美国页岩气发展战略的实施及影响

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：1995年《美国地质调查》指出,东部页岩气产量的未来取决于技术进步,而技术进步则需要政府的支持。事实上,美国政府鼓励页岩气的发展和推动技术突破,这方面的贡献具体表现在以下几个方面。开采成本的下降,吸引更多企业加入到页岩气开发中。前面我们已经考察了近40多年来政府在包括页岩气在内的清洁能源发展战略上的规划和支持。

综上可知,20世纪70年代石油危机使得联邦政府注重起国内非常规能源的开发,能源部出台《东部页岩气项目》,期望通过与私人公司的合作,改进技术,以提高肯塔基和西弗吉尼亚大砂气田产量。1978年《天然气政策法》将监管权力交给联邦能源监管委员会,并要求逐步取消页岩气等非常规天然气的价格控制,由此促进页岩气等非常规能源产业的发展。1980年联邦政府又出台《能源法》,提出页岩气等能源的税收抵免政策,制定受益行业规则。1989年《天然气井口解除管制法》将天然气价格逐步放开,其后1990年在纽约商品交易市场上市了天然气期货交易,天然气产业体系发展在逐步完善,但竞争也日益激烈。

20世纪90年代中期,美国天然气工业遭遇困境,一是生产出现徘徊不前甚至滑坡;二是竞争加剧,企业利润暴跌;三是行业分工细化,使得天然气价格上升,这并非对各环节都会带来好处或机遇,不具备竞争实力的经营者面临退出本行业的困境。1995年美国天然气剩余探明储量同比仅增长0.94%,为46 398×108 m3,只能维持8年开采;天然气产量5 562×108 m3,同比下降0.85%。全国16个产气盆地共有29.416 5万口产气井,其中1995年钻了约7 800口,同比下降12%(胡秋平,1997)。

从页岩气行业来看,尽管美国天然气资源研究所的研究和《东部页岩气项目》的实施使得阿巴拉契亚盆地南部和密歇根盆地的天然气产量有所增加,但是直到20世纪90年代末,页岩气行业依然被认为是一个不赚钱的边际行业,2000年美国页岩气产量在天然气总产量中占比仅为1.6%。开采成本的高昂,使天然气公司深信:一旦政府取消各种激励措施,东部页岩气行业就会衰落。因此,20世纪90年代美国国内并没有形成页岩气开发的热潮。1995年《美国地质调查》指出,东部页岩气产量的未来取决于技术进步,而技术进步则需要政府的支持。

事实上,美国政府鼓励页岩气的发展和推动技术突破,这方面的贡献具体表现在以下几个方面。

1.拨款建立专门的能源研究机构，并加强与私营企业的合作

联邦政府拨款建立天然气资源研究所,与私营公司合作,将实验室的研究应用到实际开发中。早在20世纪70年代末80年代初,联邦政府就开始资助“非常规天然气藏”提取方法的研究项目,包括估算页岩层、致密砂岩和煤层的气体,改善从这些岩石中提取气体的方法。从20世纪80年代至90年代初,米切尔能源公司(M itchell Energy)结合大裂缝设计、水平井,以及更低成本和水力压裂技术,使得克萨斯州巴耐特页岩区块页岩气的开采具有了经济性。1997年水压增产技术成熟,次年公司通过减阻水压裂法(slick-water fracturing)首次经济地实现了巴耐特页岩的断裂(水平井压裂技术早期试验不太成功,但垂直井压裂技术获得巨大成功);1999年重复压裂增产技术获得突破;2003年水平井技术也趋于成熟;2006年水平井与分段压裂综合技术突破。到2005年,巴耐特页岩很多新的气井采用水平井压裂技术,到2008年水平式钻探井已经占到全部钻探井的94%。

而上述公司在技术上的每一个突破都离不开政府的支持。20世纪90年代,美国能源部天然气资源研究所(Gas Resource Institute)一直在与米切尔能源公司合作,在巴耐特页岩中应用若干技术。米切尔能源公司副总裁后来坦言:开采技术的研究工作“不能减少能源部的参与”。从图3-2可见,随着开采技术的突破,美国页岩气产量逐步扩大,尤其2007年以来增长速度很快,平均每口井的价格变动趋势经过了从上升到下降的过程。开采成本的下降,吸引更多企业加入到页岩气开发中。

