摘要:近年来,氢能利用技术逐渐发展成熟,已经纳入我国能源战略,全国各地对氢能产业的规划布局也在提速,陆续有地方政府发布氢能产业的发展规划,掀起了一股氢能发展热潮。因此,本文对我国重要城市北京、上海、广州和武汉氢能产业政策演化路径进行比较研究,为进一步发展和稳步推动我国氢能产业可持续发展提供支撑。本文利用文本挖掘技术首先系统分析比较了北京、上海、广州和武汉四座城市氢能技术研究基础,随后统计分析四座城市相关部门在不同时间段的氢能政策发布数量,最后通过分析我国和四座城市氢能产业不同时间段政策演化时区图和主题词共现关系,研究我国和四座城市氢能产业政策演化路径,结合不同城市工业发展基础从共性和个性关系中总结我国和四座城市氢能产业政策特点与发展重点。结果显示,我国虽然对氢能的研发起步较晚,但在2010年之后,四座城市氢能技术相关领域的研发活力和热度呈现爆发式增长趋势。其中,广州市自2010年以来氢能年均政策发布数量持续走高,排在四城之首。在研发重心方面,北京、上海、广州和武汉分别选择在燃料电池全产业链、绿色制氢、关键部件、电力电网等多元领域开展战略布局,为我国实现氢能产业全面发展提供重要支撑。
关键词:氢能;产业政策;政策演化;文献计量;文本挖掘技术
氢能被公认为未来构建碳中和社会的制高点之一,是支撑交通、电力、工业、建筑低碳转型的重要源头技术。截至2022年底,全球已有42个国家公布氢能战略。我国出台的氢能产业发展中长期规划明确了氢能在未来国家能源体系的重要地位,国内已形成长三角、珠三角、环渤海和川渝鄂四个氢能产业集聚区。北京定位氢能科技创新中心和产业创新高地,重点以氢能交通和分布式供能为突破口发展氢能产业;上海定标全球燃料电池汽车产业发展高地,建设长三角“氢走廊”产业经济带;广州超前布局氢能产业政策,发挥氢能产业集群优势打造大湾区“氢走廊”和沿海经济带氢能高速通道,同时拓宽氢能应用范围;武汉将氢能作为市六大新兴产业集群之一,市人民政府明确提出,紧跟全球氢能产业发展前沿,以技术突破和产业培育为主线,打造创新研发、装备制造、示范应用协同发展的中国氢能枢纽城市。因此,本文对国内北京、上海、广州和武汉四城氢能产业发达地区的支持氢能产业发展相关政策文件进行科学量化评价,并结合文献计量、文本挖掘等方法研究不同城市在氢能产业领域的长短版,为今后我国氢能产业进一步固根基、扬优势、补短板、强弱项以及相关鼓励、支持氢能产业发展政策因地制宜的提出、调整和优化提供有利的支撑。
随着全球化、技术进步和社会变革的加速,各国政府面临着越来越多的挑战和机遇。为应对挑战抓住机遇,政府需要制定和调整政策以适应不断变化的环境。因此,对政策演变规律的探索具有至关重要的意义。基于此,众多学者开始深入探讨政策的演变过程、影响因素以及如何更好地进行政策设计和实施。例如,有学者从循环经济的角度研究中国公共政策的演变历程,探讨了循环经济在中国三个“五年计划”期间的实践发展路径;有研究则聚焦于特定领域如海洋牧场政策、教育治理政策、养老政策等的演变和改进。此外,在政策演化过程研究中,模型的构建也是重要的研究方向,包括利用LDA模型、SNA模型、NMF主题模型和Word2Vec词向量模型口模型或构建算法MFF进行主题和新词挖掘分析,以更准确地预测政策影响,为决策者提供有力的支持工具。
氢能作为一种清洁、高效的能源形式,不仅吸引学术界对技术本身做出创新突破,更引发学者对氢能产业持续健康发展的思考。近年来,氢能产业的发展面临着许多挑战,包括生产、储存、运输、使用等环节的技术难题,以及投资、融资、审批、管理等相关项目的复杂性。因此,对氢能产业的政策分析成为了一个重要的研究方向。
