我國低碳技術的現狀和發展前景探討
低碳技術是伴隨著構建低碳經濟、綠色革命的興起提出的技術新概念，屬于環境友好型技術，目前還沒有一個比較權威的定義。國際能源署從環境友好技術中識別出17項關鍵技術，并將其命名為低碳技術[1];蔡林海認為在能源消費和供給領域能夠抑制地球變暖的技術就是低碳技術[2];邢繼俊認為低碳技術主要是指提高能源效率來穩定或減少能源需求，和減少對化石燃料依賴程度的主導的技術[3]。本文將能夠減少溫室氣體排放的技術和無碳技術界定為低碳技術。在我國，這類低碳技術主要有提高能效技術、太陽能光伏發電、太陽能熱發電、風能、二氧化碳捕集和封存(CCS)、綠色照明(LED)等。
一、我國低碳技術現狀綜述
技術的價值需要通過產業的發展體現，技術質量是產業持續發展的生命力。作為現代技術的一種類型，低碳技術的創新也遵循一般技術生命周期規律，要經歷從基礎研究、技術研發、項目示范到市場推廣等幾個階段。在我國現有的低碳技術中，有的處于產品推廣階段，已初具產業規模;有的尚處于技術研發階段，需要資金和政策支持;有的技術處于國際領先地位，正進入示范階段，可以建立專利池予以保護;有的已經具備一定技術基礎但還不掌握核心技術，處在國際低碳技術轉移的中低端。總體上看，缺乏核心技術和研發力量不足是大部分低碳技術的共同特點和發展瓶頸。
(一)處于研發示范階段的低碳技術——二氧化碳捕集和封存(CCS)技術現狀
二氧化碳捕集與封存技術(Carbon Dioxide Capture and Storage，CCS)是一項集成了捕集、運輸和地質埋存三個環節的系統低碳技術，整體并不成熟。其中捕集和運輸技術發展較快，目前已有數座采用氨洗法從煙氣中脫除大量的設備;純氧燃燒在鋼鐵企業已有250MW級示范，相關的純氧燃煤方法也正處于示范階段(IPCC，2005;Henderson et al.，2009);運輸技術在北美已經使用了30多年，每年有超過30Mt通過美國和加拿大境內的6200公里的高壓管道網絡進行運輸;封存方面，將注入地下鹽水層是首先方式，但是由于鹽水層的勘探和封存潛力尚處于探索階段，目前的封存項目大部分是將注入油氣層，以提高原油采收率(EOR)，項目主要集中在美國和加拿大[4]。
雖然CCS單元技術是現成的，但CCS全流程技術集成和規模化的問題卻必須通過建設和運行不同配置的商業規模CCS裝置來解決。由于集成技術和系統項目示范經驗的缺乏，大多數項目還處于規劃研究階段，按照澳大利亞全球GCCSI研究所的統計，目前世界上有270個CCS項目，其中有70個達到每年封存超過100萬t的商業級規模[5]，但是真正在運行的商業化項目不超過10個，并且主要集中在油氣生產領域。
我國對CCS技術研究起步較晚，但發展較快。目前，國內正在實施或即將開工的CCS示范工程項目有十個(表1)，部分環節已經形成了獨立的技術力量，CCS技術集成創新研發力量正在逐漸形成。有分析認為[6]，國內CCS研發存量的全要素生產率(TFP)是逐年遞增的，并且增速越來越快，這種進步主要來源于兩方面：第一，國內外的資金支持;第二，國內研發創新的作用，并且國內研發創新的作用略大于國外FDI的作用。
