科技创新对我国能源转型的促进性与前景分析

寇静娜，孙凤君

（太原理工大学经济管理学院，山西太原 030024)

当前，全球正处于激烈的能源变革与转型时期，削减温室气体排放作为国际的主流声音，将各国能源焦点逐渐从传统的石油、天然气等化石燃料扩大到清洁能源、能源效率和投资领域。但我国作为一个能源消费大国，已探明国内石油、天然气资源贫乏，能源对外依赖性极强，原油对外依存度高达72.58%，天然气对外依存也达到41.54%［1］，尤其是还位居全球碳排放第一，减排责任与环境压力巨大，单纯依靠化石能源不仅很难保障国家能源安全以及国内经济、社会和环境的和谐发展，更无法有效达成温室气体减排的国际承诺。因此，推动绿色低碳能源转型成为我国履行负责任的大国职责，实现国家能源安全与环境保护目标的重要举措。其中，清洁能源是扭转我国“贫油、少气、富煤”能源格局的关键所在。相较于传统化石能源的成熟产业形态与广阔市场，清洁能源受制于技术局限、转化效率低、经济竞争力不足等问题，需要依靠科技创新的大力支持与推动才能实现突破，确保能源转型战略的顺利实施。基于上述判断，本文选取清洁能源作为我国能源转型的核心要素和发展目标，试图通过分析科技创新和清洁能源的耦合关系，探讨在这一关系组合中是否形成正向的相互作用与影响，亦或仍有不足，以此为基础有效分析判断我国能源转型战略的发展程度，探索我国能源转型与经济活力兼具的可持续发展道路。

1 能源转型的核心逻辑要素：清洁能源

我国推动能源转型既有外在压力，也有内生动力。从外在来看，作为全球气候治理的积极参与者，我国早在2011年德班气候大会时就公开宣布愿意接受2020年后全球减排目标，并在2015年巴黎气候大会上正式提出国家自主贡献目标（INDC）：温室气体排放在2030年左右达到峰值并争取尽早达峰；单位国内生产总值（GDP）温室气体排放在2005年下降60%～65%，非化石能源占一次能源消费比重达到20%左右［2］；并强调将通过内部调整优化能源结构，全面推动能源转型战略，确保国家自主贡献目标的实现。从内部出发，过去几年日益严重的雾霾问题已经将环境保护演变为全民高度关注的议题，改变以煤炭为主的传统能源消费模式成为国家内部上下的共识。2017年“坚决打好蓝天保卫战”直接被纳入政府工作报告，要求通过控制煤炭消费总量，大比例提高光伏、风能等清洁能源使用占比的方式彻底解决大气污染防治问题。内部对环保的迫切需求和坚定决心将能源转型全面激发。

在此背景下，以清洁能源为主导的能源转型革命成为实现我国国际减排目标且化解国内环保压力最有效的途径，2016年国家发展改革委、国家能源局［3］发布的《能源生产和消费革命战略（2016—2030）》将这一诉求上升到国家层面［3］。能源生产和消费革命战略要求把推进能源转型作为能源战略革命的国策，以绿色低碳为发展导向，实现能源生产和消费方式的根本性转变，构造一个清洁低碳、安全高效的能源体系，确保能源结构的多元化与供给安全（见表1）。其中，降低煤炭在能源结构中的占比、大幅度提高清洁能源比例，实现清洁能源基本满足未来新增能源需求成为能源转型的要素重点。换言之，清洁能源已经成为当下我国能源转型战略的核心逻辑要素，也是本文讨论能源转型的基本出发点。这里的清洁能源是指在开发和利用过程中不产生或产生很少污染物的能源。国内主流观点把清洁能源等同于可再生能源，即那些连续再生、可以循环多次使用的能源，主要包括太阳能、风能、水能、生物质能等，本文讨论的清洁能源与国内主流观点相同［4］。

