能源开采行业专题研究：化石能源需求峰值何时到来？.pdf

行业 报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 1 能源开采 证券 研究报告 2019 年 11 月 04 日 投资 评级 行业 评级 强于大市 (首次 评级 ) 上次评级 作者 张樨樨 分析师 SAC 执业证书编号： S1110517120003 zhangxixitfzq 彭鑫 分析师 SAC 执业证书编号： S1110518110002 pengxintfzq 贾广博 分析师 SAC 执业证书编号： S1110519010002 jiaguangbotfzq 刘子栋 分析师 SAC 执业证书编号： S1110519090001 liuzidongtfzq 郑小兵 联系人 zhengxiaobingtfzq 相关报告 化石能源需求峰值何时到来？ 本文分析了化石能源在一次能源结构中地位的变化，未来需求增速展望，油、气、煤相互替代关系及与新能源替代关系，以及对资本开支的需求。基本结论： 1）需求峰值何时到来？ 煤炭全球需求峰值在 2030 年左右，原油峰值在 2040 年左右，天然气的峰值 2040 年之前尚不会出现。煤炭、原油、天然气 20172040 年的需求 CAGR分别 0.1%、 0.4%、 1.6%。 2）三种化石能源需求体现出不同的弹性特征。 原油需求对宏观经济比较敏感，但是对价格波动体现出较强的刚性；天然气需求对经济不太敏感，对价格波动亦体现出较强刚性；煤炭需求对宏观经济敏感，对价格亦不敏感。 3）一次能源替代关系如何？ 首先， 电作为二次能源，其快速发展将对一次能源结构产生深远影响 ， 是新能源对化石能源的替代的主要依托 。 其次，三种化石能源拥有不同的优势领域。石油作为液体燃料在交通领域优势非常明显。 天然气和煤炭的 相互 替代领域比较多， 未来 20 年 煤炭将在发电领域 被天然气 部分 替代，但其在工业领域仍将保有一定份额。 另外，天然气在可再生能源发电的调峰中起到 关键过渡作用。 化工领域消费量总体快速增长，煤头、气头 比石油路线 更有优势 。 4）化石能源还需要多大强度资本开支？ 如果没有进一步的资本支出，到 2025 年，全球 原油 总产量每年将下降 超过8%。根据 IEA 估算， 2018-2025 年均上游投资将达到 5800 亿美元，有望实现 4-5%的复合增速。 根据 EIA，至 2040 年将有约 10000 亿美元投资（即 430 亿美元每年）用于煤炭上游开采，其中亚太地区（尤其是中国和印度）每年将贡献约 3/4 的开支。 风险 提示 ： 新能源替代加速的风险，宏观经济下行风险。 行业 报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 2 内容目录 1. 化石能源需求增速如何，峰值何时到来？ . 4 1.1. 一次能源结构变迁 . 4 1.2. 天然气需求：化石能源中增速最快的品种 . 5 1.3. 石油需求：出行需求增速放缓，化工需求成为主要动力 . 6 1.4. 煤炭需求：与政策变动相关，新政策图景下需求基本维持稳定 . 7 2. 化石能源需求弹性如何？ . 9 2.1. 原油：需求对宏观经济敏感，对价格波动则呈现刚性 . 9 2.2. 天然气：需求对宏观经济不敏感，对价格波动亦呈现刚性 . 9 2.3. 煤炭：需求呈现价格刚性 . 10 3. 一次能源替代关系如何？ . 11 3.1. “电”是新能源对化石能源的替代的主要依托 . 11 3.2. 气替代的是煤，油的优势领域在交通 . 11 3.3. 化工领域消费量 总体快速增长，煤头、气头更有优势 . 12 4. 化石能源还需要多大强度的资本开支？ . 13 4.1. 油气资本开支 . 13 4.2. 煤炭资本开支 . 14 图表目录 图 1： IEA 一次能源结构 . 4 图 2：一次能源体量及消费增速比较 . 4 图 3：天然气需求结构（十亿方） . 5 图 4：中国天然气需求与各区域净进口情况（十亿方） . 