针对国内政策,张庆生等从研究机构与龙头企业联手引领突破技术和经济壁垒的角度,提出了加快构建具有中国特色的氢能“制-储-运-加-用”产业链与规模化发展的策略。黄晓林用政策工具与产业链的二维分类、主题词内容分析等方法,对我国氢能源产业政策的发文时间、机构、文件类型等情况进行统计分析;李建林梳理了国家层面及地方的氢能政策,并分析了氢气应用领域、各省的未来发展规划及盈利模式;二者的研究结果为提升氢能效益提供了参考。Ling等深入探讨了中国氢能源产业的发展状况,从产业规模、特点和政策三个方面总结了中国氢能产业的发展现状,并分析了中国氢能产业的需求和问题;Qi等对中国氢能源产业的政策进行了文本挖掘和内容分析。王意东等从顶层设计、财税扶持、科技创新、标准体系和安全监管等维度系统梳理了我国和地方层面氢能及燃料电池产业的相关政策,分析当前氢能产业发展存在的问题,并提出意见建议。孙旭东等基于发展目标、技术路径、应用场景和扶持政策4个维度对我国地方性氢能发展政策的内容进行量化分析,挖掘氢能产业发展典型测试的政策特点。
针对国外政策,Cuevas等分析比较了法国、德国和欧盟层面战略行动对未来氢基能源转型领域的研究和创新;张庆生等系统分析了国内外氢能产业政策、技术与经济性等发展现状,阐述了欧盟、日本、韩国、澳大利亚、加拿大、美国氢能产业发展战略、产业现状和成本分析,提出了我国发展氢能产业的对策建议;丁上于等系统比较了美国、英国、日本、俄罗斯等国制氢技术路线,以及各国“制造、储藏、运输、利用”全链条建设,为未来氢能的大规模应用铺平道路。孙玉玲等梳理和分析了各主要国家氢能产业战略重点、目标和发展水平,从文献计量角度对比分析了中国与氢能先行国家的基础研究和技术储备。这些研究为我国制定更加科学、合理的氢能发展策略提供了参考。
综上所述,目前氢能产业政策研究重点围绕国内外氢能产业特点、政策、技术、经济性进行比较阐述,但对我国氢能产业政策演化趋势,尤其是我国重要城市氢能产业发展路径的分析比较鲜有研究,因此,本文对北京、上海、广州和武汉四城关于支持氢能产业发展的政策文件进行研究,以期为我国不同城市因地制宜的发展自身氢能产业提供参考。
技术创新是技术产业发展的原始动力,氢能作为新兴产业是随着新的科研成果和新兴技术的诞生和应用而出现的新行业。因此,本文将首先对全球氢能领域的科技论文进行主题分析,探索氢能技术发展历程,为国家政策的制定提供理论支撑。基于Web of Science数据库核心集,截至2022年12月,共检索出全球氢能技术相关文献291451篇(检索式见附录1)。如图1所示,全球氢能技术研究发展经历了三个阶段。第一阶段是萌芽期(1990年之前),全球年发文量均未超过1000篇。第二阶段是探索期(1990—2009年),全球年发文量在800~9000篇之间,但呈现明显上升趋势。在该阶段,美国颁布多项氢能法案,如《氢能研究、开发与示范法案》《未来氢能法案》,批准近1.65亿美元资金用于在1996—2001年间开展氢能的生产、储存、运输和利用的研发示范工作,并启动了“氢能和燃料电池多年期计划”,旨在整合学术界和产业界力量,共同合作致力于氢能的基础研究、应用研究、开发、创新和示范,促进氢能的多样化应用。欧盟在2002年成立了氢能和燃料电池高级专家组,发布了纲领性文件《未来氢能和燃料电池展望报告》,确定了氢能和燃料电池对于可持续能源系统的重要性和相关性,并在《战略研究议程》和《部署战略》中提出了未来氢能发展的战略重点。我国同样重视氢能技术发展,1991年国家科学技术委员会发布《中华人民共和国科学技术发展十年规划和“八五”计划纲要》,首次提出要开发高效率低成本氢能等非矿物能源,奠定了我国氢能产业发展的基石。随后2006年国务院发布《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》,首次将氢能及燃料电池技术设定为先进能源技术,为我国氢能清洁高效利用带来新的变革。第三阶段是发展期(2010年至今),全球年发文量呈现陡增趋势。