【信达能源】石油、天然气、煤炭比价关系研究

市场资讯 2022.04.06 18:48

核心提要：石油、天然气、煤炭单位热量价格波动具有较强的一致性，尤其是石油和煤炭。2021年8月以来，在供给紧缺和需求旺盛的双重作用下，全球天然气价格一路飙升，进而出现煤炭、石油的紧张，并导致天然气、煤炭、原油价格连创新高。2022年2月以来，受俄乌局势影响，全球能源价格持续暴涨。

单位发热量煤炭价格明显低于石油、天然气价格。从化学组成来看，煤炭几乎全由碳原子组成，能源密度低于油气，理论上更适合用作转化材料。石油和天然气主要成分中氢原子占比更大，其单位热值高，更适合用作燃料组分。而在能源下游用途上，燃料消费占比在80%以上，材料消费占比为15%-20%。因此，能源属性领域中煤炭具有明显的成本优势。

石油和煤炭单位热量价格增速整体保持稳定，而天然气单位热量价格增速波动明显更大，且出现波动的频率更高。石油和煤炭的单位热量价差整体在一定区间保持稳定，天然气和煤炭的单位热量价差在2021年8月前相对稳定，在2021年8月后出现大幅震荡。2022年2月以来受持续升温的俄乌地缘政治紧张局势影响，国际能源价格暴涨，气价和油价在高位的震荡也使得它们与煤炭的价差不断扩大，从而也助推了近期国际煤价的暴涨。

由于化石能源的相互替代效应，石油和天然气单位热量价格波动均会对煤炭单位热量价格产生影响，且石油价格波动对煤炭价格的正向作用要明显大于天然气价格波动对煤炭价格的作用。由于煤炭具有显著的比价优势，国际油气价格的上涨有望使全球能源消费向煤炭倾斜，加之俄罗斯铁路运输能力和港口中转效率都制约着俄煤出口远东，这都将有利于国际煤炭价格保持高位。

国际石油、天然气、煤炭价格变化会对国内煤炭价格产生正向影响。我国“富煤、贫油、少气”的资源禀赋决定了国际能源变化会影响国内能源煤炭供需结构。经回归分析发现国际煤油气价格与国内煤炭价格具有正相关关系，在分别考虑国际能源价格的作用效果时，国际石油、天然气、煤炭价格每上涨1个单位，国内煤炭价格将分别上涨0.3204个单位、0.0977个单位和0.4146个单位。

风险因素：

1、疫情变化导致国际经济出现危机式下滑；

2、俄乌战争形势恶化后或缓解后的不确定性；

3、相关能源政策的干扰等。

正文目录

一、国际能源单位热量价格趋势变化分析

1. 石油、天然气、煤炭单位热量价格分析

2. 石油、天然气、煤炭单位热量价格比值分析

3. 石油、天然气、煤炭单位热量价格增速分析

4. 石油、天然气、煤炭单位热量价差分析

二、国际能源价格与国内煤价的关系

1. 国内外煤炭单位热量价格比较

2. 国际煤油气价格与国内煤价相关性分析

三、石油、天然气对煤炭价格的脉冲响应分析

风险因素

一、国际能源单位热量价格趋势变化分析

目前能源市场中煤炭、石油、天然气的定价机制各不相同，在实际中价格的表现形式也有多样。能源的种类不同，计量单位也不同，如煤炭按吨计算，原油按桶计算，天然气等气体能源按立方米或百万英热计算。由于各种能源都具有含能量的属性，在一定条件下都可以转化为热，所以选用各个能源所含的热量作为核算的统一单位，可以分析不同能源品类之间的比价关系。

1、石油、天然气、煤炭单位热量价格分析

为了计算比价关系，将各种能源统一折算成以“标准煤”计价的形式。其中，标准煤以国际基准煤炭价格之一——纽卡斯尔NEWC动力煤价格进行衡量。以纽尔斯卡NEWC动力煤作为基准，其发热量约为5500大卡/千克，石油发热量是9000-11000大卡/千克，以热量均值计算，所以一吨石油的发热量大约相当于1.82吨基准煤炭。1桶原油约为136千克原油，所以1桶原油的热量大约相当于0.2473吨基准煤炭。天然气常以单位百万英热对热量进行核算，其中，5500大卡约等于0.021811百万英热。在具体衡量上，石油选取布伦特DTD原油现货价，天然气选取荷兰TTF现货价，并将石油、天然气、煤炭统一折算成以“基准煤”计价的形式。将能源按照基准煤热量进行折算后，2020-2022年间，石油、天然气、煤炭单位热量价格走势如图1所示。