表1 中国能源转型目标中各类能源占能源消费比重

2 文献综述

鉴于能源转型中清洁能源对减排与环境的重要性，学界围绕清洁能源与科技创新的研究已经形成一定基础。其中，一种观点认为清洁能源与科技创新相关，但并不强烈，比如，Reyes-Mercado等［5］的研究表明技术创新的兼容性、复杂性会影响大众对能源的选择，但大部分情况下大众均倾向于选择成本最低的能源，并不在意能源的类型；Irandoust［6］认为技术创新和清洁能源存在单向因果关系，不过研究结果无法证实清洁能源和经济增长之间存在任何关联。另一种观点是仅单纯强调创新对于清洁能源的重要性，并没有挖掘清洁能源在国家能源战略层面中的价值与意义，比如，Tabrizian［7］研究认为清洁能源的开发、推广和实施的重要性毋庸置疑，其中技术是解决当前能源系统浪费和危险的最佳方法；郝素利等［8］研究认为科技创新、标准化与新能源发展之间存在着长期协整关系，具有明显促进作用。还有一种观点主要关注清洁能源技术对碳排放的影响，忽略了能源与科技之间的关系，比如Chen等［9］研究认为技术创新对温室气体排放量相对较高的国家影响很大，通过对技术创新给予财政支持可以降低清洁能源成本、提高能源效率；Lin等［10］利用线性回归模型证实清洁能源技术创新对碳排放具有显著的负向影响，在以煤为主的能源消费结构增加的情况下，清洁能源技术创新对抑制碳排放的作用并不强烈。只有少量研究将能源转型战略、清洁能源与科技创新联系起来，如肖宇等［11］研究提出融合化石能源清洁高效利用、清洁能源规模应用及低碳化多能战略的国家能源科技体系构想，但均未关注科技创新对能源转型战略的促进是否充分，尤其对科技创新支持清洁能源的程度如何鲜有探索。

因此，基于已有研究基础，在理清我国能源转型的紧迫性后，笔者认为科技创新、清洁能源发展与我国的能源转型战略属于层层递进的包含性驱动逻辑关系，采用熵值法和耦合协调度模型研究科技创新和清洁能源之间的相互作用关系，可以有效分析科技创新是否真正促进清洁能源发展以及充分与否，进而为下一阶段国家能源战略调整与预判提供依据，为保障我国能源转型的持续稳定发展提供参考。

3 清洁能源与科技创新的耦合关联机理

政策是国家能源转型战略的“催化剂”与方向指引，核心驱动力是科技革命和创新发展。在传统能源领域，科技创新可以提高化石能源向更加清洁、高效方向迈进。煤炭占我国目前能源消费结构六成的格局在短时间内难以改变，煤炭清洁高效低碳化技术可以有效推动能源转型正向发展，在目前以及未来较长一段时间内被看作清洁能源的阶段性补充支持。但必须注意的是，化石能源的改善升级并非能源转型的最终诉求，仅是转型过渡时期的暂时选择与折中工具。通过扩大清洁能源，改变以煤炭为主导的能源结构，以科技创新为驱动降低清洁能源成本，扩大利用规模，催动清洁能源的生产本土化浪潮，实现“金山银山不如绿水青山”的环境生态文明才是我国能源转型的目标。因此，清洁能源与科技创新之间存在相互关联、彼此耦合的演进机理（见图1），但其协调是否充分需要进一步探索。一方面，清洁能源的发展离不开科技创新的促进。能源作为公共物品，在追求更高效与清洁的道路上不断扩大化且市场化，需要科技创新降低能源成本、提高能源效率、稳定能源供给，以此逐步脱离国家扶持与政策补贴，形成能源转型的核心支撑。例如，太阳能领域的发展极具典型性，根据可再生能源署［12］报告显示，基于光伏面板的科技革新，从2010—2018年，全球光伏发电成本平均下降77%，2010年全球光伏发电成本为37美分/kW·h，2018年已经降至9美分。我国的光伏发电成本也在近10年下降90%，预计很快就会实现低于煤电价格的可能。另一方面，科技创新也可以通过清洁能源的反馈进一步提档升级。清洁能源类型多元且转化过程复杂，并非所有的清洁能源类型或相关环节都能获得科技创新的支持与驱动，不间断的动态反馈与调整将两者互动深度化。比如，鉴于清洁能源的不稳定性，作为能源运输重要环节的储能技术极大制约了清洁能源的稳定输出与扩大发展，但也正是由于意识到储能技术的短板，通过反馈刺激科技创新的针对性投入才进一步提高了相关领域竞争力。换言之，打破清洁能源壁垒、突破效率桎梏的反作用力可以有效激发科技创新活力，进而形成正向良性循环。

图1 科技创新、清洁能源与能源转型的关联机理

4 实证研究：耦合模型构建与分析

耦合协调模型可以测量科技创新和清洁能源的内在关联发展状况，清晰描述系统之间的相互作用关系、影响程度，反映系统的整体结构功能［13］，进而分析系统中各要素对总体发展水平的影响程度。本文构建科技创新和清洁能源的系统框架结构，通过对2014—2018年我国科技创新和清洁能源的耦合等级分析，探究各要素在系统发展中所占比重，证实两者紧密关联却协调不足的发展现状，以此有针对性地促进重点指标发展，达到科技创新和清洁能源良性循环的目的。

