地球上的石油什么时候用完

2019年03月27日

 

    「石油枯竭」的可能性,随着科技的发展,可能离我们越来越远。确实,石油的生产正变得越来越难,大多数易于开采的石油已被开发,未来,石油资源将越来越多的来自于深海或其他复杂环境,综合成本有可能迅速提高,石油行业正面临前所未有的挑战。另一方面,在石油的开采、储运和利用等环节,由于更多先进装备和前沿技术的利用,可开采的储量不断增加,综合成本反而在降低。因此,在大规模的替代性能源出现之前,石油能源的「寿命」远比人们想象的要更持久。

    怎么看待「石油枯竭」这个问题?「石油枯竭」到底是个伪命题?还是个现实问题?我们如何看待和定义「石油枯竭」呢?是石油产能由盛而衰?还是石油开采成本和价格之间无法实现可接受的经济性,从而导致石油被抛弃?还是出现高可用性的可替代能源,导致石油能源被放弃?

    上世纪 90 年代末,据石油行业的粗略估计:人类自 20 世纪 70 年代初,至 2000 年间,大约消耗了 5000 亿~8000 亿桶石油,占同期探明储量的 85%。因此,「石油枯竭」论在那个时期被提出,当时,有悲观的行业专家甚至指出,即使可探采的地下石油总储量有少量增加,也仅够人类挥霍 80 年左右!

    另一个「石油枯竭」话题的来源是:1949 年,德州休斯顿Shell壳牌公司的地质学家 Dr. M. King Hubbert 提出的 Hubbert Curve 理论(钟形理论),他通过建模得出的石油开采量钟型 (Bell Shape) Logistic 分布,在美国的 48 个州都被验证。虽然 Peak Oil 出现的时机和他所估计的不同,但石油在同一技术下的同一种岩层的开采,都验证了石油产量逐渐增加,达到顶峰后再逐渐下降的过程。根据这一理论,部分能源专家认为,石油开采的峰值迟早到来,而产量的下降不可避免,「石油枯竭」的危机感由此产生。无论是钟形理论,还是限于技术水平、较低的可采石油储量,都忽略了技术进步和全球经济发展的因素。在技术层面,勘探和开采技术的进步,使得石油开采源不断增加而且更多样,开采效率不断提高,导致可用储量不断增加。

    上世纪90年代初的行业报告显示,当时的世界石油总储量约为 9950 亿桶。但到了 2017 年,根据《 BP 世界能源统计年鉴(2017年)》的数据,全世界探明的石油储量增加到了 1.7067 万亿桶,由于探采技术革新,石油可用储量几乎翻了一倍。技术进步仍在不断改变传统的石油行业。最典型的例证是美国的页岩油气革命,仅仅 10 年间就改变了已维持半个世纪的全球油气贸易格局。在技术进步的支撑下,地球的石油潜力仍旧巨大。行业专家开始乐观地认为,石油时代至少将持续 2-3 个世纪。在这种情况下,我们还要不要延续上个世纪提出的「石油枯竭」问题?在经济发展层面,作为可用性最高的传统能源,石油对人类的作用仍然十分重要。2016年是石油能源利用的高峰年,在世界五大能源中(石油、煤炭、天然气、水电、核能),当年石油占世界能源总消费量的1/3,全球平均石油消费量达到 9655 万桶/天,仍是全球消费量最高的能源。按照经典经济学原理,只要石油的需求维持这种高度,甚至持续攀升,油价会维持跌荡-上升的循环通道,进而使得越来越多的地下资源具有开发的经济性。

《Oil Barrel Breakdown》, 全球各地区石油开采综合成本,来源:Wall Street

    综上所述,假如原油的开采成本和市场价格能长期维持合理的经济性,依靠不断的技术进步,可采石油储量不断增加,人类耗尽地球最后一滴石油的日子,还很远。

    但是,人无远虑、必有近忧,从全球能源安全和低碳环保发展的角度,即使石油可采储量不断增加,我们同样要考虑在石油开采达到某个「枯竭点」之前,有什么新能源可以替代石油的核心地位。这是我们探讨「石油枯竭」这一话题的真正价值,也是我们更想知道的答案。应对「石油枯竭」的主要方向:「替代能源」和「控制成本」

