近20 年新能源研究的发展回顾

刘林青，熊 伟

（武汉大学经济与管理学院，湖北武汉 430000）

新能源的概念起源于上世纪80 年代初，包含风能、太阳能等非常规能源，涉及水电、汽车等产业，尽管它是一个年轻的研究方向，然而其发展却近在眉睫。一方面，随着工业化和城市化进程的加快，环境污染的负外部性开始显现，经济发展的整体扩张造成了自然生态的退化和损失，减少了社会福利，开发新能源、减少环境污染成为了亟待完成的任务［1］；另一方面，现代文明消耗了大量的能源，世界经济复苏、新兴国家的崛起又增加了对能源的需求，面对传统能源的枯竭，新能源成为了至关重要的替代品［2］。从以上两方面来说来说，新能源即将成为战略性新兴产业的先导产业，有望引发新的技术革命，推动全社会技术—经济范式的转换，成为未来经济可持续发展的内在驱动［3］。

我国近年不断通过政策鼓励新能源的发展：“四个革命一个合作”提出大力开发利用新能源，“十三五规划”提出突破新能源的核心技术、促进新能源汽车的壮大，十八大提出推动能源技术革命、建设现代能源体系，直到2019 年，习近平总书记在两会报告上仍然强调优化能源和培育新能源汽车，足见我国对新能源的重视。世界各国对新能源同样给予厚望：美国政府推动税法改革使得新能源发展强劲，甚至希望筑造新能源领域的技术垄断;日本早在上世纪70 年代就已经开发和利用新能源，并在2018 年7月发布第五次《能源战略规划》，提出“2050 年实现能源转型和脱碳化”的战略目标;欧盟在1999 年制定了可再生能源发展白皮书，之后的《欧盟战略能源技术计划》、“2020 战略”均指出推动“低碳能源”技术的发展。

全球能源供需和治理正发生着深刻的变化，已有文献实证得出减少能源市场对传统化石能源产业的过度依赖的结论［4］，能源转型是历史发展的必然，在这个背景下，新能源的发展既受到核心技术的不成熟的制约，又受到错综复杂的国际政治的影响。

一方面，尽管新能源种类繁多，前景广阔,但是由于发展时间较短，几乎每种新能源都面临重大技术障碍，相关的研究还不够成熟，因此，国际间的合作能够加强新能源科技领域交流，打破学术边界，通过世界相互学习、知识互鉴,有望迅速促进新能源技术及资源的有效整合。

另一方面，能源是大国竞争的目标和战略遏制对手的手段，由于地缘政治等许多复杂因素，国家之间资源争夺难以避免［5］,国际能源版图上地位高的国家能够通过价格干预机制影响其他国家的经济、政治。越来越多的国家意识到,只有建立起有利于自己的能源体系,才能确保本国能源安全,在这个层面上，新能源的出现蕴含着新一轮科技相关的国际规则以及市场等多方位的竞争［6］，各国可以凭借自身的经济实力和技术优势,在新能源的角逐中谋求更大的利益，从而打破以传统能源为核心的政治格局，重新分配世界经济的主导权。

那么，在新能源炙手可热的今天，相关研究究竟已经发展到了一个怎样的地步？新能源的世界研究格局是如何变化的呢？我国又在新能源领域的研究中处于一个什么样的位置、当下与竞争对手相比有何优劣之处？现有的文献大都从专利的角度或仅对某一行业进行分析，不足以回答以上关于学者研究本身的问题，本文通过文献计量的方法对近20 年新能源研究的发展脉络进行了深入分析。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

本文以wos 核心合集作为数据源，以“new energy”为主题词，采取关键词索引方法，时间跨度为1999—2018 年，检索时间为2019 年9 月9 日，仅保留“article”类型的文献，共得到3 556 篇文章。

1.2 研究方法

本文采用R 软件为研究工具对新能源领域进行文献计量的研究。所谓文献计量分析法是指从大量的历史文献数据中生成一定的信息,利用统计等工具对文献集合进行分析,并通过可视化直观的展示分析结果［7］。

2 新能源的发展概况

2.1 时间分布

学科领域发文数量的变化情况可以清晰地描述某一学科领域研究的强度和不同发展阶段，统计新能源发文量的时间分布如图1 所示。数据显示，新能源的研究经历了从平缓运行到迅速增加的显著变化，且有明显的阶段性，几乎每5 年的文章数量就有一次翻倍。1999—2003 年，每年文章量仅在60 左右波动，到了2004—2008 年，这一数值平缓增加，从09 年开始，产文量呈现逐年上升、愈演愈热的趋势。直到近5 年，产量急剧骤增，文章数量甚至超过了前15 年产文量的总和，这表明当下新能源的研究已经受到学者们的广泛关注，到达了一个新高潮。

