美国ARPA-E是如何支持变革性技术发展的

2021-06-16 08:58樊春良
创新科技 2021年4期
关键词:主管资助能源

樊春良 ,钱 进

(1.中国科学院科技战略咨询研究院,北京 100190;2.中国科学院大学公共政策与管理学院,北京 100049)

在当今世界面临全球气候变化严峻挑战的情形下,变革性技术创新对于减少碳排放,发展安全、有效和经济的能源系统具有十分重要的意义。所谓变革性技术是指通过科学或技术的创新和突破,对传统技术、工艺、产品进行一种另辟蹊径的革新,产生重塑行业乃至全球经济的颠覆性进步。从世界范围看,在国家发展的重要领域实现变革性技术发展,是提升国家综合国力、科技创新力和产业国际竞争力的重要途径。中国十分重视变革性技术的发展,2017年正式启动国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项,能源是该专项5个前沿学科交叉领域之一[1]。

国外先进的经验对于中国促进变革性技术发展有重要的借鉴意义。其中,美国能源高级研究计划局(ARPA-E)是一个支持变革性技术发展的成功案例。ARPA-E是以美国著名的国防部高级研究计划局(DARPA)为样板,于2007年由《美国竞争力法案》创建,2009年正式启动,面向大学、大企业和小企业、国家实验室和非营利组织等。实施10多年来,ARPA-E在支持能源领域变革性技术发展方面取得了突出的成绩。从2009年至今共投入26亿美元,资助超过1 000个项目。其中,177个项目吸引了超过49亿美元的私营部门后续资金;由ARPA-E资助的项目产生了88个新公司;237个项目通过与其他政府机构合作得到进一步发展;受资助的项目产出了4 614篇科学论文和716项专利[2]。ARPA-E被誉为美国能源创新的全能催化剂[3],总结其成功做法和经验具有重要的理论意义和实际价值。

国外学术界对ARPA-E的研究大多都集中于对ARPA-E管理创新要素的研究与分析。典型的研究如Bonvillian分析了DARPA、ARPA-E和IARPA这三个“ARPA”机构之间的联系,重点介绍了ARPA-E在其计划以及项目的选择过程、支持团队的建立以及技术实施的流程等方面的管理特点[4];Bonvillian和Van Atta分析了ARPAE如何采用关键的DARPA方法,形成了新的ARPA-E管理创新模型[5]。其他方面的研究有D.Hart和M.Kearney关于ARPA-E在促进美国能源创新方面的研究[3],B.Haley关于ARPA-E在公共部门促进可持续转型的作用[6]等。国内相关研究很少,目前能检索到的以ARPA-E为主题的文章仅有4篇[7-10],其中,只有陈伟的论文是一篇研究论文[8],其余三篇都是介绍性文章。陈伟的研究对ARPA-E的工作边界定义、运营管理模式、立项实施流程、评估模式及内外部协调机制做出了描述与阐释,但对于ARPA-E的使命、组织特点和计划项目的运行缺乏深入的分析。从总体上看,国内学术界对ARPA-E的研究是不足的,需要加强相关的研究。

本文基于ARPA-E官网原始数据和相关文献,从ARPA-E的使命定位出发,从组织创新、计划的设置和全流程管理机制三个方面,对ARPAE是如何支持变革性技术发展这一问题做一探讨,总结其成功的经验,提出对中国发展有借鉴意义的建议。

1 ARPA-E的使命与定位

1.1 ARPA-E设立的背景和缘由

设立ARPA-E是作为保持和提高美国竞争力的一项具体行动措施而提出的。2005年美国国家科学院的报告《站立在风暴之上》(Rising above the Gathering Storm)向国会建议成立ARPA-E:联邦政府应在能源部内建立类似DARPA的组织,称为能源高级研究计划局(ARPA-E),该组织向负责科学的副部长报告,并负责资助特定的研究与发展计划,以应对美国长期的能源挑战[11]。

报告建议,新机构应效仿DARPA模式,资助创造性、非常规、变革性(transformational)和通用性研究,这些研究是那些工业界自己无法或不愿意开展的研究。这样的研究风险和潜在回报都很高,而且一旦成功可以为国家带来巨大的利益。报告建议,ARPA-E在第一年的初始资金为3亿美元,在5年的时间里增加至10亿美元[11]。

2007年国会《美国竞争力法案》(America COMPETES Act,以下简称《法案》)[12]规定设立ARPA-E,具体条文吸收了《站立在风暴之上》的一些建议。

1.2 ARPA-E的使命与目标

《法案》把ARPA-E的使命定义为克服能源技术发展中长期和高风险的技术壁垒。《法案》规定ARPA-E有两个主要目标:第一,通过发展能源技术来加强美国的经济和能源安全,从而实现减少从国外进口能源,减少能源相关的排放,包括温室气体,提高所有经济部门的能源效率;第二,确保美国在发展和应用部署先进能源技术方面保持技术领先。

