美国清洁煤利用发展：战略研究

二、美国清洁煤利用发展

长期以来，美国煤炭产量保持了稳步增长态势。虽然自1997年后，其产量和消费量均退居世界第二，但每年仍高达近10亿t。尤其是布什政府上台以来，更是强化了煤炭开发利用引导政策。2001年美国商品煤产量达到10.25亿t，这是迄今美国最高的纪录，2002年美国商品煤产量为9.95亿t。显然，煤炭工业仍是美国重要的基础产业，在未来几十年间，煤炭工业仍将持续保持快速发展的势头。由此可见，煤炭对于美国能源利用的重要意义。美国也是较早提倡和开始劣质煤清洁利用技术研发和推广的国家。

1.美国清洁煤国家规划历程

近年来，美国围绕未来能源结构、能源环境问题及发展劣质煤清洁利用技术的相关问题进行了大量的研究探讨，确定了未来煤炭及电力研究推广计划的近期和远期目标，即近期内（到2010年）致力于发展成本有效的环境控制技术，以使现有的能源工厂能够符合已有的及新制定的政策法规规定，远期（到2020年）目标则致力于发展未来能源工厂所需要的技术，如电力和氢能技术，近零排放技术，CO处理技术等。为实现上述近期和远期目标，美国能源部制定了一系列计划：首先是“核心研发计划”（Core R＆D Program）以保证技术发展，然后是“未来能源工厂”（Future Gen）以保证技术得到验证和接受，最后通过“示范计划”（Demonstration Program）以实现商业化，它们之间的联系如图6－1所示。

美国对现有电厂进行劣质煤清洁利用技术改造，随着旧电厂逐步退役，在建造新电厂时提高标准要求，推动高效清洁煤炭技术的商业化；加速下一代技术的研究、开发及示范，在2012年建成世界上第一个零排放煤炭发电厂——“未来发电”。实施步骤如下。

第一步，通过更新设备和技术改造，使现有电厂变得更加“清洁”，从而减少温室气体的排放。现有的劣质煤清洁利用技术能降低现有电厂95%的二氧化硫排放和90%的氮氧化物排放；除汞技术目前正在进行示范；新技术还可提高现有电厂的效率，而效率每提高1%，可使生产每度电排放的二氧化碳降低2%；美国国家煤炭理事会估计，通过提高现有电厂的效率，相当于新增4 000万千瓦的发电能力。

图6－1　美国能源部煤炭计划

资料来源：罗陨飞，2005.

第二步，保证新建电厂采用最先进高效的装备。未来25年内，美国将新建发电能力为15 000万千瓦的煤电厂，国家能源政策法通过提供税收优惠政策来鼓励这些新建电厂采用最新、最先进的技术进行建设。煤粉超临界发电和IGCC等先进技术，本质上将能消除有害污染并将效率提高到60%；满足国家能源政策法要求的新建清洁煤电厂及煤气化项目可获得总计165亿美元的税收优惠；国家能源政策法还授权能源部向那些有益于环保和能源安全的新技术和技术改造项目提供贷款担保。能源部正准备进行总额为20亿美元的项目征集，当然还需国会的授权；能源部将继续支持碳收集封存技术的研究和开发，以便应用于未来火力发电厂。除已经给予“碳收集地区合作伙伴”的4.5亿美元用于验证碳的存储、运输及封存技术的可靠性和有效性外，能源部最近又向9个组织提供了2 400万美元经费用于新型、低成本碳收集封存创新技术的开发。

第三步，建造并运行世界上第一个零排放煤电厂“未来发电（Future Gen）”。将在这个“未来发电”厂内集成利用一系列先进技术，还将验证碳收集及永久封存技术的安全性、经济性和可行性。Future Gen生产的电力价格将具有市场竞争性，它也将成为以后各类零排放、先进发电厂的建造原型；Future Gen选址定于伊利诺伊州，2009年开始建造，2012年建成运行；Future Gen还将以商业化方式制氢，价格也将具有市场竞争性；这些氢可用于燃料电池汽车；以减少交通领域的二氧化碳排放；Future Gen可以从根本上消除一氧化硫、氮氧化物、汞等污染物。最初能收集90%的二氧化碳，最终将达100%。