首先，石油、天然气和煤炭单位热量价格的波动具有较强的一致性，尤其是石油和煤炭。其次，单位发热量煤炭价格明显低于油气价格。整体而言，2021年8月之前单位发热量石油价格>天然气价格>煤炭价格，2021年8月之后单位发热量天然气价格>石油价格>煤炭价格。背后的原因在于：自2021年8月起，在供给紧缺和需求旺盛的双重作用下，全球天然气价格屡创新高。在供给端，2020年寒冬欧洲消耗了比往年更多的天然气储备，但受新冠肺炎疫情影响，2020年度全球天然气开采量下降，天然气储备未得到及时补充。全球不同地区的天然气生产还遭受干扰与中断，天然气供给端储备不足。在需求端，疫情的平复推高了对天然气的需求，加之为应对全球气候变暖，不少国家先后推出碳中和目标，并开始选择天然气作为一种过渡燃料来替代石油和煤炭的使用，进而加大了近期对天然气的消费需求。在此节点上，全球范围内天然气价格的高涨进一步增加了企业的经营成本，让这些成本密集型企业无法承担，或采用减产降本甚至停产的应对措施。供需端的双重影响将天然气价格推至历史高位。这一时期从全球市场来看，主要是天然气的紧缺，带动原油的紧张，并直接导致动力煤、焦煤焦炭持续紧缺，价格连创新高。而石油、煤炭价格的上涨又会进一步推动天然气价格上涨。一方面是源于天然气与油价挂钩的定价机制，另一方面是以煤炭替代天然气发电，需要购买更多的碳排放配额，昂贵的碳排放配额又会促使能源公司重新使用天然气，加剧天然气供不应求。

2022年2月以来，受俄乌局势影响，全球能源价格持续上涨。俄罗斯在全球能源供应中占据关键作用，欧盟进口天然气中约40%、进口原油中约30%来自俄罗斯。欧洲能源市场在短期内难以摆脱对俄罗斯的进口依赖，俄乌局势的升级会进一步加剧国际油气供应短缺的市场预期。欧洲方面为应对天然气紧缺、保障自身能源安全，在极端情况下他们可能会大量采购天然气现货，这将加剧欧洲天然气供应紧张状况，天然气价格或将突破历史最高位。石油方面，短期来看地缘局势引发的原油供给担忧情绪暂时难以缓解，即使在俄罗斯没有断供的情况下，石油价格也会在供需错配的矛盾下维持高位；此外由于传统油气资产开发生产周期较长，未来OPEC原油总产能增长依然受阻，加之全球能源转型使得国际石油公司的投资更倾向于低碳资源，原油产能的修复潜力不足。由于煤炭显著的比价优势，为应对可能出现的能源危机，欧洲预计会更多依靠煤炭来提供能源供给，煤炭消费占比或将有所提高；但在供给端，去往远东方向的铁路运输能力和港口中转效率制约着俄煤出口远东，而横贯欧亚大陆的铁路建设周期较长，所以即使因为欧盟制裁，俄煤出口欧洲量减少，计划运往欧洲的煤炭也不会全部运往远东地区。综上，这些风险因素都导致能源价格的风险溢价将在一段时间内保持高位。

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图1：石油、天然气、煤炭的单位热量价格（美元/5500大卡）

资料来源：WIND，同花顺，信达证券研发中心注：布伦特DTD原油现货价的统计区间为2020/01/02-2022/03/11；TTF天然气现货价的统计区间为2020/03/02-2022/03/11；纽卡斯尔NEWC动力煤现货价的统计区间为2020/01/02-2022/03/01。下同。

2、石油、天然气、煤炭单位热量价格比值分析

我们将2020-2022年石油、天然气、煤炭单位热量价格均值及其价格比值进行比较，如表1和图2所示。首先从现货价格来看，石油、天然气和煤炭现货价一路飙升，尤其是天然气。其次从单位热量价格来看，将石油、天然气按照基准煤热量进行折算后，石油与基准煤的单位热量价格比值在下降，而天然气与基准煤的比值在明显上升。2020年石油单位热量价格均值明显高于天然气、高于煤炭，而2021年和2022年天然气单位热量价格均值高于石油、高于煤炭。从单位热量价格增速来看，天然气的增速最大，且增速的变化幅度也最大，其次是煤炭，最后是石油。

