基于灰色关联系数的中国战略石油储备基地选址研究

基于灰色关联系数的中国战略石油储备基地选址研究

2004年，建成了镇海、象山、黄岛、大连四个国家战略石油储备基地一期工程。截至2009年11月份,国家石油储备一期项目已基本完成收储任务,这标志着我国的石油安全有了基本保障。国家石油储备一期项目总规模可储存原油约1200万吨,接近全国一个月的使用量。近年来,我国石油进口量逐年增大,2008年我国石油消费量达到3.86亿吨,有一半靠进口。根据国务院批准的《国家石油储备中长期规划》,到2020年以前,我国将陆续建设国家石油储备第二期和第三期项目,形成相当于一百天的石油净进口量的储备总规模,进一步增强我国应对石油中断风险的能力。我国一期石油储备基地4个,约1200万吨,二期石油储备基地8个,约2800万吨,三期石油储备基地约2800万吨,按前面的规模预测,三期石油储备基地个数约为6~8个,则我国石油储备基地个数共约18~20个。中国海岸线漫长,大型原油码头建设速度快,东部沿海城市是我国经济增长的核心地区,也是石油消费增长最快、利用国际石油资源最多的炼油和石油化工中心地带,所以将沿海地区和内陆地区大致分开,沿海地区和内陆地区的石油储备基地个数均为8~10个。1事物或现象的运用灰色模糊综合评价是在已知信息不充分的前提下,评判具有模糊因素的事物或现象的一种方法。利用模糊集理论和灰色关联分析建立的方案排序模型,能较好的处理方案评估与排序过程中的模糊性和人脑综合判断的灰色综合分析性质,为方案排序的解析化、定量化提供更有力的手段。1.1价对象的属性指标在基于灰色关联分析的灰色综合评价问题中,评价对象的属性指标通常有定性和定量两种不同的表示形式。为了便于对定性属性指标进行必要的数学处理,可根据表1将定性指标转换为定量指标。1.2建立单目标模糊决策函数设评价对象集合为A={a1,a1,…,am},因素指标集合为Y={y1,y1,…,yn},对于某一指定的评价对象ai,可以表示成一个向量ai={yi1,yi2,…,yin},i=1,2,…,m;j=1,2,…,n。在指标yj上建立一个单目标模糊决策函数:f:yij→,i=1,2,…,m;j=1,2,…,n那么,我们可以得到一个模糊关系矩阵R=[ξ1(1)ξ1(2)Lξ1(n)ξ2(1)ξ2(2)Lξ2(n)ΜΜΜΜξm(1)ξm(1)Lξn(n)]R=⎡⎣⎢⎢⎢⎢ξ1(1)ξ2(1)Mξm(1)ξ1(2)ξ2(2)Mξm(1)LLMLξ1(n)ξ2(n)Mξn(n)⎤⎦⎥⎥⎥⎥ξi(j)为评价对象ai就因素yj而言,属于优越的程度,通常称为隶属度。它的求解,通常是构造隶属函数来取得,在这里是通过计算灰色关联系数来求解的,其实质就是评价对象ai就因素指标yj而言,其指标值yij与y*0j虚拟最优指标的关联程度。因此,可以依据ξi(j)的大小对评价对象进行排序。1.2.1根据灰色连接网络的属性，求解研究对象i的值y*0j(j=1,2,…,n)为第j个指标在各个评价对象中的最优值。因此,我们可构造初始矩阵EE=[y*01y*02Ly*0ny*11y*12Ly*1ny*21y*22Ly*2nΜΜΜΜy*m1y*m2Ly*mn]E=⎡⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢y∗01y∗11y∗21My∗m1y∗02y∗12y∗22My∗m2LLLMLy∗0ny∗1ny∗2nMy∗mn⎤⎦⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥式中:yij为评价对象i的第j个因素的指标值已设标值为可以提高营造由于决策中所涉及各个指标因素具有不同的量纲,不能直接进行比较,因此,需要对原始数据指标进行无量纲化。