《法案》还规定ARPA-E应通过以下方式实现规定的目标:①确定和促进基础科学的革命性进展;②将科学发现和尖端发明转化为技术创新;③在因技术和金融不确定性所导致的工业界本身不太可能承担的领域,加速变革性技术进步[12]。

1.3 ARPA-E的定位:支持变革性技术的发展

按照《法案》的规定,ARPA-E支持的能源技术领域是工业界由于技术和资金的不确定性而不愿支持的,同时也与能源部其他部门资助的研究计划有所区别,因此,ARPA-E定位于资助高风险和高收益的研究,支持变革性技术发展。

1.3.1 ARPA-E对变革性技术的解释。《法案》授权ARPA-E加速变革性技术进步,但并没有对什么是变革性技术给予解释和指导。ARPA-E在官方文件中把支持变革性技术当作自己的使命。ARPA-E 2010财年年度报告指出:“ARPA-E投资和管理变革性能源技术的发展,只有这些技术具有从根本上改变美国能源现实的潜力。从定义上讲,变革性技术就是那些打破现状的技术。它们不寻求进化式的改进,而是推动革命性的变革。这些技术不仅超越了当前的技术,而且使那些技术过时。ARPA-E的目标是在(技术)周期的早期阶段加速转型能源技术的发展。”[13]。2014年4月28日,ARPA-E在庆祝其成立5周年的新闻稿中,将其使命描述为“通过高风险、高回报的投资来催化和加速变革性能源技术的创造”[14]。可见,变革性技术的概念与今天流行的“颠覆性技术”概念相似,其效果是对现有技术的根本性变革。

然而,变革性技术常常是事后才能辨认出来。那么,ARPA-E是如何资助变革性技术的呢?

ARPA-E对变革性技术的资助,首先体现在其资助的定位、范围和资助重点方面。

1.3.2 ARPA-E资助高风险和高收益的应用研究与发展。这是ARPA-E区别于能源部其他办公室的所在。能源部资助的科学机构有两类:一是研究计划的科学办公室,主要资助基础研究;二是应用型计划办公室,包括能源效率和可再生能源办公室(EERE)等,主要资助应用研究和技术发展,通常是常规的低风险、改进性的技术发展。而ARPA-E主要资助“应用研究与发展”,是基础研究与技术发展之间的空白间隙(如图1所示),是高风险研究,且不是资助增量式的改进,而是资助变革性的进展。

图1 ARPA-E的定位及其与能源科学办公室和应用能源办公室的关系[15]

ARPA-E资助项目的技术成熟度(TRL)等级主要集中在从技术概念(TRL等级2)到实验室环境下部件或子系统的验证(TRL等级4)之间,这些项目通常都横跨基础研究与技术发展中间的多个阶段(如图2)[13]。

图2 ARPA-E资助项目的技术成熟度等级[13]

1.3.3 ARPA-E资助项目的重点。根据ARPA-E的使命,项目的选择和资助的重点有以下几个方面:①高影响力。ARPA-E资助的项目加强美国的经济和能源安全;确保美国在发展和部署先进能源技术方面的技术领先地位;为美国人带来重大的经济影响和社会改善。②技术突破。ARPA-E确认那些可以使现有技术过时的颠覆性的能源技术。③附加值。ARPA-E计划的领域和选定的项目促进早期变革性技术的研发,这些技术没有被其他人所推进。④一流的团队。ARPA-E通过将科学家和工程师组成团队,快速推进能源领域的技术创新,将来自不同科学、技术和商业领域那些本不可能一起工作的人才聚集在一起,从而培育项目的发展[13]。

1.3.4 ARPA-E资助变革性技术的特点。如上所述,APRA-E虽然没有对“变革性技术”一词给出一个具体的、可操作的定义,但给出了一些原则性说明。概括来说,ARPA-E要支持的变革性技术有如下特点:高风险和高影响的项目;现在还没有实现的颠覆性应用技术,但有很大的潜在应用;突破性的科学,可以通过革命性的技术进步改变一个领域;需要快速和灵活的实验或工程的项目;吸引下一代能源研究人员和企业家;将技术机会与尚未完成的使命任务差距结合起来[15]。这些思想为APRA-E资助变革性技术提供了指导和思想方案。

1.4 ARPA-E支持变革性技术发展的途径

根据ARPA-E的使命和定位,ARPA-E主要是从三个方面通过高风险、高回报的投资,实现其推进变革性技术发展的目标:①组织设计和组织文化;②资助计划总体框架设计;③建立一套独特的计划全过程流程。

2 ARPA-E的组织设计与组织文化

ARPA-E是以DARPA为原型的。DARPA资助具有高风险和高收益的研究,其组织具有独特性。ARPA-E继承了DARPA模型中许多成功要素,同时根据能源领域创新发展的资源与需求做出了一些改进,如图3所示。

