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麦肯锡全球研究院MGI资源革命满足全球的能源原材料粮食和用水需求

麦肯锡全球研究院(MGI):

资源革命:

满足全球的能源、原材料、粮食和用水需求

2012-11-30

挑战

到2030年,预计全球将有30亿多中产阶级消费者。

2010年—2030年,预计钢铁需求将增加80%。

自本世纪初以来,大宗商品的实际价格增长了147%。

根据世界银行的数据,2010年下半年粮食价格的不断上涨使4400万人陷入贫困。

过年十年,使一口新油井投产的平均成本增加了100%。

每年的资源补贴支出高达1.1万亿美元。

机遇

如果每吨二氧化碳30美元,取消对水、能源和农业的补贴,并废除能源税,那么2030年,由实现资源生产率潜力而节约的资金将从2.9万亿美元增加到3.7万亿美元。

经补贴、碳价和能源税以及4%的社会折现率调整后,具有10%以上内部回报率(按当前价格计算)的生产率机会的比例将从70%上升到90%。

为了满足未来资源需求,资源体系每年至少需要1万亿美元的新增投资。

15个机遇可实现资源生产率总收益的75%左右。

摘要

在20世纪的大部分时间里,能源、粮食、水和原材料(如钢铁)等自然资源价格都有所下跌,这为这一时期的经济增长提供了支持。

但那个良性时代似乎已经结束了。

过去十年主要自然资源价格的大幅上涨已经抵消了20世纪的所有价格下跌。

随着资源格局发生变化,很多人都在问:

一个资源价格持续高企并且经济、社会和环境风险增加的时代是否可能出现?

在过去,类似的担忧出现过很多次,但事后看来,这些风险被证明是没有事实根据的。

1798年,土地是普遍担忧的焦点。

托马斯•马尔萨斯(ThomasMalthus)在其著名的《人口论》(AnEssayonthePrincipleofPopulation)中,表达了以下担忧:

人口正增长过快,以至于无法被可用耕地养活,并会导致贫困与饥饿。

[1]但他勾勒的这一可怕图景没有实现,因为农业革命席卷英国,之后蔓延到欧洲其他地区和北美洲,打破了土地可得性与经济发展之间的联系。

马尔萨斯〔人口〕理论曾出现短暂复兴,尤其是在罗马俱乐部(ClubofRome)20世纪70年代早期出版的《增长的限制》(TheLimitstoGrowth)报告中。

但20世纪的主导论点是市场将通过提供充足的供给和生产率改善来救援。

这一论点——和希望——在很大程度上被证明是正确的。

受技术进步和低成本供应新来源的发现和扩大的综合推动,麦肯锡全球研究院(MGI)的商品价格指数在20世纪下降了近一半(按实际值计算)。

这是令人吃惊的,因为20世纪全球人口翻了两番而且全球经济产出扩大了约20倍,导致各地对不同资源的需求增长了600%-2000%。

过去十年资源价格的上涨以及席卷整个新兴市场的经济发展规模和速度再次引发了人们对资源的争论。

市场及其引发的创新可能再次施以援手,并将显然成为答案的一个重要部分。

产生、交流、分享和获得数据的能力因不断增加的人口、设备和传感器(通过数字网络连接在一起)而发生了革命性的变化。

这些网络可以帮助改进资源体系的生产率,搭建更智能的电网,支持更智能的建筑并使能源勘探的3维和4维地震(3Dand4Dseismic)技术成为现实。

数字网络甚至可能会对撒哈拉以南非洲的小农产生影响。

航空航天工业的技术正在改进风机发电绩效。

原材料科学的发展正显著改善电池性能,改变电力储存的潜力,并且随着时间的推移将使交通运输部门的能源选择多样化。

有机化学和基因工程可能有助于孕育下一场绿色革命,从而改变农业生产率、生物能源供应和陆地生态系统的固碳能力。

总之,并不缺少资源技术,而且较高的资源价格可能加速创新的步伐。

然而,我们不应低估今天所面临挑战的规模;也不应低估在全球经济中传播资源节约型技术所面临的障碍。

未来20年与历史上周期性爆发的与资源相关的冲击可能完全不同。

未来20年将出现超过30亿中产阶级消费者,相比之下,目前只有18亿,这会增加对一系列不同资源的需求。

在人们发现新的供应来源,而且尽管主要资源部门的技术有所进步,但开采这些新的资源正变得越来越具有挑战性且成本越来越高的时候,这种需求急剧增加的情况将会发生。

资源之间更紧密的联系使挑战加剧,这增加了如下风险:

一种资源的短缺和价格变化能够迅速波及到其他资源。

受资源消费增长驱动的环境恶化似乎也加大了资源供应体系的脆弱性。

虽然粮食是脆弱性最明显的领域,但其他领域也很脆弱。

例如,降雨模式的变化和用水增加可能对17%的水电、以及化石燃料电厂和用水较多的能源开采方法产生巨大影响。

最后,人们越来越关切如下问题:

全球很大一部分人无法获得能源、水和粮食等基本必需品,尤其是因为手机等技术迅速扩散到低收入消费者,这增加了他们的政治话语权并展示了全民享有基本服务的潜力。

本研究已确定,未来20年,需要增加资源供给并使资源开采、转化和使用方式的生产率发生阶跃变化,以防止潜在资源限制。

好消息是,本研究已经确定了扩大供给并提高生产率的充分机遇,以应对资源挑战。

一个有待解决的问题是,私营部门和政府是否能够采取迅速抓住这些机遇所必需的措施,以避免出现资源价格更高、波动性更大而且导致潜在不可逆的环境损害的时期。

我们的分析表明,2030年通过提高资源生产率可以满足近30%的资源需求。

成功实现这些生产率机会可能不仅仅能够抵消未来20年我们的基准情景中土地需求的预期增长。

抓住这些机遇也将会满足:

能源需求预期增长的80%以上,水需求预期增长的60%,以及钢铁需求预期增长的25%。

我们估计,与这些生产率改善机遇相关的社会总价值

——包括节约的资源的市场价值——到2030年将达到2.9万亿美元(不考虑环境效益和补贴,按当前价格计算)。

如果碳价为30美元/吨,并取消对水、能源和农业的补贴以及废除能源税,那么到2030年,这一机遇的价值将增加到3.7万亿美元。

仅15个机会领域,从提高建筑能效到提高灌溉效率,就可以获得上述生产率改善的75%左右。

存在实现可与20世纪在劳动生产率方面取得的进展相媲美的资源生产率革命的机遇。

然而,抓住这些生产率机遇将并非易事。

我们估计,仅20%的机遇容易获得,大约40%的机遇很难把握,并且它们的实施面临许多障碍。

当然,如果资源价格大幅上涨,那么市场力量自然会提高资源生产率。

仅仅提高生产率并不足以满足未来20年的可能需求。

供应也需要增加。

在能源方面,相当大一部分的供应增长可能来自于页岩气等非常规天然气供应的快速开发。

然而,其他化石能源供应的不断增长更具挑战性,从2010年—2030年,能源总供给仍需增加420QBTU(quadrillionBritishthermalunits,1QBTU=10的15次方英热单位),几乎可以完全替代现有供应来源的减少。

例如,世界许多巨型油田,特别是中东之外的巨型油田已经成熟,并且由于无法大幅提高采收率(recoveryrates),在未来20年可能会经历显著的产量下降。

虽然不断增加的供给和资源生产率会满足预期的全球资源需求,但很可能不足以预防全球气温升高2℃以上(这种情况可能已经不可避免),或者缓解对许多居民造成影响的资源贫困。

