边缘甲烷分子从哪里来？液化天然气出口对美国天然气供应和甲烷排放的影响（英）

边际甲烷分子从何而来？液化天然气出口对美国天然气供应和甲烷排放的影响 BrianCPrest 工作论文25052025年3月 更新于2025年4月 关于作者 BrianCPrest是一位经济学家，同时也是未来资源（RFF）成员，专注于气候变化经济学、能源经济学以及油气供应。Prest运用经济理论和计量经济学来改进能源和环境政策设计。他近期工作包括改善碳社会成本科学基础以及油气供应方面各种政策经济学建模。 致谢 本研究得到了RFF基金资助。感谢AlanKrupnick、DanielRaimi、KevinRennert和RichardMorgenstern提出宝贵意见。 关于RFF 未来资源研究所（RFF）是一家位于华盛顿特区独立、非营利性研究机构。其使命是通过公正经济研究和政策参与，改善环境保护、能源和自然资源决策。RFF致力于成为最广泛信赖研究洞察和政策解决方案来源，以实现健康环境和繁荣经济。 工作论文是作者为信息交流和讨论目而传播研究材料。它们不一定经过正式同侪评审。此处表达观点属于个别作者观点，可能与RFF其他专家、官员或董事观点不同。 共享我们工作 我们工作可在AttributionNonCommercialNoDerivatives40国际（CCBYNCND40）许可下共享和改编。您可以在任何媒介或格式中复制和重新分发我们材料；您必须提供适当信用，提供许可证链接，并指出是否进行了修改，并且您不得应用额外限制。您可以通过任何合理方式这样做，但不能以任何方式表明许可方支持您或您使用。您不得将材料用于商业目。如果您混合、转换或基于材料进行构建，您不得分发修改后材料。更多信息，请访问httpscreativecommonsorglicensesbyncnd40 未来资源我：i 摘要 过去十年美国液化天然气（LNG）出口激增，引发了对其增加国内天然气价格和推动当地及全球环境影响担忧，尤其是由于甲烷，一种强效温室气体，通常从美国油气基础设施中泄漏出来。然而，美国油气供应各源头 甲烷泄漏率差异很大高达一个数量级，这给美国LNG碳足迹带来了不确定性。本文模拟了增加美国油气出口需求对国内油气价格、美国盆地边际油气供应以及该边际供应中暗示甲烷强度影响。每天每增加10亿立方英尺（Bcfd）天然气出口需求预计将使国内天然气价格提高约25，同时由于伴生石油供应而使原油价格下降05。美国对天然气出口需求供应响应不成比例地来自估计甲烷泄漏率较低盆地，以阿巴拉契亚地区为首，从而产生了一个有效甲烷强度（17泄漏率）低于平均美国天然气供应（31）天然气供应以满足出口需求。对石油需求增加供应响应显示出相反模式，高泄漏率二叠纪供应挤压了低泄漏率 盆地，如阿巴拉契亚地区，产生了一个非常高有效甲烷泄漏率（91 ）。这些广泛变化实际甲烷泄漏率表明，2015年美国原油出口禁令废除可能比扩大LNG出口更能推动美国甲烷排放。特别是，模型结果表明 ，2015年至2023年期间美国原油出口导致甲烷排放量是美国LNG出口导致排放量两倍，前者诱发排放量相当于预计由超过20Bcfd天然气出口导致排放量。 内容 1引言1 2文献3 21北美地区油气供应弹性3 22来自油气供应和LNG甲烷排放4 23天然气出口对国内天然气价格影响5 3数据6 4方法6 41钻探7 42井筒完井8 43新钻油井生产9 44现有井生产10 45需求冲击建模12 41包含甲烷泄露估计13 5结果14 51钻井弹性14 52初始生产力弹性16 53生产途径17 54美国总油气供应弹性19 55外部价格冲击影响20 56外在需求冲击影响22 6结果与其他LNG研究比较 28 7结论 29 参考文献 30 附录 33 1引言 美国液化天然气（LNG）出口在过去十年中迅速增长，从2015年实质性零增长到2023年12月超过130亿立方英尺天（Bcfd）（EIA2024b ），相当于美国天然气供应量10以上。