2.美国清洁煤相关发展规划

（1）劣质煤清洁利用技术示范计划（Clean Coal Technology Demonstration Program，CCTDP）。CCTDP是由美国能源部和有关企业界分摊费用的技术开发项目，主要是通过国家示范，带动新一代先进用煤技术的应用。1986年开始实施的CCTDP，先后共经过5轮项目征询和优选，最终有60个项目入选。到1997年，共有39个示范项目得以实施，其中：22项已完成运行，9项正在运行中，1项在建，6项处于设计阶段。CCTDP投入的总费用超过72亿美元，其中美国政府的投入占33%。在投入的总费用中，约有74%是直接投入在煤发电技术的。

（2）清洁煤发电计划（Clean Coal Power Initiative，CCPI）。布什总统提出了清洁煤发电计划，致力于开发、试验便于商业化的先进技术，洁净、可靠而经济地利用煤炭发电。项目实施由政府、企业共同完成，企业投入不少于50%。目前，能源部进行了两轮CCPI筛选。2002年8月27日，能源部公布了第一轮36个建议项目。2003年1月15日，公议完成后，能源部选定了8个项目作为第一阶段项目，能源部提供3.16亿美元，私营机构提供超过10亿美元。第一轮8个项目投资情况见表6－1。

表6－1　第一轮CCPI 8个示范项目投资情况一览表

2003年11月26日，清洁煤发电计划第二轮项目资助草案（DE—PS26—04NT42061）由能源部国家能源技术实验室（NETL）起草完成并公布，公议截止到2003年12月26日，2004年1月16日前后，资助的最终结果揭晓。美国能源部预计投入3～4亿美元资助第二轮项目。

（3）蓝天计划（Clean Sky Initiative）。蓝天计划（Clean Sky Initiative）是清洁煤发电计划的重要组成部分，其主要内容是在2018年前将硫、氮、汞污染物的排放减少70%。清洁煤发电计划第一轮项目中共有3个项目用于蓝天计划。The City of Colorado Springs，CO公司研制先进燃烧系统——循环流化床锅炉，充分应用集成排放控制技术，预计硫排放减少98%，煤炭中的汞减少90%。位于Colorado Springs的150MW的Ray D.Nixon电厂，将成为世界上最洁净的电厂之一。能源部为此将投人3 000万美元，项目总投资3.01亿美元。LG＆E能源公司计划在524MW的发电机组上安装先进的空气污染控制系统——空运工艺（Airbone Process）。这一工艺能减少99.5%的SO₂、90%的NO_x、90%的汞排放，副产品用于制造优质化肥。项目总投资1.2亿美元，能源部投入3 100万美元。Wiseonxin Electric电厂将安装名为TOXECON的高科技工艺，用于吸收汞和其他有毒气体，这一技术有望成为西部煤炭的电厂控制汞的最有效方案。项目总投资2 500万美元，能源部投入一半。

（4）Vision 21计划。美国能源部1999年推出的Vision 21计划，又称“21世纪能源工厂”，是继美国劣质煤清洁利用技术示范计划（CCTDP）之后的一项新的大型能源计划。其基本特征是建立以化石燃料为基础的综合能源工厂，可用多种原料联产多种产品以满足2010—2015年市场的需求，最终目标是通过效率最大化及污染物和二氧化碳的近零排放来最大限度地降低因使用化石能源而带来的对环境的影响。将来，Vision 21一旦获得成功，能源将与社会、经济和环境基础设施融为一体。清洁煤发电计划以煤为原料的洁净发电是美国国家能源政策的重要组成部分，美国能源部煤炭商业示范计划的发展历程如图6－2和图6－3所示。

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图6－2　美国能源部煤炭示范计划

资料来源：罗陨飞，2005.