假定第j个因素yj的最小值为min(yj),最大值为max(yj),那么令xij=yij-min(yi)max(yi)-min(yi)i=0,1,⋯,mxij=yij−min(yi)max(yi)−min(yi)i=0,1,⋯,m;j=0,1,…,n(1)无量纲化后X=[x01x02Lx0nx11x12Lx1nx21x22Lx2nΜΜΜΜxm1xm2Lxmn]X=⎡⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎢x01x11x21Mxm1x02x12x22Mxm2LLLMLx0nx1nx2nMxmn⎤⎦⎥⎥⎥⎥⎥⎥ij选取由无量纲矩阵X知,xi=(xi1,xi2,…,xin),i=0,1,…,m则关联系数ξi(j)(i=0,1,…,m;j=0,1,…,n)如下:ξi(j)=miniminj|x0(j)-xi(j)|+0.5maximaxj|x0(j)-xi(j)||x0(j)-xi(j)|+0.5maximaxj|x0(j)-xi(j)|(2)ξi(j)=miniminj|x0(j)−xi(j)|+0.5maximaxj|x0(j)−xi(j)||x0(j)−xi(j)|+0.5maximaxj|x0(j)−xi(j)|(2)1.2.2评价模型的建立因为Y中各因素的地位和作用程度不同,设权重为w=(w1,w2,…,wn)这里wi∈[0‚1]‚n∑i=1wi=1,则评价模型为B=w×RT(3)B=(b1,b2,…,bn)为评价对象ai(i=1,2,…,m)综合考虑了所有因素yj(j=1,2,…,n)后,属于优越的程度,因此根据bi(i=1,2,…,m)的值对评价对象按优劣进行排序。2最大覆盖模型最大覆盖问题(MaximumCoveringLocationProblem,MCLP)由Church和ReVelle提出,在实际选址决策中,覆盖全部需求点可能会导致过高的财政支出,如果由于资金预算的限制,无法覆盖全部所有的需求点,只能确定p个地址,最大覆盖模型的目标是选择p个地址的位置,使覆盖的需求点的价值总和(人口或其他指标)最大。设yi是二元值变量,当第i需求点被覆盖时,yi=1,否则,yi=0。再设xj是二元值变量,当候选的设施j被选中时,xj=1,否则,xj=0。记:所有能覆盖需求点i的候选设施点的集合为Ni={j|dij≤S}(或Ni={j|tij≤R})。最大覆盖模型为maxz=∑i∈Ιwiyi(4)s.t.∑j∈Νixj-yi≥0∀i∈Ι3.5(5)∑j∈Νixj=p(6)xj,yi∈{0,1}∀i∈I,j∈J(7)其中约束(5)保证选定的地址覆盖需求点i,约束(6)指定被选择的地址数为p,约束(7)限制决策变量xj和yi为(0,1)整数变量,目标函数(4)使被覆盖的需求点的价值总和最大。3沿海港口城市石油储备基地位置3.1沿海港口城市选择地理位置指标3.1.1西亚、非洲石油储备基地储备的原油主要来源于进口,这就要求港口必须具有良好的深水资源条件,可供建设大型原油泊位,为原油接卸提供保障。我国进口原油主要来自中东和非洲,部分来自东南亚及其他地区。中东到中国沿海港口的平均运距约6000nmile,而来自非洲的原油运输距离则在1000nmile以上。根据测算,进口原油运距超过6000nmile的远洋运输,采用25~30万吨级的油轮运输较为经济。因此,我国石油储备基地进口原油到港船型将以10~25万吨级为主,5~10万吨船型也占有一定的比例。