6 图 5：原油需求量（百万桶 /天） . 6 图 6：原油需求增速情况 . 6 图 7：化工需求是 2017-2040 年原油需求 增长的主要动力（百万桶 /天） . 6 图 8：原油需求变化情况（百万桶 /天） . 7 图 9：不同政策图景下全球煤炭需求走势（ CPS：现有政策图景， NPS：新政策图景， SDS：可持续发展图景） . 7 图 10：煤炭需求量（百万吨标准煤） . 8 图 11：电力和工业板块煤炭需求（ 百万吨标准煤） . 8 图 12：煤炭分地域需求量（百万吨标准煤） . 9 图 13：煤炭需求分地域增速情况 . 9 图 15：原油需求增速与全球 GDP 增速 . 9 图 16：原油需求增速与原油价格（ 美元 /桶，右） . 9 图 17：欧洲天然气需求增速与全球 GDP 增速（右） . 10 图 18：欧洲天然气需求增速与天然气价格（美元 /百万英热，右） . 10 图 19： 煤炭需求增速与 GDP 增速 . 10 行业 报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 3 图 20：煤炭需求增速与煤炭价格（ 元 /吨） . 10 图 21： 2017 年能源消费结构 . 11 图 22： 2040 年能源消费结构 . 11 图 23：各领域一次能源消耗结构变化（单位：百万吨油当量） . 12 图 24： 2017-2040 年，交通各细分领域燃料需求增长（单位：百万吨油当量） . 12 图 25：石油、天然气和煤炭在化工行业的使用（百万桶当量） . 12 图 26：不同工艺烯烃成本（元 /吨） . 12 图 27：不增加资本开支下的石油供需缺口（百万桶 /天） . 13 图 28： 中 国煤炭开采和洗选业固定资产投资增速（ %） . 14 表 1： IEA 一次能源需求量（百万吨油当量） . 4 表 2：各大机构对于油气煤需求增速预测 . 4 表 3： 2018-2040 年各地区 油气累积投资情况（十亿美元） . 13 表 4： 2018-2040 年各地区煤炭投资情况（十亿美元） . 14 行业 报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 4 1. 化石能源需求增速如何，峰值何时到来？ 1.1. 一次能源结构变迁 根据各大机构关于全球一次能源的统计 ， 2000-2017 年全球一次能源 复合 消费增速为 2%左右，预计 2017-2040 年 复合 消费增速有望保持在 1%左右。其中在过去的十几 年里 ，化石能源 是一次能源的增长主力 ，其中增量最大的是煤炭；而在未来至 2040 年间 ，清洁能源将会得到更多重视， 天然气和可再生能源 的 发展将会引领一次能源消费的增长 。 表 1： IEA 一次能源需求量 （百万吨油当量） 2000 2017 2025 2030 2035 2040 2000-2017 CAGR 2017-2040 CAGR 石油 3 665 4 435 4 754 4 830 4 842 4 894 1.1% 0.4% 天然气 2 071 3 107 3 539 3 820 4 132 4 436 2.4% 1.6% 煤炭 2 308 3 750 3 768 3 783 3 793 3 809 2.9% 0.1% 核能 675 688 805 848 918 971 0.1% 1.5% 水能 225 353 415 458 496 531 2.7% 1.8% 可再生 1 082 1 638 2 106 2 427 2 745 3 073 2.5% 2.8% 一次能源合计 10 027 13 972 15 388 16 167 16 926 17 715 2.0% 1.0% 资料来源： IEA， 天风证券研究所 在一次能源结构中 ， 化石能源的 比重 在 17 年左右达到最大值 81%， 此后随着 可再生 能源的快速发展 ， 化石能源比重预计 到 2040 年 会逐步下降至 75%，其主体地位不会改变。