陳佳鵬 李冬嵬
(1.中國國際工程咨詢公司,北京市海淀區(qū),100048; 2.北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,北京市石景山區(qū),100042)
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我國煤基替代燃料發(fā)展的損益分析
陳佳鵬1李冬嵬2
(1.中國國際工程咨詢公司,北京市海淀區(qū),100048; 2.北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,北京市石景山區(qū),100042)
首先從能源安全入手,分析其內(nèi)涵,并歸納提出能源安全體系和框架圖。其次在此基礎(chǔ)上建立能源安全損益分析模型。最后對(duì)煤基液體燃料發(fā)展的損益進(jìn)行分析,得出相關(guān)結(jié)論。
能源安全 煤基液體燃料 損益分析
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長,社會(huì)生產(chǎn)對(duì)于石油的依賴更加強(qiáng)烈。對(duì)于我國的石油供應(yīng)來說,在滿足持續(xù)增長的生產(chǎn)需求的同時(shí),還要保障能源安全,將石油進(jìn)口對(duì)外依存度控制在一定的范圍以內(nèi),這無疑是一個(gè)比較艱巨的任務(wù)。目前世界各國應(yīng)對(duì)能源安全通常采用的手段是建立石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備,但當(dāng)前石油價(jià)格持續(xù)高位運(yùn)行,因此尋找合適的替代能源(替代燃料)就成為了保障能源安全的研究熱點(diǎn)。
1.1 能源安全綜述
目前的能源安全模式起源于1973年的能源危機(jī),關(guān)注點(diǎn)主要集中于如何處理產(chǎn)油國的石油供應(yīng)中斷。對(duì)我國來講,使能源供應(yīng)不要成為經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的瓶頸則是目前主要的能源安全關(guān)注點(diǎn),另外,能源安全的關(guān)注點(diǎn)還應(yīng)包括如何消除未來任何可能的由于中東等地局勢不穩(wěn)定等原因引發(fā)的石油供應(yīng)中斷問題。
劍橋能源咨詢公司主席Daniel Yergin提到,如今,能源安全的定義需要擴(kuò)展至對(duì)整個(gè)能源供應(yīng)鏈和基礎(chǔ)設(shè)施的保護(hù)。
布魯金斯學(xué)會(huì)高級(jí)研究員Kenneth Lieberthal認(rèn)為,中國能源不安全的根源在于中國強(qiáng)勁的經(jīng)濟(jì)增長刺激了能源需求的猛增,并遠(yuǎn)超國內(nèi)能源供應(yīng)和基礎(chǔ)設(shè)施的承受能力。
中國工程院院士徐承恩等專家認(rèn)為,能源安全實(shí)質(zhì)上是市場需求安全,其核心問題是穩(wěn)定的供應(yīng)、合理的價(jià)格。他們指出,歷史經(jīng)驗(yàn)表明石油供應(yīng)中斷往往引起油價(jià)上漲,但油價(jià)上漲并非都與石油供應(yīng)中斷有關(guān)。
綜上所述,能源安全不僅僅是應(yīng)對(duì)產(chǎn)油國的供應(yīng)中斷,還應(yīng)擴(kuò)展至整個(gè)供應(yīng)鏈的保護(hù);能源安全只是短期中斷的問題,且問題的本質(zhì)是經(jīng)濟(jì)和價(jià)格問題。所以對(duì)于替代燃料來說,需要從保障能源安全的角度進(jìn)行嚴(yán)格的經(jīng)濟(jì)性分析,通過定量的方法分析替代燃料發(fā)展規(guī)律。
1.2 能源安全體系
1.2.1 能源安全框架圖
本文基于對(duì)上述能源安全文獻(xiàn)的理解,提出了新的國家能源安全觀。新的國家能源安全體系框架圖如圖1所示,圖中箭頭表示來源項(xiàng)決定和影響指向項(xiàng),能源安全總體包括資源安全和價(jià)格安全兩部分。
對(duì)一個(gè)國家來說,資源安全的要素包括資源擁有量、對(duì)資源擁有者的政治影響力、資源的軍事控制能力和資源運(yùn)輸能力。資源擁有量本質(zhì)上取決于國家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力,尤其是對(duì)國外資源的擁有。對(duì)資源擁有者的政治影響力是指地緣政治能力,該能力背后的本質(zhì)支撐是經(jīng)濟(jì)實(shí)力和軍事能力,外交是實(shí)施手段,傳統(tǒng)友誼是優(yōu)勢和法寶。資源的軍事控制能力是政治的延續(xù)和最后解決手段。資源運(yùn)輸能力包括海上航線和輸油管線的控制,以及造船能力和運(yùn)輸船隊(duì)的擁有。
圖1 能源安全體系框架圖
影響價(jià)格安全的要素包括全球供需市場的供需平衡狀況以及國際石油壟斷組織(如歐佩克)對(duì)石油價(jià)格的操縱能力。全球供需市場受到四方面因素的影響:資源安全性、戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備量、能源效率、替代能源的發(fā)展數(shù)量,這里的資源安全性是指資源儲(chǔ)備和供應(yīng)能力(包括備用產(chǎn)能)。國際石油壟斷組織毫無疑問要追求其經(jīng)濟(jì)利益最大化,但其控制市場價(jià)格的企圖和行為首先受到地緣政治的約束,此外還受到價(jià)格過高可能導(dǎo)致需求萎靡、長期經(jīng)濟(jì)利益受損的客觀約束。
