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《中国地质大学》 2016年
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我国页岩气资源开发利用效益评估与商业化政策研究

汪金伟  
【摘要】:随着我国经济社会的高速发展与进步,能源需求的日益增加与常规油气资源的不断消耗加剧我国油气资源供需矛盾,同时气候变化问题和环境压力倒逼我国改善能源结构,大力发展清洁能源。天然气作为相对清洁的化石能源,提高天然气在一次能源消费中的比例是改善我国能源结构、减少碳排放的现实可行路径。一方面,我国非常规天然气——页岩气——资源丰富,为推进页岩气资源的开发利用提供了资源基础;另一方面得益于水力压裂增产和水平井技术,页岩气资源的开发已经在美国取得突破成功实现商业化极大的激励了我国开发利用页岩气资源的积极性。然而,资源的各项属性决定了其规模化开发利用必然对经济社会产生各种各样的影响,因此,科学合理的评估资源开发利用所产生的经济、社会及环境影响是判断资源能否实现可持续开发利用的重要决策依据。页岩气作为一种非常规的油气资源,其开发利用也必然遵循这些规律。美国经过多年的技术研发和生产实践,终于在21世纪初实现了页岩气资源的规模化与商业化开发利用,页岩气产业及其相关产业飞速发展。同时,随着页岩气资源开发利用进程的推进而来的还有其经济、社会和环境影响。从美国经验来看,页岩气资源的规模化开发主要产生可观的能源安全和经济效益,增加了能源供给、改善了能源结构及促进经济增长,而环境影响上效益与风险并存。推进页岩气资源开发利用,对于油气资源供给不足而需求快速增长的我国而言是实现能源供需平衡的一种现实可行途径,因此,自2008年以来,国家和地方政府颁布多项政策条例刺激页岩气的勘探开发工作,随着我国页岩气资源开发利用进程的推进,实现规模化的开发利用是可以预见的未来,因而伴随的经济、社会及环境影响评估研究亟待开展。本文从页岩气资源的属性出发,结合美国页岩气开发利用经验,从能源安全、经济和环境三个维度评估我国页岩气资源开发利用的影响,基于定量和定性的评价结果提出我国页岩气开发利用的政策目标、改进对策与具体措施。全文的结构安排和内容如下:第一章绪论。论文首先从我国能源供需结构、碳排放现状和页岩气资源潜力等方面阐述研究选题的背景,从页岩气产业发展与能源革命的关系角度论述开展页岩气开发利用影响评估的意义。然后对现阶段关于页岩气资源开发利用方面的文献进行了系统的梳理,发现当前关于页岩气的研究主要集中在对页岩气的介绍、国内外开发利用现状、美国开发利用经验总结、国内页岩气开发面临的挑战以及开发利用效益的定性分析等方面,不难看出,关于页岩气开发利用的短期与长期的社会、经济及环境影响的研究工作滞后于页岩气的开发利用实践进程。围绕这一研究问题,提出了本论文研究的内容、研究方案和思路以及可能的创新点。第二章是论文的理论分析框架。从页岩气资源的经济性质出发,论述选择从能源安全、经济和环境三个方面构建其效益评估维度的原因,并通过梳理三个维度之间的关系作为评价结果的判断体系与政策制定方向,然后从能源安全效益、经济效益和环境效益评估的一般内容和方法出发,分析页岩气开发利用效益评估的主要内容和方法,形成本文的理论评估框架。第三章是美国页岩气开发利用实践及其经验。页岩气开发利用的效益评估重点在于能源安全、经济和环境三个维度,美国取得“页岩气革命”成功后,其经济、社会和环境的影响逐渐显现。因而,本章尝试从美国页岩气开发利用现状入手,分析其经济社会影响,总结规律经验,同时也对理论分析框架进行验证。美国的经验表明,页岩气资源的开发利用能够产生提高能源供应保障、减少能源依赖、改善能源结构和助推国民经济增长等方面的经济社会效益,而随着开发利用进程的推进,环境风险逐渐成为评估页岩气资源是否值得进行开发利用的重要影响因素。第四章是我国页岩气开发利用的需求分析及供给潜力。首先从全球天然气储量变化及供需现状、全球天然气市场流动现状及中国天然气进口情况分析我国未来天然气需求,研究发现,迫于气候变化压力,全球化石能源消费结构正经历从石油到天然气的转变,并且全球范围内天然气流动性逐渐增大,特别是我国近几年管道气和液化气进口量逐渐增大,造成我国天然气对外依存度逐渐增高。因而,为了保障国内天然气供给,减小天然气对外依存度,开发页岩气是缓解天然气供给不足的可行选择。基于此,对我国页岩气的资源储量及分布、勘查开发情况等资源基础资料进行归纳梳理,并对我国页岩气资源供给潜力进行分析。第五章是我国页岩气开发利用的能源安全效益分析。