能源经济学课件：能源战略储备

1能源经济学

能源战略储备目录213.1能源战略储备的概念与作用13.2能源战略储备规模13.3能源战略储备的补仓策略13.4突发事件下战略石油储备的释放策略13.5战略石油储备的安全保障能力13.1能源战略储备的概念与作用13.1.1能源战略储备的概念13.1.2能源战略储备的作用313.1.1能源战略储备的概念能源战略储备（strategicreserve）是指一国为了应付战争、进口受到限制以及其他意外情况时出现的能源供应不畅，保障本国经济正常运行和国防需求，在平时有计划地建立一定数量的储备，包括对石油、煤炭、天然气等不可再生能源的储备。目的：缓解能源供应短缺对经济发展的影响，进而减少因能源价格骤涨造成的国家宏观经济损失。413.1.1能源战略储备的概念当今世界能源体系以石油为主，石油消费占一级能源消费的34%左右。需求刚性与供给不确定性需求无限性与储量有限性储量分布与消费不均衡性1973/74年第一次石油危机油价上涨了4倍，美国和日本的GDP分别下降了4.7%和7%，发达国家成立了国际能源署(IEA)，规定各成员国必须建立相当于90天净进口量的石油战略储备。513.1.1能源战略储备的概念1979/80年的第二次石油危机油价上涨了14-35美元/桶，美国和日本的GDP分别下降了3%和1.8%，减缓了GDP损失。2011年世界主要石油储备分布6数据来源：长江期货，201213.1能源战略储备的概念与作用13.1.1能源战略储备的概念13.1.2能源战略储备的作用713.1.2能源战略储备的作用通过向市场释放储备，增加市场能源供给，减轻市场心理压力，从而降低能源价格不断上涨的可能，达到减轻能源供应短缺对整体经济冲击的程度。对能源进口国而言，其真正的作用不在于弥补损失的进口量，而在于抑制能源价格的上涨。1990年8月伊拉克入侵科威特，国际原油月平均价格暴涨58%，1991年1月17日，IEA启动了应急预案，在随后15天内向国际市场提供了总量相当于250万桶的石油，自启动之日起，国际原油价格从33.73美元/桶下降到18.35美元/桶，跌幅接近50%，基本上与上涨之前油价持平，起到了很好的平抑油价的作用。813.1.2能源战略储备的作用能源战略储备对市场作用的大小，受很多因素影响释放的规模（占当时能源消费量的比重）释放的策略释放前能源市场供需状况等此外，还起到降低人为供应冲击发生频率的作用能源战略储备的存在本身可以起到一种威慑作用，使人为的供应冲击不至于发生或降低发生的频率。在石油输出国组织交替实行“减产保价”和“增产抑价”的政策时，战略储备能够使进口国的经济和政治稳定，不会受到人为石油供应冲击的影响。9目录1013.1能源战略储备的概念与作用13.2能源战略储备规模13.3能源战略储备的补仓策略13.4突发事件下战略石油储备的释放策略13.5战略石油储备的安全保障能力13.2能源战略储备规模13.2.1能源战略储备的主体13.2.2能源战略储备的现状13.2.3最优战略储备规模13.2.4案例研究：中国2020年最优石油储备规模1113.2.1能源储备的主体企业各级政府专门的组织机构（IEA成员国的政府或独立机构，石油储备释放均需政府授权）例如，法国“石油战略储备行业委员会”，筹建了专门的“安全储备管理有限责任公司”，石油战略储备行业委员会负责制定石油储备的各项具体政策，确定安全储备管理有限责任公司的采购和销售计划。它是特许经营机构，主要任务是根据法律承担战略储备义务，几乎所有的石油生产和经营企业都是其股东。12不同主体运作方式和作用企业（商业化机制运作、工业性库存）政府或机构（法律程序、战争等突发危机时刻、公关性库存）欧洲以工业性库存储备为主美国、日本、韩国等则以政府公共性库存储备占主导近年来，公共性库存储备在IEA应急响应机制中占据越来越重要的地位我国仍以政府的公共性储备为主1313.2.1能源储备的主体13.2能源战略储备规模13.2.1能源战略储备的主体13.2.2能源战略储备的现状13.2.3最优战略储备规模13.2.4案例研究：中国2020年最优石油储备规模141973~1974年石油危机后，成立了国际能源署(IEA)。IEA的核心使命是对石油供应中断做出应急响应(根据1974年《国际能源规划协定》)。要求国际能源署成员国持有的石油库存要相当于至少90天的石油净进口量，而且在出现重大石油供应中断时，如有必要，必须释放库存、抑制需求、转用其他燃料、增加国内生产或分享可用的石油。全球能源储备主要集中在IEA各成员国，而且主要是石油储备截止2010年12月底，石油库存总量共计约42亿桶，其中，专门用于应急而持有的公共库存达到了16亿桶，工业库存26亿桶，工业库存包括了商业库存和为履行政府规定的库存持有义务而持有的库存1513.2.2能源战略储备的现状成立伊始的快速补仓阶段