我國早期的CCS工程以國外合作示范項目為主，在FDI的支持下主要針對二氧化碳捕集技術進行示范性研究。如山東的煙臺IGCC項目示范工程自從1995年啟動以來，歐盟和日本陸續向中國投資了8400萬美元，美國和世界環境基金會投資1500萬-1800萬美元;中國與歐盟簽署的合作項目COACH，從2006年開始在中國計劃實施CCS工程，獲得了包括殼牌、BP、挪威國家石油公司等12家歐盟大型企業160萬歐元的資金支持[7];日本—中國合作強化采油CCS項目，獲得了日本經濟貿易工業部(Ministry of Economy，Trade，and Industry，METI)200億-300億日元的資金支持。上述這些與國外合作的CCS項目從國外吸收了大量的國外直接投資(FDI)，對我國的CCS技術研究和示范起到了積極的促進作用。
隨著我國本土研發力量的形成，對CCS的研究與示范逐漸從單元技術擴展到全流程技術集成。與歐盟合作的COACH項目中，中國方面有清華大學、浙江大學、熱物理研究所、熱電力研究所、地理地質研究所和華能集團等單位參與了該項目的策劃和執行過程;NZEC項目、日本—中國EOR項目和SPF項目等，中方參與了研發和項目的運作。國內第一個IGCC示范工程項目“綠色煤電計劃”于2005年12月正式啟動，它是由中國華能集團等9家大型國內公司共同投資組建，目的是研發和示范整體煤氣化、氫生產和氫能發電以及的捕集和封存系統。2008年和2009年，中國華能集團在北京和上海的兩個熱電廠安裝了二氧化碳捕集裝置并且投產，捕集的二氧化碳主要用于食品(可樂)灌裝。2010年10月神華集團“二氧化碳捕獲與封存(CCS)工業化示范項目”在鄂爾多斯開工建設。這是全國第一個，也是亞洲最大規模把二氧化碳封存在鹽水層的全流程CCS項目[8]。目前，這種技術只有少數國家有小規模的工業利用。這說明我國的CCS技術已經走在世界前列，如果神華集團的CCS工程順利建成投產，那么就意味著中國將在這個領域內，跨越大半個世紀的技術積淀走到美國的前面。
(二)產業規模大，缺乏核心技術支撐——風電和太陽能光伏發電技術
我國已經成為全球領先的風機和太陽能光伏電池板的制造大國。目前六個國家①包攬了世界上幾乎所有的風機制造，我國是其中之一。2010年我國風電機組34485臺，裝機容量44733.29MW，風電裝機容量全球第一[9]，僅華銳風電科技(集團)有限公司在2010年的新增風電裝機容量就位列全球第二[10]。目前我國已經形成國內風電裝備制造能力，整機生產能力達到年產500萬千瓦，零部件配套生產能力達到年產800萬千瓦，是世界最大的風力發電機塔架出口商，2009年我國已經超越美國成為全球最大的風電市場[11]。盡管如此，中國在世界風電技術領域還未能占據領先位置。從20世紀70年代晚期開始，風電就已經成為一個全球性的產業，我國并網風電起步晚了近10年，丹麥、德國、西班牙和美國等國家的風機制造商，由于其進入行業較早而具有“先發優勢”，且具備雄厚的技術實力，因此一直走在全球風電技術發展的前列。OECD歐洲國家和美國掌握著風機制造的核心技術，美國的GE等公司在新的風能技術專利上占有絕對優勢，全球超過三分之一的風機由丹麥公司生產[12]。
盡管我國具
有較強的風機制造能力，產業規模大，但是技術研發和設備制造能力較弱，關鍵技術與主要設備仍然依靠進口。主要風機專利仍掌握在外國企業及其在華子公司手中，即，中國企業生產了大量的風電設備，但真正的技術擁有方卻是外國公司(主要是OECD歐洲國家)。如，GE(申請專利為155項)，Vestas(51)，Wobben(40)等[1]。而且在中國企業申請的專利中，實用新型專利占的比重較高，發明專利比重較低;而外國企業申請的專利，幾乎100%都是發明專利[12]，這意味著隨著中國專利注冊數量的上升，企業的技術水平卻沒有同步的提高。而且，由于商業競爭和專利保護，我國風電企業通過技術轉讓得到的不是最新的技術，除了600KW型風機中國落后世界的時間較短外，750KW、1.5MW、2.0MW和3.0MW風機，中國首次實現批量生產的時間比世界水平落后了7年左右[13]。
