魏 鳳 張 軍 潘 懿

(1.中國(guó)科學(xué)院武漢文獻(xiàn)情報(bào)中心,湖北省武漢市,430071;2.中國(guó)科學(xué)院國(guó)家科學(xué)圖書(shū)館武漢分館,湖北省武漢市,430071)

基于能源戰(zhàn)略的美國(guó)煤炭項(xiàng)目規(guī)劃布局研究

魏 鳳1,2張 軍1,2潘 懿1,2

(1.中國(guó)科學(xué)院武漢文獻(xiàn)情報(bào)中心,湖北省武漢市,430071;2.中國(guó)科學(xué)院國(guó)家科學(xué)圖書(shū)館武漢分館,湖北省武漢市,430071)

以美國(guó)能源部煤炭項(xiàng)目為研究對(duì)象,利用情報(bào)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(guó)煤炭項(xiàng)目發(fā)展的態(tài)勢(shì),揭示美國(guó)煤炭利用的規(guī)劃布局。具體方法為:首先根據(jù)美國(guó)能源部化石能源項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)檢索并選取煤炭項(xiàng)目信息,并建立項(xiàng)目分析數(shù)據(jù)庫(kù),系統(tǒng)分析美國(guó)煤炭利用項(xiàng)目的特點(diǎn)、數(shù)量變化、研究性質(zhì)和范圍、經(jīng)費(fèi)分布、發(fā)展重點(diǎn)等情況。結(jié)果表明,自1988年以來(lái)美國(guó)煤炭項(xiàng)目數(shù)量呈數(shù)量級(jí)增長(zhǎng),尤其是應(yīng)用項(xiàng)目和示范項(xiàng)目數(shù)量較多,比較重視大型企業(yè)參與重大項(xiàng)目的研究,研究重點(diǎn)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(guó)煤炭項(xiàng)目 布局 發(fā)展重點(diǎn)

在石油危機(jī)和包括酸雨、全球氣候變暖等能源環(huán)境問(wèn)題日益顯著的情況下,世界上很多國(guó)家從能源發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益考慮,相繼開(kāi)始了煤炭高效、清潔利用的研究工作,并以社會(huì)可持續(xù)發(fā)展為導(dǎo)向進(jìn)行長(zhǎng)期規(guī)劃,采取制定科研計(jì)劃、政策框架和立法等多種形式的措施,積極推動(dòng)煤炭高效清潔利用技術(shù)的研究和應(yīng)用。

美國(guó)是世界上最大的能源生產(chǎn)、消費(fèi)和凈進(jìn)口國(guó),煤炭?jī)?chǔ)量居世界首位。煤炭在該國(guó)能源結(jié)構(gòu)中占有重要地位。2008年,美國(guó)煤炭消費(fèi)量的約90%用于燃煤電站,占美國(guó)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(wèn)題和保證電力供應(yīng)的可靠性,美國(guó)從20世紀(jì)80年代中期就已經(jīng)開(kāi)始制定相關(guān)戰(zhàn)略規(guī)劃,實(shí)施煤炭高效清潔利用的研究項(xiàng)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(kāi)發(fā)、高效燃燒系統(tǒng)開(kāi)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(wèn)題,這些項(xiàng)目的成功研究和開(kāi)發(fā)利用對(duì)美國(guó)政府在應(yīng)對(duì)國(guó)際國(guó)內(nèi)能源危機(jī)上發(fā)揮了重要作用。能源部作為美國(guó)政府能源管理的主管部門(mén),一直以來(lái)肩負(fù)著制定美國(guó)煤炭利用開(kāi)發(fā)規(guī)劃、批準(zhǔn)國(guó)家重要項(xiàng)目的重要職能。對(duì)美國(guó)能源部的煤炭利用項(xiàng)目進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)研,分析該國(guó)煤炭利用項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)分布、承擔(dān)機(jī)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(guó)煤炭項(xiàng)目的規(guī)劃布局,為我國(guó)煤炭的長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略規(guī)劃提供借鑒意義。

1 研究對(duì)象和研究方法

1.1 研究對(duì)象及其選取

研究對(duì)象是美國(guó)能源部批準(zhǔn)的煤炭利用項(xiàng)目。選取方法是從美國(guó)能源部網(wǎng)站的化石能源項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)中,利用關(guān)鍵詞 (“coal”)檢索的基礎(chǔ)上,通過(guò)項(xiàng)目摘要或主題詞進(jìn)行深度篩選,以便能夠完整、精確地獲得美國(guó)能源部關(guān)于煤炭利用開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目。