这就要求港口必须具备接卸25万吨级油船的大型深水泊位,以满足原油进口上岸需求。3.1.2沿海港口接卸方案在中国的原油运输体系中,90%以上的原油进口是靠水路,所以港口是命脉。港口和储运设施是石油储备建设系统工程的重要组成部分,石油储备基地的选址布局应接近原油进口港与国际原油输送管线,充分利用己有设施,并在此基础上进行改扩建,可以收到投资省、见效快的效果。我国的进口原油主要来自中东、西非以及东南亚地区,这些地区的原油主要运往石油加工密集区域,尤其是长三角地区、珠三角地区和环渤海湾地区。根据目前的沿海港口接卸能力分析,接卸将主要在大连、天津、青岛、宁波、舟山、湛江和水东港几个点进行,主要的几条路线有:大连输送至东北有关炼厂;天津输送至华北地区炼厂;青岛(黄岛)输送至中原地区炼厂;镇海港和舟山港输送至长三角及沿江炼厂;广东水东港输送至珠江三角洲地区和西南地区的炼厂;福建炼油厂的大宗原油中转将通过广东湛江或舟山完成;广东湛江输送至珠江三角洲地区和西南地区的炼厂;福建炼油厂的大宗原油中转将通过广东湛江或舟山完成,水路中转将以广东湛江中转为主。3.1.3中国现行石油加工企业从地区分布分析中国国土辽阔,区域经济发展极不平衡。东部沿海地区,特别是东南沿海省市,是我国经济增长的核心地区,也是石油消费增长最快、利用国际石油资源最多的炼油和石油化工中心地带,因而石油储备基地的选址应接近加工进口原油为主的石油化工中心。我国的原油主要加工地主要集中于华东地区、东北地区和中南地区。我国的炼油企业从地区分布上区分有两种类型:一类是厂址分布于沿海(如上海、镇海等地)、沿江(南京、安庆等地)和消费区(如北京等地),另一类是建于原油产区(如大庆、克拉玛依等地)。原油主要由管道输出,其中40%是到港口经水路运至沿海和沿江地区的石油加工企业。目前,上海、宁波、南京三个3000万吨超大型炼油基地,已经列入发改委能源局规划,再加上茂名、广州、惠州、泉州、天津、曹妃甸等规模超过年2000万吨大型炼油基地,我国九大炼油基地已初步形成。我国的成品油主要消费区域也集中在华东地区、中南地区、华北地区和东北地区。我国的成品油的生产和消费呈现不均衡性,东北地区一直有相当数量的成品油需进关、下海,分别进入华北地区、中南地区,而西北地区也有一定数量的成品油进入西南地区,石油运输呈现“北油南运、西油东运”的格局。3.2基于灰色关联系数的模糊数学分析结果由于原油进口海上路线主要集中在长三角地区、珠三角地区和环渤海湾地区,所以各候选港口城市在原油进口海上路线方面的重要程度如表2。根据表1,将原油进口海上路线的重要程度转化为定量指标,如表3。辽宁省的沿海港口将原油主要输送至东北有关炼厂,因此其辐射范围为东北三省的陆地面积,2008年的绿色GDP为三省的GDP总和。天津港主要将原油输送至京津地区冶炼,因此辐射范围为北京和天津的面积之和,2008年的绿色GDP为北京和天津的GDP总和。其他各港口均辐射至本省,2008年的绿色GDP为本省的GDP。因此,沿海主要港口城市的各指标如表3。由表3知,虚拟最优港口y*=(37.5,4500,3100,9,80.17,23354.14)由式(1)和式(2),计算关联系数矩阵R得:R=[0.56520.77360.93331.00000.39120.40360.68421.00000.93331.00000.39120.40360.68420.43160.47461.00000.37170.36141.00000.67131.00001.00001.00000.34090.56520.33660.47300.80001.00000.34090.68420.45050.56001.00000.39680.44280