基于能源戰略的美國煤炭項目規劃布局研究

魏 鳳 張 軍 潘 懿

(1.中國科學院武漢文獻情報中心,湖北省武漢市,430071;2.中國科學院國家科學圖書館武漢分館,湖北省武漢市,430071)

基于能源戰略的美國煤炭項目規劃布局研究

魏 鳳1,2張 軍1,2潘 懿1,2

(1.中國科學院武漢文獻情報中心,湖北省武漢市,430071;2.中國科學院國家科學圖書館武漢分館,湖北省武漢市,430071)

以美國能源部煤炭項目為研究對象,利用情報研究方法,將資料調研和數據分析相結合,研究美國煤炭項目發展的態勢,揭示美國煤炭利用的規劃布局。具體方法為:首先根據美國能源部化石能源項目數據庫檢索并選取煤炭項目信息,并建立項目分析數據庫,系統分析美國煤炭利用項目的特點、數量變化、研究性質和范圍、經費分布、發展重點等情況。結果表明,自1988年以來美國煤炭項目數量呈數量級增長,尤其是應用項目和示范項目數量較多,比較重視大型企業參與重大項目的研究,研究重點主要集中在煤炭高效利用、提質、污染物控制、碳排放和封存、煤炭氣化液化等方面。

美國煤炭項目 布局 發展重點

在石油危機和包括酸雨、全球氣候變暖等能源環境問題日益顯著的情況下,世界上很多國家從能源發展的長遠利益考慮,相繼開始了煤炭高效、清潔利用的研究工作,并以社會可持續發展為導向進行長期規劃,采取制定科研計劃、政策框架和立法等多種形式的措施,積極推動煤炭高效清潔利用技術的研究和應用。

美國是世界上最大的能源生產、消費和凈進口國,煤炭儲量居世界首位。煤炭在該國能源結構中占有重要地位。2008年,美國煤炭消費量的約90%用于燃煤電站,占美國電力生產的49.54%。為了解決煤炭利用所引起的環境污染問題和保證電力供應的可靠性,美國從20世紀80年代中期就已經開始制定相關戰略規劃,實施煤炭高效清潔利用的研究項目,解決了低質煤炭提質、煤炭氣化液化、混煤燃燒系統開發、高效燃燒系統開發、超(超)臨界循環系統、零排放等研究中許多關鍵的技術問題,這些項目的成功研究和開發利用對美國政府在應對國際國內能源危機上發揮了重要作用。能源部作為美國政府能源管理的主管部門,一直以來肩負著制定美國煤炭利用開發規劃、批準國家重要項目的重要職能。對美國能源部的煤炭利用項目進行系統的調研,分析該國煤炭利用項目的經費分布、承擔機構分布、研究現狀及技術分布等情況,能夠幫助系統了解美國煤炭項目的規劃布局,為我國煤炭的長遠戰略規劃提供借鑒意義。

1 研究對象和研究方法

1.1 研究對象及其選取

研究對象是美國能源部批準的煤炭利用項目。選取方法是從美國能源部網站的化石能源項目數據庫中,利用關鍵詞 (“coal”)檢索的基礎上,通過項目摘要或主題詞進行深度篩選,以便能夠完整、精確地獲得美國能源部關于煤炭利用開發的項目。

1.2 研究方法

主要采用情報研究方法中的文獻調研法和計量分析法對項目信息進行整理和分析。具體方法分為2步:首先利用文獻調研法建立系統的項目管理和分析數據庫。主要根據美國煤炭項目的相關信息(如研究范圍、研究性質、名稱、主題等)構建項目分析數據庫;其次針對不同的分析目標,利用計量分析法對項目相關信息進行檢索分析。

2 項目分類及其特點分析

結合美國能源部對煤炭利用項目的分類,根據是否屬于潔凈煤技術研究范圍,將美國煤炭利用項目主要分為兩大類:一類是以研究煤炭清潔利用和污染排放控制為主的潔凈煤技術項目 (簡稱CCT項目),包括潔凈煤先導項目 (簡稱CCPIP項目)、潔凈煤計劃資助項目 (簡稱CCT資助項目)和非潔凈煤計劃資助的項目 (簡稱非CCT資助項目);另一類是非潔凈煤利用項目 (簡稱非CCT項目),包括煤炭氣化技術研究、先進的燃煤技術開發、燃料電池技術、汽輪機和熱力發動機技術、計算模擬研究、燃煤先進裝備設計開發研究、碳捕獲和封存等。根據文獻調研法和歸納法對項目信息分析,得到這兩大類項目的特點對比分析如表1所示。

表1 非CCT項目和各類CCT項目的對比分析

表1對美國煤炭利用的CCT項目 (CCPIP項目、CCT資助項目、非CCT資助項目)和非CCT項目的數量、所占比例及開始規劃時間、經費等進行對照分析。可以看出。

(1)從項目數量上看,在網站上可以查到22年來的煤炭項目總共有467項,其中非CCT項目有416項,約占項目總量的89.08%,在數量上占絕對優勢,各類CCT項目共51項,所占比例約為11.92%;