截至2024年第四季度（2024Q4），已建成14Bcfd峰值LNG出口能力，另外还有11Bcfd正在投入使用或建设中，还有16Bcfd已获得美国能源部（DOE）批准（见EIA2025）。即使没有额外出口终端获得批准，美国出口能力也可能增加到40Bcfd以上，接近当前美国生产水平40。这引起了对大量出口需求拉动可能对美国天然气价格和出口LNG生命周期温室气体排放 影响担忧，所有这些都促成了拜登政府在2024年1月暂停LNG出口终端审批决定，以重新评估扩大出口是否符合《天然气法》中“公共利益”方向。 碳出口LNG碳强度受到了特别关注，有一篇经常被引用论文，Howarth2024认为，来自德克萨斯州西部新墨西哥州东南部二叠纪盆地LNG，这里油气基础设施甲烷泄漏率较高，其生命周期碳强度将高于煤炭。然而，经济力量可能会推动美国天然气供应不仅限于二叠纪盆地，还包括其他盆地。例如，阿巴拉契亚盆地是美国天然气供应总量最大贡献者，其甲烷泄漏率显著较低根据Sherwin等人在2024年实证观察，低至阿巴拉契亚部分地区075，高至二叠纪部分地区963，低至10倍 。然而，这两个盆地是美国天然气供应两个最大来源，2022年共同贡献了约一半供应。这表明，它们在满足出口需求而增加增量天然气供应中相对贡献即边际供应是关于LNG出口碳强度辩论关键，包括它是否确实比煤炭更具碳密集型。 本文通过扩展动态油气市场分析（DOGMA）模型（Newell等，2019；Newell和Prest，2019；Prest，2022；Prest等，2024b），分析了美国油气出口需求增加对美国盆地边际油气供应、加权平均甲烷强度及其对国内油气价格影响。我利用DOGMA估计美国油气供应对由油气出口需求增加引起价格变化响应。这导致分别按盆地估算边际油气供应量，我将这些与基于Sherwin等（2024）盆地级甲烷泄漏率估计相结合，计算出与因天然气出口需求（或石油出口需求）增加而上升边际天然气供应相关加权平均甲烷泄漏率。 我发现三个关键结果。首先，二叠纪盆地石油和天然气供应对石油价格（以及石油需求冲击）反应强烈，而阿巴拉契亚盆地生产，主要是一个天然气领域，对天然气价格（以及天然气需求冲击）反应强烈。这两个盆地主导了美国天然气供应对价格上涨整体反应，共同代表了59 边际天然气供应。 针对天然气价格外生增加情况，在保持油价不变情况下，阿巴拉契亚地区贡献了45个百分点，二叠纪盆地贡献了14个百分点。此外，天然气出口需求外生增加导致天然气价格上涨，但适度降低油价，这是因为伴生石油生产诱导；这导致阿巴拉契亚地区（边际供应58）对天然气需求响应大于二叠纪盆地（2），后者对油价敏感性高于对天然气价格敏感性。 第二个发现源于这些动态：为应对增加天然气出口需求而产生边际天然气供应，其甲烷排放强度（17泄漏率）低于平均水平（31），这是因为低泄漏率阿巴拉契亚盆地贡献不成比例。相比之下，由石油出口需求引发边际天然气供应，其碳强度（91泄漏率）远高于平均水平（31），这是由于来自高泄漏率二叠纪盆地天然气供应直接效应不成比例贡献，以及由于在低泄漏率阿巴拉契亚地区挤出生产间接、连锁效应结合。 非常高边际天然气供应有效甲烷强度对石油需求响应所导致后果表明，2015年美国取消原油出口禁令可能产生了比预期更大影响，但其影响力可能尚未得到充分认识。具体来说，模型结果表明，2015年至2023年期间美国原油出口可能引发甲烷排放量是美国同期LNG出口 两倍多，前者排放量相当于由超过20亿立方英尺天（Bcfd）天然气出口需求所引发排放量，这大约是未来考虑出口能力预期范围。 第三，每次1亿立方英尺天出口需求变化预计将使天然气价格提高约25，同时降低原油价格05。这一影响在大规模需求变化方面接近线性。以2024年第四季度数据为例，大约有11亿立方英尺天新液化天然气（LNG）终端正在建设中，对此我预计国内天然气价格将上涨30 ，同时原油价格将下降5。