美国为什么能够从依赖进口到“能源自给”

  发布时间: 2020年04月15日 02:08:02   作者: 广丰能源网

原标题:美国为什么能够从依赖进口到“能源自给” 来源:《页岩能源革命:全球石油天然气产业的兴衰与变迁》

石油和天然气,在人类经济社会的日常运转中,扮演着“牵一发而动全身”的角色。在人类不到两百年的石油利用历史中,围绕油气资源所发生的恩恩怨怨数不胜数,一些冲突甚至演变成了战争,在人类文明的发展史上留下了惨痛的记忆。作为油气工业发轫之地的美国,曾在20世纪60年代失去了世界油气生产霸主的地位,在相当长的时间里,中东是世界油气生产的“心脏”。

然而,人的认知有时是滞后的,当我们想当然地认为中东已然稳坐世界油气“大哥”的位子时,美国正悄然夺回往日的荣光。近十几年来,美国摆脱了依赖能源进口的状况,迅速实现“能源自给”,重塑世界能源市场,并给既有的地缘政治格局造成了冲击,导致了今天油气生产国之间更加激烈的厮杀。为什么美国能够实现这一“华丽的转变”?这一切的背后,是页岩革命给美国带来了油气产量的井喷,使其成为世界第一大石油和天然气生产国的故事。

反观中国,2019年石油和天然气的对外依存度分别为72%和43%,能源缺口巨大。在2016年3月和9月发布的“十三五”规划纲要和页岩气发展规划中,中国政府明确将页岩气开发作为2016-2020年的重点工程,G20杭州峰会后又将天然气官方定调为“主体能源”。美国作为全球天然气行业的领导者,在页岩气领域具有较长的发展历史和丰富的发展经验。因此,归纳和总结美国页岩气革命的经验对完成我国页岩气“十三五”目标具有重要意义。

一、页岩气革命的发展轨迹

美国是最早进行页岩气研究和开采的国家。北美最早的页岩气井于1821年美国东部纽约州开发。1926年,阿帕拉契亚盆地成功实现了页岩气的商业开发。20世纪70年代中期,美国页岩气步入规模化发展阶段。美国米切尔能源公司从1981年开始在美国德州巴涅特页岩进行液体压裂开采,并于1991年和美国政府合作进行水平钻探和压裂技术等新技术的开发和应用。1998年该公司水力压裂工程师施泰因斯贝格尔发明了“润滑水压裂法”,大大提高了页岩气产量。21世纪初随着水平钻井技术和3D地质成像技术的成熟,页岩气开采的效率得到了进一步提升。

美国为什么能够从依赖进口到“能源自给”

页岩气开采示意图

这一系列的技术创新,源自美国石油天然气领域的8000家企业。由于大型跨国油气公司早已把战略重点转移到利润丰厚的海外,美国的天然气产量中有85%是由中小公司生产,而市场化的商业环境和激烈的竞争促使众多中小企业不断进行技术创新,这成为美国页岩气开采技术快速发展的主要推动力。当页岩气技术成熟后,油气巨头们纷纷掉转枪头,重返美国。由于中小型独立油气开发商在技术革新行动上更灵活和大胆,而大公司在长期性和财务上更稳健和强大,因此,在当时出现了许多中小公司取得技术和产业突破,大公司对中小公司进行收购和注资的现象。这极大地整合了资源,丰富和完善了产业链,促进了美国页岩气产业的快速发展。

直到2009年,美国取代俄罗斯,成为全球第一大天然气生产国。2012年,奥巴马在国情咨文中指出,“美国政府将采取一切可能的措施,安全地开发页岩气” 。紧接着在两年后的国情咨文中,奥巴马正式提出了“以继续增加天然气供应为主、发展低碳经济”的战略。特朗普则在多个场合表示美国将努力加大对自身油气资源的开采力度,取消对页岩气在开采、使用方面的限制。随着能源自给率的不断提高,美国有望在2030年前实现“能源独立”。世界油气中心正从中东地区“西移”至与美国地理位置相近的南、北美洲。

