美国煤炭利用技术研发项目剖析

美国是世界上最大的能源生产、消费和进口大国，煤炭储量居世界首位，在该国能源结构中占有重要地位。为解决煤炭利用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）临界循环系统和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，使美国政府在应对国际国内能源危机上发挥了重要作用。对美国煤炭利用科技项目的剖析，有助于了解美国煤炭科技战略规划和发展。

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，把美国煤炭项目主要分为两大类：一类是非洁净煤利用项目（简称非CCT项目），另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），具体分类如图1所示。

 注：CCPIP-Clean Coal Initiative Projects，洁净煤先导计划

图1  美国煤炭项目分类

利用文献调研法和归纳总结法，对美国煤炭利用的非CCT项目和CCT项目的数量、所占比例及开始规划时间、经费等进行对比分析，研究对象是美国能源部批准的煤炭利用项目，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

注：CCT：Clean Coal Technology     

1.各类项目数量变化情况

20年来，非CCT项目数量大幅增长。1995年以前，美国非CCT项目共11项；1996～2001年间增加到71项，到2006年以后，增长到221项，其增长的绝对数量为历史最高（见图2）。

 图2  美国非CCT项目的数量变化情况

图3显示为各类CCT项目自启动以来的数量变化情况。图中表明，非CCT计划资助项目在前10年数量有所下降，2000年以后项目数量有所增加，尤其近5年增加幅度较大；CCT计划资助项目在1995年以前有2项，此后在各时间区内分别有1项，时间分布较为均匀；CCPIP项目是美国能源部在2002年才开始启动的，因此在这之前项目为零，其在2001-2005年间启动较多，有7项，达到历史最高，其后在2006-2010年间有所下降，仅有3项。

图3  美国各种类型的CCT项目数量变化情况

2.项目分类情况计量分析

对煤炭利用项目中基础研究、应用基础研究、应用研究、示范项目等不同研究类型项目进行的分析如表2所示。总体来看，美国煤炭低碳高效利用技术项目还主要是以应用为主，其中，应用基础研究和应用型项目占了很大比例。在非CCT项目中，应用类研究项目占到了84.4%。

表2  非CCT项目和CCT项目中不同研究类型项目的组成情况

3.项目资金投入情况分析

按照投入经费的多少，项目可分为1000万美元及以上经费、100万美元经费、10万美元经费及10万以下经费投入等四种类型，图4显示了美国煤炭利用项目的经费投入情况。

图4  美国煤炭利用项目资金投入情况

从各类资金投入项目数量来看，由于非CCT项目的数量庞大，因此在各类资金投入项目数量上也占有绝对优势。从所占比例上看，10万级经费中，非CCT项目和非CCT计划资助项目数量最多，分别占同类项目的45.4%和41.7%，而在CCPIP和CCT计划资助项目中1000万级以上项目数量占比最大，均达到同类项目的80%，这表明CCPIP和CCT计划资助的项目主要针对金额较大的洁净煤技术重点项目。

4.项目主要承担机构分布情况

项目承担机构可分为大学、研究机构和企业（设有研发机构的企业）。通过对项目经费达到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，检索到项目总数为400项，其中有144项由大学所承担，92项由研究机构承担，164项由企业承担，具体如表3所示。在承担千万美元级以上项目中，企业承担项目的数量最多，占比达到73.1%，这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最多，达到93项，占比为46%。

表3 美国项目承担机构在不同项目中的分布情况

5.项目关键研究方向分布

美国煤炭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研发和示范、碳捕获与封存等方面，这些重点技术项目统计情况如表4所示。美国在碳捕获与封存方面的项目最多，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，有58项。在非CCT计划资助项目中，汞、氮氧化物、二氧化硫等污染物生成和脱除方面的项目最多有13项；在CCT计划资助项目和CCPIP项目中，从前面分析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，具体集中在碳捕获与封存、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。这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、开发和利用。 

表4  美国煤炭利用项目主要研究方向的分布情况

　　从以上对美国煤炭低碳清洁利用项目的分析，可见美国是较早重视煤炭清洁技术研究开发和应用的国家。总的来看，其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、碳捕获与封存及其评价等方面为一体的系统、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。在项目性质分布上，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和加盟重大项目的研发和示范。(能源节约和科技装备司
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