欒春娟
(大連理工大學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)學(xué)院,遼寧 盤(pán)錦 124221)
探索能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前沿,對(duì)國(guó)家構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、推動(dòng)中國(guó)能源革命、加快經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)型發(fā)展等,具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于能源產(chǎn)業(yè)的相關(guān)研究成果,主要集中于以下幾個(gè)方面:第一,關(guān)于新能源產(chǎn)業(yè)的研究,學(xué)者們研究了新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展困境及對(duì)策[1]、新能源產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)[2]、新能源產(chǎn)業(yè)金融支持路徑與風(fēng)險(xiǎn)防范方法[3]、新能源產(chǎn)業(yè)政策分析[4]、新能源產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力模型分析[5]等。第二,關(guān)于可再生能源的研究,學(xué)者們探討了基于博弈模型的可再生能源產(chǎn)業(yè)補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)[6]、可再生能源對(duì)碳排放的影響[7]、可再生能源技術(shù)吸收能力對(duì)中國(guó)能源產(chǎn)業(yè)績(jī)效的影響[8]等。第三,關(guān)于新興類(lèi)型能源,比如生物能源等的研究。國(guó)內(nèi)外學(xué)者分析了美國(guó)生物能源產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)演化過(guò)程[9]、生物能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑[10]、生物能源產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建[11]等。第四,關(guān)于能源產(chǎn)業(yè)前沿的研究。國(guó)內(nèi)外學(xué)者探討了能源產(chǎn)業(yè)前沿研究中心的科學(xué)合作與演變[12]、海洋能源產(chǎn)業(yè)前沿的發(fā)展[13]、太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前沿[14]、高能前沿的晶體準(zhǔn)直系統(tǒng)[15]等。
“基于科學(xué)的創(chuàng)新”思想,學(xué)界一般認(rèn)為起源于18世紀(jì),經(jīng)濟(jì)學(xué)家亞當(dāng)·斯密提出的經(jīng)驗(yàn)與科學(xué)促進(jìn)了勞動(dòng)分工和進(jìn)步與創(chuàng)新[16-18]。傳統(tǒng)的創(chuàng)新理論更多地聚焦于技術(shù)創(chuàng)新,但最近幾十年來(lái),“基于科學(xué)的創(chuàng)新”越來(lái)越引起學(xué)術(shù)界和決策者們的關(guān)注。學(xué)者們探討了基于科學(xué)創(chuàng)新的思想起源與發(fā)展,以及基于科學(xué)創(chuàng)新的模式和類(lèi)型[16];企業(yè)科學(xué)能力及其與創(chuàng)新關(guān)系[19];基于科學(xué)創(chuàng)新視角,全球太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新能力及其與科學(xué)發(fā)展的關(guān)系[20];生物技術(shù)領(lǐng)域的科學(xué)知識(shí)是如何影響公司創(chuàng)新績(jī)效的[21]等。
美國(guó)能源部科學(xué)辦公室的科學(xué)用戶(hù)設(shè)施計(jì)劃是“基于科學(xué)的創(chuàng)新”的重要實(shí)踐平臺(tái)。美國(guó)能源部在美國(guó)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新發(fā)展中發(fā)揮著重要作用,將科學(xué)創(chuàng)新放在優(yōu)先發(fā)展的地位,并將其視為美國(guó)經(jīng)濟(jì)繁榮的基石[22]。本研究中,我們選擇基礎(chǔ)能源科學(xué)計(jì)劃,從基于科學(xué)的創(chuàng)新視角,探索能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前沿。與以往的研究相比較,本研究選擇美國(guó)能源部正在培育的、經(jīng)過(guò)專(zhuān)家評(píng)議的、有發(fā)展?jié)摿Φ?、有可能發(fā)展成為新興能源產(chǎn)業(yè)的、對(duì)美國(guó)乃至世界能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展具有引領(lǐng)作用的科學(xué)用戶(hù)設(shè)施項(xiàng)目為數(shù)據(jù)來(lái)源,將更能夠代表未來(lái)能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向,為能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展前沿的預(yù)測(cè)提供一個(gè)嶄新的視角和方法。