1.2.2 石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備和替代燃料在能源安全中的作用
在需求確定的條件下,全球供需市場受到四方面因素的影響:資源儲(chǔ)備和供應(yīng)能力、戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備量、能源效率、替代燃料的發(fā)展數(shù)量。前三者是保證石油市場安全的傳統(tǒng)手段,而石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備更是促進(jìn)石油市場短期平衡的最直接和有效的手段,是現(xiàn)行對(duì)付短期石油供應(yīng)中斷和價(jià)格飛升的最重要手段。它不僅能延緩石油供應(yīng)中斷的影響,也能替代中斷的供應(yīng)量。
相對(duì)傳統(tǒng)手段而言,替代燃料是保證全球和某一國家石油安全的新手段、新事物。它的作用主要是降低本國石油消費(fèi)強(qiáng)度,在石油危機(jī)來臨時(shí)可少受干擾,減輕高油價(jià)給國家經(jīng)濟(jì)帶來的損失。但由于替代燃料的投資大、成本高、發(fā)展周期長,因此其活動(dòng)水平低,對(duì)世界石油市場只有長期和緩慢的作用效果。
圖1實(shí)際上也對(duì)石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備、替代燃料和其他維護(hù)石油安全措施的相互關(guān)系進(jìn)行了一定程度的表述。圖1中,右下角標(biāo)注“圈點(diǎn)”的條目表示需要花費(fèi)經(jīng)濟(jì)成本的措施,石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備和替代燃料是其中的兩種。顯然,有限的財(cái)力花在哪里是需要系統(tǒng)性思考和綜合權(quán)衡利弊的問題,對(duì)于怎樣建立戰(zhàn)略儲(chǔ)備或發(fā)展替代燃料來說,就存在利益權(quán)衡的問題。對(duì)于如何從收益和成本平衡的角度去定量地確定各自適宜的發(fā)展規(guī)模,需要建立能源安全損益模型進(jìn)行分析。
2.1 能源安全損益分析原理
本文借鑒美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室對(duì)石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備最優(yōu)模型分析方法,擴(kuò)展到計(jì)算石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備和替代燃料發(fā)展的最優(yōu)規(guī)模。模型的原理在于通過這兩種手段保障能源安全過程中所損失的經(jīng)濟(jì)成本和獲得的經(jīng)濟(jì)收益,在損失和收益之間尋找一個(gè)平衡的優(yōu)化結(jié)果。本文將此模型稱為能源安全損益分析模型。
2.2 能源安全損益計(jì)算原理
對(duì)于建立石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備(SPR)或發(fā)展煤基替代燃料(ALF),經(jīng)濟(jì)成本主要包括基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本、運(yùn)行維護(hù)成本和購買資源或燃料的相關(guān)成本。對(duì)于煤基替代燃料來說,還應(yīng)包括相關(guān)的CO2處理成本。建立石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備或發(fā)展煤基替代燃料能得到收益,只有在石油供應(yīng)中斷的時(shí)候才能顯現(xiàn)出來,其原理如圖2所示。
圖2 SPR和ALF的收益計(jì)算原理示意圖
國際石油市場供給量一旦明顯低于其正?;蝾A(yù)期的需求量,即發(fā)生石油供應(yīng)中斷,將影響國際石油市場的供需平衡,造成油價(jià)的上漲,從而會(huì)造成本國石油進(jìn)口額外成本的損失。另外,由于石油短缺和油價(jià)上漲將造成本國GDP的損失,主要包括三部分:部門間調(diào)整,表現(xiàn)為人力和資本等生產(chǎn)資料通過市場在各生產(chǎn)部門間重新分配;遲滯效應(yīng),表現(xiàn)為由于對(duì)未來市場持觀望態(tài)度而引起的投資和生產(chǎn)下降;消費(fèi)形式變化引起生產(chǎn)資料再分配,如新建節(jié)能生產(chǎn)線、停用老生產(chǎn)線。
建立石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備或發(fā)展煤基替代燃料,就是為了盡可能地避免這部分損失。替代燃料損益分析計(jì)算原理如圖3所示,描述了發(fā)展煤基替代燃料的收益和代價(jià),是否存在“最佳點(diǎn)”、以及如何尋找“最佳點(diǎn)”是替代燃料損益分析中的關(guān)鍵問題。
圖3 替代燃料損益分析計(jì)算原理示意圖