图3 建立在仿效DARPA基础上的ARPA-E模式[16]

2.1 DARPA的组织特点

2.1.1 组织的独立性。DARPA是美国国防部长领导下的一个独立组织,与军队各系统明确分开。国防部长和国防部长办公室很少直接干预DARPA的具体项目。

2.1.2 扁平化的结构。DARPA是一个“小核心,大外围”的扁平化、微型化组织,DARPA的核心是100余名的计划主管和100余名的服务人员。整个组织的主要管理体系只有局长、办公室主任和计划主管三个层级。这种组织机构设置,一方面极大地简化了其决策和管理流程,另一方面有利于及时对资助的项目做出调整,甚至终止项目,在很大程度上提升了DARPA组织的灵活性。

2.1.3 DARPA的计划主管制度。DARPA模式的核心是计划主管制度,授权计划主管负责项目的选择、安排和促进项目的进展。计划主管的任职资格是在军队、企业或学术机构拥有5年以上的工作经验,对相关技术有足够灵敏的科学嗅觉,又具备一定的研究背景和技术深度。他们还需要有丰富的管理经验和项目投资经验,能充分挖掘潜在的科研项目和优秀的科研人才。计划主管实行的是聘任制度,有专门的法案规定了计划主管的人事招聘权限。通常情况下,计划主管会与项目共进退,聘期一般为3~5年[17]。

美国卡纳基梅隆大学E.R.Fuchs博士在2010年发表的关于DARPA案例研究的论文,深入揭示了计划主管在DARPA项目运行中的核心作用:识别技术发展方向;培育共同研究主题;建立技术共同体,提高信息流动;为新技术方向体用第三方验证。为此,计划主管通过头脑风暴和现场访问等多种形式,与科学家、军队官员、产业界人士多方建立广泛联系,充当嵌入科学创新网络的代理人,重建了研究者之间及其与技术使用者之间的社会网络[18]。

2.2 ARPA-E的组织特点

2.2.1 组织的独立性。美国国家科学院在《站立在风暴之上》报告中建议,将ARPA-E设置在当时的DOE科学办公室内,但国会决定使其成为DOE内部的自治机构,而不是部门官僚机构。在参议院的建议和同意下,ARPA-E主任由总统任命,并直接向能源部长报告。能源部内任何其他计划都不得向ARPA-E主任报告的规定,使得ARPA-E主任不能同时领导能源部内的其他办公室或计划。能源部对ARPA-E的预算要求与部门预算的其余部分“分开并区别开来”,并且由ARPA-E管理的国会对能源转型加速基金的拨款也应与部门预算的其余部分“分开并区别开来”[16]。

2.2.2 与DARPA类似之处。①扁平化的组织。如DARPA一样,ARPA-E也是一个“扁平化”的组织架构,分为两层,上层架构中最重要的是机构主任和副主任,下层架构中是负责具体工作的研究团队,包含计划主管和研究员两种职位。此外,ARPA-E还有支撑团队专职负责项目研究以外的工作,包括技术的市场转化、法律问题咨询以及行政工作支持等。2017年,工作人员包括1位主任,2位主任顾问,3位副主任,16位计划主管,4位研究员,15位并购、预算、外部事务和法务人员,13位T2M顾问[16],如图4所示。扁平的、非层级的组织架构一方面加速了组织内部交流,简化了项目讨论、选择、审批等流程,另一方面提高了组织承担风险的能力,营造了一个鼓励冒险的组织氛围,使得计划主管愿意追求高风险高收益的项目。②授权计划主管。与DARPA一样,APPA-E是以计划主管为核心来运行的。计划主管的职位期限不超过三年。《法案》授予了ARPA-E极大的权力,使其有能力避开僵化的公务员招聘流程和薪资制度,迅速聘用优秀人才为计划主管。计划主管职位本身也被赋予了极大的权力,每个人都有强大的权力和自由裁量权来管理相关能源领域内一系列高风险和高收益的计划。ARPA-E尽力吸引能源领域世界级顶尖的科学家和工程师,并要求计划主管在将科学、技术和商业与多学科团队联系等方面具有丰富的经验,能够有效地识别有前途的技术领域,并促进技术后续商业化发展。计划主管的任命仅限于他们支持项目的持续时间。由于规划主管只有三年的时间来交付一项技术,并对他们资助的项目产生影响[15],因此,以这种方式轮换计划项目领导,为项目的每一轮资助提供了新的视角和热情,也带来了速度和紧迫感。

图4 ARPA-E的组织架构[16]

2.2.3 组织的独特性。与DARPA主要推进“无人区”的前沿技术领域不同,ARPA-E的领域是一个已建立起的传统领域(能源),且ARPA-E每个财年的年度预算有限,大约只有DARPA的十分之一,因此,ARPA-E组织设计具有一些新的特点:①在项目成果转化方面,由于能源领域不能为ARPA-E提供初始市场,因而ARPA-E组建了一个独立的商业化团队,专职推动ARPA-E技术的商业进展;②在人才支持方面,ARPA-E增加了一个研究员计划,成员都是近期毕业的杰出博士,帮助计划主管打造自己的团队,从而增强每个团队的能力。此外,还设立了首席科学顾问职位,为计划和技术的发展提供战略咨询和指导。