图3-2 美国页岩气技术突破及产量提高相关图^[6]

2.确立清洁能源天然气发展规划，加大政府的投资力度

首先,政府在技术转换上加大投资。前面我们已经考察了近40多年来政府在包括页岩气在内的清洁能源发展战略上的规划和支持。从近期看,政府对实验室技术转换成企业技术,即科技成果转换上加大了投资。

2016年6月21日,美国能源部宣布投入1 600万美元帮助有前景的能源技术从能源部国家实验室(DOE National Laboratories)走向市场,实现商业化。这个技术商业化基金(Technology Commercialization Fund)将支持12个国家实验室涉及若干个私营部门合作伙伴的54个项目。该基金由美国能源部技术转型办公室(DOE’s Office of Technology Transitions,OTT)管理,基金的目的是扩大能源部研究、开发、示范和部署活动投资组合的商业化影响。

2016年国家能源部实验室收到来自实验室系统的104份项目申请书,这些申请分为两个主题:第一,需要额外的技术成熟项目,以吸引私人合作伙伴;第二,在实验室和工业伙伴之间合作开发项目,旨在加强实验室开发技术的商业应用。2016年2月,国家能源部实验室从中挑选部分,要求OTT进行项目拨款。美国能源部科学与能源副部长琳恩·奥尔(Lynn Orr)指出:部署新的清洁能源技术是美国引领21世纪经济和应对气候变化的一个重要组成部分,这些项目将有助于加快美国实验室尖端能源技术商业化,促使这些技术能够更广泛的提供给美国消费者和企业。能源部技术转移办公室主任黄捷达(JettaWong)认为,国家实验室从事的大量工作,并通过美国能源部的项目使得能源部成为联邦政府内部技术转移的最大支持者之一,技术商业化基金选择将进一步加强能源部将技术推向市场的重要使命。美国能源部国家实验室已经支持了关键性的研究和发展,使得今天市场上出现了很多技术,包括电动汽车、互联网服务器基础、DVD光学数字录音技术等。^[7]

其次,政府在开发节能技术上进行投资。2016年6月8日,各国清洁能源部长级会议在美国华盛顿召开,这次会议的主题是“全球照明挑战”。会上,美国能源部宣布将在《高效照明的研究和开发》(Efficient Lighting Research and Development)项目上投资一千多万美元,支持固态照明核心技术研究、产品开发和制造研发9个研发项目,由此加快高质量发光二极管(LED)的发展和有机发光二极管(OLED)的生产,使美国家庭和企业减少电力的使用,通过降低能源成本来确保美国在全球的竞争力。美国能源部长厄内斯特·莫尼兹(Ernest Moniz)指出,固态照明的研发已经在过去15年为美国能源节约了超过28亿美元,进一步改进技术将增加的更多。他估计到2030年,固态照明可以减少近一半的国家照明用电,相当于目前2 400万个美国家庭消耗的能源总量,每年将为家庭和企业节约260亿美元。获得1 050万美元的9个入选的项目见表3-2。

表3-2 2016年入选美国能源部资助的9个项目及所属公司和大学^[8]

(续表)

这些项目将有助于进一步降低成本,提高照明产品的质量,带来的成本降低贡献相当于对公共-私营部门投资了1 350万美元。

最后,政府在可再生能源技术研究上进行投资。2016年6月14日,美国能源部公布在核能研究、设备接入、横切技术开发上投资8 200万美元,并且在28个州设立基础设施奖,共有93个项目获得基金。这一资助有助于推动创新的核技术商业化和进入市场。这些奖项通过核能大学项目(Nuclear Energy University Program)、核科学用户设施(Nuclear Science User Facilities)、以及核能技术学(Nuclear Energy Enabling Technology)项目,为核能相关研究提供资助。除了财政支持外,若干基金获得者通过核加快创新网关(Gateway for Accelerated Innovation in Nuclear)接受技术和监管援助。能源部长厄内斯特·莫尼兹指出,核能是美国最大的低碳电力来源,是既能提供负担得起的电力供应,又能应对气候变化的一个重要组成部分。为此在核能研究上的奖项将有助于科学家和工程师们在先进核能技术上继续创新^[9]。

