從R＆D到R＆3D:基于全生命周期視角的新能源技術創(chuàng)新分析框架及政策啟示

蘇 竣，張漢威

(清華大學 公共管理學院，北京100084)

一、引言

能源是人類生產(chǎn)、生活的基本要素，也是經(jīng)濟、社會發(fā)展的重要基礎。在國務院確定的7大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中，新能源與新能源汽車分列兩席，凸顯了新能源產(chǎn)業(yè)在經(jīng)濟社會發(fā)展中的戰(zhàn)略地位。相比起調(diào)整能源結構和倡導節(jié)約行為等手段，技術將是提高現(xiàn)有能源利用效率、開發(fā)新能源和可再生能源，從而實現(xiàn)能源、環(huán)境、經(jīng)濟、社會協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展的決定性因素。推動科學發(fā)展和技術進步才是解決能源問題的根本途徑。

新能源技術創(chuàng)新有其自身的特點和規(guī)律。從全生命周期的視角，將原有的R＆D細分拓展為R＆3D(研究、開發(fā)、示范、推廣)，將有助于更全面、更深刻地理解新能源技術創(chuàng)新的本質(zhì)屬性，有助于更好地開展科技管理工作，更快地促進新能源技術發(fā)展。

學術界和政策制定者以往更多地將關注的重點集中在R＆3D的前兩個階段，即研究和開發(fā)階段，對示范和推廣這兩個階段關注得很少。根據(jù)《Energy Policy》2009年發(fā)表的一篇文章統(tǒng)計，在過去的三十年里，只有不超過六篇的文章集中討論示范項目的理論和實踐［1］。關于科技創(chuàng)新的研究大多集中在前端的R＆D作用和后端的市場激勵方面，這既反映了“技術推動”和“市場拉動”這兩種現(xiàn)實的政策偏好，背后也暗含著這兩類理論的研究視角［2］。但近年來，國際主流學術界越來越多的學者開始拓展他們關注的視野，研究示范和推廣階段的技術創(chuàng)新規(guī)律和政策特點，從而為制訂更加具有針對性的政策提供咨詢意見和政策建議。

二、從R＆D到R＆3D的學理淵源

一些著名學者(Roy Rothwell，John P.Holdren等)認為創(chuàng)新過程本質(zhì)上是具有反饋環(huán)的有順序的過程，可以將其分為幾個階段來考慮。創(chuàng)新的階段性預示著技術有生命周期。技術生命周期(Technology Life Cycle，TLC)的概念緣起于產(chǎn)品生命周期，是指從基礎研究開始，經(jīng)歷共性技術研發(fā)，形成產(chǎn)品進入市場，逐漸成熟，隨后衰退，最終被下一代新技術所替代的過程［3-5］。Tassey(1997)認為技術的生命周期是指知識按照一個有章可循的步驟不斷變得更具有應用性的過程，在這個過程中，知識逐漸被物化到物理設備上，內(nèi)化到系統(tǒng)要素中，或是作為訣竅而體現(xiàn)在產(chǎn)品的性能中［6］。

盡管單一的線性技術創(chuàng)新模式屢受挑戰(zhàn)，但這種簡明的模式對于解釋技術創(chuàng)新的過程仍有強大的生命力。Rothwell(2002)指出創(chuàng)新過程的總體模式可以被認為是有很多交流通道的復雜網(wǎng)絡，但它實質(zhì)上仍然是一個有反饋環(huán)的次序過程［7］。Fri(2003)指出代表性的創(chuàng)新過程是漸進的、累積的、和同化的［8］。Kelly，Holdren 和 Sagar(2006)認為出于分析和規(guī)范的目的，將創(chuàng)新的各階段分別對待仍然是有效的［9］。