其中油气煤的发展各有不同，煤炭的需求 将基本维持稳定 ，原油的需求会保持低速增长，而天然气的需求则会保持相对较快的增长。 未来油气煤的地位也将发生变化，原油仍将继续保持第一大能源主体，即使地位不断下滑；而天然气的地位将有所提升，在 2020-2030 年间 逐步取代煤炭，成为第二大能源主体。 图 1： IEA 一次能源结构 图 2： 一次能源体量及消费增速比较 资料来源： IEA， 天风证券研究所 资料来源： IEA， 天风证券研究所 因此 ， 根据各大机构的预测情况 ， 煤炭的需求在 2017-2040 年间将基本维持稳定 ， 原油的需求 峰值有望在 2040 年前后出现 ，天然气则会一直保持相对高速增长的趋势。 表 2： 各大机构对于油气煤需求增速预测 2000-2017 2017-2025 2025-2030 2030-2035 2035-2040 石油需求增速 IEA 1.13% 0.87% 0.32% 0.05% 0.21% XOM 1.21% 0.98% 0.63% 0.27% 0.12% BP 1.22% 0.68% 0.16% 0.19% -0.06% 均值 1.19% 0.84% 0.37% 0.17% 0.09% 天然气需 IEA 2.41% 1.64% 1.54% 1.58% 1.43% 23% 27% 24% 23% 22% 22%37% 32% 31% 30% 29% 28%21% 22% 23% 24% 24%25%0%20%40%60%80%100%2000 2017 2025 2030 2035 2040Coal Oil Gas Nuclear Hydro Renewable煤炭原油天然气 核 水可再生-0.5%0.0%0.5%1.0%1.5%2.0%2.5%3.0%3.5%行业 报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 5 求增速 XOM 2.28% 1.88% 1.32% 0.95% 0.91% BP 2.53% 2.13% 1.58% 1.45% 1.23% 均值 2.41% 1.88% 1.48% 1.33% 1.19% 煤炭需求增速 IEA 2.90% 0.06% 0.08% 0.05% 0.08% XOM 2.85% -0.59% -0.24% -0.21% -0.55% BP 2.74% -0.07% -0.34% -0.10% -0.02% 均值 2.83% -0.20% -0.17% -0.09% -0.16% 资料来源： IEA， XOM， BP 天风证券研究所 1.2. 天然气需求：化石能源中增速最快的品种 根据 IEA， 20172040 年天然气需求增速将达到 1.6%，是三大化石能源中增速最快的品种。工业、发电、交通领域将共同驱动需求增长。亚洲市场是主要增量贡献者。 天然气的下游需求主要可以分为工业 （包括燃料和化工）、 发电 、建筑使用（供暖等）、交通运输等领域。未来短期内天然气的需求增长主要依靠工业带动，而中长期则是依靠工业和电力的发展来驱动需求增长。 工业是天然气需求增长的第一驱动力，当前工业天然气消费量占到天然气总需求的三分之一。 天然气 在工业领域中不仅用来 产生热量和蒸汽，还可作为生产氨和甲醇的原料。目前天然气主要用于需要高温热能的高耗能行业 ，未来随着环保要求的提升，天然气 也 将 越来越多地应用于轻工业 中 。 电力行业是天然气需求增长的第二大贡献者。 燃煤发电的逐步退出以及 对电力的强劲需求为后期许多发展中经济体的燃气发电创造了扩张空间。在一些电力系统中，天然气 可以和可再生能源进行搭配使用，为可再生能源的发展创造更多有利条件 。 天然气的建筑使用需求主要来自于中国，其他地区对该种 需求只有小幅增长。 原因在于，发达经济体在这一 应用 领域 已经非常成熟，终端使用效率和电气化程度达到了非常高的水平，并且 在中国以外的大多数发展中经济体 也 没有很大的季节性供暖需求。 未来随着中国 CNG 和 LNG 燃料汽车 的推广使用 ，天然气 的运输需求在中长期也会有比较多的增长 。 