美国天然气

　　一、蓦然回首，那人已在灯火阑珊处

　　页岩油和页岩气算是和老话题了。然而当我最近在一些能源报告时，突然才意识到，页岩气已经是美国能源中的中流砥柱了。

　　页岩革命这个话题，往小的讲，改变了美国能源的格局，成功让美国能源实现自己自足。往大的讲，彻底改变了全球能源行业。

　　为什么OPEC和俄罗斯打算减产，但是油价一直涨不上去?

　　因为现在全球石油市场已经不仅仅是OPEC和俄罗斯说的算了。实际上，美国的页岩油成了全球石油市场中一股巨大的博弈力量，虽然俄罗斯和OPEC那边在减产，但是美国的石油产量却一直在上升!

　　美国的石油钻井数已经连续1年保持上升姿态，目前美国的钻井数量大概是733个，是2016年2月份油价最低时钻井数量的两倍!

　　而比页岩油更要命的，其实是页岩气。美国页岩油还只是能降低美国对进口石油的依赖，但是页岩气就不同。美国的页岩气不仅仅可以完全满足国内对天然气的需求，还可以对全世界进行出口。

　　从最新的数据来看，2020年时，也就是3年后，美国天然气出口量将达到900亿立方米，成为全世界第三大天然气出口国。而目前俄罗斯一年的天然气净出口量是2000亿立方米。

　　然而就在1年前，美国的还完全没有出口任何天然气。

　　在今年2月份，来自Sabine Pass终端LNG的装船海运(该LNG终端属Cheniere能源公司所有)，开启了美国天然气工业的新时代。从国家层面来看，这批海运LNG标志着美国最早将于明年成为天然气净出口国。

　　今年另一个重要进展，是加宽后的巴拿马运河于6月开始通航。投入资金超过50亿美元，以及近十年的建设周期，使巴拿马运河增加了一条额外的航道，并加宽、加深了原有航道。加宽后的运河，可以满足全球90%的LNG船的通航，使美国从墨西哥湾沿岸出口LNG到东北亚和南美市场的航行时间大幅缩短。根据美国能源信息管理局(EIA)的消息，从美国墨西哥湾沿岸通过巴拿马运河向日本运输LNG将仅需20天，相比之下，绕非洲南端需要34天，通过苏伊士运河需要31天。此外，巴拿马运河可以减少美国墨西哥沿岸到哥伦比亚和厄瓜多尔的航运时间，从原来的25天减少到5天，以及将到智利的航运时间从20天减少到了8-9天。

　　根据高盛预计，美国出口的900亿立方米的天然气中，有将近一半是出口到欧洲。因此，未来几年，俄罗斯的管道油气和美国的液态天然气在欧洲必有一战。

　　俄罗斯的管道油气目前依旧是欧洲天然气的主要提供者，整个欧洲有将近三分之一的天然气来自于俄罗斯，在寒冬中中断欧洲的天然气，这简直就是俄罗斯与欧洲国家周旋的必杀筹码，屡试不爽。在2014年，俄罗斯“收回”克里米亚时，使用的就是这一招。

　　目前俄罗斯在欧洲的天然气主要通过管道运输，出口成本非常低，因此价格上应该是优于北美以及澳洲的液态天然气(LNG)。

　　但是在定价机制上，美国天然气明显优于欧洲天然气。同时因为地缘政治的原因，欧洲一直以来也都希望可以让自己的进口能源多样化，从而减少对俄罗斯的依赖。

　　二、美国过去200年的能源结构变化

(图1)

　　上图是美国从1776年到2012年的能源消耗图(单位是千兆英热单位)。这张图里橘红色的线是石油，橘黄色的是天然气，褐色的是煤炭。

　　大概在1940年左右，石油的使用量第一次超过煤炭的使用量，从此成为了整个美国的主流能源。

　　大概在2010年的时候，天然气的开采量第二次超过煤炭，成为美国仅次于石油之后消耗最多的能源，并且有赶超石油的趋势。

　　天然气能超过取代石油，成为美国的主流能源吗?