與風電技術類似，根據WTO(2009)報告，我國是世界最大的將太陽能轉換為電能的靜態變頻器出口商、最大的離網光伏系統太陽能電池出口商和最大的太陽能發電系統聚光器出口商。2008年我國光伏電池產量2GW，占據了世界光伏電池的主要市場。但是，由于我國太陽能利用基礎材料、關鍵生產設備和測試儀器長期依賴進口，生產的光伏產品95%用于出口(IEA 2010)，這種“兩頭在外”特征充分說明我國光伏發電產業缺乏核心技術和持續的市場支撐力，產業發展后勁不足。2003年至2006年間，我國太陽能發明專利數量增長了3倍，但我國太陽能利用技術專利僅占世界太陽能專利的8%，而且專利主要集中于太陽能熱利用技術領域，企業并沒有成為發明專利的真正創新主體，在世界太陽能光伏產業鏈中處于加工組裝環節，缺乏自主創新，與世界先進水平尚有一定差距。
在培育國內光伏產品市場方面，由于源頭核心技術受制于人導致的生產成本高揚，光電轉換效率低下，國內對太陽能光伏技術的應用也主要集中在農村電氣化和離網型太陽能光伏產品，我國并網型太陽能光伏應用市場目前還遠未形成。太陽能非晶硅技術方面，我國在基礎研究上和國外是同步的，但是配套技術的缺乏，使我國光伏技術的產業化發展受限。
(三)有望掌握核心技術，占據國際市場——綠色照明技術(LED)
我國LED產業發展迅速，目前我國LED產業的產量為全球第一，產值位居全球第二。有關專家預計，2011年中國LED產業產值將達到1800億元[14]。但是產值高不代表利潤大。LED產業鏈主要包括芯片研發生產、外延片生產、LED封裝及LED應用等，前兩者屬于上游產業，利潤約占整個LED產業的70%;后兩者分別屬于中游產業和下游產業，利潤很低，國內LED產業集中于封裝、散熱器等下游應用環節，對上游的外延片、芯片兩大關鍵領域尚沒有掌握核心技術。
美國、日本、德國和中國臺灣已經成為世界半導體照明產業技術水平最高的國家和地區，大部分專利技術掌握在少數大公司手中，對核心技術、技術研發/示范有很強的保護措施[13]。目前，國外LED芯片企業的產品在國內市場占有率接近100%。2010年廣東省知識產權局和廣東省信息產業廳聯合發布的一份報告顯示，美國、日本和歐洲的LED企業，擁有80%以上的LED芯片核心技術專利，而國內企業擁有的同類專利不足10%。正是由于上游產業的被壟斷，外延片、芯片、封裝等技術環節受到專利保護，國內LED產品生產成本一直居高不下，難以開拓國內市場，對政策扶持的依賴大，而產品市場需求不旺又使企業難以獲得大量資金用于芯片研發和創新，循環往復，始終處于產業鏈低端。
然而，盡管歐美企業掌握了LED的一些關鍵技術，但是，這些核心技術目前并不成熟，如果我國政府能夠對LED核心技術和裝備的研發給予積極的政策和資金支持，我國完全有可能占據這一產業的科技制高點，從而擺脫“組裝車間”的地位。從這個角度看，我國與發達國家在引領世界LED技術發展上面臨著同樣的機會。目前，一些研究機構正在積極研發相關技術，如清華同方已經形成了LED外延片、芯片制造及封裝、終端產品的生產和應用，到商業及城市景觀照明完整的產業鏈和規模化生產，并擁有LED外延及芯片制造專利近百項。根據正在編制的“十二五”半導體照明產業規劃，政府計劃到2015年實現LED產值翻兩番的目標，在“十二五”期間，政府將對LED產業的支持力度將繼續加大，除了財政補貼外，從研發到財稅的一攬子政策上都會有所涉及[15]。由于我國已經在LED封裝和散熱器技術等方面積累了較豐富的經驗，一旦掌握上游核心技術，就有可能建立系統的技術專利池，避免跨國巨頭如美國Semi LEDs Corporation、荷蘭Lemnis公司等龐大的專利封鎖網，通過技術領先占據國際LED市場價值鏈的高端位置。