并且 由于 IMO2020 对于船用低硫燃料的 规定， LNG 在 船 运中的使用量 也会 有所增加。 图 3： 天然气需求结构（十亿方） 资料来源： IEA， 天风证券研究所 从 需求的区域结构上看 ， 未来亚洲的发展中国家 ， 尤其是中国 ， 将会是需求增长的最大贡献者 。 近年来，亚洲新兴经济体占据了全球液化天然气进口增长的大部分，其份额从 2010年的 13%增长到 2017 年的近 30%。中国和印度在这一增长中占了最大份额。亚洲新兴经济体在全球液化天然气进口中的份额将进一步增长，更多国家（孟加拉国和潜在的缅甸、越南和菲律宾） 也 将加入液化天然气进口国行列。 目前亚洲新兴经济体平均天然气在一次能源的消费比重不足 10%， 距离全球平均的 22%仍有很大的提升空间 。 行业 报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 6 图 4： 中国天然气需求与各区域 净进口情况（十亿方） 资料来源： IEA， 天风证券研究所 1.3. 石油需求：出行需求增速放缓，化工需求成为主要动力 从原油需求结构上看 ，原油过去主要增长来源于交通运输需求，其次是化工需求。而未来交通运输需求的增长将逐步放缓，原油需求的增长将更多依靠化工需求来带动。根据 IEA，原油需求增速从 2000-2017 年的 1.1%下降到 2017-2040 年的 0.4%。 化工需求的增长主要与宏观经济增长有关 ，虽然全球的塑料回收率在不断提升，但也难以抵消人们对于塑料制品的消费增长。 交通领域虽热整体的需求增速在下滑 ， 但是其中的 结构有所不同。 汽车的需求增速下滑较大 ， 原因有两方面 ：一是燃油效率的提升，二是替代燃料（电力、天然气、生物燃料）的消费增加。在船运方面， IMO 2020 的 含硫量限制 将会 导致高硫燃料油 消耗量 下降 ，而促进 LNG 等其他替代燃料的发展 。而航空对于原油的需求会有所增加。 在 建筑 与电力领域 ，即使在 印度和撒哈拉以南非洲地区， 石油在该领域的需求量有所提升，但是由于发达国家在该领域逐步使用 天然气进行替代 ，因此未来整体建筑 与电力需求 是在不断下滑。 图 5： 原油需求量（百万桶 /天） 图 6： 原油需求增速情况 资料来源： IEA， 天风证券研究所 资料来源： IEA， 天风证券研究所 图 7： 化工需求是 2017-2040 年 原油需求增长的主要动力（百万桶 /天） 0204060801001202000 2017 2025 2040陆地运输 航空与船运 工业与化工建筑与电力 其他因素-2.0%-1.5%-1.0%-0.5%0.0%0.5%1.0%1.5%2.0%2.5%2000-2017CAGR 2017-2025CAGR 2025-2040CAGR行业 报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 7 资料来源： IEA， 天风证券研究所 从需求的区域结构上看 ，发达经济体对于石油的需求是在不断下降。未来石油需求将主要来自于中国和印度等发展中国家和地区。其中，中国将在 21 世纪 30 年代成为最大的石油消费国 ， 但是随着 电动汽车的不断增加，道路运输中的石油使用量下降，中国的需求增长也将 随之放缓。 印度的需求增长主要依靠卡车需求增长带动，这一点上非洲国家也有类似的变现，而中东地区则是依靠化工增长来推动原油需求。 图 8： 原油需求变化情况（百万桶 /天） 资料来源： IEA， 天风证券研究所 1.4. 煤炭需求：与政策变动相关，新政策图景下需求基本维持稳定 根据 EIA， 新政策图景下 ， 2017-2040 年 ，煤炭需求将 基本维持稳定，同时 以 0.07%的年均复合增速小幅微增 。工业 用煤 需求及发展中国家需求将成为全球煤炭需求增长的主 力 支撑。 煤炭的需求在 自 2014 年下降后 ，于 2017 年开始出现反弹 。