　　美国的能源信息署，每年年初会给出来一个未来能源格局的报告，报告大概70多页，从近五年的报告来看，美国能源署认为这个问题的答案是：保守估计，在2040年，天然气的消耗量就基本上和石油持平了。

　　从上图，你可以清晰的看到，在未来20年，美国能源市场最强大的一股力量实际上就是天然气了。

　　上图是美国未来20年，各种能源的产量，你可以清晰的看到，增速最快，总量最大的，不是石油，不是煤炭，而是天然气。

　　对比图2和图3，你会发现，美国天然气的开采量增速是要远远大于消耗量的增速的。根据这份报告，美国2040年，开采出来的天然气大概是4万兆英热单位。美国的天然气消耗量是3.3万兆英热单位。

　　如果你对英热单位不熟悉，这里帮你转换成立方英尺，美国在2020年时，天然气的产量会达到30万亿立方英尺，到2040年时，这个数字将会变成38亿万立方英尺。

　　而未来2-3年，将是整个美国天然气井喷的时期。

　　这个图里绿色的部分就是未来新增的天然气，这部分天然气主要来自于页岩气。

　　说回上面的问题，根本这个预测，美国2040年，开采出来的天然气大概是4万兆英热单位。美国的天然气消耗量是3.3万兆英热单位。那么中间的0.7万兆去哪里呢?

　　答案是：出口了。

(图5)

　　上图是美国天然气未来20年的出口状况，你会发现的是，在2020之前，美国的天然气出口速度是惊人的(上图中墨绿色的区域)。未来3年，美国液态天然气的出口量将会达9亿立方英尺每天，一年的总出口量将会达到3.2万亿立方英尺(对应900亿立方米)。

　　俄罗斯2016年的天然气出口量大概是2000亿立方米，按照目前的状况来看，2020年，美国将会成为全世界第三大天然气出口国，仅次于俄罗斯和加拿大。

　　那么还有一个问题，这些天然气主要是从哪些地区开采出来的?

　　这些天然气主要从美国的东部(主要是Marcellus地区)。其次是美国的墨西哥湾口岸。

　　如果要挑选股票，我更喜欢从Marcellus地区挑选，因为这附近是页岩气的主要产区。

　　除此之外，还有一个问题值得思考，天然气生产出来之后，配套的管道设施有没有跟上，否则的话，运输会存在问题。

(图7)

　　上图是美国目前的天然气输送管道分布图。其中红色框的地方就是Marcellus，这里是美国天然气主要生产地，黄色框是墨西哥湾附近。这两个区域的天然气管道都已经极其成熟了。

　　从地图上来看，只有蓝色区域，也就是美国的西海岸(West Coast)加州的天然气管道铺设的很少，而加州又是美国GDP第一大州，需求旺盛。过去20年，这里的油价一直以来都是最贵的(也是因为没有管道铺设过去)，所以目测未来这里的天然气价格是最贵的。

　　三、美国如今的能源消耗是怎样的?天然气有什么用途?

　　上图理解2016美国的能源消耗图(Energy consumption flowchart)，这个图非常有意思。图的最左边是各种能源种类，有天然气，太阳能，石油，煤炭，风能，核能等。然后这些能源框越粗，代表消耗这类能源越多。从图上来看，消耗最多的能源显然就是最下方墨绿色的石油，其次是天然气和煤炭。

　　这幅图的最上方有个橘色的框框，这里指的是有一些能源是通过发电然后被工业，商业建筑，以及居民消耗掉。

　　你可以很清晰地看到，天然气已经是可以和煤炭相提并论的发电能源了(下面会有更详细介绍)。

　　然后图的右边是这些能源消耗到哪里去了。以石油为例，石油主要消耗在交通耗能(Transportation)，也就是汽油、柴油和航空油的消耗上。其次石油主要流向了工业耗能(Industrial)。极少的部分流向了商业建筑耗能(Residential)和居民耗能(Commercial)。