本研究選擇2016年美國(guó)能源部科學(xué)用戶(hù)設(shè)施計(jì)劃統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中的“基礎(chǔ)能源科學(xué)”(Basic Energy Science Program,簡(jiǎn)稱(chēng)BES)計(jì)劃培育的全部27881個(gè)項(xiàng)目數(shù)據(jù),從“基于科學(xué)的創(chuàng)新”視角,探索能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展前沿。
美國(guó)能源部科學(xué)用戶(hù)設(shè)施培育項(xiàng)目數(shù)據(jù),可以是科學(xué)家正在進(jìn)行的研究,也可以?xún)H僅是個(gè)概念或想法,因此不存在像科學(xué)論文或?qū)@墨I(xiàn)那樣較長(zhǎng)的時(shí)滯。從時(shí)間上看,選擇正在培育的項(xiàng)目為數(shù)據(jù)來(lái)源,更具有新穎性;從范圍上看,選擇經(jīng)過(guò)專(zhuān)家評(píng)議、被認(rèn)為有未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿Φ呐嘤?xiàng)目數(shù)據(jù),更聚焦于未來(lái)能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。因此,利用美國(guó)能源部科學(xué)用戶(hù)設(shè)施培育項(xiàng)目的數(shù)據(jù)進(jìn)行能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)前沿的探測(cè)和分析,具有更強(qiáng)的學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)踐意義。
對(duì)能源產(chǎn)業(yè)前沿主題的探測(cè),我們采用從科學(xué)用戶(hù)設(shè)施項(xiàng)目名稱(chēng)中提取主題詞的方法,并借助信息可視化軟件VOSviewer進(jìn)行。項(xiàng)目名稱(chēng)雖然字?jǐn)?shù)不多,但其反映了項(xiàng)目的核心主題,是對(duì)一個(gè)項(xiàng)目的創(chuàng)新思想和主要內(nèi)容的高度概括和凝練[23-25]。我們將BES全部項(xiàng)目名稱(chēng)匯總為一個(gè)文本體,采用VOSviewer軟件分析工具,選擇關(guān)聯(lián)強(qiáng)度算法,對(duì)該文本體的主題詞進(jìn)行關(guān)聯(lián)強(qiáng)度、頻次和可視化分析:
(1)
式中,SA(Cij,Si,Sj)表示項(xiàng)目i和j的相似度,Cij為項(xiàng)目i和j的共同出現(xiàn)頻次,Si和Sj為項(xiàng)目i和j各自出現(xiàn)的頻次。常見(jiàn)的計(jì)算共現(xiàn)矩陣的方法有Jaccard系數(shù)、Cosine系數(shù)等,但是Van Eck與Waltman 通過(guò)大量的實(shí)證研究和比較分析[26-27],認(rèn)為總體來(lái)看存在著兩種重要的相似性測(cè)度理論與方法,即集論測(cè)度(Set-Theoretic Measures)和概率測(cè)度(Probabilistic Measures);Cosine、Inclusion Index和Jaccard三種都是集論測(cè)度方法,而關(guān)聯(lián)強(qiáng)度則屬于概率測(cè)度方法;在科學(xué)計(jì)量學(xué)共現(xiàn)分析研究中,選擇關(guān)聯(lián)強(qiáng)度的測(cè)度指標(biāo)比Jaccard和Cosine更合適。
我們選擇“項(xiàng)目來(lái)源機(jī)構(gòu)”,即美國(guó)能源部科學(xué)辦公室“基礎(chǔ)能源科學(xué)”(Basic Energy Science,BES)計(jì)劃培育的全部27881個(gè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)中的“Home Institution Name”字段,對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析,提煉出高于300項(xiàng)的項(xiàng)目來(lái)源機(jī)構(gòu),將其視為能源產(chǎn)業(yè)前沿創(chuàng)新主體(見(jiàn)表1)。這些高產(chǎn)的項(xiàng)目來(lái)源機(jī)構(gòu),代表著他們擁有基礎(chǔ)能源科學(xué)研究領(lǐng)域的強(qiáng)大研究實(shí)力和全球領(lǐng)先水平,這些機(jī)構(gòu)在基礎(chǔ)能源科學(xué)領(lǐng)域的研究,為未來(lái)能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展提供了重要的支撐,也很有可能成為未來(lái)新興能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)的引領(lǐng)者和先驅(qū)者。
