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1 Florian Leblanc [email protected] www.centre-cired.fr ENGREF 19 Novembre 2014 Semaine Athens Module changement climatique Energie, économie et climat : Les enjeux des nouveaux hydrocarbures non-conventionnels
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Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Dec 12, 2021

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Page 1: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

1

Florian Leblanc

[email protected]

www.centre-cired.fr

ENGREF

19 Novembre 2014

Semaine AthensModule changement climatique

Energie, économie et climat :Les enjeux des nouveaux hydrocarbures

non-conventionnels

Page 2: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Points abordés Le pétrole et le gaz dans le mix énergétique mondiale

L’exploitation du pétrole

Notion de ressource – réserve

La théorie du peak oil

Liens avec le climat et la macro-économie

Les nouveaux hydrocarbures non-conventionnels

Technologie, ressource et incertitudes

Nouvelle abondance énergétique ? Le cas US

Impacts macro-économique et politiques climatiques

2

Page 3: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Généralités : le pétrole et le gas dans le mix énergétique mondiale

3

Page 4: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Demande d’énergie primaire mondiale

4

Source : WEO 2013, figure 2.5 Source : WEO 2011 – figure 2.7

Page 5: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

Mtoe

Total primary energy supply (Mtoe)

biomass

heat (geothermal and solar)

primary electricity

natural gas

oil

coal

1st oil shock

2nd oil shock USSR collapse

source: enerdata

Chocks de demande

2008 crises

Page 6: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Répartition des réserves prouvées de pétrole

6 source: BP statistical review 2013

Page 7: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Répartition de la consommation de pétrole

7 source: BP statistical review 2013

Page 8: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Consommation par personne en 2009

8 Source: BP statistical review 2013

Page 9: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

9source: BP statistical review 2013

Répartition des réserves prouvées de gaz

Page 10: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

10source: BP statistical review 2013

Répartition de la consommation de gaz

Page 11: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

11

Link between gas and oil prices

Strong substitutions but with uncertainties : long-term gas prices elasticity to oil prices :

between 0.14 (Brown and Yücel, 2008) and 0.924 (Asche et al., 2012).

Page 12: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

12

Link between gas and oil prices

Half of traded gas is oil price indexed

Extracted from World Energy Outlook 2013 (IEA & OECD, 2013, fig. 3.10)

Page 13: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

13

Link between gas and oil prices

A declining part of gas :

is a co-product of oil production

or include gas condensate sold at oil prices

Extracted from World Energy Outlook 2009 (IEA & OECD, 2009, fig. 11.17)

http://monash.edu/

Page 14: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Dynamique d’exploitation du pétrole

et politiques climatiques

14

Page 15: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Citations

« aucune chance pour que l’humanité s’autolimite, à mon avis … Tout ce qui pourra être extrait, transformé, brulé, le sera .. après, on verra »

(commentaire, blog the Oil Man)

15

Page 16: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Citations

« Les hydrocarbures sont bien trop précieux pour qu’ils ne soient pas exploités jusqu’à la dernière goutte de pétrole, au dernier mètre cube de gaz naturel et même à la dernière tonne de charbon économiquement accessibles. »

(Christian Gérondeau, ParisTechReview, 15 octobre 2010)

16

Page 17: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Différence entre réserves et ressources

17

Limite économique

PossiblesProbablesProuvées

Réserves

Source : adapté de Rogner 1997

Ressource

Page 18: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Le R/P ratio

18 Source: BP statistical review 2013

Page 19: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

La dynamique d’exploitation du pétrole

19

Exploration Acquisition d’information avec les découvertes Informations conduisent à plus de découvertes

Epuisement Les découvertes sont fonctions du montant de

pétrole restant à découvrir

Page 20: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

La théorie du peak de Hubbert : Etats-Unis

20

Source: Laherrere, 2003Source: Laherrere, 2003

Oil discoveries shifted 35 years and United States production (without Alaska)

Page 21: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Taille et découverte des champs pétroliers

21Source : WEO 2013, figure 13.4

Page 22: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Production de pétrole des champs géants

22Source : WEO 2008, figure 10.1

Total production(80 mb in 2007)

Page 23: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Les courbes de Hubbert

