基于能源戰(zhàn)略的美國煤炭項目規(guī)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(zhàn)略的美國煤炭項目規(guī)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(diào)研和數(shù)據(jù)分析相結(jié)合,研究美國煤炭項目發(fā)展的態(tài)勢,揭示美國煤炭利用的規(guī)劃布局。具體方法為:首先根據(jù)美國能源部化石能源項目數(shù)據(jù)庫檢索并選取煤炭項目信息,并建立項目分析數(shù)據(jù)庫,系統(tǒng)分析美國煤炭利用項目的特點、數(shù)量變化、研究性質(zhì)和范圍、經(jīng)費分布、發(fā)展重點等情況。結(jié)果表明,自1988年以來美國煤炭項目數(shù)量呈數(shù)量級增長,尤其是應用項目和示范項目數(shù)量較多,比較重視大型企業(yè)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(zhì)、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(fā)展重點

在石油危機和包括酸雨、全球氣候變暖等能源環(huán)境問題日益顯著的情況下,世界上很多國家從能源發(fā)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(xù)發(fā)展為導向進行長期規(guī)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(shù)的研究和應用。

美國是世界上最大的能源生產(chǎn)、消費和凈進口國,煤炭儲量居世界首位。煤炭在該國能源結(jié)構(gòu)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(chǎn)的49.54%。為了解決煤炭利用所引起的環(huán)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(jīng)開始制定相關(guān)戰(zhàn)略規(guī)劃,實施煤炭高效清潔利用的研究項目,解決了低質(zhì)煤炭提質(zhì)、煤炭氣化液化、混煤燃燒系統(tǒng)開發(fā)、高效燃燒系統(tǒng)開發(fā)、超(超)臨界循環(huán)系統(tǒng)、零排放等研究中許多關(guān)鍵的技術(shù)問題,這些項目的成功研究和開發(fā)利用對美國政府在應對國際國內(nèi)能源危機上發(fā)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(fā)規(guī)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(tǒng)的調(diào)研,分析該國煤炭利用項目的經(jīng)費分布、承擔機構(gòu)分布、研究現(xiàn)狀及技術(shù)分布等情況,能夠幫助系統(tǒng)了解美國煤炭項目的規(guī)劃布局,為我國煤炭的長遠戰(zhàn)略規(guī)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(wǎng)站的化石能源項目數(shù)據(jù)庫中,利用關(guān)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(guān)于煤炭利用開發(fā)的項目。

1.2 研究方法

主要采用情報研究方法中的文獻調(diào)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(diào)研法建立系統(tǒng)的項目管理和分析數(shù)據(jù)庫。主要根據(jù)美國煤炭項目的相關(guān)信息(如研究范圍、研究性質(zhì)、名稱、主題等)構(gòu)建項目分析數(shù)據(jù)庫;其次針對不同的分析目標,利用計量分析法對項目相關(guān)信息進行檢索分析。

2 項目分類及其特點分析

結(jié)合美國能源部對煤炭利用項目的分類,根據(jù)是否屬于潔凈煤技術(shù)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(shù)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(shù)研究、先進的燃煤技術(shù)開發(fā)、燃料電池技術(shù)、汽輪機和熱力發(fā)動機技術(shù)、計算模擬研究、燃煤先進裝備設計開發(fā)研究、碳捕獲和封存等。根據(jù)文獻調(diào)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(shù)量、所占比例及開始規(guī)劃時間、經(jīng)費等進行對照分析?？梢钥闯?。

(1)從項目數(shù)量上看,在網(wǎng)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(shù)量上占絕對優(yōu)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(jīng)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(jīng)費均不超過1000萬美元;

(4)從重大項目數(shù)量及持續(xù)時間上看,非CCT的重大項目絕對數(shù)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(shù)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(xù)時間均在3年以上,有時甚至達到20年。

3 結(jié)果和討論

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

3.1 各類項目數(shù)量變化情況

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

圖1 美國非CCT項目的數(shù)量變化情況

圖2表示各類CCT項目自啟動以來的數(shù)量變化情況。圖中表明,在相同時間區(qū)間內(nèi),非CCT資助項目的數(shù)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(shù)量為零,CCPIP項目在2001-2005年啟動較多,數(shù)量為7項,達到歷史最高,其后在2006-2010年數(shù)量有所下降,僅為3項;CCT資助項目在1995年以前數(shù)量為2項,此后在各時間區(qū)間內(nèi)分別有1項,時間分布較為均勻;非CCT資助項目在前10年數(shù)量有所下降,在2000年以后項目數(shù)量有所增加,尤其在近5年項目數(shù)量增加幅度較大。

圖2 美國各類CCT項目數(shù)量變化情況

3.2 項目分類情況計量分析

根據(jù)研究性質(zhì)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(zhì)進行計量統(tǒng)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(shù)量也最多,依次為174項和152項,分別占該類項目數(shù)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(shù)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(shù)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(fā)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(zhì)分布情況

3.3 項目經(jīng)費分布情況

按照投入經(jīng)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(jīng)費投入情況。從各類資金投入的項目數(shù)量來看,由于非CCT項目的數(shù)量龐大,因此在各類資金投入的項目數(shù)量也占有絕對優(yōu)勢。從所占比例上看,10萬美元級經(jīng)費項目中,非CCT項目和非CCT資助項目數(shù)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(shù)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(shù)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(gòu)的分布情況

從承擔項目機構(gòu)的性質(zhì)劃分,美國煤炭利用項目承擔機構(gòu)可以分為大學、科研機構(gòu)和企業(yè) (設有研發(fā)機構(gòu)的企業(yè))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(shù)為400項,通過分析發(fā)現(xiàn)在承擔千萬美元級以上項目中,企業(yè)數(shù)量 (38項)遠遠多于院校 (7項)和科研機構(gòu) (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(yè)占有絕對優(yōu)勢,經(jīng)過對該類項目類別的分析,發(fā)現(xiàn)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(shù)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(fā)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(fā)現(xiàn)美國煤炭利用項目主要集中在煤炭提質(zhì)、循環(huán)流化床燃燒、煤炭液化氣化、IGCC研究開發(fā)和示范、碳捕獲和封存等技術(shù)方面,為此對這些重點技術(shù)項目分別進行統(tǒng)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)量最多,為13項;在CCT資助項目和CCPIP項目中,從第3.3節(jié)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(shù)量雖少,但經(jīng)費投入較高,具體集中在碳捕集和封存、煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)研究、低質(zhì)煤炭提質(zhì)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(shù)的研究開發(fā)和應用,以及對石油替代產(chǎn)品的研究和利用。

4 總結(jié)

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(shù)研究開發(fā)和應用的國家?？偟目磥?美國煤炭利用項目的研究已經(jīng)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(fā)展到燃煤系統(tǒng)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(tǒng)性、綜合的研究和開發(fā)上。從項目數(shù)量上看,自1988年至今,美國煤炭利用項目的數(shù)量有較大幅度增加,表現(xiàn)出美國對煤炭開發(fā)和利用技術(shù)越來越重視,尤其重視IGCC、低質(zhì)煤炭提質(zhì)、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(shù)的研究和開發(fā);在項目性質(zhì)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(fā);在項目承擔機構(gòu)上,美國較重視具有自主研發(fā)機構(gòu)的大型能源企業(yè)的參與以及加盟重大項目的研發(fā)和示范。

表3 美國煤炭利用項目承擔機構(gòu)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(shù)開發(fā)及其戰(zhàn)略情報研究的工作。

(責任編輯 溫子伯)