1974~19841985~1989库存达到一定规模后的徘徊阶段海湾战争后的新一轮增长阶段(年)1997~1998年亚洲金融危机后的快速下降阶段“9·11”事件后的快速增长阶段13.2.2能源战略储备的现状1999~20021990~19982003-2010IEA成员国的石油库存发展5个阶段IEA成员国的石油库存发展5个阶段成立伊始的快速补仓阶段(1974~1984年)各成员国为了提高应对石油危机的能力，同时达到IEA要求的最低储备库存标准，都最大限度的补充石油储备，所以1984年底各成员国的石油库存已达到34亿桶，增长非常快。库存达到一定规模后的徘徊阶段(1985~1989年)由于高昂的运营维护成本，以及国际石油市场的相对稳定，使得各成员国继续提高储备库存的积极性越来越小，所以这一时期各成员国总的石油储备库存基本没有增加，维持在34亿桶左右，1985年甚至出现了下滑。1713.2.2能源战略储备的现状海湾战争后的新一轮增长阶段(1990~1998年)1990年爆发的海湾战争引发了第三次世界石油危机，为各成员国重修增加石油储备库存打了一针强心剂，总的石油储备库存从1989年的不足35亿桶，增加到1998年的39.5亿桶。1997~1998年亚洲金融危机后的快速下降阶段(1999~2002年)亚洲金融危机的爆发，使得世界石油需求锐减，国际油价暴跌，部分石油储备国在油价相对高位的时候选择了抛售石油储备的策略，所以1999年底各成员国石油储备库存比1998年至少下降了3亿桶。使得1999-2002年期间国际能源署总石油库存维持在37亿桶左右。1813.2.2能源战略储备的现状“9·11”事件后的快速增长阶段(2003-2010年)2001年“9·11”事件后，美国大规模增加战略石油储备，而且国际原油价格自2003年底开始持续上涨，IEA大多数成员国开始增加石油储备，其总石油储备库存平均每年增加约1亿桶，2007年出现了一次下滑。1913.2.2能源战略储备的现状13.2能源战略储备规模13.2.1能源战略储备的主体13.2.2能源战略储备的现状13.2.3最优战略储备规模13.2.4案例研究：中国2020年最优石油储备规模20美国作为最大的储备国，2010年底其战略石油储备库存约7.3亿桶，工业库存约10亿桶，总的石油库存储备约占IEA的41%。美、日、韩以公共库存为主，欧洲以工业库存为主。2113.2.3最优战略储备规模储备成本高、能源价格波动剧烈频繁

能源供应安全是一个不确定性问题

各经济体最优的能源战略储备规模不等2213.2.3最优战略储备规模能源战略储备规模的决定因素进口绝对量进口量越大，对国际市场的依赖程度越大，所需的战略储备量越大。IEA对各成员国要求的最低石油储备规模就是以各国净进口量为标准确定的。经济对能源价格的敏感性，通常用GDP对能源价格弹性为度量。财富转移、潜在经济损失、宏观调整成本储备成本（最直接的因素）美国地面建设油库储备石油每桶成本大约为15-18美元，开凿山体岩洞储油每桶成本高达30多美元，在墨西哥湾沿海地区的地下盐层每桶成本则仅有1.5美元(长江期货,2012)。其他因素（中断可能性等）2313.2.3最优战略储备规模能源战略储备规模决策树模型能源供应短缺的两个主要原因政治和制度因素垄断组织的任性行为（“战略冲击”）（1）财富直接转移到能源输出国（2）降低国内生产潜力（3）降低GDP的增长率24GDP损失指三类损失之和能源价格骤涨对能源进口国经济的影响体现定义财富转移是高出竞争市场价格那部分所支付的成本，也就是说是由于垄断导致的财富转移，即(垄断价格-竞争价格)*进口量=财富转移13.2.3最优战略储备规模首先确定当能源供应短缺概率分布为