　　对天然而言，最主要的耗能是工业耗能，其次是居民耗能和商业建筑耗能。

　　这里详细解释下这种耗能是怎么回事。

　　基本上能源的使用可以被完美的归结在四个地方：居民耗能，商业建筑耗能，交通耗能以及工业耗能。

　　居民耗能，可以简单理解成家庭生活耗能，主要包括家庭耗电，家庭供暖所消耗的石油或天然气，家庭烹饪时消耗的天然气等。

　　商业建筑耗能，指的是民用建筑运行能耗，通常建筑包括：住宅、办公建筑、学校、商场、宾馆、交通枢纽等。这部分的耗能主要为商业建筑使用者提供采暖、空调、照明、炊事、生活热水等，以及其他为了实现建筑各项服务功能所使用的能源。

　　工业耗能指的是工业活动比如开采，冶炼，生产产品所消耗掉的能源。

　　交通耗能指的是所有交通活动牵扯到的耗能，这里的耗能主要是汽油和柴油为主。

　　目前在整个美国的能源消耗里，居民能耗占比15.1%，商业能耗占比12.4%，工业能耗占比33.8%，交通能耗占比38.5%。

　　说了了半天，都是科普知识，下面说一个很有意思的东西。

　　电动车的普及，其实就意味着交通耗能从消耗石油转变成消耗成电能的一个过程。

　　那么未来什么能源能大量提供电能呢?

　　答案是：天然气。

　　上图是未来各种能源发电量的走势图。我们目前出在2016年的阶段，也就是在2016年，美国的天然气发电量历史性的首次超过煤炭。

　　你可以清晰地看到，过去10年，天然气的发电量正在迅速增加。未来的主要发电能源将会是天然气和可再生能源。

　　而可再生能源发单未来也主要是靠风能和太阳能扛大梁。

　　四、天然气到底有什么好?

　　未来，一个能源的普及一定具有以下五个特征：1、安全性高;2、污染低;3、能量高;4、成本低;5、持续供能。

　　天然气完美地符合了这五点。

　　1、安全性高

　　天然气是较为安全的燃气之一，因为它不含一氧化碳，也比空气轻，一旦泄漏，立即会向上扩散，不易积聚形成爆炸性气体，安全性较高。

　　2、热量高同时污染极低

　　另外，天然气每立方燃烧热值为8000大卡至8500大卡。公斤液化气燃烧热值为11000大卡。气态液化气(LNG)的比重为2.5公斤/立方米。每立方液化气燃烧热值为25200大卡。

　　LNG简介液化天然气密度是标准状态下甲烷的625倍。也就是说，1m³液化天然气可气化成625 m³天然气，LNG密度：0.42～0.46 g/cm³ ，LNG重量仅为同体积水重量的45%，由此可见贮存和运输的方便性。

　　由于天然气热效率高，燃烧后的污染物排放量比煤炭、石油低得多，属于清洁能源。

　　释放等量热值，天然气燃烧后排放的二氧化碳比石油排放的少30%左右，比煤炭少 50%左右。与燃油汽车相比，LNG 汽车尾气中一氧化碳减少97%，碳氢化合物减少 72%， 二氧化碳减少90%，苯和铅粉尘等减少 100%，发动机噪音减少 40%，环保优势极为明显，大大降低了由于汽车尾气造成的环境污染。

　　下面给出一些更为直观的数字：

　　燃烧一平方米的天然气，大概会产生8300大卡的热量，同时释放的二氧化碳(CO2)是1.885千克。

　　燃烧一千克的标准煤，会产生7000大卡的热量，同时释放的二氧化碳大概是3.6千克。

　　燃烧一千克的原油，会产生的热量大概是9200大卡， 同时释放的二氧化碳(CO2)大概是3.1千克。

　　按照这三种能源各发10000千卡热量，需要：

　　a.天然气 1.20 m³，产生CO2，2.26 kg;

　　b.原油 1.09kg，产生CO2，3.37 kg; (天然气比石油CO2排放减少33%)

　　c. 标准煤 1.73kg，产生CO2，5.14 kg。(天然气比煤炭CO2排放减少56%)

