第一节 石油、天然气、煤炭三足鼎立： 石油资源的重要性
一、经济社会的能源基础
日常生活中，大家对能源的直接感受是电力。但是电力不是与生俱来的，电力来自发电厂。发电厂燃烧化石燃料，产生能量驱动机械发电，再通过电网输送给大家使用。发电的主要化石燃料来自煤炭和天然气。还有的发电站采取水力发电、风力发电和核能发电。石油作为三大化石能源之一，并不主要承担发电的功能。石油主要转变为成品油，如汽油、煤油、柴油，用于交通运输领域，石油加工的副产品如燃料油则在大型船舶中燃烧使用。因此，石油似乎在能源供给上给大家的直接感受不如电力。随着电动车越来越多，有人认为电力将取代石油，石油消费将成为历史。但基于目前的化石能源资源数据和全球能源消费数据和趋势来看，这种看法还是有偏颇的。石油不仅是交通运输工具内燃机的燃料，还是重要的基础化学品源头，对整个经济社会的影响非常之广，对石油资源重要性的强调，一点都不过时。
全球经济的发展离不开能源的保障。根据英国石油公司（BP）2017年发布的《BP世界能源统计年鉴》，目前全球一次能源分为六大类，分别是石油、煤炭、天然气、水电、核能和可再生能源。其中，石油、煤炭和天然气又称为化石能源。2016年全球一次能源消费总量为132.76亿吨油当量，仅比2015年增长了1.0%。而在2005—2015年，全球一次能源消费总量年增长也就1.8%。全球一次能源消费的增长和全球经济的低速增长相匹配，当然这也与全球各国政府日益重视低碳环保有关，能源消费大量来自于化石能源的消费，化石燃烧造成大量温室气体排放，也日益为全球所关注。
从品种分类上看，全球一次能源呈现石油、天然气、煤炭三足鼎立的格局。1966年，全球石油消费占全球一次能源的比例约为41%，煤炭约为35%，天然气约为16%，水电约为7%，核能和可再生能源不足1%。发展至2016年，石油消费占比为33.3%，煤炭为28.1%，天然气为24.1%，水电为6.9%，核能为4.5%，可再生能源为3.2%。从2016年的数据来看，目前是石油、煤炭和天然气三分天下，三种化石能源合计占比达到85.5%，仍是当今世界的基础能源。化石能源里，石油的消费比例仍然是最大的，但整体上越过了峰值，呈现缓慢减少的态势；天然气在过去50年里呈现一个比较良好的增长态势，是石油消费的有力竞争者和替代者；煤炭维持在30%的水平波动，在过去两年里又出现了明显的下降。核能在过去50年里的发展速度，从20世纪80年代的快速攀升到2000年之后出现下降，而水电能源也没有贡献更大的比例，可再生能源在2016年后的发展速度很快，但时至今日仍然也就担负3.2%的一次能源供给。
从一次能源结构可以看出，化石能源的地位短期内仍然无法撼动，石油仍然是当今最重要的基础能源之一。油、煤、气三者之间存在一定程度的竞争替代关系。石油产品的约75%被用于内燃机燃料；天然气可以替代部分内燃机燃料，但是使用上仍然不如汽油、煤油、柴油那么便捷。而在美国和欧洲，大量的天然气主要用于电力生产。煤炭要替代石油燃料就需要煤制油，这个过程成本很高，环境污染也很大。在价格研究的过程中，要高度重视石油、煤炭和天然气的价格比例关系。在比价驱动下，三者之间会发生一定的竞争替代。随着全球更加追求低碳环保，天然气的使用比例还将持续增加。作为燃料和化工产品的中间体，甲醇在构建煤炭、天然气到石油竞争的替代中充当着桥梁的作用，因此甲醇价格和石油、煤炭、天然气的比价也值得研究关注。
全球各个分区的品种消费结构也不完全相同。北美地区一次能源以油气为主，油气占比达到66%，剩余的是煤炭和其他三类能源各半。欧洲地区（包括俄罗斯）一次能源也是以油气为主，整体结构比例和北美接近，但是核能比例是全球最高的。亚太地区的一次能源是以煤炭为主（中国因素），煤炭占比达到50%，油气比例为40%，亚太地区还是全球天然气消费比例最低的地区，因此未来的天然气市场也必须关注亚太地区。除了三大核心消费区之外，中东、中南美和非洲地区的一次能源消费也基本上以油气为主。