2.3 ARPA-E的组织文化

所谓组织文化是指组织全体成员共同接受的价值观念、行为准则、团队意识、思维方式、工作作风、心理预期和团体归属感等群体意识的总称。组织文化在支持技术创新方面发挥着特别重要的作用,因为它通过鼓励个人和群体的行为、行动和态度的重复性,将组织中的个人目标统一起来,以实现组织目标。DARPA在长期实践中形成了勇于创新和承担风险的创新文化;ARPA-E通过学习DARPA的特点和自我创新,形成了有利于实现自身使命的创新文化。ARPA-E主任在建设和维持组织创新文化中具有十分重要的作用。

2.3.1 价值观:面向未来的技术发展。ARPA-E树立的使命目标是面向未来,实现能源技术领域的突破,而不是渐进的进步。保持面向未来的方向意味着不断发展和调整,旨在识别潜在的突破性想法和技术流程。ARPA-E将这样一个过程描述为对“空白区域”的搜索。ARPA-E不断寻找“空白”,以产生能源技术创新为目标,追求两个截然不同但相关的研究领域:第一个是追求真正新颖或未得到充分探索的技术想法或方法,超出了当前技术可能边界的能力;第二个是有意填补其他研究或资助项目留下的空白[5,16]。

除了进行技术方面的探索外,面向未来还意味着要吸引一批有才华的计划主管,这些计划主管有权寻求空白,构建新计划并积极指导其项目。

2.3.2 激励创新与容忍失败。ARPA-E的法定任务就是确定和推广具有革命性前景的想法,并支持那些企业无法单独支持的想法。这要求以探索的方式管理ARPA-E的活动,即试图发现全新的技术发展曲线,而不是像通常的开发方式那样使用已知的研究工具和活动,这样的探索可能导致消耗精力、效果不佳以及早期失败的问题,因此,需要拥有长远眼光并对失败宽容。ARPA-E激励创新和承担风险的价值观和文化规范表现在两个方面:①鼓励愿意承担风险的个体人员寻找真正的新想法,并实现有潜力的想法;②充分的沟通,使在不能产生统一想法的情况下促进创新,即鼓励对这些想法进行建设性的智力辩论。ARPA-E采用了著名的“建设性对抗”核心规范:首先,个人可以辩论想法的技术优点,而不必担心遭到报复,并有信心将所提出的任何批评视为建设性的,而不是作为个人攻击;其次,计划主管和其他工作人员之间在专业上有着融洽的关系,共同为实现该机构的使命和目标而努力。强大的沟通渠道构成了应对研发不确定性的重要工具,其既是产生想法的源泉,也是解决问题的手段[16]。

2.3.3 赋权个人。人员方面,赋予个人权力可以使创新导向组织招募并留住顶尖人才。这种赋权是寻求新方向和促进创新的关键要素,而不是仅仅为了获得短期商业回报而受到的激励。

ARPA-E从来不会为计划主管的研究计划设置特定的方向,因此,ARPA-E的计划主管在发展具有潜在变革性的重点技术计划时拥有极大的自主探索权。在得到广泛授权后,计划主管可以面向整个能源领域探索新想法。

ARPA-E计划主管的自由裁量权,体现在选择资助项目方面(ARPA-E选择资助项目的过程依赖于计划主管的洞察力和自由裁量权,而不是严格遵守特定的管理程序),计划主管有权资助那些看起来比其他项目风险更大,但被认为在成功后具有更大潜力的项目。在项目实施阶段,ARPA-E计划主管通过技术研究指导和反馈,直接与获资助的项目团队合作,在必要时通过更改项目技术目标、预算和时间表来积极参与正在进行的项目。

2.4 小结:组织文化抚育变革性技术发展

美国国家科学院在2017年对ARPA-E的评估报告中指出,ARPA-E的组织特征对实现其使命和目标的潜在贡献巨大。“缺少这些不一定会失败,有了这些也未必能保证必然成功。但是,这些特性对于使成功成为可能的文化非常重要。”[16]

3 ARPA-E支持变革性技术的资助计划设置

ARPA-E的资助是围绕促进变革性技术而建立起来的,分为计划—项目两个层次,如图5所示。ARPA-E计划分为三种类型:重点计划、开放计划和IDEAS(Innovative Development in Energy-Related Applied Science,与能源相关的应用科学的创新发展)计划,在这些计划之下资助大量的项目。重点计划是围绕技术或技术领域资助具体项目;开放计划定期地为不属于单一技术领域或以解决所有能源相关技术的、更大范围的项目提供资助;IDEAS计划则是为早期应用研究的快速支持提供持续的机会。这三个计划构成了完整的ARPA-E支持变革性技术的计划。