时，各种决策方案

的期望报酬值

，国家能源战略储备总成本的期望值，简记为

，由于状态变量

是离散型随机变量，所以

发生的概率为

，则

，

目标为总成本最小时，满足

（13-2）的方案

为最优方案。25（

为决策集，

为状态集)（13-1）13.2.3最优战略储备规模13.2能源战略储备规模13.2.1能源战略储备的主体13.2.2能源战略储备的现状13.2.3最优战略储备规模13.2.4案例研究：中国2020年最优石油储备规模26设：={30天储备规模，60天储备规模，90天储备规模}={低油价，相对较高油价，高油价}基本假设：（1）中国石油储备投资中的石油进口成本、储备成本和运营成本的比例等同于美国从建立石油储备到现在三种成本在储备投资中的平均份额；（2）当出现长期供应短缺，60天和90天的储备对GDP损失的贡献率相同。2720美元/桶35美元/桶50美元/桶13.2.4案例研究：中国2020年最优石油储备规模28注：决策树中各数据除概率外，其余的单位均为亿美元最优储备规模结果13.2.4案例研究：中国2020年最优石油储备规模目录2913.1能源战略储备的概念与作用13.2能源战略储备规模13.3能源战略储备的补仓策略13.4突发事件下战略石油储备的释放策略13.5战略石油储备的安全保障能力13.3能源战略储备的补仓策略13.3.1能源战略储备补仓策略模型13.3.2案例研究：中国2020年最优石油战略储备补仓策略30国家能源战略储备是在紧急或特殊情况下才动用的储备，主要是防止能源供应短缺的进一步恶化，保障短期的能源供应，为采取和制定解除能源危机的方案赢得宝贵的时间，同时降低消费者的心理恐慌和能源价格暴涨的影响。与一般产品库存补给类似，能源战略储备补仓策略的制订属于优化问题，且由于采购量大，库存成本高，一般分阶段完成。3113.3.1能源战略储备补仓策略模型能源战略储备补仓策略的不确定动态规划模型为：32,式中，

为状态变量，表示第k年的实际能源价格;为决策变量，当=1,表示第k年的最优决策为补充能源战略储备,=0时，表示第k年的最优决策为等待，即能源战略储备不发生变化；

表示第k年决定等待，而在以后采取最优决策时采购价格的期望值；

表示第k年实际能源价格为

时，从第k年至第k-1年采取最优决策所得的能源战略储备的最小期望值。由

和

的定义可知：

(13-3)(13-4)13.3.1能源战略储备补仓策略模型能源战略储备补仓策略的不确定动态规划模型为：33这里

为国际能源市场不同价格的概率。

(13-5)最优决策为(13-6)13.3.1能源战略储备补仓策略模型3413.3.1能源战略储备补仓策略模型13.3能源战略储备的补仓策略13.3.1能源战略储备补仓策略模型13.3.2案例研究：中国2020年最优石油战略储备补仓策略35假设1：

我国战略石油储备补仓行为对国际原油价格没有影响。该假设的合理性在于，我国战略石油储备主要来自于本国石油产量和海外份额油。我国战略石油储备一期工程的总储备能力约为1200万吨(约8760万桶)。如果都来自于国际原油市场，相当于每天多进口6.0万桶，仅占2006年每天原油进口量的15.1%。假设2：假设2011-2020年的国际原油价格可能会出现的价位分别为70美元/桶，90美元/桶，110美元/桶,130美元/桶，且三种油价发生的概率分别为0.25,0.25,0.25,0.253613.3.2案例研究：中国2020年最优石油战略储备补仓策略参考Wei等(2008)的研究结果，模型中2020年的储备规模定为3.5亿桶。每年的单位储存成本假设等同于美国的储存成本0.32美元/桶（Teisberg,1981）依据不确定动态规划模型：37不确定动态规划模型补仓策略结果