2.2 关键词共现网络的演变

结合时间分布的规律，本文将20 年按每5 年分为一个阶段，并称1999—2003 年为第一阶段，2004—2008 年为第二阶段，以此类推，分为4 个阶段。

共词分析法能够帮助描述文献的研究内容和研究主题，它是通过对文献主题词的提取，两两统计它们在同一篇文献中出现的次数，从而达到分析该领域的主题及其变化的目的［8］。

本文使用点度中心度测算方法来判断中心性,使用密度值判断网络复杂程度和关联程度，点度中心度计算与目标节点构成直接连接性的节点数量，如果节点度越高，则说明其中心性越强；密度用于分析网络中各关键节点之间的交互性和联动性，网络密度的取值范围为［－1, 1］，密度值越趋近于1,则其网络密度越大，则节点间的交互性越强［9］。

图2 各阶段的关键词共现网络

提取各阶段节点度最高的30 个关键词作为该阶段的主要研究热点，绘制出的关键词共现网络如图2 所示，其中节点的大小按照节点的度设置而成，节点越大，所受到的研究和关注就越多。

2.2.1 网络结构的演化

第一阶段的网络密度值为0.108046，网络较为松散。网络拥有数个子群，但每个子群的成员并不多。网络中节点最大的是“model（模型）”，节点度为69，其次是“dynamics（动力）”、“spectroscopy（光谱学）”，节点度分别为45 和35，它们同时也作为3 个子群的核心节点，其余关键词的节点度大都在20 左右，彼此差距较小，研究热点无论是热度或者关联性均较弱。

第二阶段网络的密度值为0.144 086，略高于第一阶段，但网络发生了显著变化。网络不再是数个小子群并列，而是出现一个以“model”为核心节点的大子群和几个零星的小子群。“model”的节点度为147，远超过第二位的节点“dynamics”，大部分关键词的节点度仍然不高，集中在30 左右。

第三阶段网络的密度值达到0.280 459 8，网络变得凝聚起来。网络又一次发生了巨大的变化，这一阶段中出现了两个较大且大小相似的子群，两个大子群均以双中心节点各自组成群落。其中一个大子群以节点“model”和“system”为核心，节点度分别为232 247，同时它们也是这一阶段节点度最大的两个关键词；另一个大子群以关键词“energy”、“performance（性能）”为核心,节点度分别为173和167，节点度大小分列第三第四。其余大多数关键词的节点度在65 左右。该阶段新能源的热度出现空前增长，研究热点之间关联性变强，这是新能源发展势头变得强劲的一个趋势。

第四阶段的网络的密度值为0.650 574 7，远大于前面任何阶段,网络变得非常密集、连接更多，联系更紧。在这一阶段，网络以两个大子群和一个小子群形成3 个明显的聚类。“performance（性能）”与“model”既是节点度最大的两个节点（节点度分别为670 和560），也是两个大子群的核心节点，较小的子群以“nanoparticles（纳米粒子）”为中心，仅包含5 个成员。另外，所有关键词节点度均超过100，达到了20 年来的顶峰。2.2.2网络节点的演化

新能源的研究在发展中不断完善，网络的节点和聚类显示了一些研究热点的稳定与另一些研究热点的改变，从第二阶段开始，绘制节点表格如表1所示，新出现的关键词用“*”表示。

表1 各阶段新出现的研究热点及节点度

第一阶段关键词聚类较多，呈现出新能源研究百花齐放、各自为营的状态。除了以“model”为中心子群的含义较广未涵盖具体领域外，其余子群大多围绕一个或数个较窄的技术领域展开，如“spectroscopy（光谱学）”为中心节点的子群，关键词大都与光相关，这是光能在21 世纪初受关注较多的缘故，学者们在这一时期的重大发现如:新的能量分解法——对数平均指数法、光催化剂在废水中的氧化反应以及降冰片二烯衍生物对光能吸收等大大促进了光能的推进。此外，这一阶段的关键词大多是物理化学等“硬”学科的专业性词汇，如“gravity（重力）”“Fermi-surface（费密面）”“groundstate（基态）”“potential-energy surface（势能面）”等。