图5 ARPA-E的计划项目布局

3.1 ARPA-E三类计划的定位和特点

3.1.1 重点计划。重点计划是ARPA-E用来支持变革性技术最常见也是最重要的一类计划,其资助金额的规模约占ARPA-E年度预算的三分之二,单个计划的资助金额规模在3 000万~5 000万美元之间,并且由5~15个独立的项目组成。重点计划的生命周期在3~5年之内,聚焦于特定的能源技术领域,通常都是一些跨学科的前沿研究领域(表1)。

表1 首批资助的重点计划(2009年)

重点计划的创建必须同时满足“技术推动”和“市场拉动”两个特点,如图6所示。必须着眼于所研发项目及其技术的上下游,不仅要追求技术在能源领域的潜在影响,也要考虑其在能源市场上的成本和收益问题,从而确保在这些计划的支持之下,ARPA-E能够培育出高风险和高收益并存的变革性技术[13]。

图6 技术推动和市场拉动[13]

3.1.2 开放计划。开放计划面向的范围并不限于特定的能源技术领域,其目标是在能源应用的各个领域支持潜在颠覆性新技术的发展。ARPA-E寻求支持能源研发所有领域的变革性研究,包括流动和固定的应用。开放计划确保ARPA-E不会错过支持重点技术项目主题之外的创新能源研发的机会,或在重点计划招标结束后发展的创新能源研发。ARPA-E把开放计划视为重点计划的完美补充,是培育最具创新性能源技术的一种重要手段[19]。

ARPA-E每隔3个财年都会发布一次新的开放计划,其资助金额的规模约占ARPA-E年度预算的三分之一,每次资助40~60个项目,资助金额超过1亿美元。

2009年,ARPA-E启动了该机构的首个计划,公开征求最具革命性的能源技术。首批开放计划资助了36个项目,获得了1.76亿美元的联邦资金支持。2009年、2012年、2015年和2018年4次开放计划资助情况如表2所示。

表2 开放计划2009年、2012年、2015年和2018年资助概况

3.1.3 IDEAS计划。IDEAS计划的目的是快速支持早期阶段的应用研究,以探索对于变革性和颠覆性能源技术变革具有潜力的开创性新概念和想法。IDEAS的资助是灵活的,采取分析或探索性研究的形式,为ARPA-E资助重点技术项目发展提供对后续有用的信息。IDEAS资助还支持某个独特新技术的概念验证项目的研究,该项目可以是目前尚未得到ARPA-E支持的领域,也可以对正在进行的重点技术计划有潜在的增强作用[20]。

ARPA-E于2013年9月创建了第一次IDEAS计划,一开始只是将其作为一个试点计划,在该计划结束时并获得成功之后,才把该计划列为每年一度的计划,整个计划的资助金额约为1 000万美元,单个项目的资助金额不超过50万美元,但具体要视可用资金的情况而定[21]。

3.2 ARPA-E计划的资助方式

ARPA-E通过以上三种计划初步建立起了一个能够支持变革性技术发展的资助框架,在该框架之下,ARPA-E针对这三种计划推出了三种资助方法:特定计划领域的资助招标、开放式资助招标和滚动公开招标。

根据ARPA-E官方网站上的数据统计,截至2018财年的最后一次项目选择,ARPA-E已经通过这三种资助方式发布了50多个重点计划招标和4次公开计划招标(2009年、2012年、2015年和2018年),在860多个项目中投资超过21.5亿美元;此外,从2013年9月起,ARPA-E每年都会启动IDEAS计划,进行滚动公开招标资助。

3.3 小结:三类计划构成资助变革性技术的全面格局

ARPA-E三类计划设置形成了支持变革性技术的全面布局。重点项目以技术推力和市场拉力相结合,瞄准具有突破性潜力的技术开展攻关,但重点计划只涵盖了能源技术和应用领域的一部分,还有更广泛领域的技术机会没有涵盖。从创新活动的范围与时间线来看,创新应该是一个连续的活动,因此,在重点计划的主题之外或在重点招标结束之后,还会有许多新的对于实现ARPA-E的使命来说具有重大促进意义的创新研发机会。ARPA-E的开放计划支持在整个能源应用领域开发具有潜在变革性的新技术,确保了该机构不会错过支持这些创新能源研发的机会。开放计划拓宽了ARPA-E在整个能源应用范围内支持变革性技术的能力,并使该机构能够更加及时地把握住能源研发界的发展动向。重点计划和开放计划相互补充,既保证重点突破,又力图捕捉更多的机会。