首先对现有能源安全研究的理论及其进展进行了梳理,当前能源安全主要分为能源供应安全和能源使用安全,然而,笔者认为能源使用安全更多的是环境保护与经济范畴,因此本文将能源安全界定为能源供应安全;其次,根据能源安全评价的方法计算了我国能源安全的SWI指数和HHI指数,基于能源安全评价多样性指数构建我国能源供应安全评价模型并对我国2006-2012年间的能源供应安全现状进行评价,发现从2008年开始我国能源供应安全急剧下降;最后,基于我国天然气发展规律和我国《页岩气发展规划(2011-2015)》对我国页岩气未来发展前景进行情景预测,分析不同情景下页岩气对满足天然气供应、保障能源安全的作用。第六章是我国页岩气开发利用的经济效益分析。本章主要研究目标是分析我国页岩气开发利用的经济效益,将页岩气开发利用的经济效益界定为宏观经济效益和产业发展效益,宏观经济效益上运用能源生产率和协整模型对未来我国页岩气对国内生产总值的贡献程度进行估算,估算结果表明页岩气宏观经济效益非常可观;局限于数据因素,产业发展效益部分主要是对页岩气产业链上游、中游和下游各个环节的可能发展前景进行定性分析。第七章是我国页岩气开发利用的环境影响分析。我国页岩气开发利用的环境影响上效益与风险并存。环境效益在于其作为天然气燃烧阶段的污染物排放少,因此基于前文关于页岩气产量的估算结果计算页岩气可能的节能减排量。环境风险上,根据美国经验,环境风险在于水资源污染和温室气体排放两大问题。基于此,首先运用ArcGIS分析工具构建地表水生产压力和地下水污染风险两个指标从省域层面分析我国页岩气开发的水资源风险,并在当前压裂技术水平下对各省总体耗水情况进行了估算;然后,对比分析了三类化石能源的燃烧排放情况,页岩气作为一种非常规天然气,具有较好的环保和减少排放的潜力,但是保障其环保潜力的前提是控制页岩气开发利用过程中的甲烷排放问题,因此,借鉴相关学者研究,基于文献计量的方法,对页岩气开发利用全生命周期过程中的甲烷排放进行估算,估算结果暗示如果不能有效控制页岩气开采过程中的甲烷排放,页岩气能否定性为一种环保清洁能源尚有待进一步研究讨论。第八章是我国页岩气商业化开发利用的政策建议。首先根据前文研究基础明晰了我国页岩气开发利用的政策目标:环境保护的前提下促进商业化开发利用。通过对美国页岩气发展的政策进行归纳总结认为美国页岩气能够成功实现规模化与商业化离不开政府高强度和持续性的补贴,基于这样的认识,将促进页岩气开发利用的政策分析重点放在财税补贴上,然而,不同的补贴方式会产生不同的效果,因此运用系统动力学方法模拟不同补贴方式(技术补贴、税率补贴、直接补贴)所产生的补贴效率,根据模拟结果认为,在当前补贴情况下首先要保持直接补贴,直接补贴对于处在页岩气发展初期具有决定性的作用,其次由于技术补贴的效率高应该适当增加技术补贴,税率补贴上应偏向于开采企业的税率减免。由于系统动力学模型中环境成本方程的设定并不能完全替代环境规制,且在政策实施层面没有可行性,因此根据新制度经济学相关理论进一步针对页岩气开发利用中的水资源消耗和温室气体排放问题提出相应的环境规制措施。第九章是结论与展望。对全文的研究结论进行总结并展望后续研究工作。论文研究认为页岩气的属性决定了页岩气开发利用会产生能源安全、经济和环境影响,从能源安全和产业发展的经济贡献角度来看,我国应该大力推进页岩气资源的规模化开发,但是页岩气开利用过程中的水资源污染潜在风险需要管控以及温室气体排放率有待提高,因此,我国页岩气相关的政策重点在于在控制环境风险的前提下如何补贴使我国页岩气快速实现量产。展望后续研究工作,应考虑页岩气量产引致的能源结构调整过程中所可能产生的经济、社会、环境的相对效益。论文研究的特色与创新之处在于:1、基于能源安全理论中的能源安全评价指数和模型构建我国能源供应安全评价模型,并考虑未来不同天然气需求情景下我国页岩气资源的开发利用所能产生的有效供给能力,分析页岩气资源对我国能源供应安全的保障作用;2、根据不同情景下我国页岩气资源的供给能力,运用能源生产率和协整模型对我国页岩气开发利用的宏观经济效益进行估算;3、对于页岩气开发利用中的水资源消耗问题,运用ArcGIS分析技术从省域层面探讨我国页岩气开发利用的淡水资源消耗压力与地下水污染风险,为我国页岩气资源商业化开发中的水资源管理问题提供决策依据;4、在页岩气开发利用初期,补贴是促进页岩气产业快速规模化的可行政策选择,然而不同的补贴方式会产生不同的补贴效果,因此运用系统动力学方法模拟页岩气开发利用过程中不同补贴方式下的补贴政策效果。
【学位授予单位】:中国地质大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:F426.22

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