.68420.43160.33330.50001.00000.34090.33330.40590.49120.66670.38560.33330.68420.45050.56000.80000.38560.33330.33330.33330.93330.66670.39120.37200.68420.38320.56000.80000.38401.00000.68420.49400.56000.40000.36020.33840.41940.33610.56000.33330.38401.00000.68420.38320.56001.00000.38401.00000.68420.40590.35001.00000.38401.00000.68420.40590.37840.66670.33330.3359]在表3的诸多指标中,最大靠泊能力值得更多关注,相对重要,因而其权重也相对较大,取为0.25,年原油加工能力和通过能力相对次要,均取为0.2,原油进口海上路线为0.15,辐射范围和2008绿色GDP均取为0.1,则权重向量为:w=[0.25,0.2,0.2,0.15,0.1,0.1]则由式(3)得:B=[0.7122,0.7872,0.5756,0.8683,0.5573,0.6071,0.5331,0.4347,0.5651,0.5130,0.6181,0.5117,0.4725,0.6481,0.6106,0.4948]所以候选港口城市排序为:大连>舟山>宁波(镇海)>茂名>惠州>湛江>天津>黄岛>唐山(曹妃甸)>锦州>营口>上海>泉州>海南(洋浦)>广州>秦皇岛我国一期石油储备基地为大连、舟山、镇海和黄岛,从上述分析的结果来看,运用基于灰色关联系数的模糊综合评价分析的结果与事实相符,验证了该方法的合理性与可操作性,从而可为决策部门选择石油战略储备基地提供依据。按沿海地区的石油储备基地个数为8~10个的标准,茂名、惠州、湛江、天津、曹妃甸、锦州综合效果较佳,应作为二期和三期沿海港口城市选址地点。4内陆地区石油储存基地的位置4.1金无储气库石油储备基地的建设和评估目前800万吨/年以上的炼厂的原油加工能力已占全国总加工能力的50%以上,500万吨/年以上的炼厂原油加工能力占全国总加工能力的75%以上。我国中部主要石化企业有:南京炼油基地(年加工能力1350万吨的金陵石化、年加工能力800万吨的扬子石化等)、兰州炼油厂、安庆石化、武汉石化、荆门石化、洛阳石化、岳阳的长岭石化、咸阳的长庆石化、四川石化。西气东输盐穴储气库建设为盐穴石油储备库奠定了技术基础。为了保证我国西气东输管道调峰和安全供气,西气东输工程选址在江苏金坛建设盐穴地下储气库,目前已经开工建设。虽然石油和天然气在物性方面存在较大的差距,但在盐穴的选址、建设、运行管理等方面基本相同,而且储油库由于储存原油,对盐穴的密封性、稳定性的要求相对较低,相比于储气库的建设更加容易,且注采技术与石油开采技术完全相同,不存在技术瓶颈。南京是我国内陆较大的综合运输枢纽,鲁宁输油管线、甬沪宁管线在南京交汇。在以宁波(舟山)等港口为依托的原油海进江中转体系中,南京港是最主要的中转港。为丰富我国储油方式,依托南京港,在距南京仅约82千米的金坛建立石油储备基地,选址地下盐穴储油,有着较便利的条件,因此将金坛列为候选石油储备基地之一。我国国土面积约为960万平方千米,按总共20个石油储备基地计算,每个基地辐射范围约48万平方千米,辐射半径约为391千米。考虑包括金坛在内的8个候选石油储备基地,覆盖距离为391千米,到中部主要石化企业的直线距离及各石化企业的年加工能力如表4。建立最大覆盖模型,并使p的值从3开始连续增加。