2011-2020年我国战略石油储备最佳补仓时机和策略13.3.2案例研究：中国2020年最优石油战略储备补仓策略

(1)在2011-2017年当国际油价低于85美元/桶时，最优策略为补充战略储备，否则保持规模不变，等待合适时机。(2)在2018年当国际油价低于90美元/桶时，最优策略为补充战略储备，否则保持规模不变，等待合适时机。(3)在2019年当国际油价低于100美元/桶时，最优策略为补充战略储备，否则保持规模不变，等待合适时机。(4)由于为了保障国家能源供应安全，2020年必须实现规划的储备规模，所以无论2020年的油价处于什么价位，都应该补充战略储备，达到预期的储备规模。38不确定动态规划模型补仓策略结果13.3.2案例研究：中国2020年最优石油战略储备补仓策略39总成本最小的决策目标最优补仓策略结果2011-2017ifp﹥$100.0/bblNoifp≦$90.0/bblifp≦$100.0/bblifp≦$90.0/bblIf90.0﹤p≦100.0if90.0﹤p≦100.0ifp﹥$100.0/bblifp≦$100.0/bblifp﹥$85.0/bblifp≦$85.0/bblifp﹥$90.0/bblifp≦$90.0/bblifp﹥$90.0/bblLessbuy25Mb/yearNoNoNoNoifp﹥$100.0/bblNoifp≦$90.0/bblifp﹥$100.0/bblNoLessbuy25MbBuy200MbBuy25MbBuy25MbLessbuy50MbBuy225Mb201820182019201920192019Buy50Mb2020Buy25Mb2020Buy50Mb2010Buy25Mb2020Buy25Mb2020Lessbuy75Mb2020Buy25Mb2020Buy250Mb2020Buy25MbLessbuy50Mb2020Buy25MbBuy225Mb202013.3.2案例研究：中国2020年最优石油战略储备补仓策略2011-2017年：低于85美元/桶时，每年买进2500万桶原油补充储备高于85美元/桶时，下一年或下几年当油价低于85美元/桶时，应该在买进当年2500万桶的基础上补仓。2018年：低于90美元/桶时，应该至少买进2500万桶原油，使达到3亿桶。2019年：低于90美元/桶时，应该至少买进2500万桶原油使达3.25亿桶；在90-100美元/桶时，应该最多买进2500万桶原油。2020年：无论油价处于什么价位，都应该至少买进2500万桶，使国家战略石油储备规模达到预期的3.5亿桶。40总成本最小的决策目标最优补仓策略结果13.3.2案例研究：中国2020年最优石油战略储备补仓策略目录4113.1能源战略储备的概念与作用13.2能源战略储备规模13.3能源战略储备的补仓策略13.4突发事件下战略石油储备的释放策略13.5战略石油储备的安全保障能力13.4突发事件下的战略石油储备的释放策略

能源战略储备是为应对突发事件导致的能源供给中断，或价格异常而设置的库存。

突发事件下，能源战略储备最优策略的理论研究与最优储备规模，补给策略一样，主要运用优化理论、博弈论或决策理论，如Murphy,etal(1989)针对国家战略石油储备和民间储备对石油供应短缺的不同反应，应用动态Nash博弈模型再现并分析了国家战略石油储备和民间储备在动荡的国际能源市场中的相互作用，以期获得最优的战略石油储备规模和释放策略。4213.4突发事件下战略石油储备的释放策略13.4.1突发事件下战略石油储备策略的动态规划模型13.4.2突发事件对国际油价的冲击13.4.3案例研究：突发事件下中国战略石油储备释放策略43基本要素：石油市场的不安全成本函数GDP损失，它依赖于时间t、t时期石油市场的状态、t时期的石油战略储备规模。石油消费者的不安全成本简单概括为消费者需求的盈余损失一是储备量的净盈余流，当A

是正值时，为成本，A为负值时，为盈余(利润)；二是出现石油供应短缺或中断造成的GDP损失；三是补仓和释放对油价冲击造成的额外盈余；最后是储备成本，假设每年的单位储备成本为v,则全部的储备成本为v[E(t)+A]4413.4.1突发事件下战略石油储备策略的动态规划模型动态规划模型的变量说明4513.4.1突发事件下战略石油储备策略的动态规划模型战略石油储备的成本函数为：石油供应短缺或中断造成的GDP损失函数：可以转化成一个动态的总储备成本最小化的问题：动态规划起始于时间终点，逆推至时间起点，根据

