天风煤炭：美国煤炭消费量什么时候开始见顶？

美国煤炭发展史可以追溯至1885年，煤炭取代木材成为美国最主要的能源，以此作为起点，美国煤炭行业积聚了130来年的发展历史。总体来看，1885年-2007年美国煤炭消费绝对量稳步增加， 2007年是美国一次能源消费的重要节点，同时也是煤炭消费的转折点。2008年受金融危机影响，美国经济增长大幅下滑，与之伴随着能源消费的大幅下跌，2007-2009年美国一次能源消费量从2372百万吨油当量下滑至2206百万吨油当量，降幅7%；美国煤炭消费量从573.3百万吨油当量快速下滑至496.2百万吨油当量，降幅13.4%。此后随着金融危机影响的逐渐淡去，美国一次能源消费保持较为稳定的水平，而煤炭消费量继续快速下滑， 对比2007年消费量来看，10年间美国一次能源消费量降幅6%（2007年：2371.82百万吨油当量；2017年2234.85百万吨油当量），煤炭消费量降幅42%（2007年：573.3百万吨油当量；2017年332.12百万吨油当量）。

1.2. 美国煤炭消费下滑原因1：页岩气革命的冲击

上文提到一个数据，2007年-2017年十年间，美国一次能源消费量降幅仅6%，而煤炭消费量降幅却高达42%，其主要原因是天然气在发电领域的替代作用。美国煤炭的消费集中在发电领域，21世纪初随着“页岩气革命”的开展，美国的天然气价格迅速下降，这使得发电领域大规模应用天然气成为可能，在发电量仍在增长（2001~2017年CAGR约0.4%，EIA）的情形下，美国动力煤用量持续下降。

美国是页岩气勘探开发最早、也是最成功的国家。早在1821年就成功钻探了世界第一口页岩气井，20世纪70年代，美国政府从政策、财力上大力支持页岩气开发，有效推动了页岩气开采技术的发展，20世纪80-90年代，美国米切尔能源开发公司在德克萨斯中北部地区贝纳特页岩区实施了深部页岩气项目，并实现页岩气的大规模商业开采，这主要得益于针对页岩气储层的特点开发了页岩气射孔优化技术、压裂技术和水平技术。技术上的突破和商业化生产，有效降低了能源价格，缓解美国严重依赖能源进口的局面，为美国经济的可持续发展提供保障。

即便如此，天然气单位热值的能源价格仍高于煤炭。据EIA数据，2017年美国管道天然气到电厂平均价格约3.52美元/mmbtu，是动力煤到厂平均价格1.57美元/mmbtu的两倍以上，即使考虑了天然气更高的热效率，天然气的经济性也不如煤炭。

但燃气机组的资本开支少，随着天然气成本下降，单位电量完全成本低于燃煤机组。发电成本由三部分构成：固定资产投资（电厂建造成本折旧）、运行维护成本和燃料成本。在美国，由于政策引导与技术进步，随着天然气成本的下降，投资和运维成本低的优势使得天然气发电的综合成本低于燃煤发电的成本，这是近些年来天然气发电在美国得以快速发展的重要原因。

总体而言，美国“页岩气革命”能够顺利推进是一个多因素共同作用的结果： ①供给端：赋存条件好和技术进步使得大规模开发页岩气成为可能；②需求端：资源成本下降使得燃气发电的成本低于燃煤，因此电力领域煤炭消费被大规模替代。

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1.1. 美国煤炭消费下滑原因2：经济增长放缓

美国能源消耗减速与经济增长放缓的相关性显而易见。随着美国GDP增速的放缓，一次能源消费增速趋于下行。

值得关注的是，美国实际GDP增速是高于一次能源消费量增速的，经济增长逐渐显示出摆脱能源消费增长的迹象。从单位实际GDP的能源消耗情况看，在过去的50年间美国每万美元GDP的能源消耗量从约3.3吨油当量快速下行至约1.2吨油当量，换言之，经济增长的“能效”在不断提升。

单位GDP能耗下降可以从两个维度来解释：

一是能源终端消费结构的调整。与大多数国家不同，美国工业能耗仅占到总能耗的32%，其次是交通运输业的29%、居民部门的20%和商业、服务业的19%（IEA，2017）。而相比之下，美国2017年仅服务GDP贡献就达到总量的47%（BEA），可见第三产业相对第二产业的能效更高，过去50年间随着美国经济结构中第二产业比重的逐年下降，单位GDP能耗逐年降低。

