美国能源部资助产出的三螺旋创新网络研究

栾春娟 樊霞

摘 要：探索美国能源部资助产出的三螺旋创新网络结构与特征，有助于把握美国能源产业的创新发展模式，对推动我国能源产业的创新发展，具有重要的借鉴意义。选择美国能源部资助产出的SCI论文为数据样本，通过综合运用多种国际前沿科研软件，对样本数据进行了不同层次的分析与提炼，绘制了美国能源部资助产出论文的整体三螺旋创新网络和产业（公司）的三螺旋创新子网络。揭示了代表政府的国家实验室在三螺旋创新网络中发挥着重要的地位和作用；大学成为三螺旋创新网络中最广泛的主体；产业与政府和大学之间形成了较好的三螺旋创新网络。

关键词：三螺旋创新网络；美国能源部；资助产出；美国国家实验室

中图分类号：G 302；G 306；N 18 文献标识码：A 文章编号：1672-7312（2016）03-0221-06

0 引 言

探索美国能源部资助产出的三螺旋创新网络结构与特征，有助于把握美国能源产业的创新发展模式，对推动我国能源产业的创新发展，具有重要的借鉴意义。2008年全球金融危机之后，许多国家都开始注重新能源、新材料等新兴产业的发展。奥巴马政府实施的新能源计划，拟通过改变能源利用方式为起点和契机，强化美国在世界上的绝对领先地位。其新能源战略实施的目标，是可再生的新型能源取代传统化石能源的主导地位，并由此催生經济增长模式的重大转变。新能源战略将给美国乃至世界能源和经济发展带来深远影响[1-2]。2009年美国的经济恢复与再投资计划为新能源目标的实现提供了必要的资金保证，能源部门可以使用的资金达到了380多亿美元。美国能源部在奥巴马上任后，开展了一系列实质性的工作。2010财经年度，美国能源部用于支持新能源计划的预算为264亿美元[3-5]。美国能源部（Department of Energy，DOE）的能源政策一直受到关注。学者们主要研究了DOE的能源投资效率[6]、美国能源部长期R&D研发方式的转变[7] 、美国的风能研发战略部署[8]、美国与其他国家能源合作中的知识产权管理[9]、美国的能源创新政策等[10-12]，但尚未发现有关能源部资助产出的三螺旋创新网络的研究成果。文中要解决的主要问题：①美国能源部资助产出的三螺旋创新网络结构与特征；②美国能源部资助产出的三螺旋创新网络结构对我国能源产业发展的启示。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

研究数据来源于《科学引文索引》数据库扩展版SCI-E （Science Citation Index-Expanded），检索并统计了1945—2014年间美国能源部资助产出的全部论文（article）数据。检索过程中，发现资助机构（Funding Agency）中包含有“美国能源部”的有几百种不同的标注方法，比如：U S Department of Energy，U S Department of Energy Office of Science Office of Basic Energy Sciences，Office of Science of the U S Department of Energy，United States Department of Energy，US Department of Energy Office of Science Office of Basic Energy Sciences，U S Department Of Energy By Lawrence Livermore National Laboratory，DOE，US DOE，U S DOE，US Department of Energy DOE，DOE USA等，经过认真比对和甄别后，概括出资助机构中包含“Department of Energy”或DOE的文献，并以“国家/地区”中的USA精炼后，即是符合要求的数据。数据检索时间为2015年3月26日。

1.2 研究方法

1.2.1 用CiteSpace提取研究的数据单元“机构”的网络数据文件

在文中研究的数据样本的基本单元是论文产出的机构（institutions），比如国家实验室、大学、政府部门等。但从Web of Science下载的数据所载内容的栏目中，没有机构专栏，机构信息包含于地址栏目中，如下列两行英文所示，Los Alamos Natl Lab乃是我们要研究的数据单元。

C1[Heyes，Jane E.；Grady，Nathaniel K.；Chowdhury，Dibakar Roy；Azad，Abul K.；Chen，Hou-Tong]Los Alamos Natl Lab，Ctr Integrated Nanotechnol，Los Alamos，NM 87545 USA.