求出最优的石油战略储备补仓量出现石油供应短缺或中断时的短缺量：46

I13.4.1突发事件下战略石油储备策略的动态规划模型13.4突发事件下战略石油储备的释放策略13.4.1突发事件下战略石油储备策略的动态规划模型13.4.2突发事件对国际油价的冲击13.4.3案例研究：突发事件下中国战略石油储备释放策略47突发自然灾害2005年8月底飓风卡特里娜袭击墨西哥湾，造成其附近三分之一以上油田被迫关闭，七座炼油厂和一座美国重要原油出口设施也不得不暂时停工。纽约商品交易所原油期货价格8月29日开盘时每桶飙升4.67美元，达70.8美元。8月31日，布什政府同意动用战略石油储备，从2005年9月2日至2006年1月6日共释放1620.0万桶，以缓解原油供应短缺，Brent原油价格也从65.95美元/桶一度降至52.84美元/桶。国际能源署(IEA)9月2日宣布，所有26个成员国一致同意每天将向原油市场投放200万桶的战略储备，为期30天，以帮助解决因“卡特里娜”飓风造成的市场紧张局面。IEA释放6000万桶战略石油储备的消息，使得纽约石油市场WTI原油期货价格当天应声大幅下跌。4813.4.2突发事件对国际油价的冲击局部武装冲突1990年8月2日伊拉克入侵科威特，导致全球石油供应下降，国际原油月平均价格暴涨58%。8月7日美国总统布什正式批准了采取针对伊拉克的大规模军事部署行动，为了保障美军战争期间充足的石油供应，布什总统签署了有史以来第一次大规模释放战略石油储备的命令，从1990年10月26日至1991年04月05日连续释放2114.1万桶，期间国际原油价格也从33.73美元/桶下降到18.35美元/桶。

4913.4.2突发事件对国际油价的冲击经济危机为了缓解联邦政府财政预算赤字，美国政府决定在油价相对高位时出售战略石油储备，通过高抛低吸的市场化运作方式，降低储备成本，所以从1995年10月13日至1998年11月06日总计出售了2825.7万桶，期间国际油价一度高达25.18美元/桶。由于受亚洲金融危机的影响，国际原油月平均价格暴跌59%，1998年底一度跌至10美元以下，1998年12月开始美国陆续补充战略石油储备800万桶，成功完成了一次“高抛低吸”策略，很大程度上降低了储备总成本。5013.4.2突发事件对国际油价的冲击未来三类突发事件对国际油价的冲击研究方法：小波模式匹配理论从油价历史数据中分别找出波动趋势与预测结果相匹配的时间段再按这个时期历史数据各月的变换规律来匹配预测数据各月的变换趋势进而得到2010-2020年各月的国际原油价格的预测数据。5113.4.2突发事件对国际油价的冲击52突发自然灾害对国际油价的冲击不同突发事件对国际油价的冲击13.4.2突发事件对国际油价的冲击53经济危机对国际油价的冲击不同突发事件对国际油价的冲击13.4.2突发事件对国际油价的冲击13.4突发事件下战略石油储备的释放策略13.4.1突发事件下战略石油储备策略的动态规划模型13.4.2突发事件对国际油价的冲击13.4.3案例研究：突发事件下中国战略石油储备释放策略54应对突发自然灾害的最优储备策略：55最优策略是在快速释放一定规模的储备之后，应根据油价的波动情况，适时进行少量的补仓，总体仍以释放为主。不同油价情景下的最优补仓和释放策略也略有差异13.4.3案例研究：突发事件下中国战略石油储备释放策略应对突发自然灾害的最优储备策略：56释放战略石油储备对油价的抑制作用又有很大不同13.4.3案例研究：突发事件下中国战略石油储备释放策略应对经济危机的最优储备策略：57最优策略应以适当的“高抛低吸”为主，以降低储备总成本13.4.3案例研究：突发事件下中国战略石油储备释放策略应对局部武装冲突的最优储备策略：58因为局部武装冲突往往会导致油价的居高不下，所以这种情景下的最优策略以释放为主高油价情景下，由于未来油价呈快速上升的趋势，所以在供应短缺得到缓和后，其最优策略不同于其他两种情景，而是适时进行快速补仓13.4.3案例研究：突发事件下中国战略石油储备释放策略目录5913.1能源战略储备的概念与作用13.2能源战略储备规模13.3能源战略储备的补仓策略13.4突发事件下战略石油储备的释放策略13.5战略石油储备的安全保障能力13.5战略石油储备的安全保障能力战略石油储备是构成石油进口国能源战略的一个重要组成部分。由于石油储备规模工程浩大，如此建立起来的石油储备能否真的发挥、担当起人们赋予的责任呢，也就是说，战略石油储备实际运行对能源安全的保障能力到底如何？这是一个很复杂的问题，对其衡量不仅牵涉到当时的世界能源市场状况、经济发展状况等一系列问题，其效果还与战略石油储备的运作密切相关，如战略石油储备的建仓、释放时机、量的选择等技术性很强的问题。下面仅从石油产业链角度，利用线性规划模型给大家简单介绍如何分析战略石油储备对抵御能源供应风险和价格风险的效果。6013.5战略石油储备的安全保障能力13.5.1石油供应链网络13.5.2战略石油储备安全保障能力的规划模型61四个部门构成62CI为产油国集合，CP为国内原油生产地集合，P