在技術生命周期的最前端就是為公眾所熟知的研究與開發(fā)(R＆D)，R＆D是指為增加知識總量(包括人類、文化和社會知識的總量)而進行的系統(tǒng)性的有創(chuàng)造的活動，以及運用這些知識去發(fā)明新的應用［10］。R＆D的概念既是一種重要的衡量指標，也是一個普遍的分析框架，廣泛應用于科技和經(jīng)濟領域。例如國際上通常以全社會研究開發(fā)投入占國內(nèi)生產(chǎn)總值的比例(R＆D占GDP比例)來衡量一個國家或地區(qū)科技投入的規(guī)模，也是反映一個國家、地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展方式的指標，世界主要創(chuàng)新型國家長期保持在2%以上，多數(shù)國家在2.5%以上，而發(fā)展中國家多在1%以下［11］①據(jù)新華社北京2012年2月22日電:國家統(tǒng)計局發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2011年我國研發(fā)經(jīng)費占GDP的1.83%。。越來越多的國家和地區(qū)將示范作為推動技術創(chuàng)新、促進經(jīng)濟發(fā)展的重要抓手，諸多情況表明單純用R＆D來衡量科技投入的規(guī)模已經(jīng)不夠完整。事實上，科技政策研究的“重鎮(zhèn)”——哈佛大學肯尼迪政府學院貝爾弗科學與國際事務研究中心(Belfer Center for Science and International Affairs，Harvard Kenney School)早已將示范納入研究范疇，正式采用研究、開發(fā)和示范(RD＆D，reasearch，development，demonstration)或研究、開發(fā)、示范和推廣(RD3或 R＆3D，reasearch，development，demonstration，deployment)的統(tǒng)計口徑建立了美國能源部預算授權(DOE budget authority)的歷年數(shù)據(jù)庫。

最早關于R＆3D的提法可以追溯到1999年美國總統(tǒng)科技政策顧問委員會(PCAST)的一份研究報告［12］。該報告指出，對于能源技術，特別是新能源技術，完整的技術創(chuàng)新過程應該包括研究、開發(fā)、示范和推廣4個階段，不同的階段有著不同的技術創(chuàng)新特點和規(guī)律。這篇報告開啟了細分技術創(chuàng)新階段的研究序幕，此后，Sagar和 Vander Zwaan(2006)以及 Kelly、Holdren和Sagar(2006)，以及美國政府的多份重要報告均采用R＆3D的分析框架來描述能源技術創(chuàng)新的過程［9，13］①PCAST(1999)在報告中采用了ERD3(Energy RD3)的提法，在隨后的研究中，學者采用了R＆3D，RD3，RD＆D等各種用法，本文作者基于與R＆D對稱的考慮，以R＆3D來表示該分析框架。。在 RD＆D 和 R＆3D 概念的“推廣”過程中，現(xiàn)任美國總統(tǒng)科技顧問及白宮科技政策辦公室主任的John.P.Holdren教授起了重要的作用，PCAST(1999)的報告正是由其擔綱，他于2009年撰文指出能源技術與其它所有類型技術創(chuàng)新均是由RD3(即R＆3D)4個階段所組成的［14］。以上對完整的技術創(chuàng)新過程的認識也帶來了重要的政策啟示:一項成功的整體性的技術政策需要有對技術創(chuàng)新過程所有要素的完整考慮，確定R＆D優(yōu)先順序和能源產(chǎn)業(yè)的未來方向固然重要，R＆D計劃的有效性及其與示范和推廣工作的結合也必須得到充分的重視［15］。

R＆3D分析框架的重要創(chuàng)新之處在于引進了示范和推廣這兩個階段。示范的定義首先必須具備“真實環(huán)境”(real world)的要素［16］，其次還突出了“全規(guī)?！?full-scale)的要素:例如美國國會技術評估辦公室(OTA)(1978)指出示范是“一個包含一項在真實環(huán)境下全規(guī)?；蚪咏?guī)模的創(chuàng)新的項目［17］”。Macey和 Brown(1990)認為示范是“一項新技術或?qū)嵺`在現(xiàn)實中正常工作條件下的全規(guī)模應用［18］”。從示范的功能來看，OTA(1978)指出示范有兩種功能:一是“檢驗”(prove):檢測、驗證和證明在考慮之中的創(chuàng)新;二是“展示”(show)，向其他人展示創(chuàng)新的相對優(yōu)勢，以勸說他們使用它［17］。Hendry、Harborn 和Brown(2010)在回顧以往研究時指出示范項目有兩種目的:一是檢測(test)技術、產(chǎn)品、過程和系統(tǒng);二是促進(promote)市場擴散和商業(yè)化［19］。以上的研究給出了示范定義中的第三、第四和第五個要素“檢測或證明”、“展示”和“促進市場擴散和商業(yè)化”。作者根據(jù)以上研究，認為示范是指一項包含特定新技術的活動，在現(xiàn)實環(huán)境中以全規(guī)模或接近全規(guī)模，檢測技術、產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)，促進市場擴散和商業(yè)化。示范活動可以分為兩種類型:旨在促進R＆D的試驗性(experimental)示范和旨在促進擴散的典范性(exemplary)示范［18，20］。