第二阶段新能源的研究热点同聚类一样发生了天翻地覆的变化。除了“model”“system”“dynamics”等8 个关键词保留外，其余关键词全部改变。以“model”为中心的子群发展壮大、一枝独秀，新出现的关键词则大都分散在其他的小子群中。这一时期的研究依然以技术为核心，但相较第一阶段，涉及到的专业词汇和理论发生了转移，诸如“films（薄膜）”“single-crystals（单晶）”“density-function theory（密度泛函理论）”“elastodynamics（弹性动力学）”等研究热点显然表明了相关基础学科领域的研究更加宽泛、技术领域有所突破。

第三阶段，“system”超越“model”成为当时最受重视的研究主题，聚类也较第二阶段更加明显，各子群中的关键词含义更加接近，研究方向开始清晰。新能源技术再次有所突破，新出现的研究热点既包含“fuel-cells（燃料电池）”为代表的较为传统的技术，又包含“carbon-nanotubes（碳纳米管）”“nanoparticles（纳米粒子）”为代表的高新技术，近两年频频出现在大众眼前的“hydrogen（氢能）”也是这一阶段产生的。不仅如此，相关研究也不再仅限于单纯的“硬”学科领域，“emissions（排放）”相对前十年受到了更多的重视，而诸如“climate-change（气候变化）”“policy（政策）”“management（管理）”等研究热点一经出现就拥有并不低的节点度，这显示着该阶段的研究范围已经迅速拓展到社科领域。这一系列变化并不令人惊讶，在这一时期，新能源的确活跃在全球的舞台，气候变化受到社会空前的关注，而欧盟和美国作为当时的领跑者,均发布了低碳清洁能源技术发展思路和前景。

第四阶段的研究更加深入，就研究热点的更新来说，新出现的关键词并不多，且除了“China（中国）”大多数节点度较低。此阶段关键词的聚类泾渭分明，是在之前研究基础上的又一次延伸。以“model”为中心的子群1 中,关键词几乎完全与新能源专业技术无关，相较上一阶段，子群1 在“management”“policy”等研究热点的基础上还补充了诸如“impact（影响）”“demand（需求）”“consumption（消费）”等主题，本文将这种围绕社科学领域展开的研究集合视为新能源社科领域的研究。以“performance（性能）”为中心节点的子群2 中，研究热点涉及的专业性技术词汇较为宽泛，“technology（技术）”“simulation（模拟）”等大部分关键词并未深入到具体的技术领域，本文将子群2 称为新能源宏观技术领域的研究。子群3 是一个较小的子群，仅仅只有“nanoparticles（纳米粒子）”“water（水能）”“surface（表层）”“stability（稳定性）”“degradation（（能源）降级）”5 个专业且具体的技术研究热点，本文将该子群称为新能源微观技术领域的研究。

总的来说，近20 年新能源的研究热点发生了深刻的变迁，首先，关键词日新月异，贯彻始终的关键词仅有5 个，分别是“algorithm（算法）”“model（模型）”“dynamics（动力学）”“system（系统）”“energy（能源）”，其中“model”“system”均是每一阶段共现最多、研究最受重视的热点之一，是新能源研究从伊始至今的核心话题；其次，研究技术与时俱进、更新迭代，从传统的可再生能源如光能、水能，到燃料电池、量子力学，再到纳米、氢能和混合动力等高新技术；最后，研究领域拓展迅速，从物理、化学等单一的科技领域，到政策、管理等方面社科领域，最终分门别类，形成研究方向明显的3 个群体。

社会-技术范式是一系列异质性要素附着在不同的社会群体并嵌入在制度和规则之中构成的［10］。类似于低碳转型的社会-技术范式，新能源的研究呈现出明显的范式发展轨迹，借用技术生命周期理论，新能源的研究已经经历了萌芽期，当下正处在成长期，更细化的，本文将1999—2003 年视作初始阶段，2004—2008 年视作变革阶段，2009—2013 年视作成长阶段，2014—2018 年视作高速发展阶段。

3 变动的世界研究格局

3.1 研究成果的突破——各国的论文产量格局

本文在前述4 个阶段的基础上，依据第一作者所在地统计每个阶段各国及地区的发文量如图3 所示。第一阶段，世界上文章产量最高的国家是美国，其次是日本、德国，英国、加拿大紧随其后，而中国仅产出文章12 篇，居于世界第八。第二阶段，位于前茅的仍为美国和日本，中国跃居世界第三，德国、法国、意大利和英国位居前列。第三阶段，中国成为世界上产出文章最多的国家，余下国家格局较为稳定。第四阶段，中国的新能源研究爆炸式增长，占据了全世界文章总产量的39%，远远超过第二位的美国，中国在近5 年的迅猛发展不足为奇，一方面，我国近5 年对新能源的重视空前绝后，例如2016 年我国在清洁能源、可再生能源、环保领域投资较2015 年猛增了60%,仅2016 年, 我国针对新能源汽车的补贴和奖励就达223.7 亿元［11］，另一方面，特朗普的“美国优先能源计划”对美国新能源的发展有所冲击。此外，伴随着亚洲国家和发展中国家的崛起，韩国、印度的产文量同样在这一阶段的世界舞台上大放异彩。