我国政府紧跟国际前沿技术发展趋势,在2014年、2016年接连颁布了《能源发展战略行动计划(2014—2020年)》、《能源技术革命创新行动计划(2016—2030年)》,提出将氢能作为重点创新方向,对大规模制氢技术、分布式制氢技术、氢气储运技术等开展重点研发和公关。2021年发布的“十四五”规划提出,将在氢能等前沿科技和产业变革领域组织实施未来产业孵化与加速计划,谋划布局一批未来产业。2022年3月,国家发展和改革委员会、国家能源局联合发布《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》,为今后我国稳慎有序推进氢能产业高质量发展注入新的持续动力。
对全球氢能技术发文量排名前10国家进行比较,截至2022年,中国是全球氢能技术发文量最多的国家,超过10万篇,遥遥领先排名第二的美国一倍以上。排名前5的国家中3个来自亚洲,说明亚洲在氢能技术研究方面具有较好的学术环境(图2)。
对我国科技强市进行氢能技术科技论文数量比较,可直接或间接说明该城市对氢能技术的创新能力、研发活力和社会影响力(论文的城市归属由通讯作者单位进行判断,当通讯作者单位有多个时,会存在重复统计)。研究发现,我国氢能技术发文量排名前4的城市分别为北京(23516篇)、上海(13278篇)、武汉(8314篇)和广州(7192篇)。因此,对北京、上海、广州和武汉四城氢能技术相关文献进行发表趋势分析。从图3可以看出,从2010年开始,四城氢能技术相关文献发表量均呈稳步上升趋势,其中北京市发文量最多,增速最为显著。截至2022年,北京市在该领域共发表相关文献20389篇,占比全球在该领域发文总量的近10%,这说明北京市在该领域具有坚实的研究基础,研究活力高于其他三座城市。上海市累积发文量为11539篇,是北京市的一半左右,占比全球在该领域发文总量的近5%,说明上海市在该领域同样具有较好的研究基础,研究活力较高。广州市累积发文量为6426篇,占比全球在该领域发文总量的近2.2%。武汉市累积发文量为7237篇,占比全球在该领域发文总量的近2.5%,并在2013年该领域发文量首次超过广州市。
图5 我国各级政府部门政策发布数量
从目前统计的各级政府政策发布机构的统计结果来看,氢能发展政策发布主体主要为省/市人民政府、区人民政府以及相关省/市厅局,其中省/市人民政府的发布数量普遍较多。四城的三类发布主体政策发布数量上差异明显。从北京来看,三类发布主体政策发布数量较为均衡,在23~26项之间。从上海来看,发布主体主要是省/市人民政府(46项),其次是省/市厅局(26项),最后是区人民政府(16项)。广州省/市人民政府发布的氢能政策数量相比其他三城具有明显优势,达到89项,而广州各区人民政府氢能政策发布数量较少,仅有3项。而武汉政策发布主体主要是省/市人民政府(53项),其次是省/市厅局(5项),各区人民政府并没有出台相关氢能促进政策,较北京、上海和广州具有一定差距。
产业政策主题演化可在某种程度上体现对于该领域的重视程度和影响力。因此,本文研究分析了2020—2022年,北京、上海、广州、武汉氢能产业政策主题演化时区分布趋势(图7)。
由图7可以发现,北京2020年重点关注京津冀产业链、加氢技术等,2021年关注制氢技术、交通运输应用以及全球合作等,2022年则是发展燃料电池汽车、储氢技术等,以构建氢能全产业链;上海市2020年强调在发展制氢、加氢技术、燃料电池技术的同时注重低碳减排,到2022年更是以碳达峰碳中和为目标强调能源转型,通过氢能产业发展实现降碳目标;广州市重点推进跨区域发展,从2020年重点发展制氢、加氢、储氢、燃料电池技术创新以及产业集群,到2022年强调关键核心零部件制造,通过市场监管,推动氢能及相关新兴产业绿色高质量发展;2020—2022年,武汉氢能产业政策的重点关注对象从2020年的制氢技术、燃料电池技术、产业链建设、人才培养、科技创新等,到2021年的设施建设、关键技术攻关,再到2022年的低碳、碳循环,以推进氢能产业绿色可持续发展。
