中美頁巖氣開發利用現狀的文獻分析與展望

汪金偉，吳巧生

(1.中國地質大學(武漢)經濟管理學院，湖北 武漢 430074；2.中國地質大學(武漢)資源環境經濟研究中心，湖北 武漢 430074)

中美頁巖氣開發利用現狀的文獻分析與展望

汪金偉1，2，吳巧生1，2

(1.中國地質大學(武漢)經濟管理學院，湖北 武漢 430074；2.中國地質大學(武漢)資源環境經濟研究中心，湖北 武漢 430074)

摘要：美國“頁巖氣革命”的成功改變了世界各國依賴新能源和可再生能源的能源發展思路，使得頁巖氣開發利用的現狀、政策體系及其社會經濟影響成為學術界關注的熱點。本文通過對現有頁巖氣開發利用現狀的文獻進行歸納總結發現當前的研究主要集中在這些方面：①中美頁巖氣開發利用政策現狀；②我國頁巖氣商業化面臨的問題及挑戰；③頁巖氣開發利用的社會、經濟及環境效益分析?；谏鲜鑫墨I總結，筆者認為未來應該進一步加強頁巖氣開發利用短期及長期的經濟、社會、環境影響的研究，為我國頁巖氣產業政策的制定提供科學的決策依據。

關鍵詞：頁巖氣；開發利用；研究現狀

在常規油氣資源的不斷消耗而全球能源需求仍然日益增長的背景下，油氣供需矛盾成為全球性的矛盾，美國“頁巖氣革命”為緩解全球能源供需矛盾提供了一種現實可行的途徑。據國際能源署IEA《世界能源展望2014》報告預測，到2035年將全球能源供應體系將形成包括核能和可再生能源在內的低碳能源、石油、煤炭和天然氣各占四分之一的供應格局，其中天然氣的主要增長來源于頁巖氣和煤層氣等非常規天然氣資源，以頁巖氣為主的非常規天然氣產量到2035年會達到1.6×1012m3。

得益于水平井和水力壓裂增產技術的成功應用，美國頁巖氣產量從2000年的118億m3增加到2013年的3025億m3，大大提高了美國化石能源供應保障。就我國情況而言，“缺油少氣”的資源特點制約著天然氣在我國的發展，我國一次能源消費結構中的天然氣所占比重僅為4%，低于世界平均水平(24%)近20個百分點[1]，長期以來對煤炭資源的依賴累積形成了嚴重的環境影響，因此，在能源結構轉型和節能減排的驅動下，我國頁巖氣開發利用發展迅速。國土資源部網站數據顯示，截至2014年7月底，我國共設置頁巖氣探礦權54個，面積17萬km2；累計投資200億元，中石油、中石化、延長石油相繼在多地獲得三級儲量近5000億m3，形成年產15億m3產能，累計生產頁巖氣6.8億m3，標志著我國頁巖氣由勘探階段步入開發階段。

隨著美國及中國等國家頁巖氣資源開發利用實踐進展的逐步推進，關于頁巖氣開發利用的政策選擇及其經濟社會和環境影響成為關注的焦點。通過現有文獻進行歸納總結，發現當前文獻主要開展了這些方面的研究：①中美頁巖氣開發利用政策現狀；②我國頁巖氣商業化面臨的問題及挑戰；③頁巖氣開發利用的社會、經濟及環境效益分析。

1中美頁巖氣開發利用政策現狀

1.1美國頁巖氣開發利用政策體系

美國率先實現頁巖氣產業化開發利用后，其政策體系就成為各國頁巖氣開發利用政策選擇的基本參照[2]。美國政府為促進頁巖氣的產業化發展，出臺了一系列的產業扶持政策，如提供資金資助研究機構開展技術研發，突破技術約束；在頁巖氣開采前期對頁巖氣勘探、開發實行稅收減免及財政補貼，降低企業開采成本；同時開放投資市場，打造多元化的投資環境，充分調動民間資本等[3-5]。美國現有的頁巖氣法律法規及其規制內容見表1。

表1中最主要的兩款法案是《能源政策法案》和《能源意外獲利法》，2005年《能源政策法案》修正案中規定頁巖氣開采的關鍵技術因素——水力壓裂增產技術——不受《安全飲用水法案》限制，這一規定被認為是為保護頁巖氣正常開發而暫時不考慮其可能產生的環境污染?！赌茉匆馔猥@利法》第29條規定，1980～1992年間生產的頁巖氣享受3.5美分/ m3的稅收補貼，這一補貼對非常規天然氣的開發起到了巨大的正面推動作用，極大的提高了頁巖氣生產企業的積極性。據美國康菲公司估計，這一期間非常規天然氣生產企業30%的利潤來自政策優惠[6]。

