基于能源战略的美国煤炭项目规划布局研究

魏 凤 张 军 潘 懿

(1.中国科学院武汉文献情报中心,湖北省武汉市,430071;2.中国科学院国家科学图书馆武汉分馆,湖北省武汉市,430071)

基于能源战略的美国煤炭项目规划布局研究

魏 凤1,2张 军1,2潘 懿1,2

(1.中国科学院武汉文献情报中心,湖北省武汉市,430071;2.中国科学院国家科学图书馆武汉分馆,湖北省武汉市,430071)

以美国能源部煤炭项目为研究对象,利用情报研究方法,将资料调研和数据分析相结合,研究美国煤炭项目发展的态势,揭示美国煤炭利用的规划布局。具体方法为:首先根据美国能源部化石能源项目数据库检索并选取煤炭项目信息,并建立项目分析数据库,系统分析美国煤炭利用项目的特点、数量变化、研究性质和范围、经费分布、发展重点等情况。结果表明,自1988年以来美国煤炭项目数量呈数量级增长,尤其是应用项目和示范项目数量较多,比较重视大型企业参与重大项目的研究,研究重点主要集中在煤炭高效利用、提质、污染物控制、碳排放和封存、煤炭气化液化等方面。

美国煤炭项目 布局 发展重点

在石油危机和包括酸雨、全球气候变暖等能源环境问题日益显著的情况下,世界上很多国家从能源发展的长远利益考虑,相继开始了煤炭高效、清洁利用的研究工作,并以社会可持续发展为导向进行长期规划,采取制定科研计划、政策框架和立法等多种形式的措施,积极推动煤炭高效清洁利用技术的研究和应用。

美国是世界上最大的能源生产、消费和净进口国,煤炭储量居世界首位。煤炭在该国能源结构中占有重要地位。2008年,美国煤炭消费量的约90%用于燃煤电站,占美国电力生产的49.54%。为了解决煤炭利用所引起的环境污染问题和保证电力供应的可靠性,美国从20世纪80年代中期就已经开始制定相关战略规划,实施煤炭高效清洁利用的研究项目,解决了低质煤炭提质、煤炭气化液化、混煤燃烧系统开发、高效燃烧系统开发、超(超)临界循环系统、零排放等研究中许多关键的技术问题,这些项目的成功研究和开发利用对美国政府在应对国际国内能源危机上发挥了重要作用。能源部作为美国政府能源管理的主管部门,一直以来肩负着制定美国煤炭利用开发规划、批准国家重要项目的重要职能。对美国能源部的煤炭利用项目进行系统的调研,分析该国煤炭利用项目的经费分布、承担机构分布、研究现状及技术分布等情况,能够帮助系统了解美国煤炭项目的规划布局,为我国煤炭的长远战略规划提供借鉴意义。

1 研究对象和研究方法

1.1 研究对象及其选取

研究对象是美国能源部批准的煤炭利用项目。选取方法是从美国能源部网站的化石能源项目数据库中,利用关键词 (“coal”)检索的基础上,通过项目摘要或主题词进行深度筛选,以便能够完整、精确地获得美国能源部关于煤炭利用开发的项目。

1.2 研究方法

主要采用情报研究方法中的文献调研法和计量分析法对项目信息进行整理和分析。具体方法分为2步:首先利用文献调研法建立系统的项目管理和分析数据库。主要根据美国煤炭项目的相关信息(如研究范围、研究性质、名称、主题等)构建项目分析数据库;其次针对不同的分析目标,利用计量分析法对项目相关信息进行检索分析。

2 项目分类及其特点分析

结合美国能源部对煤炭利用项目的分类,根据是否属于洁净煤技术研究范围,将美国煤炭利用项目主要分为两大类:一类是以研究煤炭清洁利用和污染排放控制为主的洁净煤技术项目 (简称CCT项目),包括洁净煤先导项目 (简称CCPIP项目)、洁净煤计划资助项目 (简称CCT资助项目)和非洁净煤计划资助的项目 (简称非CCT资助项目);另一类是非洁净煤利用项目 (简称非CCT项目),包括煤炭气化技术研究、先进的燃煤技术开发、燃料电池技术、汽轮机和热力发动机技术、计算模拟研究、燃煤先进装备设计开发研究、碳捕获和封存等。根据文献调研法和归纳法对项目信息分析,得到这两大类项目的特点对比分析如表1所示。