图3 各阶段的各国发文量

3.2 国际地位的洗牌——国际间的合作格局

国际学术合作能够有效实现各国知识共享、知识传递及知识溢出，从而促进基础研究及科研创新，国家合作网络能够说明某一领域科技全球化的程度，显示出国际地位的变化［12］。选取世界上新能源国际合作最多的20 个国家（地区）绘制国家（包含港澳台）合作网络如图4 所示，图中的节点表示各个国家或地区，连线表示合作关系。节点越大，合作次数越多，意味着科学研究方面的联系越密，国际地位越高。

国家（地区）研究合作网络展现了与论文高产相似的特点，新能源的研究呈现出全球化的趋势，在这个过程中，世界的研究合作格局悄然发生变化，第一阶段，美国、日本等老牌发达国家占据着国际上新能源研究的首要位置，而发展中国家国际合作极少。第二阶段，美国与日本仍然是合作最多的国家，中国开始崭露头角。第三阶段，中国一举超越美国，成为世界上国家合作最多的国家，德国、英国、日本和法国等其他发达国家紧随其后。第四阶段，中国不仅继续保持了国际合作的高热度，而且已经迅速与美国拉开差距，充当着国际上新能源研究“领头雁”的角色。

图4 各阶段的国家（地区）合作网络

20 年间，中国无疑是最耀眼的国家，无论文章总产量或者国际地位都不断提升，并均已在“量”的角度上走到世界第一的位置，可以说，正是由于中国在新能源研究上的加入，才推动了新能源的高速发展，美、日、英、德、法等发达国家则始终在产文量和国际合作上位于世界前列，属于老牌新能源强国。余下的国家中，韩国与印度称得上是新能源研究的新星，尽管国际地位不高，但发展势头强劲，它们是值得后期关注的。

4 中国已经独占鳌头？

4.1 强劲的对手

前文发现，中国在风云变幻的世界格局下，从默默无闻变为一鸣惊人，然而，“量”的“称霸”，真的代表着中国已然“一览众山小”吗？一方面新能源的研究仍处在高速发展时期，研究本身并不完善，未来的变局仍然较大；另一方面，中国在新能源上的探索不过近15 年，历史基础相对较弱，大量的产文并不意味着“质”也已一骑绝尘。

从“质”的角度而言，被引文章能够探究学术质量和学术影响力，高被引论文代表着全球的顶尖水平。绘制20 年间各国文章被引次数如图5 所示;绘制被引最多、贡献最大的20 篇文章第一作者对应的国家（地区）时间图布如图6 所示，其中圆圈的大小与被引次数成正比，圆圈的位置表示年均被引量，位置越高，年均被引量越多。数据显示出尽管中国的发文总量远远超过美国，但美国的被引文量反而略高于中国，在最具有学术影响力的20 篇文章中，美国更是以11 篇文章占据着绝对的优势，中国仅有4 篇屈居第二且被引次数也较低。这些作者中，美国作家VOGEL JP 在Nature 上关于基因测序的文章获得了最高的引用，他的发现对新能源作物的发展有巨大的贡献；而密歇根大学安娜堡分校的教授KOTA AK 对膜污染问题的解决更是被誉为“2012 最伟大发现之一”。可见美国的学术质量和学术影响力不可小觑，而中国暴露出有着发文量大，但“质”略逊一筹的问题。

图5 各国文章被引次数概况

图6 高影响力文章的作者时间画布

综合前述各个指标来说，美国是中国最强的竞争对手，其他的国家无论是论文高产或者学术影响，都远远弱于中美两国。

中美引领全球新能源的研究意味着未来中美两国很可能会现实的面临由于传统能源政治震荡导致的新能源一决雌雄的场面，中国需要明辨自身研究优劣，取长补短，从而与美国展开有效竞争。

4.2 中美研究异同的初探

统计中美两国各自占比达到5%的学科方向，各项百分比如表2 所示。两国主要的学科分布而言呈现出大同小异的状况，位于前列的学科中均囊括了工程学、材料科学、能源燃料、化学、物理学、生态环境科学、计算机科学和其他科技的主题，且工程学均是二者研究最多的方向。在余下的学科中，中国更重视数学和热力学，而美国则侧重商业经济学。

