可再生能源创新的影响因素分析

　　摘要：为应对全球气候变化挑战，运用可再生能源替代传统能源的方式改变现行能源结构已成为实现减排目标的有效途径。本文根据负二项式模型，采用1990-2011年OECD国家数据，实证分析影响可再生能源创新的决定要素。通过划分具体可再生能源种类及对比主要经济体，结果表明原油价格、研发投入、以及相关政策的实施是影响创新的主要因素。此外，尽管美国的累积创新程度最高，但近些年开始落后于日本；研发投入可以有效地推动欧盟和美国的创新，但对日本没有显著作用；风能和太阳能创新受这些因素的显著影响，而水能及其他可再生能源创新相对地较少受其影响。 　　关键词：可再生能源；创新；原油价格；研发投入 　　在2009年通过的《哥本哈根协议》中，欧盟承诺将在2050年前削减高达95%的温室气体排放，中国也提出了2020年单位GDP的碳排放量相对2005年下降40%-45%。之后，中美在2014年北京APEC峰会上签署了有关应对气候变化和清洁能源合作的联合声明，美国承诺在2025年前减排26%，中国则力争实现温室气体排放量从2030年左右开始减少。以上提高能效和应对气候变迁的计划意味着现有的能源结构急需改变，利用轻污染、低碳排的可再生能源替代传统能源已刻不容缓。 　　之前的学者更多地将研究重点集中在可再生能源政策的介绍与评估、立法模式、贸易争端及发展战略等方面，鲜有学者分析可再生能源创新的激励要素。本文在原有研究的基础上，采用1990-2011年OECD国家的跨国数据，就推动可再生能源创新的主要因素进行了分析。 　　1. 可再生能源创新的基本特征 　　图1分析了在研发投入和装机容量两个维度下所授权的专利数。其中研发投入占国民经济比例越高的国家，专利数就可能越大；但装机容量与专利数没有明显的相关关系。由此可见，高创新国家的共同特点是具有较高的研发投入比，且较早实施了可再生能源立法并出台了一系列相关法律法规。 　　图2考察了1990-2011年间日本、美国、德国和韩国的专利数变化趋势，并包含了所有OECD国家专利中位数作为对照。不难发现，这四国专利数的增长速度都很快，均高于OECD专利中位数。《京都议定书》签署之前，各国专利数大多为零。签署之后，在碳减排压力以及其他因素影响下，可再生能源创新得到快速发展：韩国后起勃发，从1998年的4件上升到2009年的284件，增加了71倍；日本也从25件上升到约790件，增加了将近32倍；美国和德国的增幅分别为20倍和10倍；平均来看，OECD国家的增幅为17倍。 　　2009年欧债危机之后，可能受到了研发投入缩减的影响，美国可再生能源专利数大幅下滑，在2010年时被日本赶超。日本和德国在2010年后开始出现回落趋势。韩国虽增速减缓，但总数仍然在增加。平均来看，OECD平均专利数在2009年达到峰值32件之后开始下滑，2011年时仅为23件。由以上分析可以推测，经济危机可能通过缩减科研经费的渠道阻碍了专利增长，影响了创新发展。 　　2. 研究设计 　　2.1 模型选择 　　对于实证分析的模型选择，可再生能源创新的度量通常以申请或授权的专利数来代替。但由于专利数具有非负计数数据的特征，因此考虑采用泊松分布模型或者负二项分布模型。通过检验发现国际可再生能源专利的期望与方差不同，不符合泊松分布模型的假设前提，故采用负二项模型。根据豪斯曼检验结果，最终确定采取固定效应的负二项回归进行分析[1]。公式（1）是负二项分布的对数似然函数。 　　2.1 数据来源 　　考虑到数据的准确性和权威性，本文采用1990-2011年《专利合作条约》下的国际可再生能源专利数代表可再生能源创新，数据来自于OECD数据库。此外，由于专利具有时滞效应，采用滞后三期的专利数作为因变量进行回归分析[4]。 　　由于“诱发创新效应”的存在，原油价格（Oil Price）的上涨会提高成本，进而刺激可再生能源创新，使其成为重要的影响因素。原油价格数据来自于BP公司的2014年《世界能源统计回顾》，单位为美元/桶。 　　创新来自于资源的投入，因此利用研发投入占GDP比重指标（R&D）考察其相关性，数据来自OECD数据库。