应对气候变化和资源贫困挑战需要进一步改变资源供应来源组合并增加投资。

投资本身可能导致成本发生阶跃变化。

例如,我们的研究表明,更加快速地扩大可再生能源技术的使用规模可以使成本快速下降。

到2020年,太阳能发电可能以大约1美元/瓦的价格获得,而2007年时超过8美元/瓦,2010年为4美元/瓦。

实现必要的生产率改善和供给增加是一项非常庞大和复杂的议程。

要变为现实绝非易事,因为所有重要机遇都存在障碍。

克服这些障碍需要在地方、国家、区域和全球层面采用行动。

应对这一资源议程必须从新制度思维模式和机制着手,制定更加协调的方法来应对资源挑战,这反映出资源体系更强大的互联性。

除了转向更加一体化的资源管理方法之外,决策者可以考虑在三个方面采取行动以应对资源挑战。

首选,他们应该回顾历史,历史表明,更强大、更持续的价格信号是资源体系绩效改进的一个关键动力。

政府需要考虑取消超过1万亿美元的资源(包括能源和水)补贴,目前资源补贴人为地把价格维持在较低水平并鼓励这些资源商品的低效使用。

为了应对气候变化,政府还需要通过碳价等机制确保资源价格涵盖了其对环境的影响的成本。

其次,尽管理顺价格与应对资源挑战相去甚远,但也必须采取行动确保可以获得充足的资本并解决与物权、激励问题和创新相关的市场失灵。

第三,公共政策在增强社会面对资源挑战时的长期韧性方面能够发挥有益作用,包括采取措施提高对资源相关风险和机遇的认识,建立适当的安全网以减轻这些风险对社会最贫困成员的影响,教育消费者和企业,使其行为适应当前资源约束型世界的现实,并增加获得现代能源的机会,从而提高最弱势群体的经济能力。

这一新时代对企业来说风险和机遇并存。

过去的一个世纪中,绝大多数行业的企业可以从资源价格的不断下降中受益。

这使得管理主要集中在资本和劳动生产率方面。

但在未来20年与资源相关的趋势将塑造一系列行业的竞争态势。

许多企业需要在其商业战略中更加关注资源问题,并采用一种更一体化的方法来理解:

资源如何影响其利润,产生新的增长和破坏性创新机遇,带来新的资源供应风险,产生竞争不对称以及改变监管环境。

接下来我们概述本报告七个章节的主要结论。

1.资源价格的逐渐下降支持了20世纪的全球经济增长

20世纪主要资源的实际价格(以麦肯锡全球研究院的指数来衡量)下降了近一半。

这令人吃惊,因为全球人口在这一时期翻了两番并且全球经济产出增加了约20倍,这共同导致了各地对不同资源的需求增长了600%-2000%。

资源价格下降是因为技术进步更快以及低成本的新供应来源的发现。

另外,在一些国家,资源以如下方式被定价:

没有反映资源生产(例如能源补贴或无法估价的水)和与其使用相关的外部性(如碳排放)的全部成本。

2.世界可能正在进入一个资源价格高企且不稳定的时代

因为对大宗商品的需求激增,仅在过去十年就扭转了资源价格在20世纪100年中的下滑的态势(图E1),除了20世纪70年代的能源价格外,当前资源价格的波动性处于历史最高水平。

图E1.自2000年以来大宗商品价格急剧上涨,抹去了20世纪商品价格的所有下滑

1.关于麦肯锡全球研究院大宗商品价格指数的详细说明,参见附录:

研究方法。

2.2011年价格基于2011年前8个月的平均值。

来源:

GrilliandYang;StephanPfaffenzeller;世界银行;国际货币基金组织(IMF);经济合作与发展组织(OECD);联合国粮食及农业组织(FAO);联合国贸易统计数据库(UNComtrade);麦肯锡分析

未来20年的资源挑战在以下五个主要方面与以往我们所观察到的现象完全不同:

        未来20年将出现多达30亿以上的中产阶级消费者。

新兴市场(特别是中国和印度)经济的快速发展,可能导致未来20年全球涌现出高达30多亿的中产阶级消费者。

[2]从历史来看,中国和印度的经济增长是史无前例的,并且其速度是英国工业革命时期平均收入增速的十倍左右——而且就规模来讲,大约是英国的200倍。

这些国家居民对汽车的需求会逐步增加——我们预计到2030年全球汽车数量将翻倍,达到17亿辆。

这些居民将能够负担更高水平的营养。

在印度,我们预计,未来20年人均卡路里摄入量将增加20%,中国的年人均肉消费量可能增加40%,达到75kg(165磅)(仍远低于美国的消费水平)。

新中产阶级的需求也将推动全球城市基础设施的大幅扩张,特别是在发展中经济体。

中国每年增加的建筑面积可能是芝加哥全部住宅和商业建筑面积的2.5倍。

印度每年增加的建筑面积可能相当于另一个芝加哥。

        当寻找新供给来源以及开采新发现的资源变得越来越具有挑战性且代价昂贵之时,需求猛增。

我们的分析表明,未来20年,大多数资源都不大可能出现绝对短缺的情况。

总之,历史告诉我们,仅仅政府、企业和消费者对可能出现资源短缺的实质性风险的预期,一直是创新的有效催化因素。

然而,现在对许多资源的需求已经触及到了短期供给曲线的临界点,此时,供给越来越缺乏弹性——换句话说,在该临界点上供应更难以迅速做出反应,以满足不断上涨的需求。

这意味着,需求即使发生很小的变化也可能增加价格的波动性。

我们认为这一趋势将持续,因为许多资源的长期边际成本也在不断增加。

这是由于如下事实:

供应正在加速枯竭,同时明显例外的是天然气和可再生能源,新供应来源通常在更加难以达到、生产率更低的地方。

大部分可行的石油项目规模比之前更小,而成本更高。

过去的十年每口油井的平均实际成本已经翻了一番。

尽管勘探支出翻了两番,但新矿的发现基本上变化不大。

水需求的不断增加可能意味着,一些国家将面临诸如调水工程(gravitytransfers)甚至是海水淡化等新增供应来源的边际成本显著提高。

随着城市化以前所未有的规模推进,到2030年扩大的新城市可能占用3000万公顷最优质的农业用地——占目前耕种的大约2%。

        资源的联动性越来越强。

在过去十年间,不同资源的价格和波动性的联系越来越紧密。

一种资源的短缺和价格变动能够迅速影响其他资源。

现在资源价格之间的相关性比上个世纪的任何时候都高,而且许多因素正在推动资源之间的相关性进一步提高。

例如,水的能源强度一直在上升,这是由于地下水位在不断下降、脱盐过程的使用日益广泛以及调配地表水的特大项目(mega-projects)(如中国的南水北调工程,设计调水量为每年45亿立方米)的开发。

非传统能源需要更多的资源投入(如钢铁)。

行业数据显示,水平钻井这一非传统方法的钢铁使用量是传统的垂直钻井技术的四倍之多

[3]。

未来的发展可能进一步增强这些联动性。

例如,如果将碳定价为30美元/吨,那么使用能源生产或运输的产品的总成本中,能源成本占比会更大。

        环境因素约束生产。

水土流失加剧、过度抽取地下水、海洋酸化、滥砍滥伐、鱼类资源不断减少、气候变化不可预知的乘数效应风险以及其他环境效应正给资源的生产和更广泛的经济活动带来越来越严重的制约。

鱼类资源就是一个例子。

据联合国粮农组织(FAO)估计,目前25%的鱼类资源被过度开发,另外有50%被充分开发。

气候适应经济学工作组(EconomicsofClimateAdaptationWorkingGroup)最近的一项研究关注当前气候模式的经济影响以及2030年气候变化的可能情景。

该研究表明,由于现有的气候模式,一些地区正面临GDP每年减少1-12%的风险。

生态系统和生物多样性经济学(TheEconomicsofEcosystemsandBiodiversity,TEEB)的一项研究估计,到2050年11%的世界现存自然区域可能消失,特别是因为农业用地的改变。