(2)從時間上看,CCT項目啟動的時間較早,在1988年就開始啟動,但并沒有受到潔凈煤計劃的資助 (最早資助時間為1990年),而非CCT項目啟動時間在1990年;除CCT資助項目外,其余3類項目每年都有新啟動項目,相比之下獲得CCT資助項目較難,每隔2～6年才有1項;

(3)從資助經費上看,非CCT項目除1993-1998年以外的每年都有重大項目啟動,而在CCT項目中,CCT資助項目資助額度最大,2002年以后和所有在研的非CCT資助項目經費均不超過1000萬美元;

(4)從重大項目數量及持續時間上看,非CCT的重大項目絕對數量最多,達到36項,但重大項目在該類項目中所占比例最低,僅為8.65%;在非CCT資助項目、CCT資助項目、CCPIP項目等CCT項目中,重大項目的絕對數量雖然不多,但在該類項目中所占比例相當高,分別達到13.89%、80%和60%,這些重大項目的持續時間均在3年以上,有時甚至達到20年。

3 結果和討論

利用上述分析方法,結合對美國煤炭項目的分類,主要對各類美國煤炭項目的數量變化、項目性質分布、經費投入情況、重點技術研究方向、當前研究重點等方面進行了分析,具體結果即分析如下:

3.1 各類項目數量變化情況

圖1表示了20年來美國煤炭行業非CCT項目數量具有大幅增長。在1995年以前,美國非CCT項目數量為11項;至1996-2001年,非CCT項目數量增加到71項,增幅近6倍;至2001-2005年,非CCT項目數量增加到117項,數量得到絕對增長,但增幅趨緩;至2006年以后,非CCT項目數量增加到221項,其增長的絕對數量為歷史最高。

圖1 美國非CCT項目的數量變化情況

圖2表示各類CCT項目自啟動以來的數量變化情況。圖中表明,在相同時間區間內,非CCT資助項目的數量遠遠高于其他類CCT項目。由于CCPIP項目是美國能源部在2002年才開始啟動的,因此在這之前項目數量為零,CCPIP項目在2001-2005年啟動較多,數量為7項,達到歷史最高,其后在2006-2010年數量有所下降,僅為3項;CCT資助項目在1995年以前數量為2項,此后在各時間區間內分別有1項,時間分布較為均勻;非CCT資助項目在前10年數量有所下降,在2000年以后項目數量有所增加,尤其在近5年項目數量增加幅度較大。

圖2 美國各類CCT項目數量變化情況

3.2 項目分類情況計量分析

根據研究性質不同,美國煤炭利用項目又可分為基礎研究、應用基礎研究、應用研究和示范項目等4類。表2對不同的美國煤炭利用項目的研究性質進行計量統計,顯示出在非CCT項目中,以應用基礎研究和應用研究項目為主,數量也最多,依次為174項和152項,分別占該類項目數量的41.8%和36.5%。在CCT項目方面,非CCT資助項目和CCT資助項目中應用研究項目的數量最多,所占比例分別高達58.3%和60%,而CCPIP項目中示范項目的數量最多,所占比例為70%,其中CCPIP項目和CCT資助項目中20年來沒有啟動基礎研究項目。這表明美國煤炭利用項目研發中較為重視應用研究和示范項目。

表2 美國煤炭利用項目的項目性質分布情況

3.3 項目經費分布情況

按照投入經費的多少,美國煤炭利用項目可分為1000萬美元以上項目、100～1000萬美元項目、10～100萬美元項目和10萬美元以下項目等4類。圖3表示出美國煤炭利用項目的經費投入情況。從各類資金投入的項目數量來看,由于非CCT項目的數量龐大,因此在各類資金投入的項目數量也占有絕對優勢。從所占比例上看,10萬美元級經費項目中,非CCT項目和非CCT資助項目數量最多,分別占該類項目的 45.4%和 41.7%,而在CCPIP項目和CCT資助項目中1000萬美元以上項目數量占比最大,均達到該類項目的80%,這表明CCPIP項目和CCT資助項目主要針對金額較大的潔凈煤技術的重點項目。

圖3 美國煤炭利用項目資金投入情況

3.4 主要承擔機構的分布情況

從承擔項目機構的性質劃分,美國煤炭利用項目承擔機構可以分為大學、科研機構和企業 (設有研發機構的企業)3類。表3主要對項目資金投入達到10萬美元以上的美國煤炭利用項目的承擔單位分布情況進行檢索分析,檢索到的項目總數為400項,通過分析發現在承擔千萬美元級以上項目中,企業數量 (38項)遠遠多于院校 (7項)和科研機構 (7項),在該類項目中所占比例達到73.1%,反映出在承擔該類項目中,企業占有絕對優勢,經過對該類項目類別的分析,發現該類項目主要以集研究、試驗、示范工程于一體的綜合示范項目和應用研究項目為主。相反,在10萬美元級項目中,以大學承擔的項目數量為最多,達到93項,在同級別項目中所占比例達到46.0%。