此外，《京都议定书》的签订让各国政府和企业承担了碳减排的压力，减少传统能源消耗的需求反过来可能推动了可再生能源的创新，因此设定0/1哑变量（KP）来考察其对创新的影响。 　　可再生能源装机容量可以有效地考察各国国内可再生能源市场潜力（Huber， 2008），单位为百万千瓦[5]。另外，还利用可再生能源发电量占总发电量的比例来检测可再生能源创新体系的有效性，发电量的单位为十亿千瓦时。以上数据均来自美国能源信息局的国际能源统计数据库。 　　此外，Park & Ginarte （1997），邓海滨和廖进中（2009）等学者在“波特假说”的理论基础上强调制度因素对于创新的积极影响，认为好的制度可以激发人们的创新热情、提高效率[6]。为了验证这种相互关系，采用Legal System & Property Rights、Regulation、Freedom to trade internationally和Sound Money等四个变量代表制度因素。变量值从0到10，0代表健全程度最低，10代表健全程度最高。数据来自Fraser Institute的世界经济自由数据库 。 　　由于被解释变量为国际专利，所以纳入资本和实物的国际流通变量，即FDI占GDP比重（FDI.% GDP）、进口占GDP比重（Imports.% GDP）和出口占GDP比重（Exports. % GDP）。另外，城镇人口的数量越多，专利数可能会随之增加，故而纳入城镇人口比例变量（Urban.% Population）。以上数据来自世界银行的世界发展指标。最后，为了消除异方差可能带来的偏误，将除哑变量之外的所有解释变量对数化。 　　3. 可再生能源创新的实证分析 　　3.1 可再生能源创新的影响因素 　　表1列出了固定效应负二项回归下可再生能源创新的影响因素分析。模型（1）仅考虑五个自变量对专利的影响，模型（2）加入了制度因素，模型（3）又进一步增加了控制变量。不难发现，原油价格、研发支出和《京都议定书》哑变量均与被解释变量在1%水平上显著相关，说明原油价格的上涨增加了成本，进而刺激了作为替代原料的可再生能源的创新；研发支出是创新的直接推动力，一单位研发支出的增加可带来近2倍专利数的增长；《京都议定书》的签订则在客观上增加了各国政府和企业的碳减排压力，使其重视可再生能源开发以达成减排目标。可再生能源比例在1%水平上与被解释变量呈负相关关系，意味着创新系统的有效性不足，也反过来说明在传统能源供应乏力和全球达成减排共识的背景下，可再生能源利用比例较低的国家会有更大的创新空间，Cheon and Urpelainen （2012）也得出了类似的结果[7]。可再生能源装机容量虽然正向影响了创新，但并不显著，说明各国国内的可再生能源市场有待于进一步发掘。图3在模型（3）的基础上形象地展现了五个自变量在95%置信区间下对国际可再生能源专利的平均边际效应。不难发现，研发支出、《京都议定书》哑变量和原油价格是推动可再生能源创新的决定性因素。 　　值得注意的是，四个制度变量均不存在显著相关性，与邓海滨，廖进中（2009）的分析结果不同。可能的原因有二：第一，他们所考察的是所有专利，而本文专指可再生能源专利，说明制度因素对可再生能源创新没有显著影响；第二，他们所考察的26个国家多为转型国家，这种情况下制度因素对于创新具有显著的影响（Mowery & Nelson， 1999），而本文考察的34个OECD国家均为已开发国家，相互之间制度因素差别很小，对于创新的影响也不显著[8]。 　　3.1 不同国家和地区研发投入对可再生能源创新的影响 　　为进一步分析可再生能源创新与不同国家和地区的研发投入的相关关系，本节利用交乘项分别考察美国、日本和OECD中欧盟24国的研发投入对国际可再生能源专利的影响，如表2所示。从回归结果可以看出，欧盟24国的研发投入有效地推动了可再生能源创新，这得益于其在研发支出的持续增加。即便在欧债危机财政紧缩的情况下，欧盟成员国2012年研发经费也相对2011年增长了2.9%，占GDP比例提高至2.06%。美国的研发投入占GDP比重自2009年达到峰值（2.92%）之后开始持续下滑，2011年为2.78%，在5%的显著性水平上推动创新发展。