考虑到2021年欧洲气荒时期天然气价格暴涨，进一步将2021年8月前后的石油、天然气、煤炭单位热量价格的比值进行比较，如图3所示。以煤炭单位热量价格作为比较基准，天然气与煤炭的单位热量价格比值在2021年8月前后发生了明显变化，由1.50提高到3.16，变化幅度为110.67%；石油与煤炭的单位热量价格比值由2.66下降到1.73，变化幅度为-34.96%。说明2021年欧洲天然气价格暴涨改变了石油、天然气、煤炭等能源单位热量价格比值关系，也对能源市场结构变化产生了影响。

表1：2020-2022年石油、天然气、煤炭单位热量价格均值及价格比值

图2：2020-2022年石油、天然气、煤炭单位热量价格比值

图3：2022年8月前后石油、天然气、煤炭单位热量价格比值

3、石油、天然气、煤炭单位热量价格增速分析

2020-2022年间，石油、天然气、煤炭单位热量价格增速如图4所示。石油和煤炭单位热量价格增速整体保持稳定，但在2020年3月石油单位热量增速出现较大波动，原因在于新冠肺炎疫情和OPEC减产联盟破裂。而天然气单位热量价格增速则不太稳定，较石油和煤炭波动幅度更大，且出现较大波动的频率也更高。

相较其他两种能源，煤炭单位热量价格最低，增速也相对更为稳定。从化学组成来看，煤炭几乎全由碳原子组成，原子转化角度看更适合用作化工合成材料分子骨架，而石油和天然气含有更多的氢原子，更适合用作燃料组分。由于氢含量不同，油气能源密度显著高于煤炭，是后者的3倍左右。整体而言，石油、天然气更适合用作燃料，煤炭更适合作为化工原料。而从油煤气的下游用途看，燃料消费占比在80%以上，材料占比则只有15%-20%。因此，能源属性决定了石油、天然气、煤炭的挂牌价格，也注定了煤炭在价格上具有更大的优势。

图4：石油、天然气、煤炭单位热量价格增速（%）

4、石油、天然气、煤炭单位热量价差分析

2020-2022年间，石油、天然气和煤炭单位热量的价差如图5所示。其中，石油和煤炭单位热量价差以“石油单位热量价格-煤炭单位热量价格”进行衡量；天然气和煤炭单位热量价差以“天然气单位热量价格-煤炭单位热量价格”进行衡量。石油和煤炭的价差大多维持在0.1-0.2美元/5500大卡，2020年初价差水平一路下跌，原因在于石油需求锐减导致的石油价格暴跌，带动石油单位热量价格跌破0.1美元/5500大卡。天然气和煤炭的价差在2021年8月之前维持在0.2美元/5500大卡以内，但在2021年8月后，价差水平一路飙升，在12月份达到历史最高位，此后价差水平有所回落，但仍保持高位。2022年2月以来受持续升温的俄乌地缘政治紧张局势影响，国际能源价格暴涨，气价和油价在高位的震荡也使得它们与煤炭的价差不断扩大，且存在进一步扩大的趋势。

图5：石油、天然气、煤炭单位热量的价差（美元/5500大卡）

二、国际能源价格与国内煤价的关系

1.国内外煤炭单位热量价格比较

在我国的能源结构中，“富煤、贫油、少气”的资源禀赋决定了煤炭在我国能源中的主体地位。我国作为全球最大的煤炭消费国，煤炭供给九成以上由国内生产，进口煤炭在总供给中占比不到10%。对比分析同等发热量下国际煤炭价格与国内煤炭价格，如图6所示，2021年8月之前单位发热量国内煤价明显高于国际煤价，国内外煤价倒挂局面持续存在。2021年8月之后国际煤价一路飙升甚至反超国内煤价，步入空前的高价时期，而国内煤价在保供政策打压下保持相对稳定。2022年以来，受煤炭供应短缺形势影响，国际国内煤炭价格大幅上涨，不断创历史新高，反映出国内外煤炭供应持续偏紧，且弹性不足，偶发性事件对煤价的影响尤为显著，煤价高位运行将在长期内持续。

