运输部署案例集/美国石油进口的生命周期

介绍

美国拥有全球第 12 大石油储量。但是，由于巨大的消费和需求，它仍然需要从其他国家进口石油。其主要石油供应国为加拿大、墨西哥、沙特阿拉伯、委内瑞拉、尼日利亚、安哥拉和伊拉克。

本文所谈论的石油进口包括原油（包括租赁凝析油和战略石油储备的进口）和石油产品（从 1985 年开始，包括汽油混合组分和航空汽油混合组分）。石油被广泛用作燃料，例如汽车、飞机、火力发电厂。它也是工业的原材料。其不可再生性使其更加宝贵。

美国可能早在 1900 年之前就开始进口石油。1920 年 1 月，它进口了 6294 千桶。在过去几十年中，它持续增加，并且经历了一些事件，导致短期内下降。2006 年后，进口量似乎达到了顶峰，开始下降。

定量分析

数据收集

表 1. 美国石油进口数据

本作业主要集中于美国石油进口的生命周期。表 1 中的实际进口数据来自美国交通部运输统计局。

这里需要提两点。首先，美国交通部只提供了 1990 年之前的每五年（1960 年、1965 年、1970 年、1975 年、1980 年、1985 年和 1990 年）的数据，以及 1990 年之后的每年数据。1960 年和 1965 年的数据被用来估计这两年之间的进口量。例如，1961 年的进口量 = 1960 年进口量的 0.8 + 1965 年进口量的 0.2，1962 年的进口量 = 1960 年进口量的 0.6 + 1965 年进口量的 0.4。其次，2006 年后，我们可以看到进口量下降，表明生命周期正进入后成熟阶段。

曲线拟合

我们使用下面的公式 (1) 来预测进口量。

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

其中

S(t) 是状态度量，

t 是时间（通常以年为单位），

t0 是拐点时间，

k 是饱和状态水平，

b 是一个系数。

从 Eq(1) 中得出，我们可以得到公式 (2)

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

借助 MS Excel，我们可以轻松地进行回归。表 2 是我们在 Excel 表格中获得的结果。

表 2. 回归

然后我们选择 K=20，b=0.059151，t_0=1996，t 统计量为 25.45。在所有参数都可用的情况下，我们然后使用 Eq(1) 计算预测的进口量，并得到表 1。最后，我们得到图 1。

图 1. 美国石油进口的生命周期

定性分析

事件

1973 年石油禁运

石油禁运从 1973 年开始。美国对以色列的支持和武器供应激怒了阿拉伯国家。欧佩克宣布实施石油禁运，一直持续到 1974 年 3 月。可以预测到 1973 年和 1974 年石油进口会下降。但是，我们只有 1970 年和 1975 年的数据，我们不知道石油禁运期间发生了什么。我的假设是美国确实需要石油。在此期间，进口量下降了，但美国仍然可以从其他国家进口石油，例如加拿大和墨西哥。在取消禁运后，它继续从欧佩克成员国进口石油，并且进口量超过了禁运前的水平。

表 3. 美国原油进口量（千桶）

伊朗革命和两伊战争

两伊战争从 1980 年 9 月持续到 1988 年 8 月，紧随伊朗革命之后。两国都是产油国。两国的石油总产量在 1980 年 11 月降至每天 100 万桶。在此期间，石油运输必然受到了影响。美国也参与了战争。战争导致原油价格上涨，美国石油进口下降，正如我们在图 1 中看到的 1985 年的下降一样。

海湾战争

1990 年 8 月，伊拉克入侵科威特引发了海湾战争。再次，两国都是产油国。美国比上次更深入地参与了战争。战争于 1991 年 2 月结束。美国的石油进口在 1991 年下降。石油泄漏和科威特石油大火也对石油生产产生了重大影响。据称大火持续了 10 个月，每天损失 600 万桶石油。石油泄漏浪费了 4 亿加仑原油。