采用陈超美开发的软件CiteSpace [13-14]，选择共现分析功能中的“institution”，运用共现强度Jaccard算法[见公式（1）]，经过反复测试，最后提取出网络数据文件。

1.2.2 用VOSviewer绘制整体三螺旋创新网络图谱

为了更好地展示三螺旋创新网络的整体效果，我们反复比较了几种可视化软件，比如Ucinet软件包中的网络绘图工具Netdraw[15]、SCI2[16-17] 、CiteSpace[18]和VOSviewer[19]等，最后决定采用荷兰莱顿大学（Leiden University）科学技术研究中心（CWTS）开发的可视化软件VOSviewer[19-20]进行。VOSviewer 只用以下关联强度公式（2）来展现图谱中项目彼此之间的关联。

1.2.3 用Netdraw绘制产业（公司）三螺旋创新子网络图谱

本研究的样本数据中，相对于国家实验室或大学超过万篇的论文产出，即使比较高产的公司，其论文也只有几百篇。为了比较集中地揭示产业（公司）的三螺旋创新网络，选取论文产出较高的2个公司，并进一步选择与公司合作比较多的主体，借助Netdraw绘图工具，绘制产业的三螺旋创新子网络，揭示其与政府和大学的合作关系。

2 分析结果

2.1 美国能源部资助产出论文的年度发展趋势

在检索的时间段1945—2014年间，美国能源部资助产出的论文分布于1979—2014年间（如图1所示）。

图1显示，美国能源部资助产出的论文在1979—2007年间数量很少，其中最多的年份2007年也只有91篇，其余年份的论文产出都低于50篇。但在2008—2014年间，产出论文的数量陡峭上升。2008年论文4 979篇，接近5 000篇；2009年12 611篇；2010年超过15 000篇；2011年18 011篇；2012年19 607篇，接近2万篇；2013年和2014年都超过了2万篇。

2.2 美国能源部资助产出的三螺旋创新网络结构与特征 依据1.2小节的方法，选取2013—2014年论文数据，绘制了美国能源部资助产出论文的主体三螺旋创新网络（如图2所示）。为了保证网络清晰的可视化效果，保留了网络中的最大连通组部分，其中包括206个结点。图2显示，美国能源部资助产出论文的三螺旋创新网络中，主要有以下特征。

2.2.1 代表政府的国家实验室在三螺旋创新网络中发挥着重要的地位和作用 美国联邦政府在三螺旋创新网络中的地位和作用是通过隶属于政府的国家实验室实现的。在美国能源部资助产出的论文中，能源部下属的国家实验室在三螺旋创新网络中占有重要的地位和作用。图2显示了下列国家实验室在三螺旋创新网络中的核心地位和作用。比如，布鲁克海文国家实验室（Bookhaen_Natl_Lab）、洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los_Alamos_Natl_Lab）、太平洋西北国家实验室（Pacific_NW_Natl_Lab）、劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Lawrence_Livermore_Natl_Lab）、费米国家加速器实验室（Fermilab_Natl_Accelorate_Lab）、国家可再生能源实验室（Natl_Renewable_Energy_Lab）等，这些实验室都是隶属于美国能源部的国家实验室，它们代表政府在三螺旋创新网络中发挥着重要作用。作为政府代表者的国家实验室，它们的科研目标具有公益性、国家性、追求真理性和社会服务性等特征[24]，这些特征反映和代表了國家和政府的科学研究行为。

2.2.2 大学成为三螺旋创新网络中最广泛的主体

在美国能源部资助产出的论文中，大学成为三螺旋创新网络中最广泛的主体。图2显示了学术机构在三螺旋创新网络中的重要地位和作用。比如，加州理工学院（CALTECH）、斯坦福大学（Stanford_Univ）、加州大学圣地亚哥分校（Univ_Calif_San_Diego）、杜克大学（Duke_Univ）、耶鲁大学（Yale_Univ）、马里兰大学（Univ_Maryland）、宾夕法尼亚州立大学（Penn_State_Univ）、中国科学院（Chinese_Acad_Sci）等，网络中无处不在的大学，成为美国能源部资助产出论文三螺旋创新网络中最广泛、最普遍的主体。大学与国家实验室形成了诸多能源研究的创新中心。由于美国许多国家实验室由大学代管，因此，该类实验室既是国家的又是大学的，兼具有政府和大学双重身份，这种双重身份为促进大学与政府的合作创造了更多的机会。

2.2.3 三螺旋创新网络中的产业

图2的底部显示了“通用汽车研发中心”（Gen_Motors_Res_&_Dev）、“计算机辅助设计工程优化公司”（Optimal_CAE）与加拿大的“麦克马斯特大学”（McMaster Univ）、“佐治亚理工大学”（Georgia_Inst_Technol）和“中国科学院”（Chinese_Acad_Sci）之间的“大学—产业”创新网络；图2的左分支中间部位显示了“西门子公司研究中心”（Siemens_Corp_Res）与“美国罗格斯州立大学”（Rutgers_State_Univ）之间的“大学—产业”合作网络。为了更清晰地显示三螺旋创新网络中的产业（公司），依据1.2小节的方法，绘制了美国能源部资助产出论文数量最多的企业（2008—2014年）“美国通用原子能及其附属公司”（General Atomics Affilated Companies，图3）的三螺旋创新网络图。

