扩大联邦石油和天然气租赁会增加多少全球碳排放？

Brian C. Prest 第 24 - 09 期简报 - 2024 年 9 月 本简报基于过往研究（例如，Prest等，2024年；Prest，2022年）来估算在联邦土地上持续扩大石油和天然气租赁活动对全球温室气体排放总量的影响。评估扩大的租赁活动对排放效果的评估特别具有挑战性，这涉及到理解租售销售对联邦土地上的石油和天然气钻探预期影响；由此产生的联邦石油和天然气产量增加；生产“泄漏”，即联邦土地与其它供应来源之间生产的部分替代；以及净增加全球石油和天然气消耗所导致的温室气体排放量。核心估计表明，以过去十年最快租赁速度为基准，每年在联邦土地上持续扩大石油和天然气租赁活动，将增加全球累计温室气体排放量约12亿吨二氧化碳（CO）。2e) 2024 - 2050 年以上 ， 100 -当量 (GtCO2年全球变暖潜能值 (GWP) 。作为参考 ， e 值对应于大约 43这个 1.2 GtCO2e 在这 27 年的窗口内每年 ， 或百万吨 CO2大约为当前全球年度温室气体排放量的0.1%。这一增长相对于约半数租赁量的常规业务情况（BAU）基线而言。广泛的敏感性分析表明，排放量增加的可能性非常低，且其范围难以确定。按地域划分，在 0.6 到 2.1 GtCO 之外2排放量核算基础上 ， 美国排放量占全球增幅的1.2约 0.2 GtCO2E 在中心案例中估计。这一分析GtCO2本报告涵盖了联邦土地上的内陆开发，并未考虑扩大近海开发可能产生的影响。而后者占全国美国原油产量的14%和天然气产量的2%。 1. Overview 美国政府租赁联邦拥有的大量土地用于石油和天然气开发，占2023年全国石油产量的大约12%和天然气产量的11%，不包括美国近海地区的生产。然而，在不同政府管理下对石油和天然气联邦租赁的处理方式可能会大相径庭。例如，特朗普政府时期的石油和天然气租赁面积从每年11万英亩到22万英亩不等，而拜登政府的租赁面积则在每年7.5万至24.9万英亩之间（对应于财政年度2017年至2020年和2021年至2023年）。在特定年份扩大或限制可供租赁的联邦土地可以明显影响化石燃料生产和全球温室气体排放的长期效果，但由于内在复杂性和显著不确定性，对此类影响的评估有限。估算扩大的石油和天然气租赁的影响对于指导能源政策和许可改革的更广泛政策讨论至关重要。在此问题简报中，我构建了一个模型来模拟过去十年最高水平租赁情况下全球排放后果的持续扩展。研究的目标是提供一个边界分析，仅基于现有行政机构权限范围内的情况，估算高租赁情景下的不确定性范围。此分析特别未估计最近提出的《2024年能源许可改革法案》（EPRA）中的陆上石油和天然气条款对排放的影响。EPRA中的陆上石油和天然气条款可能比这里分析的高租赁情景对排放的影响要小（见讨论）。 图 1. 历史联邦租赁和钻井、石油和天然气价格以及产量 图1提供了自2001年以来联邦土地上油气开发的历史背景。图1的上层显示了自2001年起每年新增租赁的联邦土地面积（橙色）与每年在联邦土地上钻探的井数（紫色）。联邦租赁通常有10年的初始期限，在此期间必须开始钻探，这意味着发放租赁（橙线）与实际钻探之间存在滞后关系。这一关系的延迟性通过拜登政府期间减少的租赁销售期间仍持续的钻探活动得到了说明。联邦土地上的钻探活动也受到经济因素的驱动，最明显的是原油和天然气的价格。中间部分（以2022年美元报告）表明，较高的价格推动了更多的钻探活动。联邦土地上的整体石油和天然气产量，如图1底部所示，代表了所有运营井的累积，这些井可以在钻探后几十年内继续运行。该面板显示，尽管过去十年（2014-23年，平均每年新钻井1,760口）的钻探活动远低于前十年（2004-13年，平均每年新钻井3,470口），但联邦土地上的石油生产（以及在较小程度上的天然气生产）在过去几年以快速的速度增长。页岩革命极大地增加了每口新钻井能开采的原油和天然气量。 