二、石油是最重要的战争消耗物资
石油不仅是工业的血液，也是战争的血液，物资和能源消耗是决定战争胜败的基础。我国1吨标准煤的热值是7000大卡，而1吨原油相当于1.43吨标准煤，1吨燃料油折合1.43吨标准煤，1吨汽油或煤油折合1.47吨标准煤，1吨柴油折合1.46吨标准煤。石油比煤炭具有更高的体积和质量热值；内燃机的效率也高于蒸汽机。因此第一次世界大战前夕，英国首相丘吉尔在任海军大臣时，力排众议推动英国海军将燃料从煤炭改为石油，石油在后续战争中逐渐彰显其重要性。
从士兵的单兵日平均物资消耗量来看，第一次世界大战时仅为6公斤，第二次世界大战时增加到20公斤；美军在朝鲜战争期间为29公斤，到越南战争期间达到了117公斤；第四次中东战争，以色列士兵人均日消耗作战物资高达250公斤；海湾战争时，美军装甲师单兵日消耗物资更是高达500公斤。海军的人均物资消耗量是陆军的4～6倍，空军更是达到了陆军的10～20倍。在这些物资消耗中，陆军士兵的单兵口粮、清洁饮用水、随身弹药和炮弹并不是最主要的，占极大比例的物资恰恰是油料，达到总物资量的65%。
报道显示，现代高技术战争的油料消耗越来越大。第一次世界大战期间油料消耗量比重还较小，第二次世界大战上升到30%～40%。目前发达国家军队的油料消耗量，平时已占各种物资总消耗量的40%～50%，战时预计高达60%～70%。
三、机构的能源展望
对于全球能源的需求，主要的公司和机构仍然认为石油占有重要地位。机构预测数据均显示，在2030年前，传统的能源结构并没有发生根本改变。因此对于廉价石油的期望过于乐观。但天然气和煤炭对石油的竞争是长期存在的。
石油输出国组织（即欧佩克，OPEC）2016年能源展望报告显示，预计到2030年，全球的石油需求占比为28.1%，煤炭为25.8%，天然气为24.4%，核能为5.7%，水力为2.6%，其他可再生能源为13.3%。美国能源部能源信息署（EIA）预计，全球石油的需求比例将从2015年的33%降低至2040年的31%，天然气的消费比例将从2015年的33%降低至2040年的31%，能源结构仍然以油气为主。
国际石油巨头埃克森美孚公司展望2040年的能源结构是：32%石油，25%天然气，20%煤炭，16%可再生能源，7%核能。英国石油公司（BP）的2035年能源展望报告认为全球的一次能源消费结构约为：石油29%，天然气26%，煤炭22%，可再生能源10%，水力8%，核能5%。中国石油2017年版的《2050年世界与中国能源展望》报告认为2030年全球一次能源结构为，石油31%，天然气26%，煤炭24%，水电7%，核电5%，可再生能源7%。2050年，这个结构会继续演变为，石油27%，天然气27%，煤炭18%，水电7%，核电5%，可再生能源16%。世界石油需求增长速度逐渐放缓，2016—2030年的年平均增速预计为0.72%，而2031—2040年的年平均增速为0.15%，2040年后增长停滞。
四、石油的替代物
原油在一些基础应用上无法被煤炭和天然气完全取代。一类是燃料应用，一类是化工应用。在液体燃料上，煤炭无法直接替代成品油，煤制油的经济性又完全依赖于煤和油的价差。天然气可以液化替代石油液体燃料，但是天然气的低温存储的费用比石油常温储存费用更高。天然气在轮船环保燃料、重卡燃料方面具有较强的对石油柴油和燃料油的竞争优势。在石油化工领域，天然气和煤炭也无法对石油完全替代。天然气是甲烷，1个碳和4个氢，是最简单的碳氢化合物（烃类）单体，其下游化工产业链延伸相对较短。天然气和煤炭在电力燃料上完全可以竞争替代，是否替代基本取决于燃料成本高低。在中国，煤炭价格相对最低，所以中国的电力生产以燃烧煤炭为主。2005—2008年，美国爆发页岩气革命，页岩气成为美国天然气的主体来源，气价的低廉和环保，推动天然气发电替代燃煤发电，冬季取暖用油也被天然气所替代。