3.5 發展重點分析

通過對美國煤炭利用項目的主題詞進行檢索,發現美國煤炭利用項目主要集中在煤炭提質、循環流化床燃燒、煤炭液化氣化、IGCC研究開發和示范、碳捕獲和封存等技術方面,為此對這些重點技術項目分別進行統計,如表4所示。美國在碳捕獲和封存方面的煤炭利用項目數量最多,達到83項。其中在非CCT項目中,碳捕獲和封存方面的研究項目數量最多,達到79項;其次為汞、氮氧化物、二氧化硫等多種污染物生成和脫除方面的研究項目數量,為58項。在非CCT資助項目中,汞、氮氧化物、二氧化硫等污染物生成和脫除方面的項目數量最多,為13項;在CCT資助項目和CCPIP項目中,從第3.3節中可知在這兩類項目中千萬級以上項目達到80%,因而它們項目數量雖少,但經費投入較高,具體集中在碳捕集和封存、煤氣化聯合循環發電系統研究、低質煤炭提質研究、煤炭制油制氣、燃煤污染排放控制研究方面;從上述分析中,表明美國非常重視煤炭高效清潔利用技術的研究開發和應用,以及對石油替代產品的研究和利用。

4 總結

從上面對美國煤炭利用項目的分析中,可以看出美國是較早重視煤炭清潔技術研究開發和應用的國家。總的看來,美國煤炭利用項目的研究已經從最早的煤炭高效燃燒利用、污染物排放、碳捕獲等單一計劃,逐步發展到燃煤系統最初設計、高效燃燒、多種污染物排放控制、碳捕獲和封存及其評價等方面為一體的系統性、綜合的研究和開發上。從項目數量上看,自1988年至今,美國煤炭利用項目的數量有較大幅度增加,表現出美國對煤炭開發和利用技術越來越重視,尤其重視IGCC、低質煤炭提質、煤炭制油制氣、燃煤污染排放控制等煤炭高效清潔利用技術的研究和開發;在項目性質的分布上,雖然美國在煤炭基礎研究、應用性基礎研究、應用研究和示范項目上分別開展不同程度的研究工作,但最為重視應用研究和示范項目的開發;在項目承擔機構上,美國較重視具有自主研發機構的大型能源企業的參與以及加盟重大項目的研發和示范。

表3 美國煤炭利用項目承擔機構在不同項目中的分布情況

表4 主要研究方向的分布情況

[1]Zhao Yongchun,Zhang Junying,Huang Wenchun.A rsenic emission during combustion of high-arsenic coals from southwestern guizhou,China[J].Energy Conversion&M anagement,2008,49(4)

[2]Dahowski R T,Dooley J,Davids on C.Regiona l differences in carbon dioxide capture and storage markets within the United States[M].G reenhouse Gas Control Technologies 7,Oxford:Elsevier Science Ltd.,2005

[3]M eisen A,Shuai X.Research and development issues in CO2 capture[J].Energy Conversion and M anagement,1997,38

[4]U.S.Department of energy.Annual coal report 2008[R].2009,9,18 http://www.eia.doe.gov/cneaf/coal/page/acr/acr.pdf.

[5]U.S.Fossil Energy R&D Project Data Base.U.S.Depart of Energy.URL:http://fossil.energy.gov/p rograms/projectdatabase/index.htm l

[6]U.S.Coal Energy R&D Project Data Base.U.S.Depart o f Energy.URL:http://fossil.energy.gov/search/fossilweb/query.htm l

Studies on layout and distribution of American coal projectsbased on energy source strategy

Wei Feng1,2,Zhang Jun1,2,Pan Yi1,2
(1.Wuhan Library of the Chinese A cademy of Sciences,Wuhan,430071,China;2.TheWuhan Branch of the National Science Library,CAS,Wuhan,Hubeiprovince 430071,China)

Focusing on the U.S.Department of Energy coal p rojects,the development of A-merican coal projects is studied by means of intellectual investigation combined with inform ation checking and data analysisin order to disclose the layoutand distribution of coalutilization in that country.Firstly,the inform ation about coal p rojects are selected through the database of fossil energy projects of the U.S.Department of Energy and the coal pro ject database for analysis is set up.The characters of American coal utilization p ro jects,quantity distribution,research charactersand fieldsof interests,capital distribution,technology em phasisand so on are analyzed.It is showed that the number of Am erican coal projects is increasing quick ly bym agnitude-level since 1988,especially the number of coal application projects and dem onstration coal projects.In A-merica,large enterprises＇participation in key research projects arem ore encouraged,em phasizing on coal efficient utilization,lignite fuel enhancem ent,po llutants and emission control,carbon capture and sequestration,coal liquefaction and gasification and so on.

U.S.coal projects,layout and distribution,key areas for development

TD

A

魏鳳(1977-),女,武漢人,博士,副研究員,長期從事能源技術開發及其戰略情報研究的工作。

(責任編輯 溫子伯)