4.1 科技创新与清洁能源耦合模型评价指标体系选取

为综合反映科技创新和清洁能源的相互作用效果，以全面、可行与科学为原则综合考量，确定了科技创新人才、研发、投资、成果转化以及清洁能源发展现状、市场规模、产业案例和传统能源等8个维度［14］，共计选取21个指标，搭建构成科技创新与清洁能源耦合模型评价指标体系（见表2）。其中，由于煤炭发电与清洁能源发电之间具有竞争性，且现阶段煤炭清洁高效利用是必要的过渡性能源，因此选取煤炭发电量指标发挥对比作用。

表2 科技创新与清洁能源耦合协调发展评价指标体系

设X1，X2，…，X12表示科技创新的各项指标，Y1，Y2，…，Y9表示清洁能源的各项指标。假设有m个指标、n个年份，形成原始数据矩阵首先对原始数据进行标准化处理，然后采用熵值法求各项指标的权重，最后构建耦合协调模型得出科技创新和清洁能源综合发展评价值的时间序列。

4.2 指标的标准化处理

由于科技创新和清洁能源的各项指标存在量纲和数量级差异，且不同指标的单位不同、性质不同，因此要对发展评价指标体系的各项数据进行标准化处理，使正向指标和负向指标具有一致性，评价指标具有可比性［15］。正向指标采用式（1）进行标准化处理，负向指标采用式（2）进行标准化处理。具体公式如下：

4.3 确定指标的权重系数

4.4 构建耦合协调度评价模型

分别构建科技创新和清洁能源的综合效益评价函数，用各项指标标准化值与对应指标权重系数、相乘，再求和，如式（6）（7）所示，即可得到科技创新综合发展评价值F(x)和清洁能源综合发展评价值G(y)。

本文借鉴物理学中的耦合模型来分析科技创新和清洁能源的耦合度［17］，如式（8）所示：

式（8）中，C为科技创新与清洁能源的耦合度，其值介于［0，1］之间。当C=0时，表明系统处于无序状态，两个子系统的发展方向和结构呈现无序性；当0＜C≤0.3时，系统处于低水平耦合阶段；当0.3＜C≤0.5时，系统处于拮抗阶段；当0.5＜C≤0.8时，系统处于磨合阶段；当0.8＜C≤1时，系统处于高水平耦合阶段；当C=1时，表明系统处于完全有序状态［18］。

耦合度模型可以研究两系统之间相互影响的程度，但无法客观反映两系统的协调发展水平［19］，因此，本文结合协调度模型构建清洁能源系统与科技创新系统耦合协调度模型：

式（9）（10）中：D为耦合协调度；C为耦合度；T为两个子系统的综合协调指数；为待定指数。由于科技创新与清洁能源产业发展在相互促进程度上存在一定的差异，科技创新包括清洁能源产业在内的多种因素综合作用的结果，因此借鉴已有研究，将分别赋值为0.6和0.4［20］。根据D值的大小，可以将系统的耦合协调度划分为10个阶段（见表3）［21］。

表3 耦合协调度等级评价标准

4.5 实证研究

本文对2014—2018年我国科技创新和清洁能源指标数据进行分析，得到科技创新和清洁能源的综合发展评价值，在此基础上构建科技创新和清洁能源的耦合协调模型，分析出科技创新和清洁能源的耦合协调度等级。数据来源于《中国科技统计年鉴》、“英国石油公司2019年世界能源统计评论”（“BP statistical review of world energy 2019”）、《Climatescope 2019年度报》（CLIMATESCOPE 2019）、《中国新能源发电分析报告》（2019）以及《中华人民共和国2019年国民经济和社会发展统计公报》。

4.5.1 计算指标权重系数

运用熵值法原理将标准化后的数据代入式（5）（6）（7），即可得到各项指标的权重系数。从表4中可以看出，各项指标在子系统中所占的权重不同：在科技创新中，R&D人员数、R&D项目数、R&D经费外部支出、高科技R&D人员折合全时当量、R&D经费内部支出中外国来源金额对科技创新综合发展评价值影响较大；在清洁能源中，清洁能源发电量、清洁能源消费占比、新能源汽车销量、清洁能源投资、风电发电量、清洁能源发电占比对清洁能源综合发展评价值影响较大。

