、电网42%左右、管道26%左右的分配应为优化配置模式。