Avantages : Prise en compte des contraintes géologiques

Inconvénients Plus difficilement extrapolable à une échelle

globale

23

Page 24: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Dynamique d’exploitation du pétrole

et politiques climatiques

24

Page 25: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Let’s test the consequences of the three hypothesis

Assessment of the macroeconomic cost of oil scarcity Impact of climate policies

All the following results are obtained with the IMACLIM-R model.

http://www.imaclim.centre-cired.fr/

25

Page 26: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

26

Availability of technologies

Availability of natural resources

Agents’ behaviour

Macro-economictendencies

Avaialbility of coal

Climate objective

Technologies of final demand Developpement of

alternative fuels

Oil and gas markets

developmentstyle Middle East

strategies

Time lenght of the crisis

Decarbonisation of the electric

sector

Structuring uncertainty in the energy/economy interface 768 consistent scenarios

Page 27: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

27

Example of a constraint emission trajectory (here 550 ppm)

Page 28: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Details of the « oil and gas markets » parameters set

28

Profile 1 Profile 2 Profile 3 – optimist

reference case

Resources Low Low High

Sustained investment in oil production capacity

No (bell-shaped production curve)

Yes (production « plateau »)

Yes

Gas price indexation on oil price

Gas price always indexed on oil price

Gas price always indexed on oil price

Indexation disappears when oil reaches

80$/bl

Profile 3 – optimist reference case

Profile 1 - BAU Profile 2 BAU

Profile 1 - Climate Profile 2 - Climate

Page 29: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Influence of the other parameters

29

Profile 1: when an “early peak oil” dominates the other parameters

Page 30: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

30

Influence of the other parameters

Profile 2: higher margins of flexibility under the “plateau profile”

Page 31: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

31

Influence of the other parameters

Profile 3: when non oil-related parameters come again into play

Page 32: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

World relative GDP variations due to oil constraints

32

No sustained investmentsGD

P variations (%

)

Page 33: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Relative GDP variations due to oil constraints

33

No sustained investmentsGD

P variations (%

)

Sustained investments

Page 34: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Relative GDP variations due to oil constraints

34

GD

P variations (%

)

Only BAU scenarios

Page 35: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Relative GDP variations due to oil constraints

35

BAU scenarios

GD

P variations (%

)

Climate policies

Climate policies seem to reduce the losses

Page 36: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

World GDP relative losses (2010-2050) due to oil tensions w/wo climate policies: an informative histogram

36

Black : BAU (no climate policies)

Blue : climate policies to reach a +3°K target

Mean reduction: 8 000 G$

Co-benefit of climate policies : hedge against oil tensions

Page 37: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

World GDP relative losses (2010-2050) due to oil tensions w/wo climate policies: an informative histogram

37

Black : BAU (no climate policies)

Blue : climate policies to reach a +3°K target

Mean reduction: 8 000 G$

Co-benefit of climate policies : hedge against oil tensions

Page 38: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

The effect of OPEC strategy on the peak oil

0

20

40

60

80

100

120

140

2000 2010 2020 2030 2040 2050

Oil production (Mbd)

Limited deployment Market Flooding

Characteristics of the

peak oil:

- date

- level of max

production

- depletion rate

Page 39: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

World oil price

On the long run: technical change, Coal-to-liquids penetration

0

50

100

150

200

250

2005 2015 2025 2035 2045

World oil price ($/Barrel)

Limited Deployment Market Flooding

Page 40: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

OPEC annual oil rent

Trade-off between short-run and long-run profits depends on the discount rate!

What strategy is the best one for oil producers ?

• Extraction before technical change

• Discouragement of technical change

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

2000 2010 2020 2030 2040 2050

Middle-East annual oil profits(G$)

Limited Deployment Market Flooding

Page 41: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Cumulated profits (109 $)

Discount rate CS scenario CE scenario

0% 38.9 43.6

1% 28.9 31.8

2% 21.9 23.6

5% 10.6 10.8

6% 8.7 8.6

7% 7.2 7.0

15% 2.4 2.2

1

Limited deployment

Market Flooding

Page 42: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Rent transfer from oil-exporting to oil-importing countries

42

0

20

40

60

80

100

120

140

2000 2010 2020 2030 2040 2050

Carbon price($/tCO2)

LD scenario

MF scenario

0

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80

100

120

140

2000 2010 2020 2030 2040 2050

Oil price($/Barrel)

