天然氣在我國能源系統的清潔低碳轉型中具有重要地位。近年來，隨著“煤改氣”政策的大力推動，我國天然氣消費量快速增長，對外依存度快速升高。2018年，我國天然氣消費量達到2803億立方米，對外依存度達到近45%。

我國天然氣資源與需求在空間上分布不均，再加上天然氣運輸及存儲極大依賴基礎設施，我國已建成覆蓋全國的天然氣管網系統和遍及沿海各省的液化天然氣接收站，從而對天然氣進行跨區域的大規模調配，如圖1所示。

圖1. 2017年我國跨省天然氣管網及LNG接收站分布圖

與此同時，我國天然氣需求具有顯著的季節性波動。冬季供暖使得天然氣需求驟增，尤其是大力推廣清潔供暖的華北地區。進口、運輸和儲存設施不足將難以應對天然氣需求的季節性波動。2017年冬季，在多因素的作用下，我國出現了大范圍的供氣緊張現象。

未來，我國天然氣需求仍將持續增長。根據國家發布的《能源發展“十三五”規劃》和《能源生產與消費革命（2016-2030）》，天然氣在我國一次能源消費比重將在2020年和2030年分別達到10%和15%，同時，我國天然氣供應能力在2020年將達到3600億立方米。

合理的天然氣基礎設施規劃是滿足不斷增長的天然氣需求及應對天然氣需求季節性波動的關鍵。基礎設施建設過早將帶來投資浪費，而建設過晚又容易引發供應能力不足。我國國土面積廣袤，區域差異顯著，考慮到天然氣基礎設施建設的位置、容量和時間節點，使得規劃問題更為復雜。

有鑒于此，來自于清華大學能源與動力工程研究團隊近期發表在BMC Energy 上發表的文章Modelling and optimization of a natural gas supply system at a transient stage: a case study of China 建立了我國多區域天然氣供應系統優化模型，在給定未來天然氣需求的條件下，通過優化計算得到長期經濟性最優的基礎設施規劃方案和天然氣資源分配方案。模型將我國劃分為30個區域，并以月份為時間步長以反映季節性差異，規劃時間段覆蓋2015到2050年。

本文依據該模型分析了四個問題。其一，模擬2017年冬季天然氣供應緊張時天然氣主干管網的運行情況。其二，在當前基礎設施下，尋找能夠降低成本的天然氣資源配置方案。其三，根據基礎設施建設規劃，分析十三五規劃中天然氣消費目標實現的可能性。其四，在未來天然氣需求預期下，天然氣基礎設施規劃方案。主要結論如下：

一、2017年冬季天然氣供應情況模擬如圖2所示，結果顯示西北向華北的輸送通道均處于高負荷狀態，北方沿海接收站也處于高負荷狀態，一定程度上反映了當時的供氣緊張局面。

圖2. 2017年12月我國主干天然氣管網負荷模擬

二、在當前基礎設施均處于高負荷運轉的條件下，天然氣資源供應方案優化空間較小。計算結果顯示，將西北的天然氣資源減少向華南供應，而增加向華北的供應，同時將LNG資源增加向華南的供應，減少向華北的供應，能夠減少總體的運輸成本。本研究采用的總經濟成本最低的目標，是與天然氣市場化定價的條件相匹配的，因為在市場化條件下，如果有使總成本降低的方案，總會有市場參與者采取適當行為通過降低成本獲利。在當前不完全市場定價下，天然氣資源分配方案和總成本最低的方案會產生一定偏差。

三、根據各省制定的“十三五”規劃，2020年全國天然氣需求將達到4080億方，遠超過國家總體基礎設施規劃和需求量預期。如果各省均按照各自規劃推廣天然氣消納，將導致嚴重的供應不足的局面。天然氣供應能力的上下游是相互關聯的，而各省分別制定各自“十三五”規劃，導致了各省規劃和國家規劃相沖突的局面。

四、本文給出了我國天然氣消費量在2020年、2035年和2050年分別達到3420、7780和8700億方的情景下，天然氣管網和LNG接收站的布局情況，包含地點、容量和時間節點等信息，如圖3-5所示。儲氣庫建設和投資信息可參考文章內容。

圖3. 2020年我國主干天然氣管網和LNG接收站規劃

圖4. 2035年我國主干天然氣管網和LNG接收站規劃

圖5. 2050年我國主干天然氣管網和LNG接收站規劃