如图8、表1所示,2020—2022年,北京、上海、广州、武汉四城氢能产业政策涉及的共性主题词涵盖了氢能应用领域、政策激励措施、氢能技术研究方向、政策目标等关键内容。比较不同城市个性主题词的差异性,发现北京市氢能产业政策关键个性主题词包括“轨道交通”“新能源汽车产业链”“京津翼”“标准”等,这主要是因为北京市着重打造京津冀协同发展格局,围绕燃料电池汽车全产业链进行科技攻关,对产业培育期的氢能相关技术进行标准制定可对引导和推进该地区氢能产业持续稳步有序发展提供技术支持。上海市氢能产业政策个性主题词包括“专项资金”“制度”“环境”“制氢”等,这主要是因为上海氢气主要是金山、宝山的工业副产氢,需进一步通过海上风电制氢、生物质制氢等清洁能源制氢技术提高副产氢利用效率。而广州市氢能产业政策关键个性主题词包括“能效”“零部件”“标准化”“粤港澳”等,这主要是因为广州在近年来提出将建成我国南部地区氢能枢纽,引领粤港澳大湾区氢能产业发展,向全国乃至全球输出氢能相关成套装备和关键零部件。武汉市氢能产业政策关键个性主题词涉及“电网”“电力”“工程”“平台”“体系”等,这主要是因为湖北省氢气主要来源于钢铁、化工等企业副产品,利用“绿电”制氢,积极探索氢储能在可再生能源消纳和电网调峰等应用场景示范。
近年来,随着各国脱碳承诺日益迫切,氢能在全球范围内的热度持续上升,已被公认为是未来技术、产业竞争新的制高点之一。我国早在《“十三五”国家科技创新规划》中就明确将氢能与燃料电池列为引领产业变革的颠覆性技术之一;并于2022年发布《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》,明确氢能是战略性新兴产业的重点方向。因此,文本通过研究我国重要城市氢能产业政策演化趋势,提出对我国实现清洁绿色能源转型,建设能源强国的意见建议。
根据Web of Science数据库,对全球氢能技术领域的发文量进行统计发现,全球氢能技术研究呈现三个阶段:分别是1990年之前的萌芽期,年均发文量在1000篇以下;1990—2009年的探索期,发文量缓步增加,全球年发文量在800~9000篇之间;以及2010—2022年的发展期,发文量呈现爆发式增长。就我国区域氢能技术研究活力来看,北京、上海、广州和武汉作为我国教育和科研实力较强地区,在氢能技术相关领域的研发活力和热度自2010年以来同样呈现爆发式增长趋势。其中,北京在该领域发文总量达到20389篇,占据全球发文总量近10%,具有绝对的科技研发实力,且近三年来研究热度更高。上海、武汉和广州的发文总量依次为11539篇、7237篇和6426篇,分别占据全球发文总量的5%、2.5%和2.2%。综合来看,我国上述4城占比全球总量的近20%,具有较强的研究活力,是该领域研究的主力军,对全球及我国氢能技术创新发展起到关键作用。
近年来,我国在不断推进氢能产业发展方面取得了显著成效,截至2022年底,全国已有30个省级行政区域将氢能发展纳入“十四五”规划,69个地级市、县、区明确提出要发展氢能相关产业。但在我国和各省市扶持政策持续发力的同时,避免盲目跟风,依据自身科研实力与产业背景,因地制宜的稳步推进氢能产业朝向绿色、可持续、多元的发展方向显得尤为重要。为此,提出以下建议。
第一,加大氢能技术研发投入。我国在全球氢能技术领域的研究中占据主导地位,但为进一步巩固领先地位,政府和相关企业应继续加大对氢能技术研发的投入,特别是在北京、上海、广州和武汉等教育和科研实力较强的城市,推动氢能技术的不断创新,围绕氢能卡脖子技术和前沿技术重点布局,打造氢能原创技术策源地。
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