LD scenario

MF scenario

0

50

100

150

200

2000 2010 2020 2030 2040 2050

Total cost of a barrel of oil,including carbon price ($/Barrel)

LD scenario (BAU)

MF scenario (BAU)

LD scenario

MF scenario

0

20

40

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80

100

120

2000 2010 2020 2030 2040 2050

World oil demand(MBarrel/day)

LD scenario (BAU)

MF scenario (BAU)

LD scenario

MF scenario

Page 43: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Middle-East suffers from climate policies

43

-40%

-35%

-30%

-25%

-20%

-15%

-10%

-5%

0%

2000 2010 2020 2030 2040 2050

Variations of oil revenues and GDP under climate policy

LD scenario (GDP)

LD scenario (oil revenues)

MF scenario (GDP)

MF scenario (oil revenues)

Page 44: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Les nouveaux hydrocarbures non-conventionnels

44

Page 45: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Nature des hydrocarbures non conventionels

45

Page 46: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Mode de production

46

Source : EIA, http://www.eia.gov/energy_in_brief/article/about_shale_gas.cfm

Page 47: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Carte des bassins de shale

47

Source EIA/ARI, 2013

Page 48: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Remaining unconventionnal gas resource (2012 – tcm)

48Source : WEO 2013

Page 49: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Profils de production

49

Conventionnel :

Gaz de schiste :

Conséquences sur les besoins en investissements

Page 50: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Carte des bassins de shale aux Etats-Unis

50

Source : EIA http://www.eia.gov/energy_in_brief/article/about_shale_gas.cfm

Page 51: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Monthly dry shale gas production (bcf/day)

51

Page 52: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

52

million cubic feet per year

Source: EIA, Annual Energy Outlook 2012

1

Adam Sieminski , Platts, March 01, 2013

Hétérogénéité des bassins

Page 53: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Shale gas leads growth in total gas production through 2040

53

U.S. dry natural gas productiontrillion cubic feet

Source: EIA, Annual Energy Outlook 2013 Early Release

Associated with oil

Coalbed methane

Tight gas

Shale gas

Alaska

Non-associated onshore

Non-associated offshore

ProjectionsHistory 2011

Adam Sieminski , Platts, March 01, 2013

Page 54: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Production de light tight oil

54

Page 55: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Eagle Ford Production dynamic

55

Source : EIA http://www.eia.gov/todayinenergy/detail.cfm?id=3770

Page 56: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

56

Source : EIA http://www.eia.gov/todayinenergy/detail.cfm?id=3750

Bakken Production dynamic

Page 57: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

U.S. tight oil production (million barrels per day)

57

Source : AEO 2013

Page 58: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Uncertainty on projections : US tight oil

58

Page 59: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Uncertainty on projections : world tight oil

59

Source : WEO 2013

Page 60: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Différence entre réserves et ressources

60

Limite économique

PossiblesProbablesProuvées

Réserves

Source : adapté de Rogner 1997

Ressource

Page 61: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Shale gas resources estimation methods (McGlade 2013)

61

Literature review ( subjective choice of study, no uncertainty)

Bottom-up analysis of geological parameters Extrapolation of production experience

Problem : sweet spots versus non

Page 62: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Shale gas resources estimation methods (McGlade 2013)

62

Bottom-up analysis of geological parameters Originally Gas in Place + Recovery Factor

Area or volume Total organic content Minerals type (clay, quartz) Gas pressure

Recovery factor is 20-30% (80% for conventional gas)

Page 63: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Shale gas resources estimation methods (McGlade 2013)

63

Extrapolation of production experience

Area * yield per square meter Well spacing Estimated Ultimate Recovery per well

Decline curve analysis (decline rate, lifetime..)

( )( ) 1

b

QQ

1 b D t i

i

i i

t =+ × ×

Loi de Arps avec déclin hyperbolique (Arps 1945) :

Page 64: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Les nouveaux hydrocarbures non-conventionnels :

nouvelle abondance ?