鉴于一次能源的基本结构，我个人认为当前发展电动汽车在短期内并不会对传统的能源结构产生颠覆性影响。部分国家纷纷推出燃油汽车禁售时间表，引发对石油需求更大的热议，因此存在一个短期和长期的问题。短期而言，电力是二次能源，目前仍然主要依靠燃烧化石能源获取。在追求低碳减排的环保要求下，主要的应对措施是减煤增气，需要消耗更多的天然气。对于中国的国情来说，发展电动车，是有必要的。第一，这始终是一个长期发展的战略方向；第二，中期内，发展电动汽车，可以在必要的时候增加煤炭、核能和可再生能源来获得电力，从而减少对进口石油和天然气的过分依赖。2017年中国石油进口比例已经达到70%的水平，如果不加限制的话，就必然会导致未来石油天然气的对外依赖度过高，这对于整个国家的能源安全来说将是一个巨大的挑战。长期的问题，还是电力的获取，新能源到2030—2040年依然无法成为主力能源，稀缺性仍然存在。当然，这对于石油产品的结构性需求可能会产生深刻的影响，可能的路径是石油需求总量峰值来临，但是石油加工会更加转向化工应用，而在燃料油、汽油、柴油的需求上有所抑制。
五、替代化石能源的核能革命还未到来
石油、天然气、煤炭所提供的能量主要由氧化反应提供，在燃烧的过程中，质量是守恒的。爱因斯坦提出的E=mc2，揭示了质量可以转变为能量。早期研究发现一些重元素的原子核具有天然发射性，这些元素的原子核裂变后，质量不再守恒，消失的质量转变为巨量能源。根据这一原理，1945年，美国科学家成功爆炸了人类历史上第一颗原子弹。人类由此第一次掌握了原子能的集中释放技术。1954年苏联建成了世界上第一座核电站后，美国、英国、法国等国家也陆续建成了核电站。但是，在人们为此欢呼原子能时代到来，对未来的能源革命寄予美好憧憬之时，目前的核电站释放的核能并未彻底改变全球的一次能源结构。主要的原因在于，目前的核电站是基于“重核裂变”的原理，依靠铀、钚这样的元素周期表靠后的重元素的原子核裂变，损失的质量转变为能量，然后将这些能量转换为电能。一公斤铀235完全裂变的能量相当于燃烧2500吨标准煤！但是在宇宙的演化过程中，像铀、钚这样的重核元素却是十分稀少。从恒星演化的知识看，最初的恒星物质以氢元素为主，在重力的作用下聚集，达到足够的温度后，开启了“轻核聚变”的过程，这种核反应也称作“热核反应”。这种核反应和“重核裂变”不同，它是从最轻的氢元素的原子核开始，直到聚合成铁元素的原子核，这个核反应过程一直能够释放出能量，维持着恒星漫长的生命。热核反应的终点停止于铁核，正常情况下，恒星生产不出比铁还重的元素。但是，通过大质量恒星演化末期出现的“超新星”爆炸，期间产生的超高温度可以诞生比铁还重的重核元素，如铀、钚等（近期报道了双中子星合并过程的爆炸也是重元素之源）。由此可见，重核元素在宇宙中，至少在我们已知的太阳系中是极其稀缺的物资。目前，人类掌握了“氢弹”技术，可以实现人造“热核反应”，但是氢弹是将核能集中瞬间释放，像目前重核裂变反应堆的受控核聚变却一直没有取得临界突破。目前的热核反应实验堆，还无法实现核聚变的可持续和稳定的能源输出。因此，真正意义上的原子能时代还远没有到来。依靠自然界的太阳光能、风能、水能等可再生能源，本质上是接受利用太阳能，但是能流密度远不能满足人类的消耗。化石能源是地球漫长地质年代太阳能的积累，仍然是我们当前可以依赖的最为经济的能源基础。