1.2 研究方法

主要采用情報(bào)研究方法中的文獻(xiàn)調(diào)研法和計(jì)量分析法對(duì)項(xiàng)目信息進(jìn)行整理和分析。具體方法分為2步:首先利用文獻(xiàn)調(diào)研法建立系統(tǒng)的項(xiàng)目管理和分析數(shù)據(jù)庫(kù)。主要根據(jù)美國(guó)煤炭項(xiàng)目的相關(guān)信息(如研究范圍、研究性質(zhì)、名稱(chēng)、主題等)構(gòu)建項(xiàng)目分析數(shù)據(jù)庫(kù);其次針對(duì)不同的分析目標(biāo),利用計(jì)量分析法對(duì)項(xiàng)目相關(guān)信息進(jìn)行檢索分析。

2 項(xiàng)目分類(lèi)及其特點(diǎn)分析

結(jié)合美國(guó)能源部對(duì)煤炭利用項(xiàng)目的分類(lèi),根據(jù)是否屬于潔凈煤技術(shù)研究范圍,將美國(guó)煤炭利用項(xiàng)目主要分為兩大類(lèi):一類(lèi)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(xiàng)目 (簡(jiǎn)稱(chēng)CCT項(xiàng)目),包括潔凈煤先導(dǎo)項(xiàng)目 (簡(jiǎn)稱(chēng)CCPIP項(xiàng)目)、潔凈煤計(jì)劃資助項(xiàng)目 (簡(jiǎn)稱(chēng)CCT資助項(xiàng)目)和非潔凈煤計(jì)劃資助的項(xiàng)目 (簡(jiǎn)稱(chēng)非CCT資助項(xiàng)目);另一類(lèi)是非潔凈煤利用項(xiàng)目 (簡(jiǎn)稱(chēng)非CCT項(xiàng)目),包括煤炭氣化技術(shù)研究、先進(jìn)的燃煤技術(shù)開(kāi)發(fā)、燃料電池技術(shù)、汽輪機(jī)和熱力發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、計(jì)算模擬研究、燃煤先進(jìn)裝備設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)研究、碳捕獲和封存等。根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研法和歸納法對(duì)項(xiàng)目信息分析,得到這兩大類(lèi)項(xiàng)目的特點(diǎn)對(duì)比分析如表1所示。

表1 非CCT項(xiàng)目和各類(lèi)CCT項(xiàng)目的對(duì)比分析

表1對(duì)美國(guó)煤炭利用的CCT項(xiàng)目 (CCPIP項(xiàng)目、CCT資助項(xiàng)目、非CCT資助項(xiàng)目)和非CCT項(xiàng)目的數(shù)量、所占比例及開(kāi)始規(guī)劃時(shí)間、經(jīng)費(fèi)等進(jìn)行對(duì)照分析?？梢钥闯觥?/p>

(1)從項(xiàng)目數(shù)量上看,在網(wǎng)站上可以查到22年來(lái)的煤炭項(xiàng)目總共有467項(xiàng),其中非CCT項(xiàng)目有416項(xiàng),約占項(xiàng)目總量的89.08%,在數(shù)量上占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),各類(lèi)CCT項(xiàng)目共51項(xiàng),所占比例約為11.92%;

(2)從時(shí)間上看,CCT項(xiàng)目啟動(dòng)的時(shí)間較早,在1988年就開(kāi)始啟動(dòng),但并沒(méi)有受到潔凈煤計(jì)劃的資助 (最早資助時(shí)間為1990年),而非CCT項(xiàng)目啟動(dòng)時(shí)間在1990年;除CCT資助項(xiàng)目外,其余3類(lèi)項(xiàng)目每年都有新啟動(dòng)項(xiàng)目,相比之下獲得CCT資助項(xiàng)目較難,每隔2～6年才有1項(xiàng);

(3)從資助經(jīng)費(fèi)上看,非CCT項(xiàng)目除1993-1998年以外的每年都有重大項(xiàng)目啟動(dòng),而在CCT項(xiàng)目中,CCT資助項(xiàng)目資助額度最大,2002年以后和所有在研的非CCT資助項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)均不超過(guò)1000萬(wàn)美元;

(4)從重大項(xiàng)目數(shù)量及持續(xù)時(shí)間上看,非CCT的重大項(xiàng)目絕對(duì)數(shù)量最多,達(dá)到36項(xiàng),但重大項(xiàng)目在該類(lèi)項(xiàng)目中所占比例最低,僅為8.65%;在非CCT資助項(xiàng)目、CCT資助項(xiàng)目、CCPIP項(xiàng)目等CCT項(xiàng)目中,重大項(xiàng)目的絕對(duì)數(shù)量雖然不多,但在該類(lèi)項(xiàng)目中所占比例相當(dāng)高,分別達(dá)到13.89%、80%和60%,這些重大項(xiàng)目的持續(xù)時(shí)間均在3年以上,有時(shí)甚至達(dá)到20年。

