科技創新對我國能源轉型的促進性與前景分析

寇靜娜，孫鳳君

（太原理工大學經濟管理學院，山西太原 030024)

當前，全球正處于激烈的能源變革與轉型時期，削減溫室氣體排放作為國際的主流聲音，將各國能源焦點逐漸從傳統的石油、天然氣等化石燃料擴大到清潔能源、能源效率和投資領域。但我國作為一個能源消費大國，已探明國內石油、天然氣資源貧乏，能源對外依賴性極強，原油對外依存度高達72.58%，天然氣對外依存也達到41.54%［1］，尤其是還位居全球碳排放第一，減排責任與環境壓力巨大，單純依靠化石能源不僅很難保障國家能源安全以及國內經濟、社會和環境的和諧發展，更無法有效達成溫室氣體減排的國際承諾。因此，推動綠色低碳能源轉型成為我國履行負責任的大國職責，實現國家能源安全與環境保護目標的重要舉措。其中，清潔能源是扭轉我國“貧油、少氣、富煤”能源格局的關鍵所在。相較于傳統化石能源的成熟產業形態與廣闊市場，清潔能源受制于技術局限、轉化效率低、經濟競爭力不足等問題，需要依靠科技創新的大力支持與推動才能實現突破，確保能源轉型戰略的順利實施。基于上述判斷，本文選取清潔能源作為我國能源轉型的核心要素和發展目標，試圖通過分析科技創新和清潔能源的耦合關系，探討在這一關系組合中是否形成正向的相互作用與影響，亦或仍有不足，以此為基礎有效分析判斷我國能源轉型戰略的發展程度，探索我國能源轉型與經濟活力兼具的可持續發展道路。

1 能源轉型的核心邏輯要素：清潔能源

我國推動能源轉型既有外在壓力，也有內生動力。從外在來看，作為全球氣候治理的積極參與者，我國早在2011年德班氣候大會時就公開宣布愿意接受2020年后全球減排目標，并在2015年巴黎氣候大會上正式提出國家自主貢獻目標（INDC）：溫室氣體排放在2030年左右達到峰值并爭取盡早達峰；單位國內生產總值（GDP）溫室氣體排放在2005年下降60%～65%，非化石能源占一次能源消費比重達到20%左右［2］；并強調將通過內部調整優化能源結構，全面推動能源轉型戰略，確保國家自主貢獻目標的實現。從內部出發，過去幾年日益嚴重的霧霾問題已經將環境保護演變為全民高度關注的議題，改變以煤炭為主的傳統能源消費模式成為國家內部上下的共識。2017年“堅決打好藍天保衛戰”直接被納入政府工作報告，要求通過控制煤炭消費總量，大比例提高光伏、風能等清潔能源使用占比的方式徹底解決大氣污染防治問題。內部對環保的迫切需求和堅定決心將能源轉型全面激發。

在此背景下，以清潔能源為主導的能源轉型革命成為實現我國國際減排目標且化解國內環保壓力最有效的途徑，2016年國家發展改革委、國家能源局［3］發布的《能源生產和消費革命戰略（2016—2030）》將這一訴求上升到國家層面［3］。能源生產和消費革命戰略要求把推進能源轉型作為能源戰略革命的國策，以綠色低碳為發展導向，實現能源生產和消費方式的根本性轉變，構造一個清潔低碳、安全高效的能源體系，確保能源結構的多元化與供給安全（見表1）。其中，降低煤炭在能源結構中的占比、大幅度提高清潔能源比例，實現清潔能源基本滿足未來新增能源需求成為能源轉型的要素重點。換言之，清潔能源已經成為當下我國能源轉型戰略的核心邏輯要素，也是本文討論能源轉型的基本出發點。這里的清潔能源是指在開發和利用過程中不產生或產生很少污染物的能源。國內主流觀點把清潔能源等同于可再生能源，即那些連續再生、可以循環多次使用的能源，主要包括太陽能、風能、水能、生物質能等，本文討論的清潔能源與國內主流觀點相同［4］。