本文選取煤直接制油為研究對(duì)象,計(jì)算發(fā)展煤基替代燃料的成本和收益,并通過計(jì)算其凈收益,分析是否應(yīng)該發(fā)展煤基替代燃料,應(yīng)該發(fā)展多大規(guī)模的替代燃料。本文選取2010-2030年的時(shí)間段進(jìn)行分析,并進(jìn)行石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備損益分析、煤基替代燃料損益分析、組合損益分析。
也許,這才是人間煙火氣吧。易非想。陳留的腳會(huì)臭嗎?他看起來那么潔凈,都像有潔癖似的,肯定不會(huì)。若會(huì),我會(huì)強(qiáng)迫他換襪子的,上午換一雙,下午再換一雙……想到這兒,易非笑了,笑過之后,倒在黑暗中不好意思的紅了臉,盡管這黑暗中的胡思亂想沒有人能察覺到。
3.1 模型相關(guān)參數(shù)的基本假設(shè)
我們對(duì)基準(zhǔn)油價(jià)、單位基礎(chǔ)設(shè)施投資等參數(shù)進(jìn)行合理假設(shè)如下?;鶞?zhǔn)油價(jià)P0(SPR購進(jìn)油價(jià))按70美元/桶,SPR單位基礎(chǔ)設(shè)施投資為1000元/t,煤變油單位基礎(chǔ)設(shè)施投資為7260元/t,年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用系數(shù)為7%,資本回收系數(shù)為12%,2030年石油國內(nèi)需求量為7.4億t,2030年煤炭國內(nèi)需求量為39億t,2010-2030年石油國內(nèi)生產(chǎn)量為1.8億t/a,2006-2010年GDP年均增長率為10%,2011-2025年GDP年均增長率為8.5%,2026-2030年GDP年均增長率為7%,CO2排放因子(煤)為2.72 t CO2/tce,CO2排放因子(石油)為2.08 t CO2/tce,單位CO2處理費(fèi)用150元/t,煤制油效率為43%。
3.2 石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備最優(yōu)規(guī)模分析
本文選擇我國石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備(SPR)進(jìn)行損益分析,重點(diǎn)計(jì)算建立SPR的凈收益,并分析是否應(yīng)該建立SPR,建立多大規(guī)模的SPR。不同SPR規(guī)模下的損益情況如圖4所示。從圖4中可以看出,總支出與SPR的規(guī)模呈線性關(guān)系,而避免石油進(jìn)口損失和避免GDP損失則與SPR規(guī)模呈一定的非線性關(guān)系。因此可以得出的結(jié)論是,截至2030年,我國應(yīng)該建立一定規(guī)模的SPR,并在建立規(guī)模1.9億t時(shí)將有最大收益約1500億元。1.9億t的規(guī)模是總石油需求量7.4億t的約1/4,這與有些國家的石油儲(chǔ)備戰(zhàn)略相似,即以國內(nèi)3個(gè)月的石油需求量為標(biāo)準(zhǔn)建立石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備。
圖4 不同SPR規(guī)模下的損益情況
3.3 煤基替代燃料最優(yōu)規(guī)模分析
本文選取煤直接制油進(jìn)行最優(yōu)規(guī)模分析,由于采用煤基替代燃料將會(huì)產(chǎn)生額外的CO2排放,這部分CO2的處理成本應(yīng)該也包括在替代燃料的成本中。
不同煤變油規(guī)模下的損益情況如圖5所示。
圖5 不同煤變油規(guī)模下的損益情況
為了特別展示由于煤基替代燃料產(chǎn)生的額外CO2的處理成本,圖5中將CO2處理費(fèi)用提煉出來單獨(dú)畫線。從圖5中可以看出,煤變油的生產(chǎn)成本和避免的進(jìn)口損失是影響最終凈收益的兩個(gè)重要因素,CO2處理費(fèi)用也不容小視,但發(fā)展替代燃料對(duì)避免GDP損失的作用有限。凈收益曲線有一個(gè)最優(yōu)點(diǎn),即截至2030年,我國發(fā)展規(guī)模為1.2億t的煤變油時(shí),此時(shí)將獲得最大收益約為300億元。
3.4 石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備與煤基替代燃料同時(shí)發(fā)展最優(yōu)規(guī)模分析
前面分別對(duì)單獨(dú)建立石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備和發(fā)展煤基替代燃料進(jìn)行了案例分析,作為應(yīng)對(duì)能源安全的兩個(gè)不同手段,同時(shí)在我國建立石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備和發(fā)展煤基替代燃料,將是必然發(fā)展趨勢。本文選取2010-2030年的時(shí)間段進(jìn)行損益分析,計(jì)算結(jié)果如圖6所示,其中左圖為三維立體圖,右圖為對(duì)應(yīng)的等高線圖。