9/11

911 事件可能影响美国的方方面面。经济受到了严重影响。航空公司乘客人数下降。由于 911 事件的影响，石油进口下降。

未知事件

1995 年图 1 中也出现了下降。当时发生了什么尚不清楚。一个事实是，美国在 1995 年 2 月生产的石油比进口的要多。如果总需求保持不变，那么产量越多，进口量就越少。

技术

油轮

图 2. 海神塔拉-023

石油海上运输可以追溯到 1861 年。当时“伊丽莎白·沃茨”号帆船首次装载石油驶往英国。油轮行业拥有超过 120 年的历史。甚至挪威的托勒夫森建造了世界上第一艘油轮。诺贝尔兄弟克服了重重挑战，成功地改进了油轮。2700 吨的“格鲁考夫”号是第一艘将发动机安装在船尾的船。而且石油可以直接泵入船舱，而不是像以前那样装在桶或桶中运输。油轮设计从此沿袭“格鲁考夫”号。美国人发明了油轮，用于批量运输石油。由于油轮越大，运输成本越低，因此油轮的建造规模越来越大。在两次世界大战期间，油轮不断发展，尺寸和功率越来越大。出于政治和技术原因，石油行业被鼓励将炼油厂迁至市场，这导致了对专门用于运输原油的油轮需求的增加。二战结束后，标准尺寸的油轮是 T2 型油轮。然而，苏伊士运河限制了油轮的尺寸。在 1995 年的苏伊士运河危机和 1967 年以色列和埃及之间的六日战争之后，苏伊士运河两次关闭，油轮的尺寸开始显著增长。我们迎来了超级油轮时代，新一代油轮包括 VLCC（超大型原油运输船）和 ULCC（超大型原油运输船）。

在 1950 年代，石油价格的 33% 是由运输成本造成的。在超级油轮时代，运输成本下降至 5%。现在不到 3%。随着运输成本的下降，进口量增加。

管道

表 4. 管道运输的石油

图 3. 管道运输的石油

管道是输送气体、液体的好方法。它安全、快速、高效。美国主要通过管道从加拿大和墨西哥进口石油。

用于运输的铁管可以追溯到 19 世纪 30 年代。自 1860 年以来，人们开始使用管道运输石油。然后管道业务继续在质量上不断提升。人们研究了更好的材料和技术，以及安全法规。1905 年，原油管道横跨全国，将德克萨斯州、俄克拉荷马州和堪萨斯州的石油输送到全国各地。1917 年，原油管道纵横交错于美国大部分地区，到 1920 年代，随着汽车行业的蓬勃发展，管道里程增长了三倍，超过 115,000 英里。在二战期间，管道继续发展，因为油轮在海上很容易受到攻击。随着从海外和加拿大进口石油的增加，管道业务萎缩。1968 年，阿拉斯加普拉德霍湾油田被发现，一条横跨 800 英里冰冻、雪山和冻土地带的管道建成。如今，管道已经变得多功能，可以运输石油、天然气，甚至特殊化学品。

从表 4 和图 3（美国交通部数据）中可以看出，1990 年至 2008 年，管道运输的石油总量（原油+石油产品）约为 600,000（单位未给出）。变化很小。

早期市场发展

表 5. 石油国内产量、进口量和消费量

图 4. 石油国内产量、进口量和消费量

石油进口取决于几个原因。虽然美国拥有丰富的石油储备，但它仍然进口石油，而且进口量远远超过其国内产量，如表 5 和图 4（来源：美国交通部）所示。有两个原因可以解释这一点。首先，这是一种国家战略。石油是非可再生资源。我们消耗得越多，剩余的越少。美国不希望消耗其国内石油。如果发生战争，海上石油运输线被切断，哪个国家储备的石油更多，哪个国家就会赢得战争。战略石油储备始于 1977 年，也可以证明这一点。其次，价格显然是一个重要因素。如果进口石油的价格低于国内石油的价格，人们肯定会选择前者。

