全球清洁能源技术的投资和创新趋势

贺飞 北京大学

清洁能源技术，同知识技术密集型产业类似，也同科学与技术有着很强联系。清洁能源和节能及相关技术，包括生物质能、太阳能、风能、核能、能效、污染防治、智能电网以及碳俘获等，已成为发达国家和发展中国家的政策焦点。这些技术发展的产业本身就是知识技术密集型产业，并且同研发创新紧密相连。这些能源和技术领域的生产、投资和创新在许多国家快速增长。在担心高成本的化石燃料及其对气候影响的推动下，各国政府已经开发许多刺激措施，如补贴和税收刺激，以及提高清洁能源研发经费。《科学与工程指标2014》在其第6章研究清洁能源、节能以及相关技术，本文概要介绍一下这方面的内容[1]。

本文风险资本和私人总投资数据来自Bloomberg New Energy Finance的研究，Bloomberg的数据包括可再生能源、生物燃料、能效、智能电网及其他能源技术、碳俘获和储存的投资，以及纯粹瞄准整合清洁能源的基础设施投资。太阳能热水、热电联供、可再生供热以及核能等投资排除，这些作为合并和获得的收益(对新投资无贡献)。此外还有来自国际能源机构(IEA)的公共研究、试验发展和示范(RD&D)数据等（IEA数据涵盖RD&D）。IEA手册规定: “IEA能源RD&D概念不同于Frascati的研发概念，包括以下方面(i)其仅仅关注能源相关计划; (ii)其包括‘项目示范’;以及(iii)其包括国有公司. . .IEA收集的能源RD&D数据不能混同于政府预算拨款数据或OECD科技产业局根据社会经济目标收集的R&D支出(GBAORD)数据‘能源的生产, 分发和理性利用’。

清洁能源技术全球商业投资，包括早期阶段天使基金和风险资本投资以及随后阶段投资，2012年为1600亿美元。风能和太阳能两个技术领域主导清洁能源投资，总共占比85%。2005到2012年间，全球清洁能源投资从少于300亿美元增长到1590亿美元。投资的快速增长在全球经济衰退期间，转为下降，之后爬升回到衰退前水平。这一增长被政府鼓励清洁能源投资和生产的政策以及风能、太阳能和其他能源技术的成本降低所刺激。全球投资自经济衰退后呈现稳定，由于几个因素，包括全球经济迟缓，许多政府削减清洁能源的补助、税收以及其他刺激，以及由于水力压裂技术导致天然气价格的显著下降。

1.1 发展中国家模式和趋势

2012年，几乎1000亿美元清洁能源商业投资发生在中国和其他发展中国家，占全球投资超过61%。中国清洁能源投资估计为610亿美元，超过世界任何经济体(占全球投资35%)。其他发展中国家的可比投资为360亿美元。2005到2012年间，发展中国家清洁能源投资从80亿美元增长到将近1000亿美元。发展中国家全球占比在此期间从大约三分之一的清洁能源投资攀升到将近三分之二。中国是发展中国家投资的主要推动者；中国的商业投资大约从2004年的少于20亿美元增长到2012年的610亿美元。中国清洁能源投资不间断增长反映了政府瞄准风能和太阳能的政策，使中国成为这些技术的世界主要生产者，以减轻中国对化石燃料的依赖。风能投资，2012年为280亿美元，2004到2012年间占中国投资的最大比例。太阳能投资也快速增长。2012年达到270亿美元，反映中国逐渐成为低成本光伏模块的主要制造商。其他发展中国家的清洁能源投资也快速增长，从60亿美元增长到360亿美元。在巴西、印度、印尼以及墨西哥等过的投资快速增长反映了这些国家实行鼓励清洁能源政策，相对发达国家较低的成本以及经济和能源需求的快速增长。

1.2 发达经济体的模式和趋势

美国、欧盟和其他发达经济体的投资为630亿美元，占全球投资的39%。美国和欧盟，每个在270亿美元到290亿美元之间，捆绑成为第二大清洁能源投资所在地，仅次于中国。其他发达经济体的投资要小很多，总计70亿美元。2004到2012年间，发达经济体的清洁能源投资从190亿美元上升到630亿美元。投资受到全球经济衰退的影响。投资在2010年回升，2011年达到1100亿美元的新高度，2012年突进到630亿美元，这是自2006年以来的最低水平。在经济衰退前稳步增长后，美国投资在2008年急剧下降，2010年恢复到320亿美元，接近其衰退前水平。2011年投资增长到450亿美元，而2012年又下降到290亿美元，由于临时财政规定和补助的到期。2004到2012年间，风能和太阳能领导美国投资的增长。风能投资2012年达到140亿美元，紧跟其后是太阳能，为100亿美元。在欧盟，全球衰退对商业投资的影响相比美国要小(图6-41)。然而，2012年投资减少到一半达到270亿美元，由于欧盟的经济和财政危机以及德国、西班牙和英国等国对太阳能和其他清洁能源的政府支持急剧削减。2012年太阳能投资为70亿美元，少于2008年的一半水平。风能投资急剧下降。