“推廣”一詞的英文原意多用于軍事領域，意指在準備采取正式行動之前對資源和力量的調(diào)度、配置和展開。在科技創(chuàng)新領域，根據(jù)國際能源署(IEA)的定義，推廣是介于示范與市場吸收(market uptake)之間的一個技術階段，在這一階段，技術尚未具有經(jīng)濟性，生產(chǎn)尚處于小型的產(chǎn)業(yè)規(guī)模［21］。Kelly和 Holdren(2006)指出，推廣包括兩個部分:早期商業(yè)化和縫隙市場推廣(precommercial and niche deployment)②早期推廣指的是競爭前的推廣項目，幫助有顯著公共利益的新興技術突破阻礙新技術大規(guī)模應用制度和市場障礙。參見Kelly Sims Gallagher and John P.Holdren:U.S.Government Policies Relating to International Cooperation on Energy，Chapter 6:Developing Better Energy Technologies for the Future，P3.及大規(guī)模推廣［9］。他們同時認為，有必要將早期推廣和大規(guī)模推廣區(qū)分開［9］，前者是指小規(guī)模推廣，在這一階段，創(chuàng)新性的技術能夠沿著自身的學習曲線實現(xiàn)成本的下降，也即“購買降價”(buy-down)的效應［12］，而大規(guī)模的推廣通常被稱為擴散［9］。在我國，推廣和擴散常常被混淆，作者根據(jù)該詞的原意以及學者們的研究，認為推廣包括早期推廣(小規(guī)模)和擴散(大規(guī)模)兩個子階段。

從以上定義可以看出，從R＆D到R＆3D的理論拓展使得技術生命周期更完整，更貼近于技術創(chuàng)新的全過程，在國際上已經(jīng)得到了普遍的認可。特別是在能源領域，國際能源署(IEA)①參見IEA的報告《Renewable Energy:RD＆D Priorities-Insights from IEA Technology Programmes》。及其成員國的政府機構②中央政府機構如愛爾蘭可持續(xù)能源署(Sustainable Energy Authority of Ireland)，地方政府機構如美國加州能源委員會(The California Energy Commission)。已經(jīng)普遍采用 RD＆D和R＆3D的提法來代替R＆D作為衡量科技投入規(guī)模的指標。近年來，國際主流學術界越來越多的學者開始拓展他們關注的視野，研究示范和推廣階段的技術創(chuàng)新規(guī)律和政策特點，從而為制定更加具有針對性的政策提供咨詢意見和政策建議。

三、R＆3D分析框架的實踐基礎

與R＆D相比，R＆3D的分析框架提出了示范和推廣這兩個階段在技術創(chuàng)新過程中的特點和價值，其意義對于創(chuàng)新鏈較長的能源技術創(chuàng)新過程尤為顯著。示范和推廣是新能源技術創(chuàng)新的內(nèi)在需求，這一需求首先體現(xiàn)在時間維度上，以手機為代表的IT產(chǎn)品，示范和推廣階段通常都較短，甚至不需要通過這兩個階段即可迅速進入商業(yè)化。而新能源汽車若沒有安全運營數(shù)十萬公里，核電站若沒有安全運行十年甚至數(shù)十年以上，新能源技術的可行性和可靠性得不到充分的檢驗，民眾對其接受程度也將較為有限，無法進入商業(yè)化階段。

這一需求還體現(xiàn)在特殊的環(huán)境和對象上。例如對于風能等新能源技術，實驗室永遠無法模擬出飛沙走石、高寒結冰的真實環(huán)境，示范必須伴隨著地點的轉換(從實驗室轉移至風電場)。而對于與終端用戶聯(lián)系密切的電動汽車等新能源技術，示范和推廣有助于檢測新技術、新產(chǎn)品的應用環(huán)境，例如通過示范不僅可以考察基礎設施等物理環(huán)境和交通法規(guī)等制度環(huán)境是否滿足要求，還可以考察各個利益相關者(政府、廠商、顧客等)的配合程度。