表2 中美新能源研究的主要学科方向

统计2014—2018 中国和美国共现最多的20 个关键词，进行中国与美国当下具体的研究热点分析，关键词与相对节点度如表3 所示，其中中美共同的研究热点用“*”标识出。

中美两国研究主题均呈现出少数研究热点占据核心位置，大多数研究热点受重视程度较为平均的现象。其中相同的研究主题占比近50%，在这些研究主题中，最受中国重视的主题为“performance”“model”和“system”，美国最重视的主题为“model”，此外，“consumption”“nanoparticles”“behavior（状态）”“design（设计）”也均受到较高的重视。

中国独有的研究热点中，除了共现最多的“China”外，由于我国多次强调经济发展与环境保护之间的协调性，因此“emissions”和“CO2emissions（二氧化碳排放）”受到了一定的重视。此外，新能源汽车作为中国战略性新兴产业之一，“hybrid（混合动力）”、“electric vehicle（电动汽车）”的高频出现，与相关政策和相关产业发展状况相吻合［13］。“grapheme（石墨烯）”显示了我国对高新技术领域在新能源上应用的肯定，而“optimization（优化）”“efficiency（效率）”“stability”则是中国当下新能源技术至关重要的探索。

美国独有的研究热点中，拥有“simulation（仿真）”“well-posedness（适应性）”“energy-storage（储能）”“power（功率）”“dynamic”等大量技术方面的研究热点，在研究领域上，相对于中国颇为关注的新能源汽车、石墨烯等，美国更重视以“cathode materials（阴极材料）”为代表的燃料电池等传统领域，以及“policy”“politics（政治）”“information（信息）”代表的社科领域。

表3 中美两国主要研究热点比较

5 结语

本文通过文献计量的方法，从学者们的研究角度，回顾了近20 年来新能源研究的发展以及世界研究格局的变动，并在研究过程中注意到中国在新能源领域势如破竹的发展，俨然与美两国成为世界的指向标，在此基础上分析了他们当下研究的异同。

本研究有以下发现：

（1）新能源的研究有明显的社会-技术范式发展轨迹，当下正处于高速发展时期。一方面新能源的研究愈演愈热，且该趋势在相当长的一段时间可能还将延续，另一方面，新能源的研究无论是深度或领域都不断推进，从最开始单一聚焦“硬”学科，到紧跟时代的纳入高新技术、再到出现诸如政策、管理等研究主题，并最终形成了社科领域、新能源宏观技术领域、新能源微观技术领域3 个稳定的研究方向。随着从微观层面走向中观、宏观层面，多技术、多学科不断加入，新颖的视角大幅丰富了近些年的新能源的研究成果。

（2）新能源研究的世界合作态势越来越明显，中国成为最为亮眼的国家。研究显示，全球都在积极探索未来能源转型发展路线，各个国家纷纷展开学术合作，在21 世纪开元，以美国、日本为首的老牌资本主义发达国家占据着新能源领域的绝对话语权，直到近10 年，中国持续保持高热度和高产出，使得中国一跃成为世界上产出最多、合作最多和有着相当国际影响力的国家，形成了当下以中国和美国为首，各国林立的世界格局。

（3）美国是当下新能源学术影响力最高的国家，也是未来中国最大的竞争者。二者的研究呈现出本同末异的特点：在学科分布上，中美都以理、工学科为主要的研究方向；在研究热点上，重合的研究即是更受重视的研究热点。此外，中国更重视石墨烯等新技术和新能源汽车上的建树，对“软”学科涉足较浅，而美国对诸如薄膜电池等技术，经济、管理和政治等社会科学同样较为重视。

对比计量结果，本文提出以下3 点建议:1）中国的学术影响力与高热的论文产量尚不能匹配，未来应当鼓励培养一批在国际有相当学术地位的学者来引领中国的发展、掌舵新能源的研究。2）相对美国持续、专一的对新能源开展研究，中国实际起步较晚，技术方面并未有实质性突破，国家需要加大相关技术的投入，尤其争取在石墨烯等较新的领域实现“弯道超车”。3）促进新能源产业的长足发展，必须发挥市场机制作用，社科的研究对市场机制如何正确运作起到了至关重要的作用［14］。新能源的研究本身已经出现了向社会科学的转型，中国的学者们应该重视社科领域尤其是宏观政策、经济与管理与新能源发展的结合。