3 結(jié)果和討論

利用上述分析方法,結(jié)合對(duì)美國(guó)煤炭項(xiàng)目的分類(lèi),主要對(duì)各類(lèi)美國(guó)煤炭項(xiàng)目的數(shù)量變化、項(xiàng)目性質(zhì)分布、經(jīng)費(fèi)投入情況、重點(diǎn)技術(shù)研究方向、當(dāng)前研究重點(diǎn)等方面進(jìn)行了分析,具體結(jié)果即分析如下:

3.1 各類(lèi)項(xiàng)目數(shù)量變化情況

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

圖1 美國(guó)非CCT項(xiàng)目的數(shù)量變化情況

圖2表示各類(lèi)CCT項(xiàng)目自啟動(dòng)以來(lái)的數(shù)量變化情況。圖中表明,在相同時(shí)間區(qū)間內(nèi),非CCT資助項(xiàng)目的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他類(lèi)CCT項(xiàng)目。由于CCPIP項(xiàng)目是美國(guó)能源部在2002年才開(kāi)始啟動(dòng)的,因此在這之前項(xiàng)目數(shù)量為零,CCPIP項(xiàng)目在2001-2005年啟動(dòng)較多,數(shù)量為7項(xiàng),達(dá)到歷史最高,其后在2006-2010年數(shù)量有所下降,僅為3項(xiàng);CCT資助項(xiàng)目在1995年以前數(shù)量為2項(xiàng),此后在各時(shí)間區(qū)間內(nèi)分別有1項(xiàng),時(shí)間分布較為均勻;非CCT資助項(xiàng)目在前10年數(shù)量有所下降,在2000年以后項(xiàng)目數(shù)量有所增加,尤其在近5年項(xiàng)目數(shù)量增加幅度較大。

圖2 美國(guó)各類(lèi)CCT項(xiàng)目數(shù)量變化情況

3.2 項(xiàng)目分類(lèi)情況計(jì)量分析

根據(jù)研究性質(zhì)不同,美國(guó)煤炭利用項(xiàng)目又可分為基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和示范項(xiàng)目等4類(lèi)。表2對(duì)不同的美國(guó)煤炭利用項(xiàng)目的研究性質(zhì)進(jìn)行計(jì)量統(tǒng)計(jì),顯示出在非CCT項(xiàng)目中,以應(yīng)用基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究項(xiàng)目為主,數(shù)量也最多,依次為174項(xiàng)和152項(xiàng),分別占該類(lèi)項(xiàng)目數(shù)量的41.8%和36.5%。在CCT項(xiàng)目方面,非CCT資助項(xiàng)目和CCT資助項(xiàng)目中應(yīng)用研究項(xiàng)目的數(shù)量最多,所占比例分別高達(dá)58.3%和60%,而CCPIP項(xiàng)目中示范項(xiàng)目的數(shù)量最多,所占比例為70%,其中CCPIP項(xiàng)目和CCT資助項(xiàng)目中20年來(lái)沒(méi)有啟動(dòng)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目。這表明美國(guó)煤炭利用項(xiàng)目研發(fā)中較為重視應(yīng)用研究和示范項(xiàng)目。

表2 美國(guó)煤炭利用項(xiàng)目的項(xiàng)目性質(zhì)分布情況

3.3 項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)分布情況

按照投入經(jīng)費(fèi)的多少,美國(guó)煤炭利用項(xiàng)目可分為1000萬(wàn)美元以上項(xiàng)目、100～1000萬(wàn)美元項(xiàng)目、10～100萬(wàn)美元項(xiàng)目和10萬(wàn)美元以下項(xiàng)目等4類(lèi)。圖3表示出美國(guó)煤炭利用項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)投入情況。從各類(lèi)資金投入的項(xiàng)目數(shù)量來(lái)看,由于非CCT項(xiàng)目的數(shù)量龐大,因此在各類(lèi)資金投入的項(xiàng)目數(shù)量也占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。從所占比例上看,10萬(wàn)美元級(jí)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目中,非CCT項(xiàng)目和非CCT資助項(xiàng)目數(shù)量最多,分別占該類(lèi)項(xiàng)目的 45.4%和 41.7%,而在CCPIP項(xiàng)目和CCT資助項(xiàng)目中1000萬(wàn)美元以上項(xiàng)目數(shù)量占比最大,均達(dá)到該類(lèi)項(xiàng)目的80%,這表明CCPIP項(xiàng)目和CCT資助項(xiàng)目主要針對(duì)金額較大的潔凈煤技術(shù)的重點(diǎn)項(xiàng)目。