IDEAS专注能源各领域的早期应用研究,并连续滚动地支持,确保该类计划支持的技术始终处于最前沿,为重点计划的设立提供了新的源泉。ARPA-E使命的核心是能够迅速采取行动,并为最尖端的想法提供资金,而IDEAS计划是ARPA-E调整其模式以利用新的科学发现和市场发展的另一个重要资助工具。ARPA-E把IDEAS计划看作能源技术的一个新范式的方向,资助的项目只有一个创新的概念是不够的,还必须代表能源技术方面根本的新范式,有可能对ARPA-E的使命领域产生重大影响,并逐步取代当前的已有技术。

进一步地结合多源流分析框架梳理媒体影响计划生育政策变迁的逻辑机制,可以归结出媒介融合背景下媒体影响政策变迁的基本逻辑:一是在问题流中,通过构建明晰指标、推动焦点事件、持续问题反馈提升触发机制效果;二是在政策流中,通过呈现民间话语、强化专家声音、构建良性对话推动政策共同体之间的虚拟接触博弈;三是在政治流中,通过汇聚网络民意、打造意见领袖激活国民舆论热情。同时,传统媒体与新媒体在影响路径上有所差异(见图8)。

4 ARPA-E的计划过程模式

根据其项目的选择和资助重点,ARPA-E从一开始就建立了一个从计划概念到实施的完整模式,包括设想-参与-评估-设立4个主要阶段,如图7所示,这个过程通常要6~8个月。

图7 ARPA-E计划从创建到实施过程阶段图[15]

这一流程的前两个阶段旨在将一个好想法发展成为一个计划的实际《项目资助指南》(Funding Opportunity Announcement,FOA);第3阶段利用一个新的同行评议过程来选择最有可能产生变革和颠覆性技术的项目;第4阶段的特点是合同的商议与谈判以及拨款,这一阶段只需要2~3个月。

4.1 第1阶段:从愿景到确立计划的主题

计划的创建过程起源于研究愿景(research visioning),即关于未来技术的设想[5]。这从一名潜在的计划主管在其职位面试中提出的想法就开始了。一旦某个想法及其提出者被接受,ARPA-E就开始深入发掘能源有关的主题进行全面探索,旨在确定可以形成技术发展项目的具体题目。

这种探索的目标是指向私有部门或其他联邦研究计划不太可能解决的技术“空白区域”或技术机会,正如本文前面所指出,主要有两种:一种是完全新颖或者尚处于初步探索阶段的技术方法,另一种是其他研究或资助项目中留下的空白。两者都面临着资金投入短缺的制约,前者主要是大多聚焦在创新的“死亡之谷”阶段,该阶段需要投入大量的资金,单凭某个部门或机构无法承担如此巨大的研发成本;后者大多偏离目前的主流研究方向,无法吸引到足够的政府和私人R&D投入。而且,这些“空白区域”所培育的技术在大多数情况下都超出了当前技术的可能边界,其他机构没有能力或者不愿从事这些领域的研发活动。相较之下,ARPA-E却将这些“空白区域”视为战略需求,可以介入进来解决这个领域的研发缺口,通过为前沿项目提供定向资金来尝试推动这一前沿的开拓[16]。

在探索新计划的战略主题概念和项目的空白方向方面,ARPA-E利用一种结合“技术推力”和“市场拉力”的“矩阵式结构”来进行探索。这一矩阵式结构的横轴是应用科学与技术,代表着可以集成各种能源系统中的前端平台技术;纵轴是综合能源系统,代表着智能、节能和经济的各种终端应用能源系统,这些能源系统往往能够对能源市场产生直接影响。该矩阵结构将各个计划主管按照其能源技术背景分为两组,分别从应用科学与技术、综合能源系统两个方面对新计划进行深度挖掘,并最终在两者之间可能出现的交叉处构建新计划的主题概念[15]。2012年财年矩阵组织如表3所示。

表3 ARPA-E的矩阵组织结构[15]

与传统联邦研究计划中的线性探索结构不同,ARPA-E设计的这种矩阵结构可以促进内部辩论、建设性对抗和合作,通过综合各方的意见来促进研究计划主题的形成[22]。

4.2 第2阶段:计划确立阶段

在确定计划研发的潜在主题之后,ARPA-E的计划主管会举办一个为期1~2天的开放式技术研讨会,会议将邀请40~60名来自相关科学、技术和商业领域的专家,收集他们关于当前最先进的技术和即将出现的新技术机会的意见,讨论确定的关键挑战的解决方案。这种跨学科的讨论,对于弥合基础研发与应用研发之间的差距、确定将科学与技术和市场联系起来的技术挑战和机遇是十分重要的[13]。

在每次研讨会之后,计划主管都会提出一个新的计划,并针对一系列能够证明该计划创建合理性的标准对该计划进行建设性辩论(见表4)。

表4 ARPA-E计划创建标准[13]

经过激烈的“建设性的对抗”以及和所有ARPA-E计划主管的辩论,计划主管将逐渐完善其计划。在结合了内部和外部的反馈之后,寻求主管的批准,如果成功,一个新的ARPA-E计划将被创建,进而发布申请指南,征集申请书。