從圖6可以看出,存在最佳的石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備和替代能源規(guī)模,使我國在應(yīng)對(duì)石油供應(yīng)中斷時(shí)有最大的收益。計(jì)算結(jié)果表明,在建立1.7億t石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備和發(fā)展0.7億t替代燃料時(shí),將有最大收益約1600億元。從等高線圖可以看出,在最佳規(guī)模附近,其收益也較大,所以圖中中心圓圈內(nèi)的點(diǎn)均可以認(rèn)為是較優(yōu)規(guī)模,即截至2030年,我國建設(shè)1.5億~2億t石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備,同時(shí)發(fā)展0.5億~1億t的替代能源,將有較大的收益。
作為應(yīng)對(duì)能源安全的兩種不同手段,石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備和替代燃料有一定的相互關(guān)系,如圖7所示。
通過圖7可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:
(1)兩種手段有一定的補(bǔ)充作用,即多發(fā)展煤基替代燃料,就可以少建設(shè)石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備規(guī)模,反之亦然。
(2)兩種手段對(duì)于能源安全的效果不相同,相比而言,石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備是保障能源安全最有效的手段,總收益里面的絕大部分來自于石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備,而煤基替代燃料只是一個(gè)補(bǔ)充手段。
(3)當(dāng)石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備建設(shè)到一定的規(guī)模(約3億t)時(shí),發(fā)展煤基替代燃料并不會(huì)產(chǎn)生額外的收益。
本文只以煤直接制油為代表進(jìn)行了煤基替代燃料的損益分析,且在進(jìn)行分析時(shí)假設(shè)不再發(fā)展其他煤基替代燃料。但未來可能的煤基替代燃料還包括甲醇、二甲醚、烯烴等,如果考慮上述替代燃料的同時(shí)發(fā)展,只需將案例分析數(shù)據(jù)輸入的煤基替代燃料成本、效率等,用同時(shí)發(fā)展的綜合數(shù)據(jù)取代,即可計(jì)算出各種煤基替代燃料共同發(fā)展時(shí)的最優(yōu)規(guī)模。
圖6 不同石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備和替代能源規(guī)模下的凈收益
圖7 石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備規(guī)模和煤變油規(guī)模的相互作用
3.5 煤基替代燃料案例分析中關(guān)鍵參數(shù)的敏感性分析
近年來,國際石油價(jià)格在波動(dòng)中上揚(yáng),為使案例分析的結(jié)果更為可信,本文將依據(jù)現(xiàn)實(shí)的情況,對(duì)損益模型中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行敏感性分析。在影響能源安全的各個(gè)因素中,GDP/油價(jià)彈性系數(shù)和油價(jià)是其中最重要的兩個(gè)參數(shù),本文將對(duì)它們進(jìn)行敏感性分析。
3.5.1 GDP/油價(jià)彈性系數(shù)的敏感性分析
石油價(jià)格的漲幅將對(duì)國民生產(chǎn)總值(GDP)產(chǎn)生一定的影響,這一關(guān)系體現(xiàn)在GDP/油價(jià)彈性系數(shù)上。影響GDP/油價(jià)彈性系數(shù)主要有三個(gè)因素:石油進(jìn)口依存度、單位GDP的油耗水平和油價(jià)水平。本文根據(jù)不同文獻(xiàn)的研究,對(duì)我國的GDP/油價(jià)彈性系數(shù)分別取-0.01、-0.02、-0.03進(jìn)行敏感性分析,結(jié)果如圖8所示。
圖8 GDP/油價(jià)彈性系數(shù)對(duì)能源安全收益的影響
彈性系數(shù)的大小,表明油價(jià)對(duì)我國經(jīng)濟(jì)所引起的沖擊的大小。彈性系數(shù)的絕對(duì)值越大,表明我國經(jīng)濟(jì)受油價(jià)影響就越大,反之亦然。從圖8可以看出,GDP/油價(jià)彈性系數(shù)對(duì)于石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備最優(yōu)規(guī)模影響較大,而對(duì)替代燃料規(guī)模的影響較小。彈性系數(shù)從-0.01變到-0.02和-0.03時(shí),石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備的最優(yōu)規(guī)模由1.1億t,變到1.7億t和2.2億t,而煤變油規(guī)模由0.5億t,變到0.7億t和0.9億t。
結(jié)果顯示,隨著GDP/油價(jià)彈性系數(shù)絕對(duì)值的增加,我國需要建立的石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備規(guī)模也將增加,發(fā)展更多的替代燃料所獲得的保障能源安全的凈收益也將增大。