1.2國內頁巖氣政策現狀

頁巖氣在我國屬于第172種全新的礦種，當前礦產資源法律體系中并沒有具體用于規制頁巖氣開發利用的法律法規，但是仍然有部分現有法律法規對頁巖氣的開發利用形成約束，表2對我國頁巖氣開發管理法律制度框架進行了梳理。

表1　美國聯邦政府主要頁巖氣產業政策

注：資料來源文獻[6]。

表2　我國頁巖氣開發管理法律制度框架

注：資料來源于文獻[7]。

表2中的法律法規是規制我國頁巖氣開發利用的基本框架，但是還沒具體的條款是針對頁巖氣的開發利用過程，總體上滯后于我國頁巖氣生產實踐，約束力有待進一步優化提高。近年來，一方面為完善頁巖氣開發利用過程中的監管，另一方面為加快頁巖氣產業化的進程，提高生產積極性，我國政府也陸續出臺各項政策來規范并力圖推進頁巖氣的開發，主要有：①2011年12月24日，國家發改委和商務部聯合發布《外商投資產業指導目錄(2011)年修訂》，該《目錄》規定將巖氣列入鼓勵外商投資產業目錄，在合資、合作的條件下鼓勵外商投資中國頁巖氣產業；②2012年11月1日，財政部和國家能源局發布實施《關于出臺頁巖氣開發利用補貼政策的通知》，針對2012～2015年間的頁巖氣的生產實施0.4元/m3的補貼政策；③2012年國土資源部出臺了《關于加強頁巖氣資源勘查開采和監督管理有關工作的通知》，規定頁巖氣勘查開采實行“開放市場”的原則，鼓勵社會各類投資主體依法進入頁巖氣勘查開采領域；④2013年6月6日，國家稅務總局發布公告稱油氣田企業從事煤層氣、頁巖氣生產以及為生產煤層氣、頁巖氣提供生產性勞務，繳納增值稅可采用與開發石油、天然氣一樣的17%的稅率；⑤2013年10月30日，國家能源局發布《頁巖氣產業政策》，將頁巖氣納入國家戰略性新興產業。

這一系列的政策旨在充分借鑒美國經驗，從開放市場環境和財政補貼降低企業成本、提高企業生產積極性兩方面推進我國頁巖氣產業的發展。

2我國頁巖氣開發利用面臨的挑戰

在借鑒美國政策經驗的問題同時，我國學者開始關注國內頁巖氣開發利用實踐進展中可能面臨的挑戰進行分析。我國頁巖氣開發利用面臨的挑戰分布于勘探、開采、生產及終端銷售的整個產業鏈中。

首先，勘探階段面臨的問題主要礦權重疊的問題，頁巖氣作為新增的獨立礦種，其埋藏較深的地質特點造成同一空間區域與其他礦種重疊。國土資源部頁巖氣資源潛力調查評價結果顯示，我國頁巖氣可采資源量25萬億m3，有利區塊180個，面積111萬km2，而其中77%的有利區塊面積、80%的資源潛力處于現有油氣區塊內。特別是劃定的頁巖氣勘查開發區塊中，很大一部分與中石油、中石化的常規油氣權重疊，一個現實的矛盾是如何調解開放的市場環境嘗試鼓勵社會各界資本進入頁巖氣開發利用而無法獲得實際的探礦權問題，并且當民企尤其是規模相對較小的企業遇到礦權重疊的問題時如何與已有其他礦權的企業進行公開的談判和對話[8]。

其次，在生產階段面臨著三大問題，一是開采成本較高，二是水資源約束，三是環境風險的控制。目前，從同類產品角度，我國頁巖氣勘查開采成本遠高于美國頁巖氣的開采成本；從替代品角度，國內的常規石油和天然氣開采比頁巖氣更具有經濟效益。根據中國石油和中國石化的統計，國內每口水平井的鉆完井和壓裂成本范圍為8000萬～10000萬元，在初始產量10萬m3/d的情景下，開采頁巖氣仍然沒有明顯的經濟效益[9]。此外，隨著美國頁巖氣產量的持續增長，對國際天然氣和油價必然造成價格下行的壓力，如果全球天然氣價格下跌，處于起步階段的中國頁巖氣產業必然面臨高成本門檻，并進一步降低企業生產頁巖氣的效益預期[10]。另一個生產階段的問題是水資源約束[11-12]，頁巖氣的開發生命周期包括鉆探場地準備、鉆井、完井和壓裂釋放氣體、壓裂液回流、氣體生產等五個環節，各個生產環節都需要用水[13]，其中耗水量巨大的緩解是水平井壓裂，一般每口水平井需要進行八次左右的壓裂才能產氣，每口壓裂井需要5000～8000t水[14]，由此可見生產過程中的水資源需求量巨大；而我國頁巖氣資源和水資源的分布具有區域差異性，即頁巖氣資源開發地區大部分處于水資源短缺區域，這進一步加劇了我國頁巖氣開發水資源短缺的嚴峻形勢[15]，更為嚴重的是，對于缺水地區而言，頁巖氣開發對水資源的大量消耗勢必會加重水資源的短缺狀況，引起對環境的累積影響，威脅開發區域的水資源可持續利用和發展[16]。根據美國頁巖氣開采經驗，頁巖氣的生產過程中潛在的環境風險有：甲烷泄漏、地下水層污染和引發地震[17-21]，而其中壓裂液泄漏或返排過程中可能造成地下水層污染是頁巖氣生產面臨的最嚴重的環境風險。