4.3 第3阶段:项目评议阶段

第3个阶段是ARPA-E的项目评议阶段,即同行评议过程,是计划成功的关键组成部分。项目申请先提交简短的概念文件,作为项目申请人要提交一份5~7页的概念文件作为其项目申请书的摘要,如果通过,可以提交完整的项目申请书,申请书内容提供有关先前、当前和未决的资金来源(私人和公共渠道)信息,并解释为什么其他资金来源不支持该项目。完整的项目申请书将由ARPA-E计划主管和评审专家进行评议。

评审专家被要求根据以下列出的四组标准对这些项目申请书进行评估并打分:①拟议技术相对于当前技术水平的影响(30%)——要求申请人申请书的主要思想围绕该技术多大程度上具有变革性和破坏性,并能够提出一种创新的方法来对其进行重大改进;对竞争性商业和新兴技术的认识以及该想法将如何对这些技术产生重大改进;申请人是否有将新技术从实验室过渡到商业应用的“合理有效的策略”;②总体科学技术水平(30%)——申请人必须展示这个想法在多大程度上是“独特和创新”的以及可靠的技术方法,包括适当明确的技术任务、明确的项目最终结果和可以交付的成果等;③资格、经验和能力(30%);管理计划(10%)[16]。

ARPA-E邀请世界级的科学家和工程师担任项目评议专家,让他们在几周内审查概念文件和完整的申请书,然后将它们汇集到价值审查委员会审查其评估结果,生成“讨论”清单。最后,由ARPA-E的机构主任决定哪些申请书得到批准。

ARPA-E项目评议过程有一个显著的特点是,在项目评审环节加入申请人申辩流程。通过聆听评审专家的意见以及申请人对他们的项目申请评审做出的申辩,可以使计划主管更客观、全面地了解该项目申请,从而选择他认为有前景的项目来进行资助。这一做法在业内得到了极大的好评[15-16]。

4.4 第4个阶段:项目实现阶段

在项目实现阶段,ARPA-E的计划主管会全程跟踪项目的实施以及项目的商业化转化,并对这两个环节做出相应的管理与指导。

4.4.1 项目实施环节的管理。ARPA-E的计划主管主要根据项目实施过程中的技术研究指导和反馈,来定期和频繁地评估项目达成既定技术时间表的进度;与此同时,计划主管也会根据最新的科学发现和研究发现对项目的阶段时间表进行修改,从而积极管理项目实施,在必要情况下甚至做出尽早终止该项目资助的决定。

4.4.2 项目商业化的指导。每个ARPA-E项目都分配了一个团队,其中包括一个技术到市场(T2M)顾问,负责为项目实施人员提供非技术方面的商业化援助,以帮助他们为最终技术从实验室走向市场的过渡做准备。

此外,ARPA-E每年还会举办一次ARPA-E能源创新峰会,致力于帮助其项目获选者和非获选者与风险投资公司、大公司和小公司建立关系,从而吸引他们为项目的后续成果转化投资。

4.5 小结

ARPA-E围绕推进变革性技术,设计一个从计划主题确立到实施的全过程程序。从一开始通过技术推进与产业领域相结合的“矩阵型结构”把握具体突破性潜力的技术主题。在计划项目评审阶段,通过严格的标准和程序,对申请的项目进行评议和选择;在项目的实施阶段,计划主管深度参与项目实施管理,确定项目阶段的实施进程。并且,ARPA-E还通过设立项目顾问,对项目的商业化提供指导。这样,ARPA-E通过一套严格的管理机制,从计划的设立到项目的实施,努力推进具有潜力的变革性技术产生与发展。

5 结论与借鉴

5.1 结论

美国科学院2017年对ARPA-E的评估结论肯定了ARPA-E在资助高风险和具有潜在变革性技术方面取得的成功,具体表现在:ARPA-E资助了当时没有被其他资助者支持的研究,其中一些项目的结果已经促使为各种技术提供后续资金,这些技术现已开始进入商业市场。ARPA-E资助的项目支持其法定使命和目标,虽然6年的时间还不够长,无法提供可见的证据来证明那些受资助技术已经得到广泛使用,但是有明显迹象表明,ARPA-E正在朝向其法定使命和目标迈进[16]。同年,著名的智库——信息技术与创新基金会(ITIF)的报告《ARPA-E:美国能源创新的全能催化剂》在国家科学院评估报告的基础上,利用新的证据进一步得出结论:ARPA-E比其在联邦研发机构中的“老大哥们”更有效地产生对能源创新者有用的新想法,并且它以其他机构无法做到的方式弥合了研究和使用之间的差距。报告驳斥了特朗普政府认为私营企业可以代替ARPA-E的说法,指出政府的资助并不是取代私营部门的投资,而是对它的补充;而能源部门的公司倾向于保守,甚至抵制创新,不能指望企业开展变革性技术研究。报告特别指出,由ARPAE资助的公司比其他清洁能源初创公司筹集到更多的私人资本,而且在筹资分配中排名前10%的概率特别高[3]。ARPA-E的成功实施证明政府在促进变革性技术发展中具有不可替代的重要作用。