图 1 的三个面板一起突出了推动联邦土地上石油和天然气生产的关键因素 ： 1. 油气租赁销售对钻井活动的滞后影响2. 油气价格在驱动油气开发经济中的关键作用3. 新钻井产量的累积，包括这些井的生产效率 注 ： 所有年份都对应于会计年度 ， 与 BLM 报告一致。来源：顶部面板：BLM（2024）；中间面板：联邦储备经济数据（DCOILWTICO，MHHNGSP，CPIAUCSL，以2022年价格计）；底部面板：DOI（2024）。 由于许多这些规定在量化上难以建模，最近提出的立法中可能没有特定条款。 3. Methods 本议题简报的分析方法将这三个因素的表现与联邦供应和其他来源之间的替代估计相结合。首先，我运用时间序列计量经济学方法实证估计了联邦土地钻探与历史租赁销售以及石油和天然气价格之间的关系，这在图1的顶部和中部面板中有所体现。其次，我构建了假设的未来替代租赁销售路径和石油及天然气价格，并通过计量经济模型进行模拟。石油及天然气价格情景对应于美国能源信息署（EIA）2023年度能源展望（AEO）中的石油价格情景。石油价格在这些情景之间变化广泛，在参考案例下，2025-50年期间平均为每桶91美元，相比之下，低情景和高情景下的石油价格分别为每桶48美元和175美元（参见附录图A4）。 接下来，我将租赁销售路径和石油及天然气价格通过计量模型运行，以预测未来的联邦钻探活动。对于新钻井的未来石油和天然气产量，我们使用基于联邦土地上历史平均生产水平的单井级生产轮廓进行建模（见附录图A1）。该模型经过校准，使得在BAU情景下，从这些钻探活动产生的累计新未来石油和天然气产量与2023年AEO参考案例中联邦份额的累计预期产量相匹配（见附录A中的更多细节）。 每个情景下的新联邦生产都被建模，但为了计算其对全球石油和天然气消费以及因此产生的排放的影响，我还必须考虑到联邦土地生产与其它供应源之间的替代效应，即所谓的“泄漏”。泄漏量由石油和天然气的供给与需求弹性驱动。Prest等（2024）进行了一项元分析，得出一个中心估算值，即泄漏率为57%，我在此使用这一结果（这也与Prest 2022中找到的范围一致）。换句话说，每增加一桶联邦石油生产，预计会导致其他地方减少0.57桶石油生产，并增加0.43桶纯粹的石油消费，对于天然气也适用。我使用与Prest（2022）相同的每桶油的排放因子。0.43 吨二氧化碳 (tCO2e 每千立方英尺 (mcf) 的天然气 ，和 0.066 tCO2这对应着2.3%的甲烷泄漏率和100年全球温室效应当量。因此，每增加一桶联邦石油的生产会导致额外0.185吨二氧化碳（tCO）的全球排放。× (0.43 tCO22排放。气体的计算是类似的。 我构建了两个假设的未来租赁销售路径。高租赁情景设想了一个从2025年到2027年的租赁路径，其租赁面积重复了特朗普政府在2017年至2019年间达到的最高水平，即220万英亩，随后从2028年起每年保持在这一高水平直至2050年。常规操作（BAU）情景设想了租赁销售在高租赁情景的一半水平上进行，即从2028年到2050年每年有110万英亩的租赁。虽然这个大约100万英亩的BAU情景远高于拜登政府期间的租赁面积，但它仍然接近特朗普和拜登政府（2017-23）期间平均100万英亩的租赁量。因此，这一基线可以大致解释为交替不同未来的政府之间存在波动的租赁销售情景，其中有时处于高租赁阶段（例如，每年200万英亩），有时处于低至零租赁阶段。1这些租赁方案是故意程式化的 ， 并不精确对应于 关键结果总结于表1中，显示了由于新联邦石油和天然气生产抵消泄漏导致的2024-50年全球累积增排放量的六个情景。这六个情景代表了两种租赁情景与三种价格情景之间的交叉。在参考价格情景中，累积排放量更高...2024 - 50 年的全球排放量约为 1.2 GtCO 在高租赁情景下与基础情景相比，高/低油价情景对这一影响的区间大致为e。