能源領域(除核能外)的示范過去一直被認為是產(chǎn)業(yè)界的事情［9］。近年來，越來越多的學者和政府決策部門開始關注示范的作用。示范不僅是技術生命周期承上啟下的一個階段，也是政府促進科技創(chuàng)新的一個重要手段。在美國能源科技創(chuàng)新管理體系中，示范與基礎研究、應用研究、技術開發(fā)并列為能源部的管理范疇之一［22］。而美國能源部的預算體制和統(tǒng)計口徑也為考察R＆3D的資金投入情況提供了可能。如圖1所示，自2009年以來，特別是在奧巴馬政府通過的《美國復蘇與再投資法案》中，能源RD＆D和能源推廣開支均有大幅度的提高，特別是在能源推廣方面，2009年的投入接近300億美元。

圖1 美國能源部能源R＆3D預算統(tǒng)計(1978-2012)③2009 ARRA指2009年，奧巴馬政府通過的《美國復蘇與再投資法案》(The American Recovery and Reinvestment Act)。2012Request指的是美國能源部向國會提交的預算請求，尚未批準。

在我國，雖然主管科技的行政部門尚未正式采用R＆3D的用法，但是在具體工作中，國家科技部的職責范疇已從以往的 R＆D拓展到了R＆3D，示范已經(jīng)成為政府推動新能源創(chuàng)新的重要工具和著力點。例如2009年1月，由財政部、科技部、工信部和發(fā)改委共同啟動了“節(jié)能與新能源汽車示范推廣應用工程”，該工程已被國際公認為世界上最大規(guī)模的新能源汽車示范推廣行動，也是有史以來規(guī)模最大的國家財政補貼示范推廣項目。

四、R＆3D分析框架對新能源技術創(chuàng)新的啟示

(一)示范是解決“基礎設施悖論”的有效途徑。

新能源技術創(chuàng)新所需資金額度巨大，回報周期長，風險高，使得單純依靠市場這一“看不見的手”無法達到資源的最佳配置。不僅如此，由于基礎設施“鎖定效應”所導致的基礎設施“悖論”會極大地制約新能源技術創(chuàng)新。

2000年，Unruh提出:對于可持續(xù)技術而言，最重要的一種市場失靈是鎖定效應(lock-in)［23］。經(jīng)過工業(yè)化的發(fā)展，以化石能源為核心的傳統(tǒng)能源系統(tǒng)已日臻成熟，世界各國普遍存在著電站電網(wǎng)、天然氣管道等適應傳統(tǒng)化石能源的集中式的基礎設施，并被具有壟斷地位的利益集團所控制，這些“在位”的基礎設施深刻影響了民眾的社會行為和生產(chǎn)、生活方式，并對公共政策的制訂產(chǎn)生了巨大的影響。但大多數(shù)新能源技術受自然環(huán)境影響較大，具有能量密度較低、產(chǎn)出不穩(wěn)定、地理分布分散等特點，因此也決定了適應新能源的基礎設施應該是分布式的。傳統(tǒng)集中式的基礎設施并不適應新能源技術的大規(guī)模廣泛擴散，于是在新技術的提供者和基礎設施的提供者之間出現(xiàn)了“雞和蛋”的悖論。例如某電動汽車公司希望國家電網(wǎng)公司在某地全市范圍內(nèi)為電動汽車建設充電站，如果沒有這些充電站的存在，電動汽車無法發(fā)展到一定規(guī)模;但國家電網(wǎng)公司認為，如果電動汽車沒有發(fā)展到一定規(guī)模，為少量的電動汽車建設充電站是非常不經(jīng)濟的。對此，Laura和Holdren(2009)指出，“建設所需的基礎設施并投資于附屬的先進技術是昂貴的經(jīng)營行為，如果對未來將使用這些基礎設施的市場規(guī)模沒有確定的把握，很難得到財政上的支持”［14］。

在新能源技術創(chuàng)新的示范階段，有兩個非常關鍵的要素使之區(qū)別于R＆D，其一是“全規(guī)?！保涠恰罢鎸嵀h(huán)境”。而示范有兩個重要的功能:一是“檢測”，二是“展示”。無論是從示范定義中的兩個要素(全規(guī)模、真實環(huán)境)入手，還是從示范的兩個功能(檢測、展示)來看，均凸顯了基礎設施的重要作用。可以說，在新能源技術領域，與基礎設施有關的“悖論”主要存在于示范階段，而示范階段最主要的障礙也在于基礎設施。這一“悖論”亟需政府積極干預，進行有效的宏觀調(diào)控。