表1 中國能源轉型目標中各類能源占能源消費比重

2 文獻綜述

鑒于能源轉型中清潔能源對減排與環境的重要性，學界圍繞清潔能源與科技創新的研究已經形成一定基礎。其中，一種觀點認為清潔能源與科技創新相關，但并不強烈，比如，Reyes-Mercado等［5］的研究表明技術創新的兼容性、復雜性會影響大眾對能源的選擇，但大部分情況下大眾均傾向于選擇成本最低的能源，并不在意能源的類型；Irandoust［6］認為技術創新和清潔能源存在單向因果關系，不過研究結果無法證實清潔能源和經濟增長之間存在任何關聯。另一種觀點是僅單純強調創新對于清潔能源的重要性，并沒有挖掘清潔能源在國家能源戰略層面中的價值與意義，比如，Tabrizian［7］研究認為清潔能源的開發、推廣和實施的重要性毋庸置疑，其中技術是解決當前能源系統浪費和危險的最佳方法；郝素利等［8］研究認為科技創新、標準化與新能源發展之間存在著長期協整關系，具有明顯促進作用。還有一種觀點主要關注清潔能源技術對碳排放的影響，忽略了能源與科技之間的關系，比如Chen等［9］研究認為技術創新對溫室氣體排放量相對較高的國家影響很大，通過對技術創新給予財政支持可以降低清潔能源成本、提高能源效率；Lin等［10］利用線性回歸模型證實清潔能源技術創新對碳排放具有顯著的負向影響，在以煤為主的能源消費結構增加的情況下，清潔能源技術創新對抑制碳排放的作用并不強烈。只有少量研究將能源轉型戰略、清潔能源與科技創新聯系起來，如肖宇等［11］研究提出融合化石能源清潔高效利用、清潔能源規模應用及低碳化多能戰略的國家能源科技體系構想，但均未關注科技創新對能源轉型戰略的促進是否充分，尤其對科技創新支持清潔能源的程度如何鮮有探索。

因此，基于已有研究基礎，在理清我國能源轉型的緊迫性后，筆者認為科技創新、清潔能源發展與我國的能源轉型戰略屬于層層遞進的包含性驅動邏輯關系，采用熵值法和耦合協調度模型研究科技創新和清潔能源之間的相互作用關系，可以有效分析科技創新是否真正促進清潔能源發展以及充分與否，進而為下一階段國家能源戰略調整與預判提供依據，為保障我國能源轉型的持續穩定發展提供參考。

3 清潔能源與科技創新的耦合關聯機理

政策是國家能源轉型戰略的“催化劑”與方向指引，核心驅動力是科技革命和創新發展。在傳統能源領域，科技創新可以提高化石能源向更加清潔、高效方向邁進。煤炭占我國目前能源消費結構六成的格局在短時間內難以改變，煤炭清潔高效低碳化技術可以有效推動能源轉型正向發展，在目前以及未來較長一段時間內被看作清潔能源的階段性補充支持。但必須注意的是，化石能源的改善升級并非能源轉型的最終訴求，僅是轉型過渡時期的暫時選擇與折中工具。通過擴大清潔能源，改變以煤炭為主導的能源結構，以科技創新為驅動降低清潔能源成本，擴大利用規模，催動清潔能源的生產本土化浪潮，實現“金山銀山不如綠水青山”的環境生態文明才是我國能源轉型的目標。因此，清潔能源與科技創新之間存在相互關聯、彼此耦合的演進機理（見圖1），但其協調是否充分需要進一步探索。一方面，清潔能源的發展離不開科技創新的促進。能源作為公共物品，在追求更高效與清潔的道路上不斷擴大化且市場化，需要科技創新降低能源成本、提高能源效率、穩定能源供給，以此逐步脫離國家扶持與政策補貼，形成能源轉型的核心支撐。例如，太陽能領域的發展極具典型性，根據可再生能源署［12］報告顯示，基于光伏面板的科技革新，從2010—2018年，全球光伏發電成本平均下降77%，2010年全球光伏發電成本為37美分/kW·h，2018年已經降至9美分。我國的光伏發電成本也在近10年下降90%，預計很快就會實現低于煤電價格的可能。另一方面，科技創新也可以通過清潔能源的反饋進一步提檔升級。清潔能源類型多元且轉化過程復雜，并非所有的清潔能源類型或相關環節都能獲得科技創新的支持與驅動，不間斷的動態反饋與調整將兩者互動深度化。比如，鑒于清潔能源的不穩定性，作為能源運輸重要環節的儲能技術極大制約了清潔能源的穩定輸出與擴大發展，但也正是由于意識到儲能技術的短板，通過反饋刺激科技創新的針對性投入才進一步提高了相關領域競爭力。換言之，打破清潔能源壁壘、突破效率桎梏的反作用力可以有效激發科技創新活力，進而形成正向良性循環。

圖1 科技創新、清潔能源與能源轉型的關聯機理

4 實證研究：耦合模型構建與分析

耦合協調模型可以測量科技創新和清潔能源的內在關聯發展狀況，清晰描述系統之間的相互作用關系、影響程度，反映系統的整體結構功能［13］，進而分析系統中各要素對總體發展水平的影響程度。本文構建科技創新和清潔能源的系統框架結構，通過對2014—2018年我國科技創新和清潔能源的耦合等級分析，探究各要素在系統發展中所占比重，證實兩者緊密關聯卻協調不足的發展現狀，以此有針對性地促進重點指標發展，達到科技創新和清潔能源良性循環的目的。