表4 科技创新与清洁能源耦合协调发展评价指标权重系数

4.5.2 计算科技创新和清洁能源综合发展评价值

表5 我国科技创新和清洁能源综合发展评价值

4.5.3 计算科技创新和清洁能源耦合协调度

将科技创新和清洁能源的综合发展评价值代入式（8）（9）（10）中，即可得到科技创新和清洁能源的耦合协调度。根据表6结果可知，最初科技创新与清洁能源的关联并不明显，说明“十三五”规划前国内对能源转型重视不够，尤其是清洁能源并未成为国家能源战略的关注重点，虽然党的十八大以后打造环境生态文明的重要性日益凸显，但以煤炭为主的传统能源模式和强大消费惯性仍然延缓了清洁能源的起步与发力，表现在科技创新与清洁能源系统的耦合关系始终处于由拮抗向磨合阶段过渡的过程。从耦合度整体来看，2014—2018年科技创新与清洁能源系统的耦合度虽起步较低，但上升趋势快速稳定，从2014年的0.125 2飙升到2018年的0.674 4，耦合关系等级从严重失调提升到初级协调，说明科技创新与清洁能源各要素间相互作用、相互促进关系不断加强，激发能源转型态势逐步摆脱化石能源惯性，向“金山银山不如绿水青山”的既定目标迈进。

表6 我国科技创新与清洁能源耦合度及耦合协调度

5 结论与研判

本文根据全球能源格局与减排形势，理清我国出于对外承担大国责任、维护国际形象，对内保障能源安全、推进生态文明建设的目的，已经开始步入能源转型战略的具体实施阶段，其中清洁能源是确保能源转型能够实现既定目标的核心要素。通过科技创新与清洁能源的综合评价指标体系，借助熵值法和耦合协调模型，分析2014—2018年间我国科技创新与清洁能源两者之间的耦合关联度与耦合协调等级变化，得出以下结论并给出研判观点。

5.1 结论

（1）科技创新与清洁能源的耦合度稳步加强，却还不充分，具有很大的拓展与上升空间。科技创新和清洁能源的耦合协调等级从2014年的严重失调逐渐发展到2018年的初级协调，体现出从关联不足向初步磨合的转变趋势，耦合协调效益在不断上升，说明两者之间开始出现相互作用与影响，即科技创新对清洁能源的促进效果已初步显现。但2018年的耦合度（0.674 4）距离中级协调仍有一定距离，意味着科技创新对清洁能源的促进提升并不充分，大部分还停留在单纯的能源技术层面，并没有在具体实践应用与商业市场推广中广泛落地，可拓展空间巨大。比如，近几年我国虽已经建成并拥有目前全球最大规模的水能、光伏与风电等清洁能源产业，却不得不面临居高不下的弃水、弃光及弃风率现象难以解决［22］，矛盾重重，背后折射出科技创新与清洁能源耦合度远远不足的逻辑概念。

我国能源转型战略还处于爬坡阶段，需持续深化科技创新与清洁能源的耦合关联，确保能源转型目标的实现。2014—2018年我国科技创新和清洁能源的综合发展评价值稳步提升，其中2014—2017年前者的综合发展评价值始终低于后者，2018年出现反超现象，表明党的十八大以后科技对能源的创新推动已经渡过最初的缓慢增长期，进入发力阶段，但鉴于此前化石能源巨大的消费惯性与压倒性优势，能源转型的实际行动还未完全步入正轨，环境生态保护作为“十三五”规划期间国家治理的重点仍任重道远；虽然清洁能源的投资额、市场占有率成倍增长，却不能忽视大规模的科技创新总是基于国家资金与战略投入才能发力的特点，相较于清洁能源为核心的能源转型具有典型的滞后性，直到2018年反超与耦合关联增强才证明两者开始向同步协调方向发展。因此，确保当前及下一阶段我国能源转型可持续性与稳定性，需要继续深化并加强科技创新与清洁能源的耦合关联。

5.2 前景研判

对照本文研究结论，意识到当前我国科技创新对清洁能源具有促进作用却并不充分这一基本现实。基于以上分析，本研究认为在下一阶段，即“十四五”规划开启后，以清洁能源为核心的能源转型浪潮会愈演愈烈，发展空间巨大，无论从我国应对气候变化的责任角度还是生态文明建设的现实角度，都应大规模持续强化科技创新与清洁能源这一系统组合的耦合协调关系。一方面提高科技创新对清洁能源促进作用的深度与广度，另一方面借助清洁能源对科技创新的反馈进一步推动能源转型提档升级，通过增大人才与研发资金投入等关键性指标，在良性循环中抓紧全球能源革命的发展机遇，抢占新一轮科技革命和产业变革竞争的制高点，尽快实现2030—2050年的国家中远期能源转型战略目标，早日将我国从全球气候与能源治理的重要参与者、贡献者打造成为人类命运共同体下生态文明建设的领导者。