    针对「寻找替代能源」和「控制成本」两个应对「油气枯竭」的途径,我们主要讨论两个方向:第一,如果石油的替代能源,能做到价格便宜、好输送,那么,在石油短缺之前,这种能源可以大规模取代石油。其关键点就是替代能源的可应用性。第二,在维持较低油价的情况下,设法控制 OPEX(Operating Expense,企业综合管理支出、运营成本),促使油气相关企业提高运行效率。我们先说石油的高可用性替代能源的情况在石油需求保持高位的情况下,其他资源能否替代石油?根据《 BP 世界能源统计年鉴(2017年)》的数据,石油、煤炭、天然气、水电、核能五大能源中,石油消费占比 33%,煤炭占比28%,天然气消费占比增加到了 24%,水电和核能均不足 10%。另外,截止2017年底,世界常规、非常规天然气资源开发利用率分别为 20% 和 5% 左右,能源开采的利用率远低于常规石油储量 32% 的开采利用率(2016年数据)。从经济、清洁和可用性、可持续性的角度看,天然气是目前最有可能短期内替代石油的能源。

图 全球一次能源消费占比(BP,2017)    

 

    以美国举例,根据 EIA(美国能源信息署)的数据,2017 年,在 73 亿美元的石油消耗中,47% 是动力汽油,20% 是其他馏分的油(加热油和柴油),7%是航空燃油,整体而言,运输占了约 74% 的原油消耗。(参考资料2)而在天然气方面,「天然气的价格比原油价格表现出更大的波动性,较低的天然气价格导致运输行业在原油基础上,使用更多的天然气。从2007年到2012年,运输行业的天然气使用量增长了22%之多!」(参考资料3)中国方面,根据国家能源局、国务院发展研究中心和国土资源部联合发布的《中国天然气发展报告2018》,2017 年国内天然气的消费量达到了 2386 亿立方米(不含港、澳),中国天然气的消耗增量对全球天然气消费的增量贡献超过了 30%。2016 年,中国的用气人口大约 3 亿人,到了 2017 年,就增长到了 3.5 亿人!天然气对石油的替代体现在多个领域。在传统运输领域,特别是欧美国家,天然气动力和电动力的新式运输工具,正在替代传统的油动力运输工具。运输行业对天然气的需求,以及天然气下游化工生产装置的增加,对传统石油的需求起到了替代作用。另外,LNG(Liquefied natural gas,液化天然气)作为一种天然气高效储运的方式,在全球保持快速增长。以中国为例,城市燃气调峰和交通运输替代燃料需求日益增长,液化天然气的发展潜力巨大。同样根据国家能源局、国务院发展研究中心和国土资源部联合发布的《中国天然气发展报告2018》,2017 年,中国的 LNG 总供应量达到 2025 万吨,相较 2016 年的 1360 万吨增长了665 万吨,增幅高达 49%。 中国的 LNG 重卡,部分取代了柴油重卡。国际运输的 LNG 货船,部分取代了柴油货船。此外,LNG 作为燃料在更多国家被应用于发电,它的易运输性能也使得许多国家,或无管道、供气不稳定的内陆地区可以用更廉价的成本获取天然气。

    以中国为例,2017 年,国内发电行业消耗天然气 427 亿立方米,占天然气总消耗量的 17.9%,比 2016 年的 366 亿立方米提高了 16%;工业燃料天然气的消费量也达到了 760 亿立方米,占比 31.8%。 在 LNG 应用领域中,先进技术和高端装备的作用明显。压缩机是液化天然气的关键设备,高效、稳定的离心式压缩机使得 LNG 可以大规模从天然气便宜的卡塔尔、美国和印尼等国家出口到其他国家,也使得中国东部沿海省市享受到更低的气价。具体到中国的 LNG 行业,中国并非 LNG 生产大国,中国的 LNG 生产装置更多的是临近天然气产区,如:内蒙古鄂尔多斯、塔里木盆地、四川盆地和临近天然气管线,与中东、澳大利亚等国的大型 LNG 装备相比, LNG 工厂以百万方及以下的产能为主,大多属于中小型工厂,这些中小型工厂主要要服务于国内管道覆盖不足地区的用气需求、城市燃气调峰和交通工具,不用于外贸输出,具有其独特性。考虑到 LNG 领域工况环境多样,客户往往需要合作商具备丰富工程项目经验并能够提供全系列先进的产品和解决方案,如全系列的离心式压缩机、往复式压缩机等等,

