《Journal of Cleaner Production》：Estimating the economic and environmental impacts of critical infrastructure failure in the global natural gas industry: A case study of Nord Stream pipeline
编辑推荐：
•评估了天然气供应冲击的经济与环境影响。•北溪管道失效成本至少为28亿美元，并引发了全球溢出效应。•贸易重构使生命周期排放减少了28.31百万吨CO2当量。•上游基础设施表现出更高的经济脆弱性。引言全球能源安全与低碳转型从根本上依赖于复杂且高度互联的基础设施网络。然而，不断升
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评估了天然气供应冲击的经济与环境影响。
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北溪管道失效成本至少为28亿美元，并引发了全球溢出效应。
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贸易重构使生命周期排放减少了28.31百万吨CO2当量。
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上游基础设施表现出更高的经济脆弱性。
引言
全球能源安全与低碳转型从根本上依赖于复杂且高度互联的基础设施网络。然而，不断升级的地缘政治冲突暴露了这些关键基础设施的深层脆弱性。与其他主要能源供应链相比，天然气受基础设施失效的影响尤为严重，因为其生产中心和消费中心往往在地理上分离，并通过专用且资本密集型的设施相连。因此，关键设施的失效可能导致大规模跨境供应中断，并在互联的天然气系统中产生巨大的经济和排放影响。在近期的天然气基础设施中断事件中，北溪管道系统提供了一个尤为相关的案例。在北溪管道中断之前，其总设计能力为每年1100亿立方米，是向欧洲市场供应天然气的最大跨境走廊之一。其大容量使得由此产生的供应链调整和重组机制清晰可见且易于识别，使北溪成为研究基础设施中断的代表性案例。更重要的是，北溪管道在现有欧洲管网中替代性有限，且在管道中断发生时德国没有运营的液化天然气（LNG）接收站（IEA, 2019）。因此，损失的流量无法通过简单地更换管道或从管道运输转为液化天然气运输来替代，同时还能保持现有的贸易关系。替代方案需要改变供应来源、进口入口区域和跨境传输路线。此外，北溪管道直接将一个主要外部供应商与高度互联的欧洲天然气网络相连，因此其中断不仅影响了双边供应关系，还影响了替代入口区域和传输路线上的天然气分配。2022年爆炸造成的长期物理损害进一步加剧了这些调整，因为短期应对措施如储量提取和利用能力变化无法完全克服这一问题。因此，北溪管道为研究关键天然气基础设施失效如何在互联的全球供应系统中传播提供了一个有用的基准。
然而，评估关键天然气基础设施破坏的经济和环境影响极具挑战性。首先，准确模拟天然气基础设施失效需要采用自下而上的建模方法，但获取各类基础设施的详细技术和经济参数是一项极其庞大的工程（Dong et al., 2020）。其次，局部冲击可能溢出到全球市场，需要模型纳入复杂的供应链网络以捕捉全部经济影响（Eser et al., 2019）。最后，基础设施失效后的反事实排放估算比传统的基于事故监测更具挑战性。它需要完整的生命周期核算，涵盖从生产、处理到管道运输、液化、海运和再气化的全过程。由于中断改变了供应来源、运输路线，有时还改变了运输方式，因此必须在每种情景下对重构后的流量重新计算排放。由于各国、各设施和各路线之间的排放强度存在显著差异，这一任务变得更加复杂，而捕捉这种异质性所需的详细数据往往难以获得。
为弥补这些空白，我们开发了一个全球天然气生产与贸易模型，模拟北溪管道失效的全球影响，旨在回答以下三个问题。
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北溪管道系统失效将如何改变全球天然气格局？
- (2)
北溪管道系统失效造成的经济和环境影响是什么？
- (3)
北溪管道系统失效与其他基础设施失效相比，经济影响如何？
本文其余部分组织如下。第2节回顾了评估能源基础设施变化经济和环境影响的主要方法。第3节介绍了全球天然气生产与贸易模型、生命周期碳排放模型及相关数据。第4节展示了全球天然气供应链的重构、北溪管道失效的经济和环境影响，以及与其他关键基础设施失效的比较。第5节得出结论并讨论政策含义。
章节摘要
文献综述
估计能源基础设施的经济和环境影响在学术界受到了越来越多的关注，这对于支持各种投资和管理措施的成本效益分析具有重要作用。先前的研究已评估了石油管道（Erickson and Lazarus, 2014）、液化天然气（LNG）设施（Devine and Russo, 2019）、天然气管道（Kemfert et al., 2022; Durakovic et al., 2024）、水电站（Aydin, 2010）以及电力……
全球天然气生产与贸易优化模型
为研究北溪管道系统失效的全球影响，我们建立了一个大规模线性优化模型，涵盖天然气生产、液化、运输、贸易、再气化和消费的全供应链。表1提供了模型中使用的所有指标、决策变量和参数的说明。
本文的目标函数是使全球天然气系统的年总运营成本最小化（公式……
结果与讨论
本节分五个部分呈现研究结果。4.1节考察了北溪管道失效后全球天然气供应链的重构情况；4.2节评估了由此产生的经济影响；4.3节将这些影响与其他关键基础设施失效的影响进行比较；4.4节评估了相关的生命周期排放变化；4.5节报告了稳健性分析结果。
结论
面对地缘政治动荡和极端气候事件日益频发，天然气供应系统的稳定性正经历前所未有的考验。为制定更有效的天然气供应安全策略，准确评估天然气基础设施失效的潜在影响已变得至关重要。本研究通过构建一个覆盖全供应链的大规模线性优化模型，旨在量化……
CRediT作者贡献声明
陈浩：撰写初稿、方法论、资金获取、正式分析、概念化。唐宇泽：撰写——审阅与编辑、撰写初稿、软件、方法论、数据管理。龚凯：撰写——审阅与编辑、数据管理。周慧玲：撰写——审阅与编辑、数据管理。
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的竞争经济利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本文所报告的工作。
致谢
本研究由中国国家自然科学基金资助（项目编号72274198）和中国人民大学2026年人文社会科学基金（项目批准号26XNN024，项目编号202630064）、"标远"专项计划提供资助。作者们还衷心感谢编辑和匿名审稿人提出的建设性意见和建议，这些意见和建议提升了本文的质量。
陈浩|唐宇泽|龚凯|周慧玲