第二个维度是一次能源热转换效率的提升。目前主要的一次能源中，煤炭的热效率只有40%~60%，石油约65%左右，天然气可达75%以上。美国“页岩气革命”后，天然气价格迅速下降，电力等工业领域大规模使用天然气作为一次能源成为可能，在此背景下美国煤炭消费受到冲击，而更高热效率的天然气占比提升，这使得美国一次能源整体的热效率提升。此外，技术的进步对能源使用效率也有一定的提升作用。

2. 从美国煤炭消费峰值看中国：增速放缓是大势所趋，但见顶回落言之尚早

与美国不同，中国的能源消费还在持续增长。《BP世界能源统计年鉴（2018）》显示，2017年中国能源消费总量达3132.2百万吨油当量，同比增2.8%，占全球能源消费总量的23.2%和全球能源消费增长的33.6%，连续17年稳居全球能源增长榜首。但同时消费增速有所下降，2000~2010年能源消费增速CAGR为9.51%，2010~2017年只有3.35%。

2.1. 中国经济增速换挡，但增长潜力不可忽视

过去8年里，我国经济由高速增长进入中速或中高速发展阶段，国内生产总值增速由2010年的10.7%逐步下降到2017年的6.9%。就像世上没有永动机一样，环顾世界，没有哪一个国家或地区可以长久地保持经济高速增长。根据物理学的原理，假如要维持匀速，质量越大的物体，就需要越多的动能。对于宏观经济也是这个道理，当一国经济经过一段时间的高速增长，经济总量已经达到一定规模后，如果仍要人为地维持增长速度不变，就需要更多要素的投入。2008年我国GDP总量为31.95万亿元，在此基础上增长10%，新增部分仅为3.195万亿元（假设价格不变，下同）。到了2017年我国GDP总量已经达到82.71万亿元，如果希望2017年能实现10%增长，新增部分就是8.271万亿元，其难度显然比十年前大得多。因此，中国这个如此庞大的经济体不可能长久地维持高速增长，他“做不到”也“受不了”像过去那样持续高速增长了，潜在增长率下降是必然趋势。

从中国经济目前在6.7%的增速下企稳的情况来看，中国经济发展的潜在增长率是远远高于发达国家的。中国目前还处在一个具有高成长性的历史阶段，结构转型的潜力非常大。

（1）中国城镇化远没有完成

2017年底，我国常住人口的城镇化率为58.82%，而多数发达国家都超过75%，如美国超过85%、日本超过90%，中国的城镇化远没有完成。

（2）中国制造2025目前还未实现

中国工业升级和高水平加工制造业的发展方兴未艾，与信息化相结合的新型工业化也正在推进的过程之中，远没有完成。

（3）单位GDP能耗相当于美国在上世纪80年代的水平

2017年中国每万美元GDP消耗的一次能源仍有2.60吨油当量，相比美国的1.24吨油当量、日本的0.70吨油当量还有较大差距，大体相当于美国在上世纪80年代的水平。

我们认为，现阶段来看中国单位GDP能源消耗下降的空间并不大，分解来看：

(1)中国能源终端消费长期以工业为主，而第二产业仍是目前中国国民经济增长的主要驱动力，因此中国的能源终端消费格局长期稳定，1990年至2015年工业领域的能源消费比例仅从74.61%小幅降低至71.69%；

(2)中国“富煤、贫油、少气”的资源赋存条件决定了低热效率的煤炭在一次能源结构的主要地位（2017年占6成以上），这个问题将在下一节中具体展开；

(3)供给侧改革及环保政策约束下落后产能逐渐被置换，能源使用效率预计会有所提升。

我们预计未来十年中国单位GDP能源消耗将继续降低，为此我们假设了三种情景：

情景一中单位能源消耗下降速率假设为4.5%，高于过去十年的CAGR3.51%；

情景二取下降速率为3.51%，高于美国在相同的能耗强度下从1980年到1990年的单位能耗下降速率2.41%；

情景三假设单位能源消耗维持现状，而事实上情景一、三均是很难发生的。

预计中国一次能源消费量增速将有所放缓，但增长仍将持续。随着中国经济进入新常态，经济增速逐渐放缓，而结构性不断优化，粗放式的能源消费将发生转变，能源使用效率将继续提升。在此背景下，我们中性假设下2017~2022年能源消费总量复合增速为2.46%，2022~2027年减速至1.64%，均低于过去2010~2017年复合增速3.35%。