　　更重要的是，燃烧天然气，没有颗粒物排放，几乎没有任何硫化物排放，几乎没有任何氮化物排放。

　　3、持续供能

　　对天然气而言，持续供能不是问题，因为它的探明产量是非常庞大的。

　　美国目前天然气的探明储备是310万亿立方英尺(8.77万亿立方米)。目前全世界天然气储存量最多的国家是俄罗斯(1688万亿立方英尺，47.7万亿立方米)，其次是伊朗(1201万亿立方英尺，34万亿立方米)，美国的天然气储备量大概位于全世界第5和第六的水平。在上图里，你会发现美国天然气的储备量出现了明显的“U”型，这基本上全是拜页岩气所赐。

　　下面重点介绍一下天然气的低成本属性。

　　五、开采成本低，发电成本低的天然气

　　简单说一下，页岩气的钻井到底长什么样子。

　　目前美国页岩气的钻井使用的是水力压裂发(hydraulic fracturing)。

　　这里只是简单解释下钻井，下图中左边的图片就是传统的钻井，建而言之，就是一个钻机钻到比较浅的天然气储存层里。

　　而上图中右边比较奇怪的就是水力压裂法。下面有一张完整的介绍水力压裂法的图。

　　在使用水力压裂法时，钻机的形状简单来讲是“L”型的，我们可以把“L”里的“I”形的理解成钻机的深度，把下面的“一”理解成侧面宽度(英文单词是Lateral，实际上是水平钻井技术)。

　　上面这张钻井结构图，本质上是水力压裂法和水平钻井法结合在一起的一个产物。其中“一”形状的部分就是水平钻井法。

　　先来解释下什么是水力压裂法。水力压裂法是指将掺有砂石和化学物质的高压水注入平行井以冲破岩层，以释放出其中蕴含的气(油)资源。

　　水力压裂是改善储层裂缝系统，增加渗流通道的最有效方法，且水力压裂对储层伤害小，增产效果。目前常用的水力压裂技术有分段压裂、清水压裂、水力喷射压裂、重复压裂和同步压裂等，在页岩气开发过程中，往往需要多种压裂技术综合使用。

　　所谓的水平钻井法指的是利用特殊的井底动力工具与随钻测量仪器，钻成井斜角大于86，并保持这一角度钻进一定长度井段的定向钻井技术，是沿储层水平钻进的复杂工艺技术，犹如插进水缸的一条吸水管线，可最大限度地扩大储层的泄油面积，提高单井油气产量，降低油气田开发成本。

　　水平井施工是在钻完一定井深的直井段后，转弯造斜至水平段的拐点后，再沿水平方向钻至数百米至上千米。

　　美国目前平均这样页岩气的钻井，全部组建完成后的成本大概是550万美金，而在2012年时这个数字还是800万美金左右。成本下降主要是因为技术改善。

　　上图是美国五个主要页岩气生产地区的钻井成本(单位是按照每英寸的深度和宽度来算的)。

　　所谓的深度就是上面介绍过“L”型里的“I”部分，侧宽度(Lateral)指的就是“一”的部分。对页岩气的钻井而言，成本主要集中在侧宽度(就是水平钻井法的部分)的设备，这里平均每英尺的成本大概是400-600美金。深度每英尺的成本大概是130美金左右。

　　上图是整个美国在2014年时，页岩气寻找和开发成本(Finding and development cost，F&D)平均大概是2.6美金。现在两年过去了，我只举一家我关注的公司Antero Resource为例，这家公司2014年的F&D成本是仅仅只有0.58$/Mmbtu，全行业成本最低。2年过后，在2016年时，Antero Resource的F&D成本继续下降了12%，变成了0.52$/Mmbtu，只算钻的成本的话仅仅只有0.39$/Mmbtu(mmbtu是欧美的天然气单位，指的是百万英热单位)。

　　如果你没有参照系来明白这个开采成本有多低的话，我告诉你一个参照系。

　　美国现在的天然气价格是3.1$/Mmbtu。如果还不好易理解，我帮你比喻成石油价格来理解。今天在石油价格是50美金的情况下，美国平均页岩油的开采成本大概是在50-70美金之间。今天在天然气是3.15$/mmbtu的情况下，美国页岩气的开采商平均的开采成本应该在2.2$-2.4$/mmbtu之间。而有一些特别的公司，开采成本仅仅只有0.52$/mmbtu。