风险资本投资是清洁能源技术初期和未来趋势市场评估的一个有用指标。全球清洁能源风险资本投资2012年为44亿美元，占商业财政投资的3%。美国是风险资本清洁能源技术投资的主要所在地，2012年占全球投资超过80%。在技术领域中，能源智能和能效技术占风险资本投资将近一半。能源智能和能效技术涵盖技术范围很宽，从数字能源应用到有效照明，以及智能电网对现有能源和网络效率的最大化。其他两个技术领域—太阳能和生物燃料—每种大约占20%的风险资本投资。在经济衰退前快速增长达到50亿美元之后，2009年风险资本投资猛跌。然后在2010-12年从40亿美元回升到50亿美元。2004到2012年间，能源智能和能效，太阳能以及生物燃料等3个技术领域领导增长。生物燃料是这些技术中增长最快的，但是起点很低，达到9亿美元。太阳能从少于2亿美元增长到10亿美元。能源智能和能效，最大的技术领域，从8亿美元增长到20亿美元。美国在能源智能和能效技术以及太阳能的风险资本投资可能是几个因素的结果，包括2009ARRA法案经费资助这些领域的R&D，以及美国这些领域的公司运营的贷款保证。此外，能效技术较其他清洁能源技术较少资本密集，较大多数其他技术领域有着较少的投资周期，能被应用到大范围的能源产品和服务，以及较少依赖于政府刺激或补贴。

主要发达经济体2011年清洁能源和核能的公共RD&D的投资估计为130亿美元(表1)。清洁能源技术包括可再生能源(太阳能，风能和海洋能)，生物能源，氢能，燃料电池，碳俘获和储存，能效，以及其他能源和储存（注：IEA没有清洁能源的官方定义）。

表1 按技术领域部分发达国家在清洁能源和核能的政府RD&D：2004–11部分年

(10亿美元)

RD&D = 研究，试验发展和示范.

注：清洁能源和核能技术包括太阳能，风能、生物能源、核能、燃料电池、氢能、CO2俘获和储存、其他能源和储存，以及能效。由于取整，部分加和可能不等于总数。国家包括澳大利亚、奥地利、比利时、加拿大、捷克、丹麦、芬兰、法国、德国、希腊、匈牙利、爱尔兰、意大利、日本、荷兰、挪威、波兰、葡萄牙、斯洛伐克、韩国、西班牙、瑞典、瑞士、英国和美国。

数据来源：Science and Engineering Indicators 2014

核能是最大的领域，2011年获得56亿美元，将近占总RD&D的三分之一(表1)。接下来的两个最大的是能效和可再生能源(太阳能、风能、海洋能、生物能)，分别获得36亿美元和24亿美元。第四大的是其他能源和储存，获得11亿美元。

美国和日本是清洁能源和核能RD&D的最大投资者，2012年每国支出40亿美元。排在其后的欧盟支出26亿美元。其他三国—加拿大、韩国和澳大利亚—也有着显著的支出。加拿大的RD&D为10亿美元，澳大利亚和韩国分别支出在5亿美元到6亿美元之间。2004到2008年间，清洁能源和核能RD&D稳步增长，2008年达到120亿美元，2009年由于美国和欧盟的刺激支出上升到176亿美元(表1)。清洁能源和核能RD&D在2010和2011年随着刺激支出的衰减而下降，2011年达到131亿美元。2004到2011年间各技术领域的趋势不同：CO2俘获和储存增长最快，从1亿美元增长到11亿美元。可再生能源支出将近3倍达到36亿美元。能效指出上升50%达到24亿美元。核能从52亿美元减少到46亿美元。

在此期间，美国在清洁能源和核能RD&D的增长超过欧盟和日本(表2)。美国RD&D从2004年的15亿美元增长到2008年的28亿美元，2009年猛增到71亿美元，由于ARRA支出。可再生和能效获得大量的ARRA支出，在每一技术领域临时提升支出大约为15亿美元。美国RD&D在2010和2011年下降，达到40亿美元，较2004年增长25亿美元。欧盟的RD&D从2004年的22亿美元增长到2010年刺激导致的50亿美元，2011年下降到26亿美元，仍旧18%高于其2004年水平。日本的RD&D则从45亿美元下降到39亿美元。

表2 美国政府清洁能源和核能技术RD&D支出：2007–11

(百万美元)

RD&D = 研究，试验发展和示范.