2.2. “页岩气革命”难以在中国复制，煤炭为主的能源消费结构难以撼动

随着页岩气革命后廉价的天然气对煤炭的替代，美国煤炭需求自2007年起见顶回落，加速了美国煤炭业的衰落。中国页岩气储量虽丰富，但中美在页岩气赋存条件、技术等方面存在着诸多差异性，美国“页岩气革命”难以在中国进行复制。

2.2.1. 对标美国，中国的页岩气开发道路仍重重困难

对标美国，中国的页岩气开发道路仍重重困难：①虽储量较大，但资源条件一般，埋深较深，且开采条件差；

②开采技术落后于美国，如果引进技术的话资本开支高，导致开采成本较高；

③页岩气富集的地区水资源多短缺，而页岩气开采需要耗水。

虽同为页岩气的储量大国，但中国页岩气的赋存条件与美国相比有较大差距。据EIA数据，中美两国天然气风险气藏量、技术可采资源量均相当，但中国页岩气赋存条件较差，分布分散、生烃条件差于美国、地质构造条件相对不稳定、埋深较深，这些负面条件均增加了中国页岩气的开采成本；与此同时中国页岩气多分布与多山地区，也增加了开采难度。

目前中国页岩气开采技术落后与美国，相同条件下开采成本较高。中国企业在页岩气勘探方面经验不足，但基本可以满足要求；而页岩气开发和采集技术目前落后美国较多，国内油田技术服务公司基本不掌握页岩气开采技术，很难参与到开采工作中，而如果从美国引入技术所需的资本开支较高。MOLBASE根据美国页岩气的开发情况，预测目前中国四川盆地的页岩气开采成本2.5-4.5元/立方米，技术成熟后可降低至1.5-2.5立方米，但与国内常规天然气、美国页岩气开采成本相比还有比较大的差距。

此外，水资源也是制约中国页岩气开发的原因之一。中国页岩气区块多位于干旱缺水的地区，严重制约了当地页岩气的发展。并且由于缺乏开采经验，单井压裂需要很多的砂和清水，这对于中国已经脆弱不堪的生态环境和水资源环境无疑是雪上加霜。

2.2.2. 技术制约下煤炭仍将是最经济的发电原料

美国燃气机组固定投资有明显的成本优势。据EIA2012年的数据，美国燃煤机组单位产能的固定资产投资是燃气机组的3.2倍，燃气电厂固定资产投资成本优势显著，主要原因一方面试美国制定了一系列环保政策直接和间接地太高了燃煤电厂的建造成本，另一方面，随着轮机抗高温材料和进气冷却技术的不断突破，燃气机组的发电效率不断提高，单位产能的建造成本随之下降。

与此形成对比的是，中国燃气机组造价仅仅比燃煤机组低12%。这是因为目前全球的重型燃机市场几乎被欧美三大燃气轮机主机制造商（通用电气、西门子、三菱重工）垄断。2001年以来，中国通过“以市场换技术”的方式积极与国外燃机制造厂合作，把燃气轮机的国产化率提升到70%以上，但核心技术没有突破，关键热部件仍需进口且价格较高。

固定资产投资相当的情况下，较高的天然气价格制约了燃气电厂的发展。

因此，在现有条件下，尽管煤炭热效率低、污染相对严重，但其经济性显著优于其他化石燃料，煤炭在工业、尤其是电力领域作为主要燃料的地位还难以撼动。

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3.毋须悲观，中性假设下中国煤炭消费呈小幅增长

根据BP的数据，2017年中国煤炭消费量达1892.6百万吨油当量，占中国一次能源总消费的60.42%；结合前文对中国一次能源总消费量的预测，分别假设2027年中国煤炭消费占比降低到55%~46%时中国煤炭消费量的增速，在中性假设下预计中国煤炭消费将继续小幅增长；即使在最悲观情景下年均煤炭消费量降幅也只有-1.71%，显著低于美国2007~2017年的CAGR（-4.43%）。

4.风险提示

政策调整风险；宏观经济超预期下滑风险；技术发展超预期风险。