概括总结,ARPA-E成功的要素有以下几个方面。

①明确组织的使命和定位是ARPA-E成功的前提。

ARPA-E明确定位于支持其他政府部门和工业界没有支持或不愿支持的高风险和高收益研究,并以此把寻求“空白”作为支持突破性技术的战略方向,由此为计划方向和主题的确立提供了有力的指导,为之后的成功奠定了基础。

②组织的自主性是ARPA-E成功的组织保障。

《法案》规定,ARPA-E主任由总统任命,并直接向能源部长报告,同时有单独的预算请求以及聘用人员的自主性和灵活性,这为ARPA-E的成功提供了组织保证。之前,能源部有设立过类似ARPA-E使命的机构,但由于在组织上和预算上都没有独立性,实际上并没有取得成功[16]。

③以计划主管为核心的组织文化有利于推进高风险和高收益的变革性研究。

ARPA-E是一种明确的组织设计,它成功地学到了DARPA的基础要素[5,23],又增加了自己的创新,其组织结构和组织文化有利于推进高风险和高收益的变革性技术研究。在组织结构方面,扁平化的组织以及对机构主任、计划主管等职位职责的要求和授权,使每个岗位各司其职且相互协调,为机构的顺利运转提供了强有力的保证。在组织文化方面,ARPA-E面向未来技术发展的价值观、激励创新与容忍失败、赋权个人等对于推进高风险和高收益的变革性技术发展至关重要。特别是,ARPA-E的计划主管有权力、责任和能力来对计划的创立以及相关项目做出决策,是ARPA-E从DAPRA学到的精髓,并将其发扬光大。

④ARPA-E三种类型计划的设置构成了支持变革性技术发展的系统资助布局。

重点项目以“技术推力”和“市场拉力”相结合,瞄准具有突破性潜力的技术攻关;开放计划则支持在整个能源应用领域开发具有潜在破坏性的新技术,以不会错过这些支持创新能源研发的机会。重点计划和开放计划相互补充,既保证重点突破,又力图捕捉更多的机会。而IDEAS专注能源各领域的早期应用研究,并连续滚动地支持,确保该类计划支持的技术始终处于最前沿,为重点计划的设立提供了新的源泉。

⑤ARPA-E建立了一种从愿景开始的计划实施的新模式。

ARPA-E计划的设立起源于对未来技术发展的愿景,创建了“设想-参与-评估-建立-实施”的计划发展模式。这一模式有诸多创新之处:一是计划主管从计划创立、项目选择到实施一直起中心作用,主动地参与管理。二是计划主管自由裁量权与同行评议的平衡。传统的同行评议有保守的倾向,不利于选择具有变革性技术潜力的项目。ARPA-E项目选择中,计划主管对项目的自由裁量权起着重要的作用,超越传统的同行评议主导地位。有研究表明,只有50%的ARPA-E项目是基于传统的同行评议过程[24]。三是参与程度高。整个过程,科学家、工程师以及相关人士广泛参与,提供丰富的新思想和新思路。四是促进研究与应用的有机结合。从计划建立开始,到技术实施过程与应用方和商业人士的广泛接触,通过“技术推力”与“市场拉力”相结合的矩阵方法,促进技术研究与发展迅速与市场相结合。

5.2 借鉴

当前,中国在能源等领域推进变革性技术或颠覆性技术的发展需求迫切;同时,在发展和完善科技计划方面,《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出“在事关国家安全和发展全局的基础核心领域,制定实施战略性科学计划……”[25],对于科学研究计划提出了更高的要求。ARPA-E对中国推进能源等重要领域的变革性技术发展和在基础核心领域实施战略性科学计划有许多借鉴之处,在此提出以下几方面建议。

①注重以技术愿景引导对未来技术机会的探索和重大研究计划的确立,建立适当的程序和机制,使更多的科学家和相关利益者参与其中,促进重大研究计划沿着富有生命力的方向实施。

②资助变革性技术的计划定位和目标要明确,与其他类型的计划明确区分开来。计划项目的确定要有明确推进变革性技术发展的指向,类似ARPA-E计划,设立面向技术空白区域,而不是现有技术的改进。

③建设激励创新和容忍失败的创新文化,并具体落实在计划项目的选择和实施中。

④探索超越传统同行评议的重大计划项目立项机制,引入更多的相关利益者参与;探索ARPA-E计划主管制度在中国的可行性,并在一些领域试点实施。

⑤在一个重要领域推进变革性技术,把重点计划和面上自由探索计划有机结合起来,使重点突破与创造广阔的技术机会相结合。

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