二、页岩气革命成功的原因

美国页岩气革命的成功主要有三个原因,第一个原因是美国政府的支持。20世纪80年代以来,美国政府已经累计投入超过60亿美元用于页岩气产业。政府的支持主要是通过优惠政策、科研投入和监督管理三方面来实现。(1)优惠政策。美国对页岩气的补贴始于1976年东部页岩气项目,1978年对页岩气和致密气进行从率的税收减免和从价的现金补贴,1980年出台暴利税法案,其中第29章对非常规天然气生产税优惠政策进行规定;1990年德克萨斯州免除了页岩气勘探开发的生产税并对相关投资进行事先补贴,1997年和2006年政府延长了对页岩气的补贴期限、调整了补贴力度,2004年联邦政府又提出了为期十年的页岩气补贴政策。据估计,最初美国页岩气开发利润的30%左右来自政策优惠。(2)科研投入。20世纪70年代,美国矿产局与美国能源技术实验室联合发起的东部页岩气项目奠定了定向钻井技术的基本雏形;美国能源部与通用电气合作开发的金刚石短钻头提升了页岩层钻井效率。此外,美国页岩气商业化的先锋——米切尔能源公司——也得到了政府的大力支持,公司采用政府机构早期研发的各种技术平台,并得到美国煤气研究所的直接资助,从而建立了第一座水平井。(3)监督管理。美国通过联邦政府、州政府、地方政府三个层级对天然气市场进行监管。在联邦政府层面,环境保护局主要负责执行相关的法律法规;在联邦政府的监督下,各州政府对页岩气开采进行管制;同时,地方政府也会对页岩气开采设定额外的要求。这种严密的监管机制有利于市场稳定有序地发展。

美国页岩气革命成功的第二个原因是拥有充分开放的资本市场。由于页岩气藏开发具有气层压力低、单井日产量较低、采收率低的“三低”的特征,单井的开采风险远大于常规油气田,开发成本也远高于常规油气。但页岩气单口井的开采寿命和生产周期比较长,一般为30-50年。因此,与常规天然气关键在“找气”不同,页岩气开发的关键在“采气”。要尽可能地提高页岩气产量,就需要开发远多于常规气田的生产井,一旦有大规模资金支持就可以在较短时期内实现规模化发展,例如美国德州巴涅特地区就建有约14000口页岩气井(直井占30%,水平井占70%),而单口井的成本就在200万美元以上。综上所述,页岩气属于技术密集型加资本密集型的产业,需要大量的资金支持。政府的支持加企业的创新使得页岩气技术成功商业化,这极大吸引了美国国内资本和国际资本,两种资本的结合推动了页岩气生产的规模化。自2008年以来,美国页岩气项目共吸引投资1337亿美元,其中国外资本260亿美元,参与控股美国21个页岩气项目,这是美国近年来成功吸引外资回流的典范。国际能源署预测这一投资趋势在10年内将得以保持。

页岩气革命成功的第三个原因是日益强劲的天然气需求。一方面,在产生相同能量的情况下,天然气的二氧化碳排放量分别是煤炭和石油的56%和71%,氮氧化物的排放量为煤炭和石油的20%,二氧化硫和粉尘颗粒的排放量几乎可以忽略不计,因此天然气被视作一种较为清洁的能源。在环境保护意识日趋增强的今天,各国政府纷纷对碳排放进行限制,这使得各国对天然气的需求量猛增。另一方面,天然气在各种应用领域的效率均保持较高水平。天然气冷热电三联供(DES/CCHP)的能量综合利用效率可超过80%,大大高于火力发电35%的平均能量利用效率。考虑到天然气的清洁性和高效性,美国在发电方面用其替代了石油和煤炭。而在交通运输部门,天然气除了通过发电来为电动车辆提供动力,还可以直接为压缩天然气和液化天然气车辆提供原料。此外,美国是发展天然气化工最早的国家,产品品种和产量居世界首位。美国化工行业所消耗原料和燃料总量的一半以上均来自天然气,主要用于生产甲醇、乙炔以及合成氨,并进一步制造化肥、农药、塑料、纤维、染料、涂料、香料、医药和饲料等工业产品。而陶氏化学等化工企业近年扩大在美产能,这也大大提高了天然气的需求量。

美国页岩气革命的成功诠释了科学技术是第一生产力的内涵。米切尔公司的工程师利用水力压裂技术将页岩分裂成本从原先的25-30万美元成功降低到10万美元,这项技术突破被认为是页岩气具有商业竞争力的里程碑。而另一项关键技术——水平定向钻井作业则可以减少钻井对环境的影响并提高采收率。页岩气水平井开采技术和压裂技术的进步使美国页岩气单井产量迅速提高,同时使单产所需投入降为传统天然气井的62.5%,而在页岩气开采的重镇德克萨斯州,水平井的单产所需投入更是低至传统直井的0.3-0.5倍。由于成本的降低和产量的提高,美国页岩气每立方米的开采成本已由2007年的0.073美元下降至2010年的0.031美元,仅为同期常规天然气开采成本的六成,随着技术的进一步发展,页岩气的开采成本有望下降到常规天然气的45%。新的技术使得页岩气和新探明的常规天然气可供美国消费100年甚至更久。

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