4.1 科技創新與清潔能源耦合模型評價指標體系選取

為綜合反映科技創新和清潔能源的相互作用效果，以全面、可行與科學為原則綜合考量，確定了科技創新人才、研發、投資、成果轉化以及清潔能源發展現狀、市場規模、產業案例和傳統能源等8個維度［14］，共計選取21個指標，搭建構成科技創新與清潔能源耦合模型評價指標體系（見表2）。其中，由于煤炭發電與清潔能源發電之間具有競爭性，且現階段煤炭清潔高效利用是必要的過渡性能源，因此選取煤炭發電量指標發揮對比作用。

表2 科技創新與清潔能源耦合協調發展評價指標體系

設X1，X2，…，X12表示科技創新的各項指標，Y1，Y2，…，Y9表示清潔能源的各項指標。假設有m個指標、n個年份，形成原始數據矩陣首先對原始數據進行標準化處理，然后采用熵值法求各項指標的權重，最后構建耦合協調模型得出科技創新和清潔能源綜合發展評價值的時間序列。

4.2 指標的標準化處理

由于科技創新和清潔能源的各項指標存在量綱和數量級差異，且不同指標的單位不同、性質不同，因此要對發展評價指標體系的各項數據進行標準化處理，使正向指標和負向指標具有一致性，評價指標具有可比性［15］。正向指標采用式（1）進行標準化處理，負向指標采用式（2）進行標準化處理。具體公式如下：

4.3 確定指標的權重系數

4.4 構建耦合協調度評價模型

分別構建科技創新和清潔能源的綜合效益評價函數，用各項指標標準化值與對應指標權重系數、相乘，再求和，如式（6）（7）所示，即可得到科技創新綜合發展評價值F(x)和清潔能源綜合發展評價值G(y)。

本文借鑒物理學中的耦合模型來分析科技創新和清潔能源的耦合度［17］，如式（8）所示：

式（8）中，C為科技創新與清潔能源的耦合度，其值介于［0，1］之間。當C=0時，表明系統處于無序狀態，兩個子系統的發展方向和結構呈現無序性；當0＜C≤0.3時，系統處于低水平耦合階段；當0.3＜C≤0.5時，系統處于拮抗階段；當0.5＜C≤0.8時，系統處于磨合階段；當0.8＜C≤1時，系統處于高水平耦合階段；當C=1時，表明系統處于完全有序狀態［18］。

耦合度模型可以研究兩系統之間相互影響的程度，但無法客觀反映兩系統的協調發展水平［19］，因此，本文結合協調度模型構建清潔能源系統與科技創新系統耦合協調度模型：

式（9）（10）中：D為耦合協調度；C為耦合度；T為兩個子系統的綜合協調指數；為待定指數。由于科技創新與清潔能源產業發展在相互促進程度上存在一定的差異，科技創新包括清潔能源產業在內的多種因素綜合作用的結果，因此借鑒已有研究，將分別賦值為0.6和0.4［20］。根據D值的大小，可以將系統的耦合協調度劃分為10個階段（見表3）［21］。

表3 耦合協調度等級評價標準

4.5 實證研究

本文對2014—2018年我國科技創新和清潔能源指標數據進行分析，得到科技創新和清潔能源的綜合發展評價值，在此基礎上構建科技創新和清潔能源的耦合協調模型，分析出科技創新和清潔能源的耦合協調度等級。數據來源于《中國科技統計年鑒》、“英國石油公司2019年世界能源統計評論”（“BP statistical review of world energy 2019”）、《Climatescope 2019年度報》（CLIMATESCOPE 2019）、《中國新能源發電分析報告》（2019）以及《中華人民共和國2019年國民經濟和社會發展統計公報》。

4.5.1 計算指標權重系數

運用熵值法原理將標準化后的數據代入式（5）（6）（7），即可得到各項指標的權重系數。從表4中可以看出，各項指標在子系統中所占的權重不同：在科技創新中，R&D人員數、R&D項目數、R&D經費外部支出、高科技R&D人員折合全時當量、R&D經費內部支出中外國來源金額對科技創新綜合發展評價值影響較大；在清潔能源中，清潔能源發電量、清潔能源消費占比、新能源汽車銷量、清潔能源投資、風電發電量、清潔能源發電占比對清潔能源綜合發展評價值影響較大。