[4]这可能给许多部门产生经济影响。

医疗保健部门就是一个例子。

制药业大量利用生物多样性。

今天所有的抗癌药物中,42%是天然的,34%是半天然的。

        对不平等的日益关注也可能会要求采取行动。

据估计,目前有13亿人无法使用电力,27亿人仍依靠传统生物质能来烹饪食物。

全世界约有9.25亿人营养不良,约8.84亿人无法获得安全饮用水。

人们越来越关注,全球还有如此众多的人口无法获得能源、水和粮食等基本必需品。

移动电话等技术快速扩散至低收入消费者,已经使这一群体拥有了更大的政治话语权,并展示了给他们提供普遍享有基本服务的可能性。

关键性资源趋紧的市场、不断上涨的价格以及日益增加的需求可能使经济增长放缓,损害公民的福利(特别是那些低收入者的福利),造成公共财政紧张并加剧地缘政治的紧张局势。

不断上涨的大宗商品价格增加了制造商的投入成本并减少了家庭的可自由支配的消费支出。

当然,那些出口主要资源的国家的经济将因资源价格上涨而得以繁荣,但这不可能完全抵消大宗商品进口国所受到的负面影响。

总之,虽然消费者和企业对价格上涨做出调整,但大宗商品价格的不断上涨可能对全球经济的短期增长造成负面影响。

价格高企是一个问题;而价格波动是另一个问题。

资源价格的波动性增大可能通过增加不确定性抑制经济增长,并且这会使企业不愿投资——或促使企业推迟投资——以及增加对冲与资源相关的风险的成本。

不断上涨的资源价格也沉重打击了贫困人口(城市和农村),因为他们用于能源和食品方面的支出占比更高。

例如,印度的农村贫困人口将家庭收入的近60%用于食品支出,并且将另外12%的收入用于能源。

世界银行估计,2010年下半年的粮食价格上涨使4400万人陷入贫穷(尽管一些农民,通常是规模较大的农户,受益于粮食价格上涨)。

重要的是要注意,在未来20年可能会新增30亿中产阶级消费者,他们也可能易受粮食和能源价格上涨的影响。

如果每人每天消费10美元(按购买力平价计算),那么35%的支出要用于食品,而且至少10%的支出用于能源。

[5]食品和能源成本增加20%意味着可用于其他商品和服务的剩余支出下降16%。

许多学术研究已经把食品价格突然大幅上涨与国内骚乱联系在一起。

[6]在2007和2008年,粮食价格上涨在48个国家引发了抗议和骚乱,类似的社会动荡在2011年又再次发生。

许多国家严重依赖某些资源,并且目前人们对如何确保资源的充足供应的担忧可能加剧了。

据世界贸易组织所述,从2010年10月到2011年4月,中国、印度和越南等国家对矿产资源设置了至少30项出口限制,较之前12个月中的25项有所增加。

多国政府(特别是那些发展中国家的政府)可能发现,其已经拮据的公共财政因资源需求的不断增加和价格的上涨而恶化。

许多国家的政府预算可能会遭受价格上涨的直接影响,因为这些国家目前对资源给予补贴。

现在,多国政府为资源消费提供的补贴高达1.1万亿美元。

许多国家承诺将GDP的5%或者更多用于能源补贴。

3.要满足未来需求可能需要大规模扩大供给

在本研究中,我们讨论了关于全球经济如何解决不断扩大的资源需求问题的三个典型情景。

第一种是供应扩大情景。

这种情景假设,资源生产率的增长速度并不高于基准预测速度,并且满足不断扩大供应的需求的压力仍然存在。

[7]在这种情景中,扩大主要资源的供应以满足不断上升的全球需求,同时补偿现有供应的消耗。

在这一情景以及我们的所有情景中,需要强调的是,我们没有考虑价格上涨(作为对需求增加的回应,有助于抑制需求)等动态效应。

在供应方面,水和土地可能面临的挑战最大。

我们估计,与过去20年的供应增长率相比,未来20年水和土地供应的年增速将必须分别增加140%和250%。

供应的上述扩大可能对环境造成巨大的潜在负面影响。

在这种情况下,到2030年,水消费将增加1,850立方千米,比现有消费水平高30%;森林砍伐新增1.40-1.75亿公顷;[8]并且2030年二氧化碳排放达66亿吨,据预测,这可能导致到本世纪末全球平均气温上升5℃以上。

[9]

以这一速度扩大供应可能也会面临资本、基础设施和地理政治方面的挑战。

假定不存在异常的行业通胀,满足未来对钢铁、水、农产品和能源的需求将需要年均约3万亿美元的资本投资。

这比近期的支出多1万亿美元,并且这将出现在全球资本可能变得越来越昂贵的时候。

为了帮助人们适应气候变化的潜在影响,还必须增加投资。

这些投资可能包括应对洪水和荒漠化风险。

这些工作的年成本的估计差异很大,从低于500亿美元/年到超过1500亿美元不等。

[10]除了需要可观的额外资本外,扩大供应还存在现实上和政治上的困难。

例如,近一半新增铜项目位于政治风险较高的国家。

超过80%的尚未使用的可用耕地位于基础设施不足或存在政治问题的国家。

还存在一个重大风险,即供应链瓶颈可能增加扩大供应的成本并使扩大供应的努力延长,从而造成了显著滞后并增加了投资者的风险。

然而,在发掘新的供应来源方面,也存在巨大的创新空间。

页岩气是一个例子。

水平钻探技术(horizontaldrillingtechniques)的进步结合水力压裂法(hydraulicfracturing)导致了美国页岩气的快速开发。