　　天然气不仅仅开采成本低，而且发电成本也是极低的，这就是为什么未来天然气会是美国主要的发电能源。

　　这张图是各种能源提供每千瓦的电力所需要的设备建造成本。在所有新的能源里，天然气提供每千瓦电力所需要的建造成本是第二低的，仅仅只有696美金。

　　其中太阳能发电和风能发电的建造成本是2921美金每千瓦和1661美金每千瓦。但是由于风能和太阳能是国家鼓励的可再生能源，存在大量的税收补贴，所以这两块的发电设备建造在美国投入很大。

　　也正是天然气发电站的建造成本非常低，才导致了美国天然气发电在过去几年迅速增加。

　　六、结语

　　目前美国是这个世界上目前为止唯一实现页岩气大规模商业化的国家。

　　1982年，美国开始探索性开采页岩气。

　　2000年页岩气产量120亿立方米，仅占美国天然气开采总量的2%。

　　2010年页岩气产量1400亿立方米，占美国天然气开采总量的21.7%。

　　2012年页岩气产量突破2000亿立方米，占美国天然气开采总量的34.9%。

　　2016年页岩气产量突破3900亿立方米，占美国天然气开采总量的49.5%。

　　EIA预计，2020年时，美国页岩气产量将会达到4700亿立方米，将会占到美国天然气开采总量的55.9%。

　　一场天然气革命，直接改变一个国家的命运。

　　美国在上世纪80年代时，出现了著名的滞涨阶段。在这个时期，美国的利率最高飙升到了20%，通货膨胀也到过15%以上。

　　导致这场经济衰退，通胀肆虐的主要原因是在1973年发生了中东战争，这场战争导致油价在1年之内从3.99美金飙升到了12美金。这个时期美国国内消耗的原油有70%都是靠进口的，国际油价飙升直接导致各行各业的制造成本上升。

　　而这种能源局面基本上被页岩油和页岩气彻底改变了。

　　于是我就很好奇，美国政府是不是长期鼓励页岩油和页岩气，是不是出台过各种政策?

　　实际上美国政府并没有出台任何具体的鼓励政策。

　　页岩革命的爆发是无数小的油气公司的在一套比较公平的竞争环境下，追逐利润的结果。

　　整个页岩油和页岩气的爆发，主要是以下几个因素合力在一起的结果：

　　因素1：美国非常缺原油和天然气，这种稀缺属性吸引了探险者。

　　因素2：美国有大量的中小型独立的勘探公司和油服公司，这些小公司就是上面的探险者。实际上从我看到的数据来看，整个页岩油革命就是由小公司“闯“出来的。大公司基本上都是后半场进场的。

　　因素3：美国有世界上最发达的资本市场，在一个比较完善的自由市场里，资本会分配到资本利用效率最高的人手里。

　　因素4：关键技术实际上1970年时候已经发明了，从1970年到2008年，这40年时间其实就是降低成本，提高效率，降低错误率的过程。在成本降低到大多数小型石油公司可以负担的起之后，剩下的就是大规模推广了。而石油和天然气的稀缺性正好极大的帮助了这种技术的推广。

　　四种因素结合在一起，形成了一场能源革命，我们现在也仅仅只处于这场革命的上半场时间!

　　查理·芒格发现，在新的行业出现时，有些先行者会获得巨大的优势，如果你是先行者，你会遇到查理·芒格所谓的“冲浪模型”——当冲浪者顺利冲上浪尖，并停留在那里时，他能冲很长很长一段时间。但如果他没有冲上去，很快就会被海水吞没。

　　根据冲浪模型，诞生了一种所谓的“冲浪”投资策略。

　　在这种投资策略下，投资者尽可能的找到新的浪潮(新的行业)，然后试图寻找那些在浪尖上的“冲浪者”(最受益的企业)。（作者：大隐于市谢强）