日本的国际可再生能源专利数虽排名靠前，但受研发投入的影响并不显著。原因可能在于自2008年伊始受困于财政窘境，日本的研发投入占国民经济的比重持续下滑，并低于同期的韩国、芬兰、瑞典等国，影响力受到了削弱，需要更多地依靠其他因素来推动可再生能源的创新。 　　3.1 分类可再生能源创新的影响因素 　　根据OECD的分类，国际可再生能源专利包括四大类：风能、太阳能、水能以及其他 。本节分别以这四类专利为因变量来考察它们的影响因素。从表3回归结果可知，原油价格的变化刺激了风能、太阳能和其他可再生能源的创新，却对水能没有显著地推动。原因可能在于水能的建设具有投入高和周期长的特点，波动不定的国际油价很难对其产生明显的影响。由于风能和太阳能的技术含量高，又是科研投入的重点，因此增加研发投入可以显著推动其创新水平的提升；水电技术已相对成熟，研发投入对其在10%水平上显著相关；地热能和海洋能的科研投入还不足，未对其产生明显的效果。 　　由于风能和太阳能在总体能源利用中的比例仍然较低，所以有效性不足，仍具有发展创新的空间。《京都议定书》的签订对风能、太阳能和水能均具有显著推动作用，是节能减排的重要手段；而地热能和海洋能尚未得到足够的开发，所以没有显著关系。由于水能在多数国家已经得到一定程度的开发，具有清晰的市场前景，所以可再生能源装机容量仅对水能在10%水平上显著相关。 　　4. 结论及启示 　　本文利用1990-2011年OECD国家的数据，通过负二项回归检验了影响可再生能源创新的因素，得到如下结论：（1）从创新存量的角度来看，美国是世界创新程度最高的国家，其后依次是日本、德国、韩国等。但是日本已在2010年国际专利授权数量上赶超了美国，成为单年度可再生能源创新程度最高的国家；（2）国际原油价格、国内研发投入以及外部政策法规是影响可再生能源创新的主要因素，装机容量和可再生能源比的影响不确定，制度因素对已开发国家的影响不显著；（3）研发投入对欧洲和美国可再生能源创新的推动作用显著，对日本不显著；（4）风能和太阳能创新受上述所有因素的影响显著，水能创新主要受政策推动，其他可再生能源（如地热能、海洋能等）创新则受油价影响。 　　尽管中国可再生能源发电装机超过全部发电装机的30%，已成为全球可再生能源利用规模最大的国家 ，但中国的可再生能源开发仍然存在诸多问题，如自主创新能力较弱、创新成本较高、政策出台滞后等[9]。基于OECD国家可再生能源创新的经验，可从以下几个方面着手解决： 　　第一，完善石油储备等相关制度，减轻对石油的依赖程度。石油储备不仅能保障国家能源安全，还可以平抑国际油价波动，将国内价格保持在可控范围之内，避免出现因政治、供需、政策等外因所导致的国际油价在短期内的剧烈波动。为此，可鼓励和开放民间资本或外商企业投资或参股建立地方性的商业原油储备库，作为国家战略石油储备的补充。适度开放石油市场，改革国内能源价格体系，建立适应我国国情的石油定价机制。 　　此外，对石油的过度依赖会对可再生能源创新造成不利的影响。例如，近期国际油价的暴跌激励了人们使用石油代替其他能源作为燃料，进而对可再生能源市场产生了负面冲击。针对中国以煤炭为主要燃料的特征，短期内在保证可再生能源比例的同时以低价原油代替煤炭；在中长期则以提高可再生能源比例作为提高能效和优化能源结构的主要手段。 　　第二，保证研发投入，提高利用效率。日本由于财政支撑后续能力不足，无法提供持续的创新激励。作为警示，中国应当保证研发资源的供给，特别是提供其在法律和制度层面的保障。以欧盟为例，即便受到经济危机的影响，新推出的“地平线2020”（Horizon 2020）计划仍准备在2014-2020年间投入770.28亿欧元，比之前FP7的505亿欧元增加了52.5%。到2020年，欧盟研发与创新投入预计占欧盟总财政预算的8.6% 。此外，在增加投入的同时，还要提高其使用效率。如鼓励设立可再生能源相关的创业和风投基金、优化经费投入模式、以及培养可再生能源产业链等。 　　第三，积极制定并实施可再生能源政策，刺激创新发展。