3.5.2 油價(jià)的敏感性分析
為了研究油價(jià)對(duì)替代燃料最優(yōu)規(guī)模的影響,本文對(duì)油價(jià)的小幅變動(dòng)對(duì)替代燃料規(guī)模的影響進(jìn)行了敏感性分析,結(jié)果如圖9所示。需要說明的是,這里的油價(jià)并不表示當(dāng)前值,而是表示對(duì)從現(xiàn)在到2030年油價(jià)的平均期望值。
從圖9可以看出,油價(jià)小幅波動(dòng)對(duì)于替代燃料最優(yōu)規(guī)模影響巨大,而對(duì)石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備規(guī)模的影響較小。結(jié)果顯示,當(dāng)油價(jià)低于65美元/桶時(shí),不應(yīng)該發(fā)展替代燃料,而當(dāng)油價(jià)大于75美元/桶時(shí),應(yīng)該大力發(fā)展替代燃料。另外,隨著油價(jià)的增長,保障能源安全的凈收益也將增大。
從上面的結(jié)果可以看出,油價(jià)對(duì)于石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備和替代燃料最優(yōu)規(guī)模影響巨大。在不同的油價(jià)下,不一定存在最優(yōu)規(guī)模,在較多的情形下,要么可以大力發(fā)展替代燃料,要么不必要發(fā)展替代燃料。一般來說,在油價(jià)偏高的情況下,應(yīng)該大力發(fā)展替代燃料,反之,則不應(yīng)該發(fā)展替代燃料。
通過以上分析可以看出,能源安全問題的本質(zhì)是經(jīng)濟(jì)和價(jià)格問題而不是供應(yīng)短缺問題。石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備和發(fā)展煤基替代燃料是保障能源安全的兩種不同手段,其收益主要來源于在石油供應(yīng)發(fā)生中斷時(shí),所避免的進(jìn)口損失和GDP損失。通過對(duì)能源安全的成本與收益建模分析表明,在保障能源安全的過程中,石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備和煤基替代燃料均有一定的最優(yōu)規(guī)模,在基準(zhǔn)情景假設(shè)下,同時(shí)建立1.5億~2億t石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備和0.5億~1億t替代燃料時(shí),對(duì)于保障能源安全有最大的收益。建立石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備和發(fā)展替代燃料對(duì)于保障能源安全有一定的補(bǔ)充作用,在保障能源安全的過程中,GDP/油價(jià)彈性系數(shù)是影響石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備的最主要的參數(shù)。在進(jìn)行替代燃料發(fā)展決策時(shí),要充分考慮到未來油價(jià)的走勢,并進(jìn)行相應(yīng)的損益分析。
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(責(zé)任編輯 宋瀟瀟)
Cost-benefit analysis of development on coal-based alternative fuel in China
Chen Jiapeng1, Li Dongwei2
(1. China International Engineering Consulting Corporation, Haidian, Beijing 100048, China; 2. Beijing Polytechnic College, Shijingshan, Beijing 100042, China)
Firstly, from aspect of energy safety, the authors analyzed connotation and provided energy safety system and frame diagram. Secondly, the energy safety cost-benefit analysis was built basing upon the system and frame diagram. Finally, according to analyzing cost-benefit on development of coal-based alternative liquid fuel, the authors got correlated conclusion.
energy safety, coal-based alternative liquid fuel, cost-benefit analysis
陳佳鵬,李冬嵬. 我國煤基替代燃料發(fā)展的損益分析[J].中國煤炭,2017,43(3):21-26. Chen Jiapeng, Li Dongwei. Cost-benefit analysis of development on coal-based alternative fuel in China[J].China Coal,2017,43(3): 21-26.
TD-9
A
陳佳鵬(1980-),男,博士研究生,專業(yè):管理科學(xué)與工程,研究方向:煤炭工程管理。