页岩气占美国天然所供应总量的份额从2000年的仅仅2%增加到2009年的16%。

页岩气的开发支持了电力价格的下降并为四个主要的页岩气生产基地创造了26万个工作岗位。

[11]根据国际能源署“天然气的黄金时代”情景估计,页岩气可能在未来全球一次性能源组合中扮演更重要的角色,天然气在一次性能源组合中的占比从现在的22%增加到2030年的25%。

[12]

  供应的快速扩大既可能创造经济机遇,又可能带来经济挑战。

如果利用得当,资源需求可能潜在改变这些资源禀赋丰富的国家。

在这种情景中最有可能感受到负面影响的国家将是如下一些国家:

大部分资源需要进口且其经济是资源密集型的国家——特别是中国和印度以及其他经济发展处于工业化阶段的国家。

2030年,在谷物需求方面,中国和印度可能需要分别进口5%和15%,而在2010年这两个国家还是谷物的净出口国(虽然出口量不大)。

4.在资源生产率方面实现跃阶变化是可能的

一系列提高资源开采、转换以及终端消费方面生产率的机遇能够被发掘。

我们的第二种情境——生产率回应——采用我们第一种情景中假设的基准生产率增长率并增加了一系列提高生产率的机遇,以填补余下的供应缺口。

能源、土地、水和原材料方面都存在提高生产率的机遇,从而可以满足2030年总需求的30%(图E2)。

[13]

设想的效率改善并没有考虑到动态行为的影响,这种影响可能至少抵消部分生产率的提高——一种“反弹效应”(reboundeffect)。

资源价格下降以及因此消费力增强可能导致消费增加,最终推动价格上涨并抑制消费。

需要制定政策,以减轻这种反弹效应的影响。

抓住总资源生产率机遇——包括更困难的机遇——能够在2030年使社会每年节约2.9万亿美元(按当前市场价格计算)。

如果我们假定碳价为30美元/吨,取消对能源、农业和水的补贴,同时废除能源税,那么机遇的价值将增加到3.7万亿美元。

目前政府很少按真正成本给水定价,也存在大量的能源和农业补贴,而且没有全球性的碳价。

如果市场上资源价格较当前价格上涨,那么收益的价值将会更大。

在可得的机遇中,70%的机遇的内部收益率超过10%(按当前价格计算)。

如果在定价中考虑资源使用的外部性和补贴,那么80%的机遇的内部收益率超过10%。

如果我们取消能源税并假定社会贴现率(societaldiscountrate)为4%,那么上述比例将达到90%。

提高资源生产率的实现会降低(但不会消除)扩大供应的必要性。

提高能源生产率能使增量需求下降到仅20QBTU(一千之五次方的英国热量单位)。

但由于现有供应来源的不断减少,仍然需要400QBTU的新供应。

石油和天然气产量可能每年下降约6%。

煤碳产量可能每年下降3%。

换言之,1QBTU足以为纽约州所有小汽车、卡车、建筑、住宅、基础设施和产业提供超过三个月的能源。

尽管这些潜在机遇的回报很高,但该情景比供应扩大情景需要更多资本。

充分实现资源生产率机遇所需的资本可能要每年增加9000亿美元。

然而扩大供应所需的资本将(从扩大供应情境中的3万亿美元)下降到2.3万亿美元。

总之,这意味着,与供应扩大情境相比,这种情境的资本成本大约每年高1000亿美元——每年比历史支出高1.2万亿美元。

由于机遇的分散性,实现生产率回应方法所所面临的制度和管理挑战可能与供给响应情境面临的挑战一样大,甚至更大。

图E2.在生产率回应情景中,机遇能够满足13-29%的资源需求

1.生产率提高包括供应供给端措施,如提高原油采收率,这这会降低有效的剩余需求。

2.供应端措施,如在采煤和焦炭生产方面提高采收率和转换率,并没有节约钢铁,也没有反映在本图中。

我们的分析包括了来自废钢回收率提高的有效钢铁节约。

来源:

麦肯锡分析。

在生产率回应情景中,对能源安全的担忧可能会有一定程度的减弱。

英国查塔姆研究所(Chathamhouse)的研究发现,到2030年,亚太地区和欧洲现在可能需要进口石油以满足其约80%的需求。

[14]然而,在生产率回应情景中,石油

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