对于每日石油出口需求增加10万桶类似思想实验，将使美国原油价格上升08，同时降低天然气价格06。 我研究结果主要保留意见源于对未来美国甲烷泄漏率不确定性。我使用甲烷强度估计基于Sherwin等人（2024）研究，该研究反映了201621年间在六个主要油气生产美国盆地进行近100万次空中测量，包括阿巴拉契亚盆地和二叠盆地。然而，对其他盆地外推是必要。此外，甲烷捕获技术改进可能会在未来改变这些泄漏率，尽管美国短期内可能放松甲烷监管，这可能会减缓这些改进。 最后，由于我模型没有包含全球LNG替代模式表现，我结果并不完全反映LNG对全球排放影响，这可能会根据LNG使用量代表了多少能源服务增加消费和替代了多少碳强度可能更高或更低燃料，从而导致全球碳排放量增加或减少。 在关于液化天然气出口可能产生影响即时政策问题之外，本文还丰富了美国石油和天然气供应经济学文献。我提供了关于钻井与石油和天然气价格弹性盆地级估计，关于钻井活动与井口产量弹性新估计 ，以及美国石油和天然气供应时变自价格和交叉价格弹性。 2文献 本文位于三个文献交汇点。第一个是页岩时代美国油气供应经济学，重点关注供应弹性。第二个背景是美国油气供应产生甲烷排放以及液化天然气出口对那些排放潜在影响。第三个涉及最近对液化天然气出口对美国天然气价格潜在影响分析。我依次讨论了这些内容。 21北美地区油气供应弹性 尽管关于石油和天然气供应弹性文献广泛（参见Prest等人2024a对石油供应弹性综述），但其中大部分文献并未达到本研究所需空间或时间尺度，本研究所需是在盆地级别或更细尺度上估计长期均衡供应反应。相比之下，文献中关于石油和天然气供应弹性大多数估计都集中在短期供应反应上，或者汇总到国家或全球尺度（Hausman和Kellogg2015；Balke和Brown2018；Caldara等人2019；Kilian2022） 。虽然一些研究确实考虑了特定美国地区（Mason和Roberts2018；Gilbert和Roberts2020），但它们往往是对单个盆地或少数区域集群盆地案例研究，而不是全国性综合估计。 本研究开发新版本DOGMA模型旨在通过提供全国范围盆地水平弹性和供应估计来填补这一空白。DOGMA模型起源于页岩时代经济学文献中 几篇论文（Newell等人2019年；Newell和Prest2019年；Prest2022年 ；Prest等人2024b年）。与本研究最密切相关是Prest（2022年）使用了全国范围内模型，将美国油和气供应聚合为八个供应商，以及Prest等人（2024b年），他们使用了一个具有76个供应商空间细粒度模型，但仅包括五个盆地，这些盆地均位于美国西部。那些论文在区域粒度与全国理解度之间进行了权衡。本文开发DOGMA版本将细粒度模型结构扩展到了整个美国。 Prest（2022）模型化了美国油气供应不同来源之间市场互动，在这种情况下，联邦所有土地上生产与非联邦所有土地（即私人、州和部落土地）上生产进行对比。本文也分析了这些动态，但以更细致方式，这是为了考虑特定盆地甲烷强度。更多细节可以在第4节找到。 22来自油气供应和LNG甲烷排放 遥感技术发展（包括航空和卫星遥感）引发了一股新研究热潮，这些研究估计了美国油气基础设施甲烷排放量（Alvarez等，2018；Omara等，2018；Zhang等，2020；Chen等，2022；Omara等，2022；Lu等，2023；Sherwin等，2024）。该文献反复发现，根据经验估计甲烷泄漏率远大于美国环境保护署两个数据库温室气体报告计划（GHGRP ）和温室气体清单（GHGI）中估计，这些估计并非基于直接实证观察。例如，Sherwin等（2024）结合了六个地区约一百万个航空站点测量数据，发现上游中游甲烷泄漏率在地区间从075到963不等，六个地区加权平均值为295，他们报告称这是相应GHGI估计三倍 。 近期对液化天然气（LNG）出口碳强度生命周期分析（Z