運輸部署案例集/美國石油進口的生命週期

介紹

美國擁有全球第 12 大石油儲量。但是，由於巨大的消費和需求，它仍然需要從其他國家進口石油。其主要石油供應國為加拿大、墨西哥、沙烏地阿拉伯、委內瑞拉、奈及利亞、安哥拉和伊拉克。

本文所談論的石油進口包括原油（包括租賃凝析油和戰略石油儲備的進口）和石油產品（從 1985 年開始，包括汽油混合組分和航空汽油混合組分）。石油被廣泛用作燃料，例如汽車、飛機、火力發電廠。它也是工業的原材料。其不可再生性使其更加寶貴。

美國可能早在 1900 年之前就開始進口石油。1920 年 1 月，它進口了 6294 千桶。在過去幾十年中，它持續增加，並且經歷了一些事件，導致短期內下降。2006 年後，進口量似乎達到了頂峰，開始下降。

定量分析

資料收集

表 1. 美國石油進口資料

本作業主要集中於美國石油進口的生命週期。表 1 中的實際進口資料來自美國交通部運輸統計局。

這裡需要提兩點。首先，美國交通部只提供了 1990 年之前的每五年（1960 年、1965 年、1970 年、1975 年、1980 年、1985 年和 1990 年）的資料，以及 1990 年之後的每年資料。1960 年和 1965 年的資料被用來估計這兩年之間的進口量。例如，1961 年的進口量 = 1960 年進口量的 0.8 + 1965 年進口量的 0.2，1962 年的進口量 = 1960 年進口量的 0.6 + 1965 年進口量的 0.4。其次，2006 年後，我們可以看到進口量下降，表明生命週期正進入後成熟階段。

曲線擬合

我們使用下面的公式 (1) 來預測進口量。

$S(t)=k/[1+exp(-b(t-t_{0})]$ Eq(1)

其中

S(t) 是狀態度量，

t 是時間（通常以年為單位），

t0 是拐點時間，

k 是飽和狀態水平，

b 是一個係數。

從 Eq(1) 中得出，我們可以得到公式 (2)

$t-t_{0}=-log(k/S(t)-1)$ Eq(2)

藉助 MS Excel，我們可以輕鬆地進行迴歸。表 2 是我們在 Excel 表格中獲得的結果。

表 2. 迴歸

然後我們選擇 K=20，b=0.059151，t_0=1996，t 統計量為 25.45。在所有引數都可用的情況下，我們然後使用 Eq(1) 計算預測的進口量，並得到表 1。最後，我們得到圖 1。

圖 1. 美國石油進口的生命週期

定性分析

事件

1973 年石油禁運

石油禁運從 1973 年開始。美國對以色列的支援和武器供應激怒了阿拉伯國家。歐佩克宣佈實施石油禁運，一直持續到 1974 年 3 月。可以預測到 1973 年和 1974 年石油進口會下降。但是，我們只有 1970 年和 1975 年的資料，我們不知道石油禁運期間發生了什麼。我的假設是美國確實需要石油。在此期間，進口量下降了，但美國仍然可以從其他國家進口石油，例如加拿大和墨西哥。在取消禁運後，它繼續從歐佩克成員國進口石油，並且進口量超過了禁運前的水平。

表 3. 美國原油進口量（千桶）

伊朗革命和兩伊戰爭

兩伊戰爭從 1980 年 9 月持續到 1988 年 8 月，緊隨伊朗革命之後。兩國都是產油國。兩國的石油總產量在 1980 年 11 月降至每天 100 萬桶。在此期間，石油運輸必然受到了影響。美國也參與了戰爭。戰爭導致原油價格上漲，美國石油進口下降，正如我們在圖 1 中看到的 1985 年的下降一樣。

海灣戰爭

1990 年 8 月，伊拉克入侵科威特引發了海灣戰爭。再次，兩國都是產油國。美國比上次更深入地參與了戰爭。戰爭於 1991 年 2 月結束。美國的石油進口在 1991 年下降。石油洩漏和科威特石油大火也對石油生產產生了重大影響。據稱大火持續了 10 個月，每天損失 600 萬桶石油。石油洩漏浪費了 4 億加侖原油。