64

Page 65: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Scénarios du WEO

65

Source : WEO 2011 – figure 2.7

Page 66: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Production mondiale de gaz non conventionnel

66

Source : WEO 2013 – figure 3.7

Page 67: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Comparaison des scénarios WEO

67

Sources (author’s calculus): - WEO 2013-2012-2011-2010- Golden Rules for a Golden Age of Gas

Page 68: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Succès US

68

Chute du prix du gaz Prix spot /3 depuis 2008, prix industriel 3-4 fois

moins cher qu’en Europe Nombreuses retombées économiques

Revenus des ménages - emplois Prix de l’électricité (2-3 fois moins cher /Europe) Investissements en prétrochimie

Projets d’exporation Plutôt vers le marché asiatique

Page 69: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Succès US : causes

69

Couplage de technologies Géologie favorable – densité de population Propriété du sol Degré de libéralisation du marché gazier, étendu du

réseau Culture du pétrole, tissu denses de sociétés spécialisées Réglementation favorable (notamment sur l’eau)

Page 70: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Et dans le reste du monde ?

70

Royaume-Uni Pologne Allemagne Australie Chine ?

Page 71: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Cas français

71

Source : Rolland bergerLes hydrocarbures non conventionnels en France : la décision du Conseil Consitutionnel et après ?

Page 72: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Enjeux en Europe

Redirection des exporations GNL Impact sur les prix spots Pression sur prix de long terme

LNG quatari et gaz Russe ->

charbon US et gaz norvégien

72

Page 73: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Les nouveaux hydrocarbures non-conventionnels :

Scénarios prospectifs et enjeux

73

Page 74: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Building scenarios around shale gas

74

Page 75: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

United States Welfare

75

United States GDP – relatively to the benchmark

Page 76: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

United States Welfare : direct mechanisms

76

Lower gas price : Substitution from coal to gas in electricity power

generation Lower industrial goods prices Substitution from refined oil to electricity and gas in

heating systems ( so more in transport)

Page 77: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

United States Welfare : indirect mechanisms

77

The structural change inside United States within an general equilibrium assessment :

Purchasing power of households

Lower energy prices

More local demand (services – 70%)

Employment

Gas production sector

Wages

Less exportations (industry – 15%)

Page 78: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

United States Welfare : indirect mechanisms

78

The structural change inside United States within an general equilibrium assessment :

US has 17% of industrial goods

market share

Increasing wagesDecreasing

production costs (energy)

Decreasing exportation prices

Decreasing industrial world price

Page 79: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Impact on global welfare : no benefits from lower world prices ?

79

World GDP – relatively to the benchmark

Page 80: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Impact on global welfare : several mechanisms at play

80

Share of industrial exports towards US (26% for Europe) Less exports ( < 0 ) Lower prices ( < 0 )

Dependency on trade As a GDP share ( < 0 ) Share of imported industrial goods in production

costs ( > 0 ) Labour market

Share of wage in production costs ( > 0 ) Income flexibility

Page 81: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Les nouveaux hydrocarbures non-conventionnels :

Enjeux vis-à-vis du climat

81

Page 82: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Impacts environnementaux

82 Source : Schlumberger

Page 83: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Emissions fugitives

83

Source : Wigley 2011

Page 84: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Emissions fugitives

84

Source : Wigley 2011

Page 85: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Emissions fugitives

85

Source : Howarth 2014

Page 86: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

US impact on global welfare : alleviated by climate policy ?

86

United States GDP – relatively to the benchmark

World GDP – relatively to the benchmark

Page 87: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

US impact on global welfare : alleviated by climate policy ?

87United States GDP losses under climate policy

Page 88: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

US impact on global welfare : alleviated by climate policy ?

88

Decarbonising with substitution from gas to coal-fired plants -> higher emissions

Refined oil : heating systems, more use in transport (less electric vehicles), freight

-> more tensions on oil markets, inertia Less effort in the long-run

Two compensating effect on the world :

-> less gas consumption ( lower previous effect)

-> more effort for the rest of the world

Page 89: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Impact on oil markets

89

Lower oil prices but higher rent for Middle East :

World oil pricesrelatively to the benchmark

Middle East oil rent relatively to the benchmark

Page 90: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Bibliography

90

Page 91: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Bibliography

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Page 92: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Bibliography

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Page 93: Energie, économie et climat - centre-cired.fr

Merci pour votre attention !

93

Contact :

[email protected]

Présentation :

http://www.imaclim.centre-cired.fr/-> Equipe-> Christophe Cassen