最后，生產末端產品運輸的管網問題。完善的管網體系及運輸無壁壘進入是美國頁巖氣革命取得成功的重要因素，同時，美國政府對天然氣開發商和管道運輸商進行不同的政策監管，在監管管道輸送費用的同時放開天然氣價格，保證天然氣生產商和用戶對管道擁有無歧視準入條件[22]。另外，從管道絕對長度的角度，美國輸氣管道系統長度約48萬km，我國目前建設形成的天然氣主干管網僅6萬余千米，與美國差距明顯，并且我國頁巖氣開采區域多位于偏遠山區，區位因素進一步制約我國頁巖氣產業發展。

3頁巖氣開發利用的效益分析

無論是對比分析中美頁巖氣發展政策或歸納總結國內頁巖氣產業發展面臨的挑戰問題都是關于如何促進及保障頁巖氣開發利用的討論，而中美的實踐現狀表明頁巖氣開發利用過程中及之后所產生的經濟社會和環境影響及效益也亟需深化研究。目前關于頁巖氣開發利用的經濟社會影響主要集中在能源安全效益、社會效益和環境效益這三個方面。

首先是能源安全效益，美國頁巖氣革命的起點是美國能源獨立戰略的實施，因而能源安全影響是第一效益。從全球角度，如果不開采頁巖氣資源，那么到2040年全球天然氣消費將消耗已探明儲量的66%[23]，因此，頁巖氣資源的開發利用確實提高了全球的能源供應安全。就國家層面而言，美國頁巖氣生產的大規模商業化使美國的能源供應不再完全依賴中東地區的油氣，能源獨立戰略得以實施[24]，其中頁巖氣產量從2000年的118億m3增加到2013年的3025億m3，美國從天然氣進口國成為出口國。此外，廖永遠等(2012)認為一國頁巖氣長期穩定的規?；_發相當于增加了國內原油供給量，減少了原油進口量，有助于縮減國家戰略石油儲備規模，從而節約儲備成本，而節約的儲備成本可視為減少的能源安全方面投入，將其視為頁巖氣開發利用產生的能源安全效益[25]。

其次是頁巖氣開發利用的社會效益，這里的社會效益不包括環境影響?；陧搸r氣產地的區域調查數據顯示，頁巖氣開發利用對產地產生了較大的地區性社會效益，一是帶來開采地區財政收入的增長和就業崗位的提升[26-27]，二是與煤炭行業相比，產品從煤炭轉向頁巖氣，對當地工人健康帶來正向的社會效益[28]。特別是作為煤炭消費大國的中國而言，未來隨著頁巖氣開發力度的加大，對煤炭行業的影響更為明顯，將逐漸減輕對煤炭消費的依賴，煤礦新建項目的沖動將會減弱，礦井數量、煤礦事故隱患也會逐步減少，將有利于改善煤礦安全生產形勢[29]。另外，羅佐縣(2012)認為美國頁巖氣產量激增使美國國內和北美地區的天然氣價格大幅降低，但其供給量的增加程度并未對全球天然氣價格產生實質性沖擊[30]。

最后是頁巖氣開發的環境影響，部分學者認為頁巖氣開發利用能夠對環境產生正向效益[31-32]。王麗波、鄭有業(2012)認為頁巖氣作為一種重要的低碳排放的清潔環保型綠色能源，加快頁巖氣的勘探開發利用對我國的節能減排和緩解油氣資源短缺將會起到重要作用[33]。另外，我國“十二五”能源發展戰略規劃的重點是增大以天然氣為代表的清潔能源的供給比例，頁巖氣作為非常規天然氣的重要組成部分，大規模開發會提高我國能源安全保障并減少二氧化碳排放[34]。從能源替代的角度，與煤炭相比，如果年產量65億m3的頁巖氣用于發電可每年減少二氧化碳年排放約1400萬t、二氧化硫排放約11.5萬t、氮氧化合物排放約4.3萬t和煙塵排放約5.8萬t[19]。