二、我國低碳技術發展面臨的問題
整體上看，我國低碳技術的發展具有起步晚、發展快、涉及面廣、關鍵技術少、低碳技術研發成果產業化不足等特點。作為一種新型的環境友好技術，低碳技術的研發投資規模大、技術生命周期長，具有較高的投資收益不確定性。IEA確定了62種關鍵低碳技術，在研究力量和資金的限制下，一個國家不可能同時對62種低碳技術進行完全的自主研發;同時，考慮到國家的產業和經濟安全，也不能夠全盤依賴技術轉讓，因此，低碳技術的發展面臨著自主創新和吸收國外先進技術兩條路徑。我國的低碳技術發展在自主創新和技術轉讓方面，面臨著一定的問題。
(一)產業發展超前壓縮了技術創新空間
從技術/產業發展生命周期看，應該遵循由科學創新、技術攻關逐漸過渡到產品市場推廣的道路，技術革新催生出新的產業，產業的發展推動科學進步，各階段依次漸進的過程促使了科技、產業和市場的良性循環(圖1)。隨著產業鏈布局的全球化傾向以及國際分工的細化，一項技術從誕生到出現新的替代技術，很難在一個國家或地區完成其全部生命周期過程，往往是一部分科技強國主導技術創新，獲取高額利潤;一部分國家在缺乏核心技術或者技術尚不成熟時，參與國際新興產業鏈，造成產業與技術錯位發展，不得不長期處于加工制造環節。
圖1 技術/產業生命周期圖
資料來源：王守覺院士在2011年第三屆中國科學院博士后學術年會暨新興產業前沿與發展學術會議上的報告，2011年4月，蘇州。
在這種大背景下，在有些領域，我國科學技術的發展滯后于產業的發展。在加快部署戰略性新興產業的大背景下，面對產業發展對核心技術和
裝備的迫切需求，從國外引入技術和設備就成為企業家的必然選擇。雖然先進技術的引入推動了我國新興產業的快速發展，但也壓縮了我國自主技術創新空間，從長遠來看，這種局面不利于我國在國際低碳產業鏈中占據領先位置，如果沒有核心技術的支撐，新興產業仍然會成為新的低端產業。
(二)我國技術基礎薄弱，缺乏配套技術和裝備，不利于低碳技術系統性發展
在世界57個主要國家和地區中，2007年我國科學基礎設施競爭力為世界第15位，居世界中上游行列;技術基礎設施競爭力位居27位，處于世界中間水平[16]。但是，由于我國基礎科學發展失衡，在材料、控制、系統集成等基礎技術方面差距顯著，導致在某些領域中即便出現了高端技術創新，但是由于缺乏共生技術支持，仍然不能形成系統技術，高科技成果轉化困難。如，由于我國太陽能利用基礎理論特別是光伏物理學科發展薄弱，使大部分光伏材料長期依賴進口，沒有自主技術。從產業發展看，我國已經成為全球領先的風機和太陽能光伏電池板的制造大國，在國際低碳產品市場上占有一席之地，但是缺乏核心技術支持;目前我國部分低碳技術在世界處于領先地位。如，系列化光伏并網發電逆變器及控制系統、智能電網規劃與可靠性技術、分布式儲能技術等。但是，由于國內低碳技術的研發成果比較零碎，缺乏系統化和工程化，這些先進技術成果轉化為現實生產力水平較低。在核心技術或相關配套技術不到位的情況下，低碳產業的發展必然受制于他國，不僅壓縮了企業利潤空間，也削弱了我國低碳技術自主創新的動力。
(三)成本和信息障礙