注：清洁能源和核能技术包括太阳能、风能、生物能、核能、燃料电池、氢能、CO2俘获和储存、其他能源和储存、以及能效。

数据来源：Science and Engineering Indicators 2014

USPTO批准清洁能源和污染控制技术专利可以采用专为这一目的开发的分类系统来分类。专利分类涉及生物能、核能、风能、太阳能、储能、智能电网、以及污染防治。这些技术的专利总数在2012年跃升到创纪录的高，能够反映USPTO努力加速应用过程。2012年美国居住的发明者被批准略少于一半的总量为8,800件的清洁能源和污染控制技术专利，这一领域自2003年以来非美国发明者的优势一直持续。

在非美国发明者中，日本、欧盟和韩国，按这个顺序，是美国清洁能源和污染控制技术专利的主要获得者，总计占总专利的比为44%。日本获得22%，以及欧盟发明者获得16%。韩国发明者获得6%的总专利，较2003年的2%上升。授予中国和台湾发明者的专利增长迅速，尽管起点很低。2012年，中国和台湾的占专利总数的比例分别为2%，较2003年的1%或更少上升。

清洁能源和污染控制技术专利由四个领域构成：替代能源，批准5,000件专利；能源存储，1,000件；智能电网800件；以及污染减排2,000件(表3)。其中替代能源的专利占比从1997年的27%增长到2012年的59%，主要是在燃料电池和太阳能领域的专利。污染减排技术专利从56%下降到23%，原因是空气和水质量领域的减少。

表3 USPTO批准的替代能源和污染减排技术领域的专利，按技术领域:所选年份，1997–2012

USPTO = 美国专利和商标局.

注：替代能源和污染减排技术包括替代能源、能源存储、智能电网、和污染减排。替代能源包括太阳能、风能、核能、生物能、水电、波浪潮汐能、海洋能、地热、以及电动和混合汽车。污染减排包括循环、空气水固废污染控制、环境修复、洁净煤、以及碳和其他温室气体俘获和存储。能源存储包括电池、压缩空气、飞轮、超导、磁能系统、超电容、氢产品及存储，以及热能。技术根据Patent Board分类。单个技术领域的加和可能超过类别总数，类别加和可能超过总数，由于部分专利被分配到多个技术或领域。

数据来源：Science and Engineering Indicators 2014

专利技术活动指数测度一个地区、国家或经济体的清洁能源和清洁技术相对于世界所有技术和所有专利的占比。比率大于1表示一个地区、国家或经济体的专利集中在特定的技术(表4)。

表4 替代能源和污染控制技术的专利活动，按所选国家/经济体：2009–12

(活动指数)

EU = 欧盟.

注：替代能源和污染减排技术包括替代能源、能源存储、智能电网、和污染减排。替代能源包括太阳能、风能、核能、生物能、水电、波浪潮汐能、海洋能、地热、以及电动和混合汽车。污染减排包括循环、空气水固废污染控制、环境修复、洁净煤、以及碳和其他温室气体俘获和存储。能源存储包括电池、压缩空气、飞轮、超导、磁能系统、超电容、氢产品及存储，以及热能。技术根据Patent Board分类。专利批准是基于其所列出的全部发明者的按比例分配给地区/国家。欧盟包括当前成员国。活动指数是一个国家或经济体的标示技术占该国总专利的批准。比率大于1表示在相关技术由更多的专利活动。小于1 则相反。

数据来源：Science and Engineering Indicators 2014

在替代能源专利，美国在生物能和太阳能技术有着高的集中度，专利活动相对较低的是燃料电池、混合汽车、以及风能(表4)。欧盟在生物能、风能和核能有着相对高的集中度，在混合电动技术相对较低。日本在混合电动和燃料电池有着相对高的专利集中度，但在生物能、太阳能和风能相对较低。韩国在燃料电池有着相对高的集中度，但在生物能、太阳能和风能相对较低。

美国和欧盟在能源存储有着相对低的专利集中度，这是因为其在电池技术的活动较低，但是日本和韩国在这一领域高度集中(表4)。尽管其总体专利活动在能源存储集中度低，美国在氢能和存储有着较高的专利集中度。在智能电网，美国有着高的专利集中度，欧盟有着略高于平均水平的集中度，而日本和韩国的集中度则相对较低(表4)。在污染减排技术，美国有着略高于平均水平的专利集中度，高度集中在碳俘获的存储以及洁净煤(表4)。欧盟在污染控制的集中度特别高，且在碳俘获和储存也有很高的集中度。日本在这一领域是平均水平，高度集中在碳俘获和储存领域。韩国在污染减排技术集中度相对较低。

参考文献：

[1] National Science Board(NSB). 2014. Science and Engineering Indicators 2014. Arlington VA: National Science Foundation (NSB 14-01).

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