图3显示了美国通用原子能及其附属公司的三螺旋创新网络图。该图形象地揭示了产业—政府—大学的创新关系。该公司与美国能源部（United States Department of Energy，DOE）存在着很强的合作关系，在2008—2014年间，双方共合作了406次。网络中还显示了该公司与国家实验室和一些大学的合作关系与合作频次。

3 结论与启示

3.1 主要结论

文中选择美国能源部资助产出的SCI论文为数据样本，通过综合运用国际前沿科研软件CiteSpace、Ucinet、Netdraw和VOSviewer等，对样本数据进行了不同层次的分析和提炼，绘制了美国能源部资助产出论文的整体三螺旋创新网络和产业（公司）的三螺旋创新子网络。主要得到如下结论：

美国能源部资助产出的论文数量，在2008年全球金融危机之后，出现迅猛上升的发展势头；代表政府的国家实验室在三螺旋创新网络中发挥着重要的地位和作用：布鲁克海文国家实验室、洛斯阿拉莫斯国家实验室、太平洋西北国家实验室、劳伦斯利弗莫尔国家实验室、费米国家加速器实验室和国家可再生能源实验室等，在三螺旋创新网络中发挥着核心的纽带作用；大学成为三螺旋创新网络中最广泛的主体：加州理工学院、斯坦福大学、加州大学圣地亚哥分校、杜克大学、耶鲁大学、马里兰大学、宾夕法尼亚州立大学、中国科学院等，成为美国能源部资助产出论文三螺旋创新网络中最广泛、最普遍的主体；作为产业代表的美国通用原子能及其附属公司和福特汽车公司，与政府和大学之间形成了较好的三螺旋创新网络。

3.2 启示

1）试图探索美国能源部资助产出论文的三螺旋创新网络结构和特征，以期为我国能源产业的創新发展提供定量的支撑；

2）综合运用了多种国际前沿信息可视化软件和方法，形象地揭示了美国能源部资助产出论文的整体三螺旋创新网络和产业三螺旋创新子网络。研究中的主要结论和发现，对我国能源产业的创新发展，具有重要启示。

如何在能源产业发展中发挥政府的作用，是一个值得深入探讨的课题。美国能源部资助产出论文的三螺旋创新网络揭示了政府不仅是能源产业发展的重要资金资助者，并且以代表政府和国家利益的大批国家实验室身份投入到能源产业的科学技术创新发展过程中。国家实验室一方面代表国家利益，另一方面又由一些大学代管；一方面进行着自由探索的学术研究，另一方面，国家实验室设置的“研究与技术应用办公室”又大大促进了实验室与企业的技术转让活动[24-25]。在这种机制下，政府—大学—产业的三螺旋创新网络便有效地形成。

大学存在着比较广泛的国际科学技术合作关系。美国能源部资助产出的大学与国外的大学，比如中国科学院、清华大学、兰州大学等存在着合作网络关系；又与国外的企业，比如西门子公司等存在着合作网络关系。当然，美国能源部资助产出主体的大学，与美国的大学和企业存在着更为广泛的合作网络关系。美国大学在代管国家实验室的同时，也创造了更多的大学与政府所属的国家实验室的合作机会，形成大学与美国国家实验室的非常密切的合作关系。

产业作为美国能源部资助产出的主体，其产出虽然没有国家实验室和大学的产出多，但是从微观层面的子网络看，如图3所示，仍然揭示了特定公司与政府所属的诸多国家实验室和更多数量的大学之间的合作网络关系。大学和国家实验室在与产业合作过程中，不仅大大促进了其科研成果的转化，并且产业的实践和需求也为大学和国家实验室提出了应用导向型的新课题[26-28]，为新一轮的大学—产业提供了新的契机。

作为新一轮国际竞争战略制高点的新能源产业，日益成为衡量一个国家和地区高新技术发展水平的重要依据。美国能源部资助产出主体创新网络所揭示的美国新能源科学技术的创新模式，非常值得我国政府、大学和产业在营造三螺旋创新网络时学习和借鉴。一方面，政府的大力投入和资助，是新能源科学技术活动得到蓬勃发展的重要保障；同时政府和大学要大力促进新能源科技成果的转化；另一方面，产业应积极吸收和引进大学和国家实验室的新能源科技成果，并不断地将实践中遇到的难题作为新课题向大学和国家实验室提出并寻求解决思路。只有政府、大学和产业三方积极互动，才能形成良好的三螺旋合作创新的网络环境，推动我国新能源产业不断向前发展。

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