(二)推廣是跨越“死亡之谷”和“達爾文之?！钡挠行緩健?/p>

即使一項技術經(jīng)歷R＆D和示范階段之后在技術上被驗證了，成本可能仍然過高，以致于市場無法接受這一技術。這通常被稱為新技術在完全商業(yè)化的進程中所需面對的“死亡之谷”［21］。這一說法生動地表達了從發(fā)明到創(chuàng)新轉化過程中企業(yè)家面臨的特有挑戰(zhàn)［24］。Branscomb等人認為在現(xiàn)實中，在介于科技企業(yè)和工商金融企業(yè)的兩岸間，是一個商業(yè)和技術觀念的生死之海，大魚和小魚展開殊死搏斗，有創(chuàng)造力的、敏捷的和堅韌的才能得以生存。因此Branscomb等人提出了另一個圖景“達爾文之?！眮砻枋鰪陌l(fā)明到創(chuàng)新之間的鴻溝［24］，如圖2 所示。

Branscomb認為在“達爾文之?！敝写嬖谌齻€斷層:研究動機的斷層、技術專家和商業(yè)管理者的斷層、資金的斷層［24］。新能源產(chǎn)業(yè)投入資金大、周期長、風險高，“達爾文之海”中最重要的斷層是資金斷層。巨額的資金投入還伴隨著很高的不確定性。一是技術不確定性:由于新能源技術的發(fā)展高度依賴于基礎研究的突破，因此沒有人知道何種技術最終將獲得成功，何時將獲得成功;二是市場不確定性:由于技術的不確定性，很難估計出成功產(chǎn)業(yè)化的新能源技術最終將達到多高的成本。

圖2 死亡之谷與達爾文之海

圖3 R＆D與R＆3D的風險分析

Tassey(1997)研究了技術創(chuàng)新過程中的風險問題，他認為在總風險曲線上存在一個“楔型”的風險凸起［6］。R＆3D的分析框架揭示這樣一個事實，即在示范階段和推廣階段亦存在“楔形”的風險凸起，如圖3所示。尤其是在推廣階段，由于技術不確定性和市場不確定性的雙重作用，使得在該階段風險發(fā)生突變，形成資金斷層。這是因為政府往往認為市場失靈僅存在于研究、開發(fā)和示范階段，在推廣階段應該由市場來成為資金投入的主體。然而當政府持這種觀點之時，往往市場尚未做好準備，或者私人部門認為技術和市場并未成熟到可以投入的程度，于是產(chǎn)生了斷層。

五、結論與政策建議

(一)R＆3D的分析框架揭示了技術生命周期中示范和推廣這兩個階段的本質(zhì)特征和內(nèi)在規(guī)律，拓展了原有的只關注研究和開發(fā)這兩個階段的局限。政府應當考慮到R＆3D各階段的技術創(chuàng)新特點，制定針對性的公共政策來促進新能源技術創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

(二)在示范階段，由于新能源技術對基礎設施的高度依賴性，以及技術提供者與基礎設施提供者之間“雞和蛋”的悖論，使得單純依靠產(chǎn)業(yè)界的力量根本無法解決這一困境，亟需政府的強勢介入，提供引導性資金，加快基礎設施建設，化解悖論?；A設施僅僅是一個“把手”，政府一方面應該通過推動加氣站、充電站、維修保養(yǎng)中心等基礎設施建設，檢測新能源技術、產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)，發(fā)展出新興技術的主導設計，并形成國家標準和認證體系。另一方面應該通過依托于基礎設施等示范項目，傳遞政策信號，識別制度障礙，減少市場不確定性，“試水”商業(yè)模式，培育初步的目標市場，提高社會可接受度。

(三)在推廣階段，對新能源技術創(chuàng)新而言，若缺乏公共資助，跨越“死亡之谷”和“達爾文之?！钡某杀緦⑻?，也因此有更大的風險。許多國家政府對支持創(chuàng)新跨越這一階段給予了特別的關注。例如英國通過成立碳基金(Carbon Trust)，采取了建設“技術加速器”(technology accelerators)、提供早期投資等許多措施。對于我國這樣的新興國家而言，在新能源等新興產(chǎn)業(yè)的推廣階段，既要發(fā)揮市場在資源配置中的基礎性作用，還應由政府出資為新能源技術的推廣提供一定的引導性資金，使新能源技術創(chuàng)新成功跨越推廣階段，實現(xiàn)商業(yè)化。

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