（5）Future Gen项目。Future Gen项目是一个由美国引领的全球合作计划，美国能源部期望世界上各大煤炭生产国和消费国都能参与该项目。美国总统布什于2003年2月27日宣布将投资10亿美元，用10年时间来设计、建造和运行一座燃煤零排放示范电厂——Future Gen。该工厂将成为世界上第一个以煤为原料生产电力和氢能产品，并实现空气污染物和二氧化碳零排放的能源工厂。Future Gen项目由美国能源部与私人企业共同承担投资，而其他各大煤炭生产国和消费国也将通过“碳封存首脑论坛”（Carbon Sequestration Leadership Forum）受邀参与这个示范性项目。未来Future Gen项目的成功将开创由煤炭向氢能转变及碳处理技术的新局面。

图6－3　Vision 21计划路线图

美国十分重视清洁煤发电技术的研究开发，将清洁煤发电技术列为国家能源可持续发展战略和国家能源安全战略的重要组成部分。2004年美国能源部正式启动了Future Gen项目。计划投资9.5亿美元（其中美国政府投资6.2亿元），用10年时间，建成世界上第一座近零排放的煤炭发电厂。2005年8月，布什签署了“2005年国家能源政策法案”，按照新能源法的要求，政府将继续支持煤炭清洁利用方面的技术研发，今后10年，美国政府将拿出100多亿美元加强其能源基础设施建设，其中用于煤炭清洁燃烧技术的研发就达20亿美元。

美国能源部强调，由民营企业将“未来发电”项目中的零排放发电厂重新构建成IGCC发电厂，他们将提供资金帮助燃煤发电厂用于捕集和封存二氧化碳。在重新构建之后，将向新发电厂提供资金以购置碳捕集与封存设备——而不再仅仅是建造1个示范性的发电厂，每个这样的发电厂每年至少可以减少100×104t二氧化碳的排放。

美国退出《京都议定书》之后，其在IGCC技术上的发展更加缓慢。“未来发电”（Future Gen）项目中联合多家大型能源公司，计划在2012年建成世界上首座利用煤炭发电和制氢、不向大气排放二氧化碳的示范电站。然而，由于这个非营利的项目计划投资高达15～18亿美元，企业的积极性并不高，至今工作进展缓慢，仅完成了选址，而且有一些公司已宣布退出该项目。

3.美国有关清洁煤立法情况

美国于1992年制定的《能源法案》（Energy Policy Act）中1 331条款和1 332条款规定，为强化劣质煤清洁利用技术的国际竞争，美国重点进行厂以下工作：对美国的商务机构给予技术支持，组织贸易代表团，对其他国家技术人员进行培训，进行劣质煤清洁利用技术的财务与市场分析，扩大国际技术转让。另外，美国能源政策法还规定，能源部部长的责任之一就是“促进美国劣质煤清洁利用技术的进出口”。能源部部长还需制定具体政策和计划来促进美国能源技术向发展中国家转让，协助与外国公司竞争的美国公司去获取在国外承建项目的机会。根据美国1992年颁布的“能源政策法”可见，美国发展劣质煤清洁利用技术的目的不仅是改善内用煤带来的环境等问题，而且力图将美国的劣质煤清洁利用技术推向世界市场，强化国际竞争。

为了适应新形势，立足实际需要，布什自2001年上台以来，极力推进制定能源法案。在2005年8月8日，美国总统布什签署了新的能源法案《国家能源政策法—2005》。这是近40年来包含内容最广泛的能源法。这部法律明确规定，将鼓励提高能源效率和节约能源，促进发展替代能源和可再生能源。该法规定向能源公司提供120亿美元的减税、贷款保障、劣质煤清洁利用技术和勘探补助。2005年的《能源政策法》1 307条规定，美国政府将对清洁煤项目给予总计16.5亿美元的税收优惠。

另外美国还颁布《1990年洁净空气法修正案》，其中第4部分中对美国劣质煤清洁利用技术示范计划（CCTP）阶段1发电机组规定要求为：到1995年1月1日满足SO₂减排目标并完成示范。在阶段1，发电机组的劣质煤清洁利用技术示范计划项目采用先进烟道气脱硫（AFGD）和煤炭气化联合循环发电技术，成功地减少了SO₂的排放。除SO₂减排外，《1990年洁净空气法修正案》第4部分中还要求减少NO_x的排放。