此期间， 在欧洲和北美 ， 由于较低的电力需求增速 、 可再生能源发展以及廉价的天然气能源替代作用 ， 煤炭需求 一直承压，但是亚洲的发展中国家则因煤炭的经济性和可获得性，对煤炭需求产生了较大贡献。 煤炭的需求与国家政策密切相关。根据 EIA，可将政府的政策分为新政策图景、现有政策图景和可持续发展图景，则在三种政策图景下， 2017-2040 年煤炭需求增速分别为 0.07%，1.05%和 -3.64%。 从目前世界各国的政策走势来看 ， 维持新政策图景的可能性最大 ， 新政策图景意味着出于环保等因素的考虑 ， 政府将通过限制煤炭使用 或对其他能源进行政策倾斜以最终减少煤炭用量。 因此我们以新经济政策图景下对煤炭需求走势进行讨论 。 图 9： 不同政策图景下全球煤炭需求走势（ CPS：现有政策图景， NPS：新政策图景， SDS：可持续发展图景） 行业 报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 8 资料来源： IEA， 天风证券研究所 新政策图景下， 0.07%的需求增长率意味着 2017-2040 年煤炭需求将基本维持稳定 。煤炭下游应用主要可分为电力板块和工业板块，工业板块又可进一步分为钢铁板块、化工板块等。根据 EIA，电力板块下，由于效率更高的超临界和超超临界电厂技术已经越来越成为煤电主流选择。而目前占世界约 50%产能 的次 临界电厂只有 25 年寿命 ，其产能 将在2017-2040 年中产能降低约 1/3，而后被超临界和超超临界电厂替代。更新换代后，燃煤发电厂的效率将提高。尽管 EIA 预测未来对于火电的发电需求将维持稳定，但因煤电效率提高，火电厂煤炭需求将以 -0.07%的年增速小幅下降。 工业板块中，因预期电力冶 金将会成为炼钢主流， 2040 年全球用于炼钢的煤炭需求将有所下降 ；相对于炼钢需求降低，全球化工板块则将在 2017-2040 年间实现较大幅度的增长 ，其原因很大程度是 受中国目前在大力推行煤液化、煤气化等工程项目的推动。综合考虑二者因素，工业板块煤炭需求预计将以 0.68%的年增速在 2017-2040 年间实现增长 。 图 10： 煤炭需求量（百万吨标准煤） 资料来源： IEA， 天风证券研究所 图 11： 电力和工业板块煤炭需求（百万吨标准煤） 资料来源： IEA， 天风证券研究所 01000200030004000500060002000 2017 2025 2040电力板块 工业板块 其他板块行业 报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 9 从需求的区域结构上来看 ， 煤炭需求变动因区域不同而相差 较大。许多 发达国家如加拿大 、德国 、 英国已经在考虑或实施为减少二氧化碳排放 ， 在发电中不再使用煤炭 。根据 EIA，北美 、欧洲 地区的煤炭需求年均降幅分别为 -1.8%， -2.9%。 但如印度 及东南亚地区的发展中国家还是因煤炭的经济性和易得性，将其视为重要的经济发展驱动能源，其煤炭需求年均增长幅度分别为 +3.4%， +3.5%，从而在 2017-2040 年间实现需求增长翻倍 。 值得注意的是 ， 因中国目前对空气质量的重视 ， 及政府在新能源发电方面的政策倾斜和工业用天然气的提高 ，至 2040 年间 ，中国的 煤炭需求将有所下降 ，年均降幅约为 -0.6%。 图 12： 煤炭分地域需求量（百万吨标准煤） 图 13： 煤炭需求分地域增速情况资料来源： IEA， 天风证券研究所 资料来源： IEA， 天风证券研究所 2. 化石能源需求弹性如何？ 需求收入弹性、价格弹性，二者影响一正一负。如果能源需求对 GDP 敏感，即需求收入弹性大，则增长相对刚性。如果需求对价格敏感即需求价格弹性大，则更容易受到替代能源比价关系的影响。 通过我们测算 ， GDP 对于化石 能源 需求的相关性要更强一些 ， 价格水平也会对能源需求产生 一定 影响 。 2.1. 