3.加强北美自由贸易区成员国的合作，实现能源技术创新

2016年6月,第七届清洁能源部长级会议在美国旧金山召开,美国能源部长、加拿大自然资源部长、墨西哥能源部长回顾了他们之间为促进能源可持续发展、为应对气候变化并鼓励经济增长的合作。三国部长共同确定在清洁能源创新技术上进行合作,并将此作为北美优先事项。宣布加快清洁能源研究和发展,作为创新计划的一部分,未来五年投资增加一倍;通过招募企业实施ISO 50001标准去改善工业中的能源效率,提高北美经济竞争力;为企业提供工具和培训资源,促进标准实施;开展北美可再生能源一体化研究,整合不断增长的可再生能源,如太阳能、水能和风能进入电网中;通过继续对清洁能源解决方案中心的支持,进一步推进清洁能源、能源创新以及转向低碳经济。三个国家的共同愿景是加快清洁能源的发展,以解决气候变化和能源安全,共同推进清洁能源的增长。分析认为,只有当北美向低碳经济转型时,北美才可能成为全球能源的领导者^[10]。

综上可见,美国政府的研发投入、政策支持、立法保障,促使页岩气开采技术取得进展。巴耐特页岩水力压裂开采技术的突破使得页岩气可以更经济的方式提取,规模生产成为可能,天然气生产潜力成倍提高。加上这一时期油气价格不断上涨,为页岩气等非常规天然气的大规模商业化开采奠定了基础。而国际社会对低碳经济的强调,进一步推动政府在天然气等清洁能源使用上的支持力度,以及企业采取能源替代的行动,如发电行业以天然气替代煤炭、运输业中以天然气替代石油、冶炼业中以天然气替代煤炭使用等。需求刺激供给,推动从得克萨斯、路易斯安纳、宾夕法尼亚、阿肯色,以及俄克拉何马、西弗吉尼亚等诸多州开采页岩气的热情,由此页岩气产量不断提高。天然气生产中来自页岩气的比重开始增加,天然气在一次能源中的比重也随之上升。

根据国际能源署(IEA)统计,天然气储采比从125年增加到250年^[11]。1996年,美国页岩气产量为85×108 m3,在天然气产量中占比1.6%;到2006年,页岩气产量已经提高到310×108 m3,占比上升到5.9%。2005年,美国页岩气气井达到14 990口,2007年已经猛增到4 185口(Kuuskraa V A,2007;Durham L S,2008)。

值得一提的是,美国非常规天然气开发内容多样,包括页岩气、致密气、以及煤层气等。20世纪70年代中期后,美国不仅对国内的页岩气的开采技术进行研究,对致密气、煤层气等其他非常规油气的勘探和研究的步伐也都在进行,页岩气的开采技术也应用到或启发了其他非常规油气的开采和技术研究。

当然非常规天然气开发中规模最大的还是页岩气。根据国际能源信息机构统计,2008年美国页岩井开采量达到2.87×1012 ft3,已经超过煤层气井2.02×1012 ft3的开采量,其后产量快速增加,到2011年已经达到8.5×1012 ft3。而该年非常规天然气井开采量在所有油气井开采量中的比重已从2007年的16.18%上升到36.1%。

图3-3显示的是2000—2014年美国非常规天然气产量变化状况,从图中可见,直到2010年致密气产量(1 550.88×108 m3)仍高于页岩气产量(1 549.95×108 m3),但次年页岩气产量已经猛增到2 276.08×108 m3,到2014年已经增加到3 787.71×108 m3,而致密气从2011年开始有所下降,到2014年下降到1 277.09×108 m3。

图3-3 2000—2014年美国页岩气、煤层气、致密气生产量比较

(根据Unconventional Gas Database数据计算制图)

根据美国能源署化石能源办公室数据,2015年美国页岩气产量已经在天然气产量中占比达16%,至今比重还在不断增加。

美国页岩气生产规模井喷式的扩大,使得世界各类能源研究机构对其产量的预测不断修正。图3-4是英国石油公司(BP)《2016年能源前景》中对2015—2035年未来20年美国页岩气产量预测连续四年(2013年、2014年、2015年、2016年)的修正图,从图中可见每次预测都比前一次有所提高。

图3-4 BP对美国页岩气产量预测的预估

(BP Energy Outlook,2016)

美国页岩气发展战略的实施及影响

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