我相信石油进口始于 1900 年之前。但是，当时的数据很难追踪。早期市场主要受需求和运输方式的影响。

石油进口的增长

图 5. 车辆数量、公路和航空运输

图 6. 行驶里程、公路和航空运输

二战结束后，石油进口量持续增长。超级油轮使石油运输变得更加容易和便宜。一艘超级油轮每年可以运输 20 亿吨石油，每加仑的运输成本仅为 3 美分。

当时的国际局势相对和平。经济快速增长。美国人变得富有，购买了更多的汽车。从 1960 年到 2005 年，车辆数量、公路车辆行驶里程、航空运输公司数量和航空运输车辆行驶里程不断增长，如表 6（来源：美国交通部）所示。上述增长表明对石油的需求更大，因为公路和航空运输车辆都消耗石油。

石油进口的成熟

图 7. 预测的石油生命周期

大约在 2005 年，石油进口量达到峰值。为什么我不使用 2005 年之后的数据来计算生命周期曲线？因为我相信 2005 年是峰值点，此后进口量一直在下降，并且会继续下降。

图 7 是根据公式（1）和我们拥有的参数预测的石油生命周期。它将在 2050 年后达到峰值，接近每天 2000 万桶。但是，这种预测可能不一定是准确的。从表 6、图 5 和图 6 可以看出，车辆数量、公路车辆行驶里程、航空运输公司数量和航空运输车辆行驶里程已经停止增长，开始下降，这意味着对石油的需求正在下降。几个因素可以解释这种模式。首先，在互联网的帮助下，人们可以在家工作，所以他们不需要经常使用汽车。其次，人们开始意识到环境问题，更愿意使用公共交通工具，如地铁、轻轨和公交车。第三，经济衰退（2007-2009）可能与之有关，但我们不知道它对石油需求的影响有多大。事实上，我们现在并没有处于经济衰退状态，但经济衰退之后，石油进口量继续下降。因此，经济衰退不应该是主要因素。

此外，自 2006 年以来，石油的国内产量一直在增加，这意味着美国对来自国外（或北美以外的国家）的石油需求减少（虽然美国仍然从加拿大和墨西哥进口大量石油）。

更重要的是，美国正在实施奥巴马能源政策，这也是石油进口量下降的原因。将在后面的部分讨论。

所以我认为我们应该画另一条曲线来表示其下降趋势，而不是在 2005 年之后继续上升。根据预测的生命周期，1996 年是零节点，在此之前，增长率为正，之后增长率为负。如果没有任何外部因素，如能源政策、经济衰退和战争，它可能会达到 20。但是，外部因素是不可避免的，其中一些因素已经开始影响它。这就是为什么我们看到自 2005 年以来出现下降的原因。

奥巴马能源政策

图 8. 混合动力汽车的销量

表 8. 按能源来源划分的电力净发电量

奥巴马政府能源政策的目标是使用清洁能源，使美国更具能源独立性，并减少碳排放。它将为石油和天然气的勘探开辟新的领域。它将增加对可再生能源的使用，例如风能、太阳能和水力发电。它将建造符合更高标准的新型汽车和卡车。它将开发其丰富的天然气储备。

总统希望提高燃油效率标准。他本人已经决定为联邦车队购买 5,000 辆混合动力汽车。混合动力汽车被认为更节能，自 2000 年以来，其销量越来越大，如图 8（来源：美国交通部）所示。在政府的鼓励下，混合动力汽车将更加流行。提高燃油效率、增加生物燃料和经济衰退共同导致了石油消费量的减少，从而导致石油进口量的减少。

不仅是混合动力汽车，可再生能源也得到了现任政府的强力支持，从 2008 年到 2012 年，可再生能源发电量（不包括水力发电）从美国总发电量的 3.1% 上升到 5.9% 。从表 8（来源：USEIA）中可以看出，用于发电的石油正在减少，而可再生能源正在增加。