重要的是，这些估算反映了...0.7 至 2.0 GtCO 全球排放量的变化，由全球范围内油和气消费增加所驱动，这主要是由于全球油价和气价逐渐走低。从领土排放核算的角度来看，全球排放量的增加主要发生在包括美国在内的国家。各州约占 0.2 GtCO 在中央案例中。这反映了增加 1.2 GtCO 2美国能源信息署（EIA）预计，美国在全球石油和天然气需求中所占的比例，从2024年至2050年平均为17%（EIA 2023b）。因此，由联邦生产增加引发的超过80%的石油和天然气消耗，以及相应的排放，很可能会发生在美国以外。这突出了推动化石燃料需求与供应政策之间的一个关键区别：如对零碳能源的投资等需求侧政策主要驱动实施这些政策国家内的减排，而供给侧政策则主要驱动可供出口及国外消费的生产。 经济计量结果可以用对租赁面积的联邦离岸钻探长期弹性来总结，估计为0.3（p=0.03）；原油价格，估计为0.8（p=0.002），以及天然气价格，估计为-0.1（p=0.81）。这些表明，例如，租赁面积增加10%最终会使得联邦土地上的钻探增加3%。对于原油价格的弹性为0.8意味着，如果原油价格增加10%，钻探量将增加8%，这促使我们考虑表1中列出的替代价格路径。尽管租赁弹性的概念在文献中没有明显的对应物用于比较，但价格弹性是合理的，并且与文献中的估计值范围一致。天然气价格和钻探之间的微小且统计上不显著的关系与联邦地区近期以石油为导向的钻探活动是一致的。 资料来源 ： BLM(历史) 和作者的计算(预计) 。 土地主要来自新墨西哥州二叠纪盆地 ， 见图 1的底部。 租赁和钻探活动的结果路径在图2中显示。钻探对租赁的相对低弹性（0.3）表明，尽管高租赁情景的新增可开采面积是基准情景的两倍，但其钻探量（图2）或排放量（表1）远非两倍之多。2这显然与近期的历史经验一致，尽管拜登政府大幅减少了租赁活动，联邦钻探依然保持在高位（图1和图2）。 5. 附加不确定性分析 首先，在基准情景下（BAU），联邦生产基线被校准以匹配AEO 2023隐含的累计联邦生产量。然而，EIA的历史回顾性评估（如EIA 2022）显示，其在预测美国石油和天然气产量增长时存在持续低估的趋势。因此，EIA反复上调了其产量预测，特别是来自二叠盆地的预测，该地区是联邦土地上近来及正在进行的油气开发增长的主要来源。尽管本文的主要分析旨在反映EIA最近预测的生产轨迹，但这些轨迹相对于过去趋势仍暗示了产量增长的显著放缓。我通过去除限制模型以匹配EIA 2023预测的校准测试了对此的敏感性；这导致了e值的增加。然而，从 1.2 到 2.1 GtCO 的全球中央估计2 超越了表1中讨论的未来石油价格不确定性，评估联邦石油和天然气租赁变化导致的排放量时存在多个不确定性来源，包括美国能源信息署（EIA）石油和天然气产量基线准确性、增量天然气生产最终对排放后果的影响（即如果它替代具有不同碳强度的其他燃料时）以及泄漏率的不确定性。针对这些不确定性的敏感性分析显示在图3中。在整个敏感性分析集中，累计全球排放影响e。我将详细讨论每一项。范围从 0.6 到 2.1 GtCO2反过来 ， 不确定性。 这个无约束的建模练习产生了非常大的 预计在基线情况下（BAU），联邦生产增长，平均每年新增3百万桶/日（mb/d）的联邦原油生产和160亿立方英尺/日（Bcf/d）的新天然气生产，至2050年的水平可能过高，令人难以置信。作为参考，2023年联邦境内总生产量为1.5mb/d的原油和11 Bcf/d的天然气。相比之下，在中央分析中，新的联邦生产平均为1.8 mb/d的原油和9 Bcf/d的天然气。因此，这一敏感性分析的联邦产量水平及其排放影响处于合理的可能性范围内的较高端。 6. Discussion大约36%到79%泄漏率的百分比范围。使用这两个极端值代替中心的57%值，将全球中心的1.2亿吨二氧化碳（GtCOe）值更改为0.6和1.7亿吨二氧化碳。GtCO22分别为泄漏率。