但是當前對頁巖氣開發利用的環境影響處于爭論階段，肖剛、白玉湖(2012)通過總結美國的頁巖氣發展經驗，認為頁巖氣開發對環境的影響必須在生產之前就要充分考慮[35]，雖然頁巖氣產業的發展可以提供就業機會并增加財政收入，但這些社會效益的實現前提是其開發所帶來的環境風險能夠得到有效規制管理[14]，特別是頁巖氣開采對周邊居民及生態環境所構成的區域環境風險[36-37]。目前爭議最大的就是頁巖氣生產過程中的甲烷排放問題，頁巖氣的整個開發利用過程甲烷排放主要有8種途徑：鉆井和完井過程中的排放，井場生產過程中的排放，氣體在加工、存儲(例如存成LNG形式)、運輸、分配和終端燃燒過程中的排放[38]，如果甲烷排放得不到有效控制，從氣候變化的角度看頁巖氣是否能作為清潔能源是值得懷疑的。目前，國外較多文獻基于生命周期法(LCA)對不同地區頁巖氣生產過程中的甲烷排放率(頁巖氣生產過程中甲烷排放量占頁巖氣產量的比重)進行了測算，余晨等(2014)對現有關于甲烷排放率的文獻作了較為詳細的總結，估計范圍由于區域差異從0.4%至11%不等，綜合估計值約為2%[39]。另外，甲烷排放不僅造成溫室效應，同時也可能對地下水產生影響，賓夕法尼亞大學研究人員2010年在《美國科學院院刊》上撰文稱，在賓夕法尼亞州使用水力壓裂法開采頁巖氣的地區，地下飲用水中甲烷含量比未鉆探區域高出17倍[40]。

4結語

通過對現有針對頁巖氣的文獻研究進行系統的梳理和總結，雖然有部分文獻關注頁巖氣開發利用短期及長期的經濟、社會及環境影響，但仍然滯后于頁巖氣的開發實踐[41]，未來的研究應更多的關注如何采用科學、系統的方法分析頁巖氣開發利用經濟效益，從而進一步為頁巖氣產業發展提供決策參考。

基于能源經濟學的視角，頁巖氣作為傳統能源的一個新的潛力品種，其開發利用效益的分析，或者說在當前的能源格局中加入頁巖氣會對整個經濟社會產生哪些的影響以及影響的程度如何才是應該深入研究的重點，而不應當過分專注于其開發利用的甲烷排放測算，生產中的甲烷泄露隨著技術進步將不會成為主要制約因素。需要說明的是，當前關于礦產資源開發利用影響評價都力圖構建科學合理的評價指標體系并運用層次分析法(AHP)、灰色關聯分析、模糊綜合評價及主成分分析法等綜合評價方法對礦產資源開發利用的綜合效益進行評價研究，但是模糊的、綜合性的評價并不能給政策制定者一個清晰的政策制定方向，因而未來關于頁巖氣開發利用效益評價的研究趨勢應該是從頁巖氣開發利用產生的主要社會經濟影響來入手，重點把握其各種影響的主次，即能源安全效益、環境效益和經濟效益，力圖將三方面的影響進行有機的劃分，從而為頁巖氣產業發展的政策制定提供清晰有效的決策參考。

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Literature review on the development and utilization of shale gas in America and China

WANG Jin-wei1，2，WU Qiao-sheng1，2

(1.School of Economic & Management，China University of Geosciences(Wuhan)，Wuhan 430074,China；2.Resources and Environment Center for Economic Research，China University of Geosciences(Wuhan)，Wuhan 430074，China)

Abstract:The success of “shale gas revolution” in the United States has changed the worldwide thinking of new energy and renewable energy development，making the policies and social- economic impacts of shale gas being a hot spot of academic circles.By combing the existing literature on shale gas development and utilization status systematically，we found that current attentions of shale gas were paid in these aspect：①current policy system of shale gas in the United States and China；②the main problems and challenges of developing shale gas in China；③analysis on the social-economic impacts of shale gas.Based on the literature summary，we insist that much more attentions should be paid in the topic of the short term and long term social-economic impacts of shale gas in future.

Key words：shale gas；development and utilization；research status

收稿日期：2015-07-20

基金項目：國家社會科學基金重點項目“頁巖氣和煤層氣開發利用的能源安全效益、環境效益和其他社會效益評估”資助(編號：13AZD078)；中國地質調查局地質調查項目“我國頁巖氣資源勘查規制研究”資助(編號：12120113018100)

作者簡介：汪金偉，博士研究生，主要研究方向為礦產經濟與能源經濟。 通訊作者：吳巧生，教授，博導。E-mail：qshwu@cug.edu.cn。

中圖分類號：F205

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4051(2016)06-0049-05