原油：需求对宏观经济敏感，对价格波动则呈现刚性 我们测算： 原油需求增速 =-0.5%+1.28*GDP 增速 -0.03%*原油价格 原油 需求增速与 GDP 增速有 显著 的正相关关系 ， GDP 增速每增长 1pct，对应原油需求增速增长 1.28pct。 原油需求与 油价 有比较 显著的 负相关关系 ，但弹性不大， 油价 上涨 10%（对应涨幅 5 美金 /桶右） ，对应需求 才 增速下降 0.15pct（对应 15 万桶 /天的全球需求量）。 图 14： 原油需求增速与全球 GDP 增速 图 15： 原油需求增速与原油价格（美元 /桶，右） 资料来源： wind， 天风证券研究所 资料来源： wind， 天风证券研究所 2.2. 天然气：需求对宏观经济不敏感，对价格波动亦呈现刚性 由于天然气在全球已形成多个价格中枢 ， 我们选取传统的消费区域欧洲作为代表分析天然01000200030004000500060002000 2017 2025 2030 2035 2040美国 欧盟 北非 俄罗斯澳大利亚 中国 印度 印度尼西亚 -6.00%-5.00%-4.00%-3.00%-2.00%-1.00%0.00%1.00%2.00%3.00%4.00%-6%-4%-2%0%2%4%6%8%10%1968 1971 1974 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007 2010 2013 2016原油需求增速 GDP增速020406080100120140-6%-4%-2%0%2%4%6%8%10%1968 1971 1974 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007 2010 2013 2016原油需求增速 原油价格行业 报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 10 气需求与气价的关系 。 我们测算 天然气需求增速 =1.4%+0.79*GDP 增速 -0.3%*天然气价格 天然气需求增速与 GDP 增速 正相关但弹性小于 1， GDP 增速每增长 1pct， 对应天然气需求增速增加 0.84pct。 天然气需求增对价格弹性更小，价格上涨 10%（对应涨幅 0.5 美金 /百万英热），需求增速下降 0.15pct。 图 16： 欧洲 天然气 需求增速与全球 GDP 增速（右） 图 17： 欧洲天然气需求增速与天然气价格（美元 /百万英热，右） 资料来源： wind， 天风证券研究所 资料来源： wind， 天风证券研究所 注：价格经过通胀调整 2.3. 煤炭： 需求呈现价格刚性 我们测算， GDP 增速每增长 1pct， 对应 煤炭 需求增速增加 1.14pct。 图 18： 煤炭 需求增速与 GDP 增速 资料来源： wind， 天风证券研究所 2009-2019 年间 ，以秦皇岛动力末煤 Q5500 平仓价作为煤炭价格， 我们测算， 煤价 每增长1 元 /吨 ， 对应 煤炭 需求增速 仅 增加 0.02pct，此时煤价变动对煤炭需求的影响已较低 。 在2012 年后 ，煤炭 需求更加 呈现出 价格刚性 。我们测算 2012 年后 ，煤价每上涨 1 元 /吨 ，对应 煤炭 需求增速 仅增加 0.01pct，表明需求受价格影响很低，煤炭需求基本呈现价格刚性。 图 19： 煤炭需求增速与煤炭价格（元 /吨） -3%-2%-1%0%1%2%3%4%5%6%7%-4%-2%0%2%4%6%8%10%12%1969 1972 1975 1978 1981 1984 1987 1990 1993 1996 1999 2002 2005 2008 2011 2014 2017天然气需求增速 GDP增速02468101214-8%-6%-4%-2%0%2%4%6%8%10%天然气需求增速 欧洲天然气实际价格0%2%4%6%8%10%12%-10%-5%0%5%10%15%2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018煤炭需求增速 GDP增速