表1 能源產(chǎn)業(yè)前沿創(chuàng)新主體:高于300項(xiàng)的項(xiàng)目來(lái)源機(jī)構(gòu)
表1顯示,在15個(gè)高產(chǎn)的能源產(chǎn)業(yè)前沿創(chuàng)新主體中,有六個(gè)是聯(lián)邦政府的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室,七個(gè)是高水平的研究型大學(xué),另外一個(gè)是華盛頓卡耐基研究所,還有一個(gè)是德國(guó)的電子同步加速器。前四個(gè)高產(chǎn)機(jī)構(gòu)全部是聯(lián)邦政府的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室:排在第一位的阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)多學(xué)科的科學(xué)與工程研究中心,是美國(guó)能源部最大的研究中心[28]。阿貢在能源資源領(lǐng)域的研究項(xiàng)目確保了未來(lái)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需的高效、清潔能源的可靠供應(yīng)[29-30]。排在第二位的橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室成立于1943年,現(xiàn)由田納西大學(xué)和Battelle紀(jì)念研究所共同管理。是美國(guó)能源部所屬最大的科學(xué)和能源研究實(shí)驗(yàn)室。排在第三位的SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室直屬美國(guó)能源部,主要從事自然界基本規(guī)律的探索研究,取得了許多重大發(fā)現(xiàn),揭示了許多自然界的秘密。
我們選擇BES項(xiàng)目數(shù)據(jù)中的“項(xiàng)目主要資助機(jī)構(gòu)”字段,對(duì)其進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理。比如,將美國(guó)能源部(DOE)單獨(dú)資助的和美國(guó)能源部與其他機(jī)構(gòu)聯(lián)合資助的合并為“美國(guó)能源部及其他機(jī)構(gòu)”(DOE and Others),這樣合并處理后,有利于我們從整體上把握能源產(chǎn)業(yè)前沿的主要資助機(jī)構(gòu)。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析之后,提煉出資助項(xiàng)目占項(xiàng)目總數(shù)比例超過(guò)1%的9個(gè)主要資助(聯(lián)合資助)機(jī)構(gòu)(見(jiàn)表2)。
表2 能源產(chǎn)業(yè)前沿的創(chuàng)新資助方
表2顯示,美國(guó)能源部參與資助的項(xiàng)目數(shù)量最多,僅在2016年,其單獨(dú)資助以及與其他機(jī)構(gòu)聯(lián)合資助的項(xiàng)目數(shù)量達(dá)到12560項(xiàng),占BES項(xiàng)目總數(shù)的45.05%,幾乎占了半壁江山。排在第二位的是美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院NIH及其他機(jī)構(gòu),共同資助了4669個(gè)項(xiàng)目,占總數(shù)的16.75%。國(guó)外學(xué)術(shù)界(美國(guó)之外其他國(guó)家/地區(qū))的資助率為11.13%;美國(guó)自然科學(xué)基金會(huì)及其他機(jī)構(gòu)的資助率為10.72%。另外兩個(gè)資助率超過(guò)5%的資助主體,美國(guó)大學(xué)/教育機(jī)構(gòu)及其他機(jī)構(gòu)、其他的聯(lián)邦機(jī)構(gòu)。
我們選擇BES全部項(xiàng)目數(shù)據(jù)中“科學(xué)用戶(hù)設(shè)施”字段,對(duì)其進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析,共有12個(gè)科學(xué)用戶(hù)設(shè)施承擔(dān)了BES計(jì)劃的全部項(xiàng)目培育。圖1顯示了每個(gè)科學(xué)用戶(hù)設(shè)施的名稱(chēng)、培育項(xiàng)目數(shù)量及其占BES計(jì)劃全部項(xiàng)目的比例。