前文的分析结果表明，相关政策如《京都议定书》对可再生能源创新具有显著的激励作用，因此中国需要构建具有约束力政策法规以促进创新。2006年实施的《可再生能源法》将可再生能源的开发利用列为能源发展的优先领域。在此引导下，风力发电已成为这场能源革命的主要力量，中国也成了全球最大的光伏产业基地。2014年APEC峰会期间，中国政府公布了《国家应对气候变化规划（2014-2020年）》，要求进一步优化能源结构，有序发展水电，大力开发风电，推进太阳能多元化利用，提高地热、海洋能等开发利用水平，到2020年使得非化石能源占一次能源消费的比重到 15%左右[10]。在设定的宏观框架之下，具体政策得以推行，包括可再生能源交易制度、风电并网、以及海上风电和太阳能的分布式利用等，可再生能源电力配额制也呼之欲出。相关的法规政策需要进一步的修订和完善，它们的实施会对创新产生极大地促进作用。 　　参考文献： 　　[1] 陈强. 高级计量经济学及Stata应用（第二版）（M）.高等教育出版社，2014.4 　　[2] Evans M ，Hastings N，Peacock B.Statistical distributions.JohnWiley， New York，USA ，2000， P221. 　　[3] MacNeil M A，Carlson J K，Beerkircher L R.Shark depredation rates in pelagic longline fisheries： a case study from the Northwest Atlantic.ICES Journal of Marine Science，2009（4）：708-719. 　　[4] 邓海滨，廖进中. 制度安排与技术创新： 基于负二项式模型的研究[J]. 科学学研究，2009（7），1101-1109. 　　[5] Huber J. Pioneer countries and the global diffusion of environmental innovations： theses from the viewpoint of ecological modernization theory. Global Environ Polit 2008（18）：360-367. 　　[6] Park W G， Ginarte J C. Intellectual property rights and economic growth [J]. Contemporary Economic Policy，1997， 15（ 3）： 51�C 61. 　　[7] Cheon A.， Urpelainen J. Oil prices and energy technology innovation： An empirical analysis. Global Environmental Change， 2012（22）： 407-417. 　　[8] Mowery David C， Nelson R R. Sources of Industrial Leadership： Studies of Seven Industries [M]. Cambridge， UK： Cambridge University Press， 1999. 　　[9] Negro S. O.， Alkemade F.， & Hekkert M. P. Why does renewable energy diffuse so slowly？ A review of innovation system problems. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2012（16）： 3836-3846. 　　[10] 国家发展和改革委员会. 国家应对气候变化规划（2014-2020）[R]. 2014（9）. http：//www.chinaacc.com/upload/html/2014/11/05/hu7f4ae370d1b146db901d2844ab377bee.pdf