表1 非CCT项目和各类CCT项目的对比分析

表1对美国煤炭利用的CCT项目 (CCPIP项目、CCT资助项目、非CCT资助项目)和非CCT项目的数量、所占比例及开始规划时间、经费等进行对照分析。可以看出。

(1)从项目数量上看,在网站上可以查到22年来的煤炭项目总共有467项,其中非CCT项目有416项,约占项目总量的89.08%,在数量上占绝对优势,各类CCT项目共51项,所占比例约为11.92%;

(2)从时间上看,CCT项目启动的时间较早,在1988年就开始启动,但并没有受到洁净煤计划的资助 (最早资助时间为1990年),而非CCT项目启动时间在1990年;除CCT资助项目外,其余3类项目每年都有新启动项目,相比之下获得CCT资助项目较难,每隔2～6年才有1项;

(3)从资助经费上看,非CCT项目除1993-1998年以外的每年都有重大项目启动,而在CCT项目中,CCT资助项目资助额度最大,2002年以后和所有在研的非CCT资助项目经费均不超过1000万美元;

(4)从重大项目数量及持续时间上看,非CCT的重大项目绝对数量最多,达到36项,但重大项目在该类项目中所占比例最低,仅为8.65%;在非CCT资助项目、CCT资助项目、CCPIP项目等CCT项目中,重大项目的绝对数量虽然不多,但在该类项目中所占比例相当高,分别达到13.89%、80%和60%,这些重大项目的持续时间均在3年以上,有时甚至达到20年。

3 结果和讨论

利用上述分析方法,结合对美国煤炭项目的分类,主要对各类美国煤炭项目的数量变化、项目性质分布、经费投入情况、重点技术研究方向、当前研究重点等方面进行了分析,具体结果即分析如下:

3.1 各类项目数量变化情况

图1表示了20年来美国煤炭行业非CCT项目数量具有大幅增长。在1995年以前,美国非CCT项目数量为11项;至1996-2001年,非CCT项目数量增加到71项,增幅近6倍;至2001-2005年,非CCT项目数量增加到117项,数量得到绝对增长,但增幅趋缓;至2006年以后,非CCT项目数量增加到221项,其增长的绝对数量为历史最高。

图1 美国非CCT项目的数量变化情况

图2表示各类CCT项目自启动以来的数量变化情况。图中表明,在相同时间区间内,非CCT资助项目的数量远远高于其他类CCT项目。由于CCPIP项目是美国能源部在2002年才开始启动的,因此在这之前项目数量为零,CCPIP项目在2001-2005年启动较多,数量为7项,达到历史最高,其后在2006-2010年数量有所下降,仅为3项;CCT资助项目在1995年以前数量为2项,此后在各时间区间内分别有1项,时间分布较为均匀;非CCT资助项目在前10年数量有所下降,在2000年以后项目数量有所增加,尤其在近5年项目数量增加幅度较大。

图2 美国各类CCT项目数量变化情况

3.2 项目分类情况计量分析

根据研究性质不同,美国煤炭利用项目又可分为基础研究、应用基础研究、应用研究和示范项目等4类。表2对不同的美国煤炭利用项目的研究性质进行计量统计,显示出在非CCT项目中,以应用基础研究和应用研究项目为主,数量也最多,依次为174项和152项,分别占该类项目数量的41.8%和36.5%。在CCT项目方面,非CCT资助项目和CCT资助项目中应用研究项目的数量最多,所占比例分别高达58.3%和60%,而CCPIP项目中示范项目的数量最多,所占比例为70%,其中CCPIP项目和CCT资助项目中20年来没有启动基础研究项目。这表明美国煤炭利用项目研发中较为重视应用研究和示范项目。