    最后,再谈谈石油开采的成本控制问题说到石油的经济性,就不能不提到石油价格。全球石油的供需关系、石油的可替代性、石油的开采量和开采成本,都和石油价格密切相关。世界上的石油种类有很多种,不同地域、不同岩层的开采成本也是不同的。而石油作为大宗商品,一段时期内,价格 index 是相对稳定的,这就决定了只有低成本的开采商才能实现盈利。下图是各国石油的生产成本情况。

图 石油生产成本情况石油综合成本结构中,很大一部分是生产(运营)成本,特别在低油价时期。

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    最近几年,如果缺少对新油田的投资,无法改变 Capital Spending 在整体油价中的高比例情况,那么降低生产成本,就成为了许多企业努力的主要方向。

    下图是英国石油综合成本情况,其中,短期内无法降低的 Capital Spending 占很大比例,而利用各种手段降低 Production cost 是主要努力方向。

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    图 英国石油综合成本构成在降低生产成本方面

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    自上世纪 70 年代起,石油行业就有将数字化技术应用于油气藏模拟及油气生产管理。但数字技术在过去 5-10 年里,发生了飞跃性发展,主要体现在海量数据的处理能力、数字信息系统的整合能力、行业数字化应用的深度和广度等方面,这些进步推动了油气行业的数字化升级进度。在行业数字化应用上,杭州飞科电气深度与国内各大油田合作,就井口产出原油的含水率高精度测试所提供的数据,给数字化油田及其准确的数据提供,方便了油田信息化、数字化的建设。

    例如,数字、信息技术进一步打破了能源需求和供给之间的阻碍,石油公司可根据市场需求更精准地调控油气产量,避免油价的大波动带来损失。总体而言,数字化技术帮助油气行业实现两大目标:提高油气采出率,优化油气生产过程。最终实现产量的最大化和投资的最小化,显然,这是通过降本增效应对「石油枯竭」问题的高效途径之一。

    在降低成本、提高开采效率方面,根据 IEA 的预测:数字技术的大规模应用,能让油气生产成本减少 10%~20%,让全球油气技术的可采储量提高至少 5%! 而且,数字化技术不仅只涉及石油开采环节,还整合了天然气开采、油气运输、油气炼化和油气销售等上中下游环节,其能够产生的综合效益更大。最后,再次重申结论:假如原油的开采成本和市场价格能长期维持合理的经济性,依靠不断的技术进步,可采石油储量不断增加,人类耗尽地球最后一滴石油的日子,还很远。

特别感谢:西门子(中国)PK10计划石油与天然气业务李旭涛 @ibanezlee 张哲 @Zhe 周华博士

undefined参考资料:1. Hubbert, M. King (June 1956). "Nuclear Energy and the Fossil Fuels"(PDF). Shell Oil Company/American Petroleum Institute. Archived from the original (PDF) on 2008-05-27. Retrieved 2014-11-10., Presented before the Spring Meeting of the Southern District, American Petroleum Institute, Plaza Hotel, San Antonio, Texas, March 7–9, 19562. 《Oil Barrel Breakdown》, Wall Street Journal http://graphics.wsj.com/oil-barrel-breakdown/3. How does crude oil affect gas prices?https://www.investopedia.com/articles/economics/08/crude-and-gas-prices.asp4. Are Crude Oil & Natural Gas Prices Linked?https://www.cmegroup.com/education/articles-and-reports/are-crude-oil-natural-gas-prices-linked.html

来源:杭州飞科电气PK10计划

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