圖3 美國(guó)煤炭利用項(xiàng)目資金投入情況

3.4 主要承擔(dān)機(jī)構(gòu)的分布情況

從承擔(dān)項(xiàng)目機(jī)構(gòu)的性質(zhì)劃分,美國(guó)煤炭利用項(xiàng)目承擔(dān)機(jī)構(gòu)可以分為大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè) (設(shè)有研發(fā)機(jī)構(gòu)的企業(yè))3類(lèi)。表3主要對(duì)項(xiàng)目資金投入達(dá)到10萬(wàn)美元以上的美國(guó)煤炭利用項(xiàng)目的承擔(dān)單位分布情況進(jìn)行檢索分析,檢索到的項(xiàng)目總數(shù)為400項(xiàng),通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)在承擔(dān)千萬(wàn)美元級(jí)以上項(xiàng)目中,企業(yè)數(shù)量 (38項(xiàng))遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于院校 (7項(xiàng))和科研機(jī)構(gòu) (7項(xiàng)),在該類(lèi)項(xiàng)目中所占比例達(dá)到73.1%,反映出在承擔(dān)該類(lèi)項(xiàng)目中,企業(yè)占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì),經(jīng)過(guò)對(duì)該類(lèi)項(xiàng)目類(lèi)別的分析,發(fā)現(xiàn)該類(lèi)項(xiàng)目主要以集研究、試驗(yàn)、示范工程于一體的綜合示范項(xiàng)目和應(yīng)用研究項(xiàng)目為主。相反,在10萬(wàn)美元級(jí)項(xiàng)目中,以大學(xué)承擔(dān)的項(xiàng)目數(shù)量為最多,達(dá)到93項(xiàng),在同級(jí)別項(xiàng)目中所占比例達(dá)到46.0%。

3.5 發(fā)展重點(diǎn)分析

通過(guò)對(duì)美國(guó)煤炭利用項(xiàng)目的主題詞進(jìn)行檢索,發(fā)現(xiàn)美國(guó)煤炭利用項(xiàng)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(kāi)發(fā)和示范、碳捕獲和封存等技術(shù)方面,為此對(duì)這些重點(diǎn)技術(shù)項(xiàng)目分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì),如表4所示。美國(guó)在碳捕獲和封存方面的煤炭利用項(xiàng)目數(shù)量最多,達(dá)到83項(xiàng)。其中在非CCT項(xiàng)目中,碳捕獲和封存方面的研究項(xiàng)目數(shù)量最多,達(dá)到79項(xiàng);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(xiàng)目數(shù)量,為58項(xiàng)。在非CCT資助項(xiàng)目中,汞、氮氧化物、二氧化硫等污染物生成和脫除方面的項(xiàng)目數(shù)量最多,為13項(xiàng);在CCT資助項(xiàng)目和CCPIP項(xiàng)目中,從第3.3節(jié)中可知在這兩類(lèi)項(xiàng)目中千萬(wàn)級(jí)以上項(xiàng)目達(dá)到80%,因而它們項(xiàng)目數(shù)量雖少,但經(jīng)費(fèi)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(guó)非常重視煤炭高效清潔利用技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用,以及對(duì)石油替代產(chǎn)品的研究和利用。

4 總結(jié)

從上面對(duì)美國(guó)煤炭利用項(xiàng)目的分析中,可以看出美國(guó)是較早重視煤炭清潔技術(shù)研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的國(guó)家?？偟目磥?lái),美國(guó)煤炭利用項(xiàng)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(jì)劃,逐步發(fā)展到燃煤系統(tǒng)最初設(shè)計(jì)、高效燃燒、多種污染物排放控制、碳捕獲和封存及其評(píng)價(jià)等方面為一體的系統(tǒng)性、綜合的研究和開(kāi)發(fā)上。從項(xiàng)目數(shù)量上看,自1988年至今,美國(guó)煤炭利用項(xiàng)目的數(shù)量有較大幅度增加,表現(xiàn)出美國(guó)對(duì)煤炭開(kāi)發(fā)和利用技術(shù)越來(lái)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(kāi)發(fā);在項(xiàng)目性質(zhì)的分布上,雖然美國(guó)在煤炭基礎(chǔ)研究、應(yīng)用性基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和示范項(xiàng)目上分別開(kāi)展不同程度的研究工作,但最為重視應(yīng)用研究和示范項(xiàng)目的開(kāi)發(fā);在項(xiàng)目承擔(dān)機(jī)構(gòu)上,美國(guó)較重視具有自主研發(fā)機(jī)構(gòu)的大型能源企業(yè)的參與以及加盟重大項(xiàng)目的研發(fā)和示范。

表3 美國(guó)煤炭利用項(xiàng)目承擔(dān)機(jī)構(gòu)在不同項(xiàng)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(zhǎng)期從事能源技術(shù)開(kāi)發(fā)及其戰(zhàn)略情報(bào)研究的工作。

(責(zé)任編輯 溫子伯)