表2 美国煤炭利用项目的项目性质分布情况

3.3 项目经费分布情况

按照投入经费的多少,美国煤炭利用项目可分为1000万美元以上项目、100～1000万美元项目、10～100万美元项目和10万美元以下项目等4类。图3表示出美国煤炭利用项目的经费投入情况。从各类资金投入的项目数量来看,由于非CCT项目的数量庞大,因此在各类资金投入的项目数量也占有绝对优势。从所占比例上看,10万美元级经费项目中,非CCT项目和非CCT资助项目数量最多,分别占该类项目的 45.4%和 41.7%,而在CCPIP项目和CCT资助项目中1000万美元以上项目数量占比最大,均达到该类项目的80%,这表明CCPIP项目和CCT资助项目主要针对金额较大的洁净煤技术的重点项目。

图3 美国煤炭利用项目资金投入情况

3.4 主要承担机构的分布情况

从承担项目机构的性质划分,美国煤炭利用项目承担机构可以分为大学、科研机构和企业 (设有研发机构的企业)3类。表3主要对项目资金投入达到10万美元以上的美国煤炭利用项目的承担单位分布情况进行检索分析,检索到的项目总数为400项,通过分析发现在承担千万美元级以上项目中,企业数量 (38项)远远多于院校 (7项)和科研机构 (7项),在该类项目中所占比例达到73.1%,反映出在承担该类项目中,企业占有绝对优势,经过对该类项目类别的分析,发现该类项目主要以集研究、试验、示范工程于一体的综合示范项目和应用研究项目为主。相反,在10万美元级项目中,以大学承担的项目数量为最多,达到93项,在同级别项目中所占比例达到46.0%。

3.5 发展重点分析

通过对美国煤炭利用项目的主题词进行检索,发现美国煤炭利用项目主要集中在煤炭提质、循环流化床燃烧、煤炭液化气化、IGCC研究开发和示范、碳捕获和封存等技术方面,为此对这些重点技术项目分别进行统计,如表4所示。美国在碳捕获和封存方面的煤炭利用项目数量最多,达到83项。其中在非CCT项目中,碳捕获和封存方面的研究项目数量最多,达到79项;其次为汞、氮氧化物、二氧化硫等多种污染物生成和脱除方面的研究项目数量,为58项。在非CCT资助项目中,汞、氮氧化物、二氧化硫等污染物生成和脱除方面的项目数量最多,为13项;在CCT资助项目和CCPIP项目中,从第3.3节中可知在这两类项目中千万级以上项目达到80%,因而它们项目数量虽少,但经费投入较高,具体集中在碳捕集和封存、煤气化联合循环发电系统研究、低质煤炭提质研究、煤炭制油制气、燃煤污染排放控制研究方面;从上述分析中,表明美国非常重视煤炭高效清洁利用技术的研究开发和应用,以及对石油替代产品的研究和利用。

4 总结

从上面对美国煤炭利用项目的分析中,可以看出美国是较早重视煤炭清洁技术研究开发和应用的国家。总的看来,美国煤炭利用项目的研究已经从最早的煤炭高效燃烧利用、污染物排放、碳捕获等单一计划,逐步发展到燃煤系统最初设计、高效燃烧、多种污染物排放控制、碳捕获和封存及其评价等方面为一体的系统性、综合的研究和开发上。从项目数量上看,自1988年至今,美国煤炭利用项目的数量有较大幅度增加,表现出美国对煤炭开发和利用技术越来越重视,尤其重视IGCC、低质煤炭提质、煤炭制油制气、燃煤污染排放控制等煤炭高效清洁利用技术的研究和开发;在项目性质的分布上,虽然美国在煤炭基础研究、应用性基础研究、应用研究和示范项目上分别开展不同程度的研究工作,但最为重视应用研究和示范项目的开发;在项目承担机构上,美国较重视具有自主研发机构的大型能源企业的参与以及加盟重大项目的研发和示范。

表3 美国煤炭利用项目承担机构在不同项目中的分布情况

表4 主要研究方向的分布情况

[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

魏凤(1977-),女,武汉人,博士,副研究员,长期从事能源技术开发及其战略情报研究的工作。

(责任编辑 温子伯)