4.美国对于发展清洁煤的有关激励政策

美国对于清洁煤项目发展的优惠政策主要是税收与政府补贴、金融融资和财政拨款等方面。

（1）税收与补贴方面。税收优惠是美国政府激励企业开发、示范、使用先进无排放能源技术的重要政策措施之一。依据2005年通过的《能源政策法》1 307条，美国政府将对清洁煤项目给予总计16.5亿美元的税收优惠，具体包括：8亿美元的税收优惠给予集成气化联合循环（IGCC）发电项目。这一额度将大致平均地分配给利用烟煤、亚烟煤及褐煤发电的各IGCC项目；5亿美元的税收优惠给予除IGCC项目以外的其他创新型先进煤发电技术；3.5亿美元的税收优惠给予非发电用的煤气化技术，这些煤气化技术不是用于发电，而是用于化工产品生产。另外，满足国家能源政策法要求的新建清洁煤电厂及煤气化项目可获得总计165亿美元的税收优惠。2006年11月30日，在美国国家煤炭理事会年度会议上，美国能源部长鲍德曼和财政部长保尔森共同宣布，给予9个项目总计10亿美元的税收优惠。另外6.5亿美元的额度将于2007年公布，共有49个项目提出了税收优惠的申请。能源部经过认真分析评审（主要是评审项目是否具备经济上和技术上的可行性，是否符合能源政策法的目标要求），最终选出了9个项目。为了促进碳收集封存技术的研究和开发，以便应用于未来火力发电厂，除已经给予“碳收集地区合作伙伴”的4.5亿美元用于验证碳的存储、运输及封存技术的可靠性和有效性外，能源部最近又向9个组织提供了2 400万美元经费用于新型、低成本碳收集封存创新技术的开发。

（2）融资及财政拨款政策方面。资金筹集和政府费用的偿还国会对实施劣质煤清洁利用技术示范计划批准的联邦预算为18亿美元。对38个完成的和正在进行的项目，共投资52亿美元。国会通过拨款法案为所有5轮清洁煤项目提供了劣质煤清洁利用技术示范计划资金。劣质煤清洁利用技术示范计划资助的附加活动是小型企业革新研究计划和小型企业技术转让计划，可为劣质煤清洁利用技术示范计划的管理提供资金。对拨款资金的使用可通过各种财务管理技术加以控制和检查。这种程序减少了政府的财务风险，并能保证美国能源部参与全部项目的继续实施。美国能源部的政策目标是，在一项技术成功实现商业化时，回收一定数量的联邦政府对该项目承担的财政分摊。偿还协议与每一项示范协议同时签订，并规定了偿还条款。

政策法还授权能源部向那些有益于环保和能源安全的新技术和技术改造项目提供贷款担保。能源部正准备进行总额为20亿美元的项目征集，当然还需国会的授权。

5.清洁煤相关管理职能部门设置

美国煤炭资源管理涉及到能源部（DOE）和内政部，能源部主管宏观层面，涉及美国整个能源战略、规划的调整，承担能源技术研发及信息服务方面的职能。内务部进行微观层次上的管理，包括煤炭租约的设置、发放、监管以及矿山环境问题等，同时内政部也负责能源战略框架下煤炭资源规划的制定，比如煤炭租约的时空安排等。像清洁煤这种以技术研究为主导的领域主要由能源部管理，涉及相关下属机构如：美国国家煤炭理事会（制定清洁煤开发利用计划）；美国能源信息署（EIA）（负责信息发布与统计）；能源部国家能源技术实验室（NETL）有美国的电力研究院（负责一些劣质煤清洁利用技术的研发），另外还有煤炭和电力系统办公室（OC＆PS）以及化石能源办公室负责具体项目领域的实施，能源部主管政策法规的机构有：政策、规划和分析局，经济法规局，少数民族经济政策局和上诉办公室等。