圖1顯示,培育BES計(jì)劃項(xiàng)目數(shù)量最多的科學(xué)用戶(hù)設(shè)施是“先進(jìn)光子源”,它是美國(guó)能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室提供的超級(jí)明亮的、高能存儲(chǔ)環(huán)形x射線(xiàn)束,幾乎可以應(yīng)用于所有學(xué)科的科研工作中[31-33]。這些X射線(xiàn)可以幫助科學(xué)家探索地心、外層空間以及二者之間任何一點(diǎn)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能,并獲取新知識(shí)[34-35]。排在第二位的科學(xué)用戶(hù)設(shè)施是“斯坦福同步輻射光源”,它由斯坦福大學(xué)為美國(guó)能源部進(jìn)行運(yùn)作,其經(jīng)費(fèi)主要由能源部基礎(chǔ)能源科學(xué)局及生物和環(huán)境研究局提供。培育項(xiàng)目超過(guò)2000項(xiàng)的科學(xué)用戶(hù)設(shè)施還有“直線(xiàn)加速器相干光源”和“先進(jìn)光源”。
在此我們采用美國(guó)能源部“基礎(chǔ)能源科學(xué)BES”計(jì)劃培育項(xiàng)目的項(xiàng)目名稱(chēng)為能源產(chǎn)業(yè)前沿出題可視化分析的數(shù)據(jù)樣本,我們將全部27881個(gè)項(xiàng)目的項(xiàng)目名稱(chēng)提煉出來(lái),匯總為一個(gè)文本文件,選擇VOSviewer軟件分析平臺(tái)的“基于文本數(shù)據(jù)制作圖譜”(create a map based on text data)選項(xiàng),共萃取主題詞16741個(gè),頻次高于10次的主題詞為1680個(gè),其中聯(lián)系關(guān)系最強(qiáng)的60%的主題詞,即1008個(gè)主題詞被選中為最終圖譜中的主題詞(見(jiàn)圖2)。
圖1 項(xiàng)目培育的科學(xué)用戶(hù)設(shè)施
圖2 能源產(chǎn)業(yè)前沿主題詞圖譜
圖2顯示,能源產(chǎn)業(yè)前沿高頻主題詞主要有衍射研究(diffraction study)、數(shù)據(jù)采集(data collection)、大分子結(jié)晶學(xué)(macromolecular crystallograp-hy)等。生物大分子衍射技術(shù)從衍射線(xiàn)的方向和強(qiáng)度推算生物大分子的空間結(jié)構(gòu)和立體結(jié)構(gòu),X 射線(xiàn)衍射技術(shù)能夠精確測(cè)定原子在晶體中的空間位置,是迄今研究生物大分子結(jié)構(gòu)的主要技術(shù)[36-37]。數(shù)據(jù)采集是大分子結(jié)晶學(xué)與衍射研究以及能源基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域其他一些研究的基礎(chǔ)和前提。超高分辨率晶體學(xué)的常規(guī)大分子結(jié)晶學(xué)能量?jī)?yōu)化研究[38]、大分子晶體學(xué)用于高和低能量的分相和可變束聚焦研究[38-40]等,是近年來(lái)能源基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域研究的重要課題。中子和X射線(xiàn)散射學(xué)校(NX學(xué)校)設(shè)立的主要目的,是為研究生提供中子和X射線(xiàn)散射教育,以及如何使用中子與X射線(xiàn)用戶(hù)設(shè)施。NX學(xué)校的設(shè)立和發(fā)展得到美國(guó)能源部基礎(chǔ)能源科學(xué)研究計(jì)劃的支持。表3列出了BES培育項(xiàng)目頻次高于100次的高頻主題詞。
表3 BES培育項(xiàng)目高頻主題詞:≥100次
表3列出的高頻主題詞包括以下幾類(lèi):第一類(lèi)反映基礎(chǔ)能源科學(xué)研究領(lǐng)域前沿的主題詞,比如“衍射研究”、“高分子結(jié)晶學(xué)”、“串行飛秒晶體學(xué)”、“單粒子計(jì)劃運(yùn)行”等。第二類(lèi)是反映了通用方法的主題詞,比如數(shù)據(jù)采集、衍射實(shí)驗(yàn)、光束線(xiàn)調(diào)試等,這些方法廣泛應(yīng)用于能源基礎(chǔ)科學(xué)研究領(lǐng)域;第三類(lèi)是代表能源前沿研究主體機(jī)構(gòu)相關(guān)的主題詞,比如NX學(xué)校、生命科學(xué)合作獲取團(tuán)隊(duì)等。這幾類(lèi)主題詞并不是孤立存在的,比如,“生命科學(xué)合作獲取團(tuán)隊(duì)”(LS CAT)的主要作用就是為那些需要確定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究者們提供大分子結(jié)晶學(xué)相關(guān)的研究資源,在阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)光資源科學(xué)用戶(hù)設(shè)施為研究者提供X射線(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)設(shè)施,那里有超強(qiáng)的強(qiáng)流離子束[41],可以應(yīng)用于微小蛋白質(zhì)晶體的反射和柔性聚焦研究。由此可見(jiàn),研究團(tuán)隊(duì)、研究方法和研究前沿主題內(nèi)容都是密切相關(guān)的。