低碳技術的研發和示范需要高額的投資;同時，由于技術尚不成熟，生產成本較高，即便引進先進的低碳技術，在短時間內也難以實現商業化應用。根據IEA預測，要實現藍圖情景下的減排目標，到2050年我國在風電技術上的投資總額高達1.1萬億美元(表2)。2008年，歐洲陸上風電項目風力發電投資費用(包括風機、并網、基座、基礎設施等)在145萬-260萬美元/兆瓦之間。在北美，投資費用的范圍在140萬-190萬美元/兆瓦之間;中國在100萬美元/兆瓦左右(全球風能理事會，2009)。根據吳昌華(2010)的研究，風電、太陽能、CCS和LED技術的商業推廣都存在不同程度的成本障礙[17]。在低碳技術應用方面，以CCS技術為例，目前國內CO[,2]捕集成本最低的IGCC電廠即使能夠通過強化采油(EOR)和清潔發展機制(CDM)取得收益，也不能獲得凈利潤，常規煤粉電廠(PC)和NGCC更是入不敷出。
在技術引進過程中，由于發達國家的先進技術往往受到嚴格的知識產權保護，轉讓費用較高，即便引進也失去了商業化的意義，更何況，掌握著最先進技術的發達國家企業并沒有轉讓新技術的動力。即使知識產權保護的問題和國內技術本地化問題得到解決，發展中國家企業獲得專利許可，也不一定就能開始使用這些技術，缺乏技術開發階段的實際經驗也可能成為技術推廣的障礙。隱性知識和其他相關知識(如商業秘密)往往沒有申請專利，但卻可能是技術有效實施必不可少的(Ockwell et al.，2009)。
三、低碳技術發展模式建議
低碳技術的創新和應用是實現社會低碳化發展的重要手段，自主創新與技術轉讓的完美結合能夠在保持低碳產業快速發展的同時促進國內科技創新，使自主技術逐漸取代進口技術，繼而占據國際領先地位，在這種情況下，國內企業才有可能從加工制造環節上升到國際低碳產業的價值鏈高端位置，實現產業與技術的良性循環。這就要求在設計低碳技術發展模式時，綜合考慮我國自主創新和技術轉讓面臨的有利和不利條件，提出有利于低碳技術發展的政策建議。
(一)調整扶持政策，擴大技術創新空間
在國內加快部署戰略性新興產業的大背景下，對低碳產業進行財政補貼是主要的政策扶持手段。從目前的政策對象看，大多以項目為單位進行補貼，如為快速啟動國內光伏發電市場，財政部對13個城市使用節能與新能源汽車提供補貼[18]。又如，我國推出的“節能產品惠民工程”中，向購買節能產品的消費者提供每臺300-850元人民幣的補貼[19]。還有以行政區域為單位進行補貼的，如，國家將對100個綠色能源示范縣投入46億元的財政補貼;對納入建筑節能試點的城市，每平方米將享受20元的政府補貼[20]。在這種情況下，財政補貼的直接受益者是地區和產業，固然對低碳經濟的發展起到了推動作用，但是對科研機構和企業進行低碳技術創新沒有形成直接激勵。對關鍵核心技術的研發需要假以時日，一些地區為了快速發展低碳產業，將資金主要用于從國外引入設備和技術，對關鍵技術研發的投入不足。因此，建議政府對低碳經濟的扶持政策重心從產業向技術轉移，側重對具有原創性的技術創新或者技術改良進行補貼，彌補我國科技研發總經費不足，激發科研機構和企業的技術創新動力，防止低碳產業發展陷入“技術空心化”的局面，只有強化企業的技術實力，才能使我國的低碳產業逐漸走出低端的“國際加工”環節。
(二)加強配套和共生技術的發展，提高低碳技術的系統性