9/11

911 事件可能影響美國的方方面面。經濟受到了嚴重影響。航空公司乘客人數下降。由於 911 事件的影響，石油進口下降。

未知事件

1995 年圖 1 中也出現了下降。當時發生了什麼尚不清楚。一個事實是，美國在 1995 年 2 月生產的石油比進口的要多。如果總需求保持不變，那麼產量越多，進口量就越少。

技術

油輪

圖 2. 海神塔拉-023

石油海上運輸可以追溯到 1861 年。當時“伊麗莎白·沃茨”號帆船首次裝載石油駛往英國。油輪行業擁有超過 120 年的歷史。甚至挪威的托勒夫森建造了世界上第一艘油輪。諾貝爾兄弟克服了重重挑戰，成功地改進了油輪。2700 噸的“格魯考夫”號是第一艘將發動機安裝在船尾的船。而且石油可以直接泵入船艙，而不是像以前那樣裝在桶或桶中運輸。油輪設計從此沿襲“格魯考夫”號。美國人發明了油輪，用於批次運輸石油。由於油輪越大，運輸成本越低，因此油輪的建造規模越來越大。在兩次世界大戰期間，油輪不斷發展，尺寸和功率越來越大。出於政治和技術原因，石油行業被鼓勵將煉油廠遷至市場，這導致了對專門用於運輸原油的油輪需求的增加。二戰結束後，標準尺寸的油輪是 T2 型油輪。然而，蘇伊士運河限制了油輪的尺寸。在 1995 年的蘇伊士運河危機和 1967 年以色列和埃及之間的六日戰爭之後，蘇伊士運河兩次關閉，油輪的尺寸開始顯著增長。我們迎來了超級油輪時代，新一代油輪包括 VLCC（超大型原油運輸船）和 ULCC（超大型原油運輸船）。

在 1950 年代，石油價格的 33% 是由運輸成本造成的。在超級油輪時代，運輸成本下降至 5%。現在不到 3%。隨著運輸成本的下降，進口量增加。

管道

表 4. 管道運輸的石油

圖 3. 管道運輸的石油

管道是輸送氣體、液體的好方法。它安全、快速、高效。美國主要透過管道從加拿大和墨西哥進口石油。

用於運輸的鐵管可以追溯到 19 世紀 30 年代。自 1860 年以來，人們開始使用管道運輸石油。然後管道業務繼續在質量上不斷提升。人們研究了更好的材料和技術，以及安全法規。1905 年，原油管道橫跨全國，將德克薩斯州、俄克拉荷馬州和堪薩斯州的石油輸送到全國各地。1917 年，原油管道縱橫交錯於美國大部分地區，到 1920 年代，隨著汽車行業的蓬勃發展，管道里程增長了三倍，超過 115,000 英里。在二戰期間，管道繼續發展，因為油輪在海上很容易受到攻擊。隨著從海外和加拿大進口石油的增加，管道業務萎縮。1968 年，阿拉斯加普拉德霍灣油田被發現，一條橫跨 800 英里冰凍、雪山和凍土地帶的管道建成。如今，管道已經變得多功能，可以運輸石油、天然氣，甚至特殊化學品。

從表 4 和圖 3（美國交通部資料）中可以看出，1990 年至 2008 年，管道運輸的石油總量（原油+石油產品）約為 600,000（單位未給出）。變化很小。

早期市場發展

表 5. 石油國內產量、進口量和消費量

圖 4. 石油國內產量、進口量和消費量

石油進口取決於幾個原因。雖然美國擁有豐富的石油儲備，但它仍然進口石油，而且進口量遠遠超過其國內產量，如表 5 和圖 4（來源：美國交通部）所示。有兩個原因可以解釋這一點。首先，這是一種國家戰略。石油是非可再生資源。我們消耗得越多，剩餘的越少。美國不希望消耗其國內石油。如果發生戰爭，海上石油運輸線被切斷，哪個國家儲備的石油更多，哪個國家就會贏得戰爭。戰略石油儲備始於 1977 年，也可以證明這一點。其次，價格顯然是一個重要因素。如果進口石油的價格低於國內石油的價格，人們肯定會選擇前者。