表4 科技創新與清潔能源耦合協調發展評價指標權重系數

4.5.2 計算科技創新和清潔能源綜合發展評價值

表5 我國科技創新和清潔能源綜合發展評價值

4.5.3 計算科技創新和清潔能源耦合協調度

將科技創新和清潔能源的綜合發展評價值代入式（8）（9）（10）中，即可得到科技創新和清潔能源的耦合協調度。根據表6結果可知，最初科技創新與清潔能源的關聯并不明顯，說明“十三五”規劃前國內對能源轉型重視不夠，尤其是清潔能源并未成為國家能源戰略的關注重點，雖然黨的十八大以后打造環境生態文明的重要性日益凸顯，但以煤炭為主的傳統能源模式和強大消費慣性仍然延緩了清潔能源的起步與發力，表現在科技創新與清潔能源系統的耦合關系始終處于由拮抗向磨合階段過渡的過程。從耦合度整體來看，2014—2018年科技創新與清潔能源系統的耦合度雖起步較低，但上升趨勢快速穩定，從2014年的0.125 2飆升到2018年的0.674 4，耦合關系等級從嚴重失調提升到初級協調，說明科技創新與清潔能源各要素間相互作用、相互促進關系不斷加強，激發能源轉型態勢逐步擺脫化石能源慣性，向“金山銀山不如綠水青山”的既定目標邁進。

表6 我國科技創新與清潔能源耦合度及耦合協調度

5 結論與研判

本文根據全球能源格局與減排形勢，理清我國出于對外承擔大國責任、維護國際形象，對內保障能源安全、推進生態文明建設的目的，已經開始步入能源轉型戰略的具體實施階段，其中清潔能源是確保能源轉型能夠實現既定目標的核心要素。通過科技創新與清潔能源的綜合評價指標體系，借助熵值法和耦合協調模型，分析2014—2018年間我國科技創新與清潔能源兩者之間的耦合關聯度與耦合協調等級變化，得出以下結論并給出研判觀點。

5.1 結論

（1）科技創新與清潔能源的耦合度穩步加強，卻還不充分，具有很大的拓展與上升空間。科技創新和清潔能源的耦合協調等級從2014年的嚴重失調逐漸發展到2018年的初級協調，體現出從關聯不足向初步磨合的轉變趨勢，耦合協調效益在不斷上升，說明兩者之間開始出現相互作用與影響，即科技創新對清潔能源的促進效果已初步顯現。但2018年的耦合度（0.674 4）距離中級協調仍有一定距離，意味著科技創新對清潔能源的促進提升并不充分，大部分還停留在單純的能源技術層面，并沒有在具體實踐應用與商業市場推廣中廣泛落地，可拓展空間巨大。比如，近幾年我國雖已經建成并擁有目前全球最大規模的水能、光伏與風電等清潔能源產業，卻不得不面臨居高不下的棄水、棄光及棄風率現象難以解決［22］，矛盾重重，背后折射出科技創新與清潔能源耦合度遠遠不足的邏輯概念。

我國能源轉型戰略還處于爬坡階段，需持續深化科技創新與清潔能源的耦合關聯，確保能源轉型目標的實現。2014—2018年我國科技創新和清潔能源的綜合發展評價值穩步提升，其中2014—2017年前者的綜合發展評價值始終低于后者，2018年出現反超現象，表明黨的十八大以后科技對能源的創新推動已經渡過最初的緩慢增長期，進入發力階段，但鑒于此前化石能源巨大的消費慣性與壓倒性優勢，能源轉型的實際行動還未完全步入正軌，環境生態保護作為“十三五”規劃期間國家治理的重點仍任重道遠；雖然清潔能源的投資額、市場占有率成倍增長，卻不能忽視大規模的科技創新總是基于國家資金與戰略投入才能發力的特點，相較于清潔能源為核心的能源轉型具有典型的滯后性，直到2018年反超與耦合關聯增強才證明兩者開始向同步協調方向發展。因此，確保當前及下一階段我國能源轉型可持續性與穩定性，需要繼續深化并加強科技創新與清潔能源的耦合關聯。

5.2 前景研判

對照本文研究結論，意識到當前我國科技創新對清潔能源具有促進作用卻并不充分這一基本現實。基于以上分析，本研究認為在下一階段，即“十四五”規劃開啟后，以清潔能源為核心的能源轉型浪潮會愈演愈烈，發展空間巨大，無論從我國應對氣候變化的責任角度還是生態文明建設的現實角度，都應大規模持續強化科技創新與清潔能源這一系統組合的耦合協調關系。一方面提高科技創新對清潔能源促進作用的深度與廣度，另一方面借助清潔能源對科技創新的反饋進一步推動能源轉型提檔升級，通過增大人才與研發資金投入等關鍵性指標，在良性循環中抓緊全球能源革命的發展機遇，搶占新一輪科技革命和產業變革競爭的制高點，盡快實現2030—2050年的國家中遠期能源轉型戰略目標，早日將我國從全球氣候與能源治理的重要參與者、貢獻者打造成為人類命運共同體下生態文明建設的領導者。