本文基于科學(xué)的創(chuàng)新思想,選擇美國(guó)能源部“基礎(chǔ)能源科學(xué)”計(jì)劃培育的全部27881個(gè)項(xiàng)目數(shù)據(jù),運(yùn)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和信息可視化技術(shù),對(duì)其進(jìn)行能源產(chǎn)業(yè)前沿創(chuàng)新主體、能源產(chǎn)業(yè)前沿的創(chuàng)新資助方、能源產(chǎn)業(yè)前沿項(xiàng)目培育機(jī)構(gòu)和能源產(chǎn)業(yè)前沿主題等分析,探索基于基礎(chǔ)能源科學(xué)研究的能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)前沿。得到如下結(jié)論:能源產(chǎn)業(yè)前沿創(chuàng)新主體主要是美國(guó)聯(lián)邦政府的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和高水平的研究型大學(xué);能源產(chǎn)業(yè)前沿的創(chuàng)新資助方,資助項(xiàng)目比例超過(guò)10%的機(jī)構(gòu)主要有:美國(guó)能源部及其他機(jī)構(gòu)、美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院及其他機(jī)構(gòu)、國(guó)外學(xué)術(shù)界(美國(guó)之外其他國(guó)家/地區(qū))和美國(guó)自然科學(xué)基金會(huì)及其他機(jī)構(gòu)。培育BES計(jì)劃項(xiàng)目數(shù)量比例超過(guò)10%的科學(xué)用戶(hù)設(shè)施分別是“先進(jìn)光子源”和“斯坦福同步輻射光源”。能源產(chǎn)業(yè)高頻主題詞主要有衍射研究、數(shù)據(jù)采集、大分子結(jié)晶學(xué)、中子和X射線(xiàn)散射學(xué)校、光束線(xiàn)調(diào)試等。
美國(guó)能源部科學(xué)用戶(hù)設(shè)施對(duì)基礎(chǔ)能源科學(xué)研究項(xiàng)目的創(chuàng)新培育,是基于科學(xué)的創(chuàng)新思想與實(shí)踐的比較完美的結(jié)合。美國(guó)能源部作為一個(gè)政府科學(xué)機(jī)構(gòu),對(duì)美國(guó)科技經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新發(fā)展發(fā)揮著重要的作用[42],積極催化了基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)的轉(zhuǎn)化、新興能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展,并將“基于科學(xué)的創(chuàng)新”放在優(yōu)先發(fā)展的地位,視其為國(guó)家經(jīng)濟(jì)繁榮的重要基石[43-44]。以往產(chǎn)業(yè)技術(shù)前沿的研究,多是采用科學(xué)論文數(shù)據(jù)或?qū)@麛?shù)據(jù)進(jìn)行的,本研究中我們選擇了一個(gè)嶄新的視角,基于美國(guó)能源部科學(xué)辦公室的“基礎(chǔ)能源研究”計(jì)劃支持的、美國(guó)能源部科學(xué)用戶(hù)設(shè)施培育項(xiàng)目的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),進(jìn)行了能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)前沿的探測(cè)研究。這些項(xiàng)目,可能僅僅是一個(gè)概念,或者是一個(gè)想法,也可能是正在進(jìn)行的科學(xué)研究,它們有一個(gè)共同的特點(diǎn),那就是經(jīng)過(guò)了專(zhuān)家的論證、并且被認(rèn)為是有培育和發(fā)展?jié)摿Φ摹⒖赡艽砦磥?lái)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向和前景的項(xiàng)目。我們認(rèn)為,采用這樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行能源產(chǎn)業(yè)前沿技術(shù)探測(cè)研究,更具有時(shí)效性和實(shí)效性、新穎性和聚焦性。從理論視角,本研究是基于科學(xué)的創(chuàng)新理論與思想的一個(gè)嘗試研究;從方法視角,本研究可以算是補(bǔ)充計(jì)量學(xué)研究的一個(gè)嘗試,是對(duì)科學(xué)計(jì)量學(xué)研究數(shù)據(jù)來(lái)源和方法的重要補(bǔ)充和發(fā)展?;趧?chuàng)新概念與創(chuàng)新想法的新興產(chǎn)業(yè)培育計(jì)劃,大大縮短了從科學(xué)到技術(shù)再到產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新路徑,美國(guó)能源部基于科學(xué)的創(chuàng)新實(shí)踐,為中國(guó)新興產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供了重要的借鑒思路。