图6：国际煤炭和国内煤炭单位热量价格（美元/5500大卡）

2.国际煤油气价格与国内煤价相关性分析

为进一步探究国际煤油气价格对国内煤价的相关性关系，选取2020-2020年国际石油、煤炭、天然气单位热量价格和国内煤炭单位热量价格日度数据进行回归分析。设定的回归模型为：Y=α+βX+μ，其中，Y代表国内煤炭单位热量价格，X代表国际煤油气单位热量价格。回归结果如表2所示。模型1-模型3中，在分别考虑国际能源价格变化的作用效果时，当国际石油、天然气、煤炭单位热量价格分别变化1个单位时，国内煤炭单位热量价格将分别变化0.3204个单位、0.0977个单位和0.4146个单位，且均通过1%水平的显著性检验。模型4中，在综合考虑国际能源价格变化的作用效果时，回归系数的正负方向和显著性未发生实质性变化。说明国际煤油气价格上涨会推高国内煤炭价格。

即使我国作为世界第一产煤大国，国际能源价格变化也会影响国内煤炭价格。偶发性事件加剧海外进口煤采购热情，或将限制或大幅减少其煤炭对外出口量，加之疫情期间所造成的沿海煤炭运价持续上涨，都将导致我国煤炭进口量大幅减少，加剧煤炭供应紧张，进而推高国内煤炭价格。同时，当国际石油、天然气价格持续处于高位时，我国“富煤、贫油、少气”的资源禀赋注定了我国能源消费会向更为便宜和供应稳定的煤炭倾斜，加大煤炭消费需求。国际能源价格的上涨，从供应和需求两个层面导致国内煤炭消费结构失衡，进而导致国内煤炭价格会跟随国际能源价格变化进一步上涨。

表2：国际煤油气价格与国内煤价的回归结果

资料来源：信达证券研发中心注：（）内为标准误，*、**、***分别表示在10%、5%、1%水平上显著。

三、石油、天然气对煤炭价格的脉冲响应分析

为进一步考察国际石油价格、天然气价格对国内外煤炭价格影响的时间和方向，在VAR方程的基础上进行脉冲响应分析。煤炭价格受石油和天然气价格波动影响的具体反映如图7-图10所示。

国内外煤炭单位热量价格受石油价格对其的脉冲响应要强于天然气对其的脉冲响应。当在本期给国际石油单位热量价格一个正向标准差冲击后，国际煤炭单位热量价格有较强的响应，响应趋势在短时间快速增长后缓慢增长；国内煤炭单位热量价格在短时间内快速响应，对冲击的响应幅度最高达到0.3左右，之后迅速回落，但仍保持正向影响，最后缓慢接近于0。这是由于单位发热量煤炭价格低于石油价格，国际石油价格上涨会使得能源需求向煤炭倾斜，拉动煤炭需求增加，进一步拉动煤炭价格上涨。国内煤炭价格受国际石油价格冲击的响应变化程度相对更大，是因为国内煤炭价格受多因素作用，其中国家保供稳价工作将产生较大影响（暂时压制），此外国内煤化工是替代石油化工的主要产业路线，所以相应影响更明显。

当在本期给国际天然气单位热量价格一个正向标准差冲击后，国际煤炭价格对气价冲击反应的正向作用不断增大，响应到第10期左右达到最大响应幅度0.04，然后迅速回落达到平稳；国内煤炭单位热量价格对气价冲击的响应幅度也一直保持正向，在响应达到最大后慢慢回落，趋于稳定。天然气和煤炭有替代性，当天然气价格上涨时，煤炭发电的经济性凸显，煤炭发电比重对上升，煤炭需求也随之增加，进而推动煤炭价格上涨。

煤炭具有显著的比价优势，单位发热量的价格煤炭显著低于油气，可预期的油气价格上升有望使全球能源消费向煤炭倾斜，而俄罗斯的煤炭受制于铁路港口等基础设施建设滞后问题，很大程度上不会很快流转到国际煤炭市场，从而加剧全球煤炭供需矛盾，助推煤炭价格保持高位。

图7：国际煤炭价格对国际石油价格冲击的响应函数