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2009-09-06
《中国统计年鉴》将我国能源结构分为四大类:原煤、原油、天然气、水电,这是中国的传统能源。建国60年来,是这样的能源结构推动着中国的工业化进程。而今,这样的能源结构正面临日益逼近的全面危机,客观认识这一危机,摸清症结所在,而不是在别人的忽悠中莫辨南北,是理性处置这一危机的前提。

可耗竭资源:原煤、原油、天然气

Hubbert曲线

1956年,美国石油地质学家King Hubbert提出了著名的Hubbert曲线。

简略地讲,其思路是:一种有限的资源,将怎样被耗净?初期,其采掘量主要取决于需求,因而其累计采掘量呈指数增长;随着累计采掘量的增加,资源极限对采掘量的影响越来越大,增长率将越来越低,直至降为零。于是,可以用Logistic函数来拟合其累计采掘量数据,进而预测逐年的采掘量,这就是Hubbert曲线。

据此,Hubbert预测美国本土48州的石油产量可能在1971年达到峰值。当时美国的石油备用产能非常巨大,实际生产只动用了不到65%的总产能。在这样的背景下,预测美国的产量将在10年内达到峰值,很难让人们接受。而事实上,1970年1月,美国本土48州的石油生产达到峰值,此后美国的石油生产商再也没有生产出这么多的油,而美国的石油需求却一如既往,持续上升,导致石油进口剧增。

Hubbert曲线在美国的应验,震动了社会。出于商业和战略的考虑,石油的开采受到了人为的控制,实际的产量往往偏离Hubbert曲线。但有限资源终将耗尽,这是无法改变的,偏离无非是“分段截头移位”(见图1)。

理想模型中因限产而未动用的产量,在峰值前的部分标为A区,之后的部分标为B区,这部分未动用产量可推迟峰值,却无法阻止峰值的来临。

Hubbert给出了一个有价值的视角,我们不妨从这个视角观察中国的统计数据。在中国的一次能源生产构成中,属于有限资源的有煤、石油和天然气三类。我们先来观察煤的产销。
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2009-9-6 11:26:47
煤:

2007年,煤占到我国一次能源生产的76.6%,占绝对主导地位。历年《中国统计年鉴》给出了1949年~2007年以来历年原煤产量。

2004年《国土资源报》曾报道,经过反复计算和论证,截至2002年底,中国探明可直接利用的煤炭储量1886亿吨,另有3317亿吨基础储量“可以留待后人勘探开发”。

中国社科院2007年发布的《2007中国能源蓝皮书》披露,中国煤炭资源回采率一直很低,目前煤矿平均资源回收率为30%,而美国、澳大利亚、德国、加拿大等发达国家,资源回收率能达到80%左右。(2007年4月20日《中国青年报》)

假设1886亿吨“探明可直接利用的煤炭储量”,回采率能提高到50%,再假设3317亿吨“基础储量”中有80%可转化为“探明可直接利用的煤炭储量”,回采率也是50%,于是从2003年起,累计可采原煤2239.8亿吨。由进入本世纪后的历年开采量,用Hubbert曲线可以观察原煤年产量的未来趋势(见图2)。

Hubbert曲线的峰值在2029年,此后年产量的大趋势是下降。上述《国土资源报》的报道称:探明可直接利用的煤炭储量“可以保证开采上百年”。而煤炭消费的统计数据和趋势外推(见图3)。

按图3显示的煤炭消费趋势外推,即使储量100%转化为产量,从2003年开始累计,1886亿吨“探明可直接利用的煤炭储量”不够消费到2050年,加上3317亿吨“基础储量”,也不够消费到2078年。
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2009-9-6 11:27:06
原油:

历年《中国统计年鉴》给出了1949年~2007年以来历年原油产量。

2004年我国实施新的《石油天然气资源/储量》国家标准,新分类标准除了保留传统的探明地质储量外,还划分出探明技术可采储量、经济可采储量等类别,第一次确立了“新增探明经济可采储量”的概念。统计表明,2006年,我国石油新增探明经济可采储量172亿吨,全国剩余经济可采储量20.43亿吨。(《统计显示:中国石油剩余经济可采储量20.43亿吨》2007年3月29日《中国新闻网》)

2007年7月,中国石油天然气集团公司宣布,公司在渤海湾滩海地区发现储量规模达10亿吨的大油田——冀东南堡油田。假定这10亿吨储量全部为经济可采储量。由《中国统计年鉴》提供的数据可算出,每吨原油相当于1.4285吨标准煤。

原油资源紧缺的压力,有助于提高回收率,我们假定上述资源能100%回收。(据张国宝2008年11月在第五届国家石油公司论坛上透露,当前实际回收率约30%)依据这些数据,可用Hubbert曲线观察我国未来的原油产量趋势(见图4)。
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2009-9-6 11:27:26
天然气:

用Hubbert曲线拟合天然气的产量数据得到图5。其峰值在2043年前后到达,尚有约一倍的增产空间。

可持续资源:水电

在《中国统计年鉴》中,另一类一次能源是“水电、风电、核电”。在2005年以前的《中国统计年鉴》中,它被标为“水电”,2006年后才标为现在的名称。比较2005年与2006年的数表,发现数据自1999年开始有差异,可见,2006年以后的《中国统计年鉴》中,自1999年后的数据加上了风电、核电的数据。由于“风电、核电”数据自1999年后才加入,时间短、数量小,现有统计数据主要反映水电的态势。

2005年11月25日,国家发展和改革委员会在北京人民大会堂召开“全国水力资源成果发布会”,公布了水力资源复查工作结果:

“水力资源理论蕴藏量年电量为60829亿千瓦时,平均功率为69440万千瓦;技术可开发装机容量54164万千瓦,年发电量24740亿千瓦时;经济可开发装机容量40180万千瓦,年发电量17534亿千瓦时。”(《发改委发布全国水力资源复查成果》2005-11-28“中国经济信息网”http://www.cei.gov.cn/LoadPage.aspx?Page=ShowDoc

&CategoryAlias=zonghe/jjsj&ProductAlias=shuzkx

&BlockAlias=DBzhjj&filename=/doc/DBzhjj/2005

11281372.xml)

由《中国统计年鉴》可算出由“万吨标准煤”计算的水电消费量,同时又提供了用“亿千瓦小时”计算的水电消费量,由历年的这两组数据可算出,1亿千瓦小时电力约相当于4.38万吨标准煤。于是,潜在的年水电资源总量17534亿千瓦小时,相当于每年7.67亿吨标准煤。

水电不存在理论上的耗竭问题,但存在上限,于是水电不适于从Hubbert曲线的视角观察,却适于从Logistic曲线的视角观察(见图6)。

Logistic曲线拟合的结果,显示水电的极限产量是7.47亿吨标准煤,与水力资源复查宣布的相当于7.67亿吨标准煤的“经济可开发”发电量吻合。
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2009-9-6 11:27:46
传统生产结构展望

转型与危机

综上所述,建国以来我国一次能源的生产构成(见图7)。

Hubbert曲线和Logistic曲线不适于作短期准确预测,却比较适于作长期趋势观察,由此可得出传统能源生产构成的未来趋势(见图8)。

由此,我们可以看到几个趋势:

其一,如果延续现有的能源生产趋势,传统能源生产将于2030年前后达到峰值,此后将下降。本世纪后半期,传统能源将不可能支撑我国的社会经济系统运转。

其二,如果没有理论上突破性的发现,石油生产萎缩难于避免,最终在传统能源生产结构中将成为无足轻重的角色。天然气将有较大发展空间,但以现有的理论和技术水平,仍不足以担当能源生产的主角。如果传统的“有机生成论”能够被突破,杜乐天的“地球排气”理论能够被证实,天然气生产将有巨大的发展空间,石油勘探的空间也将扩张。但这样一来,由于基础理论的转变,它们应不属于“传统能源”的范畴。在新能源的探索中,对“地球排气”理论应有足够的重视。

其三,在本世纪前25年以内,水电将取代原油的地位,位居传统能源产量的第二位。由于不存在耗竭问题,在本世纪的后25年,将取代原煤,位居传统能源的首位。

传统一次能源生产结构的转型,带来了一系列的难题。
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2009-9-6 11:28:28
难题一:总量——供需矛盾

从历年《中国统计年鉴》中,可查到自1953年至2007年的中国一次能源消费的统计数据,从各种学术刊物上可查到学者们对未来能源需求的预测(见图9)。不同学者所用方法各异,结果差异甚大,唯一的共同点是:本世纪上半叶,中国一次能源的需求将大幅上升,且看不到峰值。

观察图9的统计数据,可发现历年消费量总体上呈指数增长态势,但增长率在下降,这符合Logistic函数的特征。笔者用Logistic函数对统计数据作了简单的趋势外推(图9中蓝色虚线),在2020年前,趋势线最接近李龙全、柳彬德和佟阿思根的预测,但2020年后,各预测都高于趋势外推值。

中国的一次能源消费由煤炭、石油、水电、天然气构成,《中国统计年鉴》还提供了这些分量的统计数据。笔者据此对每个分量作了同样的趋势外推,将所得结果加总,得出图9中褐色实线。它高于对总量的趋势外推,但低于唯一的长期预测值(秦钟《我国能源消费与CO2排放的系统力学预测》)。

与严格遵循预测理论得出的预测结果相比,趋势外推得出的结果更保守一些。它显示在2050年中国一次能源需求可能在55.4亿吨到91.4亿吨之间。而2007年,中国的一次能源消费是26.6亿吨标准煤。这意味着中国的一次能源年度需求在半个世纪内尚有1.09倍到2.44倍的上升空间。请注意,这是最保守的估计,笔者查到的任何一个预测,在此期间都要求更大的升幅。

50年来,中国的政治经济状况与政策取向变化巨大,图9显示的长期趋势反映了中国经济系统的内在特征。中国的实际能源消费多次在此趋势附近波动,每次波动都记录下我们犯过的错误和付出的代价。

1957年到1960年我们急于工业化、城市化,导致能源消费偏离长期趋势,其代价是1960年到1963年不得不回到趋势线,而城市化不得不长期迟滞。

1965年至1968年能耗下降,其背景是全面武斗。1978年到1981年能耗停止增长,其背景是毛泽东去世导致的政治局面混乱。

1996年至1999年,能源消费再次明显偏离(低于)长期趋势。其背景是近20年的利润极大化取向,导致逐利资金迅速积累,而社会购买力相对萎缩,造成有效需求不足、产能过剩。当时,西方媒体曾据此质疑我国公布的GDP数据不实。当年“刺激内需”的政策毫无成效,反而使国民在医疗、教育、养老方面承受巨大压力,消费顾虑重重。逐利资金拥有者不得不转而面向以欧美为主的海外市场,靠消耗资源和使用廉价劳动力挣利润。

于是在进入本世纪后,实际能耗以远高于趋势线的速度上升,造成了今天难以收拾的局面。即便没有国际金融危机,这样的升势也是肯定无法维持的,势必向趋势线回调,相应的则是大量人员失业,危及社会安定。

可见每一次波动,社会都必须付出沉重的代价。如果中国的实际能耗低于趋势线显示的下限,带来的后果难于预测。传统一次能源生产被迫萎缩的前景,使这一危险近在眼前。
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