配套技術和產業化共生技術平臺對一項新技術從實驗室成功過渡到市場至關重要。我國風電、太陽能光伏發電等難以真正市場化的障礙之一，就是缺乏多學科、跨領域的系統性支持，如電網建設滯后導致風電并網困難、材料科學的薄弱制約了光伏產業的發展。建議針對我國的關鍵低碳技術和產業制定詳盡的發展路線圖，對該項技術以及產業在其生命周期重要階段所需的材料技術、配套技術和其他設備進行綜合分析和前瞻性研究，有針對性地進行系統研發或國際技術合作，避免在技術形成或者成果轉化過程中因為一個局部環節的不足限制了整個產業的發展。在這個過程中，要高度注意專利池的構建，從對配套技術的專利保護入手，將產業發展所需的相關專利納入專利池，圍繞核心技術形成產業技術保護環，為我國低碳技術和產業發展爭取最大的空間。
(三)多角度辨識低碳技術，科學設計發展路徑，解決技術、成本和信息問題
建議多角度區分低碳技術類型，根據不同類型特征和發展需求，提出相應的發展戰略，解決技術、成本和信息等問題。如從國內外技術差距入手，將低碳技術分為追趕型和引領型技術。對于中國尚無完整研發支撐體系或自主研發在時間上已經無法滿足產業需求的技術，而國外在這方面已經較為成熟，國內外技術成熟度差距較大的低碳技術，主
要以引進—消化—吸收為主，輔以本土化應用研究;對那些和國外先進技術幾乎處于同一起跑線的技術，或者國外將來可能實行技術封鎖的技術，集中力量進行核心技術的創新和研發工作，加強相關技術的專利池建設，以利于該產業的形成和發展，占據國際有利位置;對那些我國已經比較成熟，具有特色的低碳產業，如生物質發電、太陽能熱發電等，未來主要側重于技術的商業化推廣;在中國與合作方都有巨大潛在市場時，科研投資過大的戰略儲備技術或中國有一定研究基礎的技術，可將聯合開發作為主要途徑。
從成本和信息問題入手，可以將低碳技術分為獨立技術與合作技術。對那些研發成本較低和技術轉化時存在較少隱形知識和商業秘密的低碳技術，以我國獨立研發為主;對那些成本高昂，或者我國在引進時存在信息障礙的技術，可以通過聯合研發、鼓勵這些先進技術在我國建立示范工程項目的方式，解決成本問題，突破信息障礙。目前低碳技術大部分都處于不成熟階段，即便引進相關的技術和設備，也難以在短期內商業化，因此，爭取更多的高新低碳技術的示范工程在我國執行，比引進一項技術或一臺設備更具有經濟和技術效益。而且，通過這種方式，我國能夠可以獲得項目的早期市場經驗，有利于在技術擴散過程中快速消化、吸收和本土化運作。
(四)審時度勢，優選低碳技術發展的制高點和切入點
低碳技術的發展戰略必須考慮三個重要因素：一是本國技術水平在世界同類技術中所處的位置;二是技術應用前景;三是本國的資源優勢和經濟實力。我國有豐富的太陽能和風能資源，應用前景廣闊，但是缺乏核心技術和配套技術，與發達國家技術水平差距較大。在這種情況下，應該揚長避短，根據我國實際情況制定技術發展戰略，如投入資金研發分散式小風電上網項目，解決當地用電問題，比大風電接入電網長途輸電，在當前更具可行性[21]。再如CCS項目由于成本和技術不確定性問題，沒有得到足夠的重視。事實上，我國以煤炭為主的一次能源結構，決定了CCS是實現我國低碳目標不可或缺的關鍵技術手段，中國是煤炭直接液化領域的先驅，并且在二氧化碳捕獲與封存所需的組件和工藝過程的示范項目上已經取得進展，具備研發CCS技術的資源和技術基礎。目前CCS技術整體上還沒有在世界范圍內商業運行[22]，這既是挑戰也是機會，一旦CCS的全球產業體系建立起來，掌握了CCS全流程的核心集成技術就意味著占據了國際低碳市場的先機，獲得巨額財富。如果我國目前能夠投入資金、集中科研力量抓緊研發，充分利用技術和資源優勢，可以搶占技術和產業先機，在未來全球CCS市場上占據領導地位，為全球可持續發展完成了極為重要的技術儲備。
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