maxz=9∑i=1wiyis.t.x1+x6-y1≥0‚x2-y2≥0‚x1+x3+x6-y3≥0‚x3+x4+x6-y4≥0‚x3+x4-y5≥0‚x5+x7-y6≥0‚x3+x4-y7≥0‚x5+x7-y8≥0‚x8-y9≥0‚8∑j=1xj=pxj,yi∈{0,1},i∈{1,2,3,4,5,6,7,8,9},j∈{1,2,3,4,5,6,7,8}当p=3时,x1=x2=x3=1,y1=y2=y3=y4=y5=y7=1,z=6550,即在金坛、兰州、武汉建立石油储备基地,能覆盖南京炼油基地、兰州炼油厂、安庆石化、武汉石化、荆门石化、岳阳的长岭石化,年加工能力覆盖6550万吨。当p=4时,x1=x2=x4=x5=1,y1=y2=y3=y4=y5=y6=y7=y8=1,z=7550,即在金坛、兰州、武汉、岳阳建立石油储备基地,能覆盖南京炼油基地、兰州炼油厂、安庆石化、武汉石化、荆门石化、洛阳石化、岳阳的长岭石化、咸阳的长庆石化,年加工能力覆盖6550万吨。当p=5时,x1=x2=x4=x5=x8=1,y1=y2=y3=y4=y5=y6=y7=y8=y9=1,z=8550即在金坛、兰州、岳阳、西安、重庆建立石油储备基地,能覆盖南京炼油基地、兰州炼油厂、安庆石化、武汉石化、荆门石化、洛阳石化、岳阳的长岭石化、咸阳的长庆石化、四川石化,年加工能力覆盖8550万吨。因此,如果在金坛、兰州、岳阳、西安、重庆设置5个石油储备基地,则能全部覆盖中部主要的石化企业,年加工能力覆盖8550万吨。4.2中国边境地区的石油储量基地位置4.2.1东太平洋石油管道2009年,中俄两国在京共同签署了《中俄石油领域合作政府间协议》,协议规定年供油1500万吨的中俄“石油换贷款”落定。根据俄罗斯石油公司和中石油在当天签署的《中俄上下游领域扩大合作备忘录》,中俄石油换贷款计划有望在此前签署的1500万吨/年的基础上,额外追加1000万~1500万吨,这批石油将专门供应天津炼厂炼化。东西伯利亚至太平洋石油管道西起伊尔库茨克州的泰舍特,东至俄罗斯太平洋沿岸的科济米诺湾,全长4000多公里。一期工程全长2694公里,从泰舍特至阿穆尔州的斯科沃罗季诺,设计年输油能力为3000万吨。俄计划通过修建从斯科沃罗季诺通往中国的支线管道,将部分石油输送到中国,并准备通过铁路将余下的石油运抵俄东部港口,然后出口到亚太地区。中国支线部分已于2009年4月动工。目前,大庆石化年加工能力600万吨,大庆炼化年加工能力800万吨,同时,大庆油田年产量4169.8万吨,如果管线建成,大庆就成为石油储备基地的必选之地,对于满足东北、内蒙古等地区未来石油需求的极大放量具有重要的意义。4.2.2西部地区石油储备基地的确定全长2789公里的中哈石油管道,西起里海之滨的阿特劳,东到新疆的阿拉山口,穿越哈萨克斯坦主要油区。按照总体规划设计,该管道运营初期年输油能力为1000万吨,往后根据石油资源落实情况,可将原油年输送能力扩充到5000万吨。西北地区探明石油储量丰富,石油开采潜力巨大,是“石油大陆桥”通往中国的门户。在西部地区石油储备基地的选择中,国防安全是一个重要的考虑因素。目前独山子石化公司拥有1500万吨炼油和120万吨乙烯年产能力,称为我国西北部最大的石油化工基地。依托独山子石化公司现有设施和中哈原油管道,建立独山子石油储备基地,储存从哈萨克斯坦和俄罗斯输入的原油。4.2.3管道建设和下一步建设为了避开马六甲海峡对中国石油进口的遏制,很多学者提出绕开马六甲海峡,直接在孟加拉湾的缅甸沿海兴建原油接卸设施,结合炼厂布局在缅甸或西南相应建设缅甸至西南的原油或成品油输送管道,形成一条石油安全