我相信石油進口始於 1900 年之前。但是，當時的資料很難追蹤。早期市場主要受需求和運輸方式的影響。

石油進口的增長

圖 5. 車輛數量、公路和航空運輸

圖 6. 行駛里程、公路和航空運輸

二戰結束後，石油進口量持續增長。超級油輪使石油運輸變得更加容易和便宜。一艘超級油輪每年可以運輸 20 億噸石油，每加侖的運輸成本僅為 3 美分。

當時的國際局勢相對和平。經濟快速增長。美國人變得富有，購買了更多的汽車。從 1960 年到 2005 年，車輛數量、公路車輛行駛里程、航空運輸公司數量和航空運輸車輛行駛里程不斷增長，如表 6（來源：美國交通部）所示。上述增長表明對石油的需求更大，因為公路和航空運輸車輛都消耗石油。

石油進口的成熟

圖 7. 預測的石油生命週期

大約在 2005 年，石油進口量達到峰值。為什麼我不使用 2005 年之後的資料來計算生命週期曲線？因為我相信 2005 年是峰值點，此後進口量一直在下降，並且會繼續下降。

圖 7 是根據公式（1）和我們擁有的引數預測的石油生命週期。它將在 2050 年後達到峰值，接近每天 2000 萬桶。但是，這種預測可能不一定是準確的。從表 6、圖 5 和圖 6 可以看出，車輛數量、公路車輛行駛里程、航空運輸公司數量和航空運輸車輛行駛里程已經停止增長，開始下降，這意味著對石油的需求正在下降。幾個因素可以解釋這種模式。首先，在網際網路的幫助下，人們可以在家工作，所以他們不需要經常使用汽車。其次，人們開始意識到環境問題，更願意使用公共交通工具，如地鐵、輕軌和公交車。第三，經濟衰退（2007-2009）可能與之有關，但我們不知道它對石油需求的影響有多大。事實上，我們現在並沒有處於經濟衰退狀態，但經濟衰退之後，石油進口量繼續下降。因此，經濟衰退不應該是主要因素。

此外，自 2006 年以來，石油的國內產量一直在增加，這意味著美國對來自國外（或北美以外的國家）的石油需求減少（雖然美國仍然從加拿大和墨西哥進口大量石油）。

更重要的是，美國正在實施奧巴馬能源政策，這也是石油進口量下降的原因。將在後面的部分討論。

所以我認為我們應該畫另一條曲線來表示其下降趨勢，而不是在 2005 年之後繼續上升。根據預測的生命週期，1996 年是零節點，在此之前，增長率為正，之後增長率為負。如果沒有任何外部因素，如能源政策、經濟衰退和戰爭，它可能會達到 20。但是，外部因素是不可避免的，其中一些因素已經開始影響它。這就是為什麼我們看到自 2005 年以來出現下降的原因。

奧巴馬能源政策

圖 8. 混合動力汽車的銷量

表 8. 按能源來源劃分的電力淨髮電量

奧巴馬政府能源政策的目標是使用清潔能源，使美國更具能源獨立性，並減少碳排放。它將為石油和天然氣的勘探開闢新的領域。它將增加對可再生能源的使用，例如風能、太陽能和水力發電。它將建造符合更高標準的新型汽車和卡車。它將開發其豐富的天然氣儲備。

總統希望提高燃油效率標準。他本人已經決定為聯邦車隊購買 5,000 輛混合動力汽車。混合動力汽車被認為更節能，自 2000 年以來，其銷量越來越大，如圖 8（來源：美國交通部）所示。在政府的鼓勵下，混合動力汽車將更加流行。提高燃油效率、增加生物燃料和經濟衰退共同導致了石油消費量的減少，從而導致石油進口量的減少。

不僅是混合動力汽車，可再生能源也得到了現任政府的強力支援，從 2008 年到 2012 年，可再生能源發電量（不包括水力發電）從美國總髮電量的 3.1% 上升到 5.9% 。從表 8（來源：USEIA）中可以看出，用於發電的石油正在減少，而可再生能源正在增加。