双碳情报动态 ｜《净零之路：清洁能源研究影响现状》解读【中国科讯】《双碳情报动态》是中国科学院发展规划局和中国科学院文献情报中心联合主办、中科院文献情报系统相关单位共同参与编写的信息刊物。重点跟踪报道国际组织和主要国家双碳相关的战略规划、政策法规、发展路线图、重大计划、重点项目信息及其发展动态，监测分析重点科技研发机构和科学家团队最新的科技部署与科技进展，并开展双碳相关科技前沿和热点主题等深度分析，支撑“碳达峰、碳中和”的信息需求。

　　2021年10月，全球知名信息分析公司“爱思唯尔”发布《净零之路：清洁能源研究影响现状》[1] 报告，对过去20年全球清洁能源领域科研产出（160万篇论文和80多万项专利）进行了系统性定量分析，揭示了全球清洁能源技术研发现状和趋势，为相关机构开展清洁能源技术的研发布局和资助决策提供科学数据支撑。现对其主要内容进行解读，以期为我国和我院能源领域的创新发展提供借鉴。

　　过去20年（2001-2020年），全球清洁能源领域研究呈现快速发展态势，该领域年度发文量从1.6万篇增长到了17万篇，发文总量从40万篇大幅增长到了160万篇，其在同期全球发文总量中的比重从1%增长到了5%。此外，清洁能源领域研究论文增长速度也高于全球科学研究平均增长水平，2001-2020年的年均复合增长率（CAGR）为13%，而同期全球科学研究的CAGR仅为5%。在研究的技术成熟度方面，研究人员关注的重点正从基础研究向应用研究转变。2001-2020年，清洁能源应用研究论文数量增长了近20%，如当前大量清洁能源研究聚焦电力相关的一系列技术（如电池、电动机、电力电子逆变器、整流器等），相关研究论文数量在过去10年中翻了一番，占清洁能源研究论文的比重从5%增长到11%。相反，本世纪初的研究热点核聚变基础研究，一度占所有清洁能源研究论文的8%以上，如今只占约1%。

　　领域归一化影响力（FWCI）[2]分析显示，清洁能源领域研究学术影响力一直稳定在1.4~1.5之间，高于全球全部学科研究平均水平（1.0）。论文主题聚类分析发现，在清洁能源相关研究中，发文量排名前5的主题集群是锂电池、电力传输、电网、太阳能和能源经济学，表明上述研究方向是该领域的研究热点。其中，“锂合金二次电池动力电池”（Lithium Alloys Secondary Batteries Electric Batteries）领域的发文量占清洁能源发文总量的7%，是最大的主题集群。此外，随着信息时代的来临，计算机、数据信息、以及智慧能源系统技术相关领域的研究近年来日益受到重视，如“多输入多输出系统正交频分复用技术认知无线电”（MIMO system Orthogonal Frequency Division Multiplexing Cognitive Radio）主题集群的研究论文产出大幅增长，其在清洁能源研究论文中的占比从2001年的不足0.1%增长到1.1%。再则，随着气候变化问题日益凸显，清洁能源研究也开始关注碳排放问题，相关研究主要聚焦在“活性炭吸附吸附剂”（Activated Carbon Adsorption Adsorbents）、“碳捕集封存（材料）页岩”（Carbon Capture Storage(Materials) Shale）和“二氧化碳氨烟道气”（Carbon Dioxide Amines Flues Gases）等3个主题集群。

　　自2001年以来，中国在清洁能源领域的发文量持续增长，并在2012年超过美国，截至2020年累计发表论文40余万篇，位居全球首位。美国、印度、德国和日本紧随其后，分列2到5名。从FWCI来看，中国清洁能源领域论文的学术影响力虽高于全球平均水平，但与欧美主要发达国家相比仍有差距，表明中国需要进一步提升研究成果影响力。主题聚类分析可知，中国在该领域的研究重点关注锂电池、电力转换和传输、光催化、太阳电池、发光二极管等方向，其中“锂合金二次电池动力电池”是中国最大的主题集群，与全球情况类似。此外，“磁约束核聚变等离子体托卡马克装置”（Magnetoplasma Plasmas Tokamak Devices）和“太阳电池共轭聚合物有机发光二极管”（Solar Cells Conjugated Polymers Organic Light Emitting Diodes）也是中国比较关注的主题集群，过去20年相关论文呈现持续增长态势。分析研究的技术成熟度发现，中国大部分清洁能源研究论文属于应用研究（占比75%），略高于美国（74%），接近世界平均水平（77%）。

　　过往的经验证明，许多拥有重大影响力的研究都是通过国际合作产生的，因此，开展国际合作逐渐成为科学研究的重要趋势。2011-2020年，全球清洁能源研究的国际合作水平持续提升，该领域的国际合作论文产出比重从2011年的31%增加到了2020年的45%。与2001-2010年相比，许多国家的国际合作产出论文比例在2011-2020年均有显著增加，如美国从2011年的25%增长到2020年的42%。通过主题聚类进一步挖掘国际合作关注焦点可以发现，2011-2020年间，除了“永磁同步电机感应电机”（Permanent Magnets Synchornous Motors Induction Motors）主题集群外，所有被考察的主题集群国际合作论文产出比重都出现增长；其中占比最大的主题集群是“磁约束核聚变等离子体托卡马克装置”，主要原因是上述研究需要依托价格高昂的大型科学基础设施，往往需要几个国家共同参与建造。而“能源经济学电力”（Energy Economics Electricity）是国际合作水平提升幅度最大的主题集群，从2001-2010年的8%增长到了2011-2020年的23%。

　　与国际发展态势一致，中国清洁能源研究的国际合作水平在过去二十年也出现了显著增长，从2001-2010年的15%左右增长到了约24%，但仍低于39%的国际平均水平，还需要进一步加强国际合作。

　　产学研（院校-企业）合作是将新技术从实验室带向实际应用的关键机制，该合作模式在过去二十年日益受到各国重视，清洁能源合作论文数量在此期间出现了显著增长。清洁能源研究中的产学研合作在欧洲国家、美国、加拿大、日本和韩国更为普遍，其中瑞士有着全球最大的产学研合作论文产出比例（16.1%），其次是荷兰（15.0%）和丹麦（13.5%）分列二、三位，远高于世界平均水平（4.7%）；瑞士合作论文主要聚焦在“电力电子逆变器电动势整流器”（Electric Inverters Electric Potential DC-AC Converters）、“风电电力传输网络配电网”（Wind Power Electric Power Transmission Networks Electric Power Distribution）和“光催化剂太阳电池光催化机制”（Photocatalysts Solar Cells Photocatalysis）三个主题集群。分析国际合作论文主题集群情况可以发现，“磁约束核聚变等离子体托卡马克装置”主题集群的产学研合作产出论文比重最大，其次是“风电电力传输网络配电网”主题集群米乐m6，两种主题集群合作论文占比在过去二十年都出现了增长，前者从9.1%增长到9.3%，后者从7.2%增长到8.5%。日本、瑞士和荷兰的企业具有全球领先的研究活跃度，其在清洁能源领域研究成果中所占的份额处于全球领先地位，分列前三名。

　　中国日益重视研究成果转化，清洁能源研究中的产学研合作产出论文数量在2011-2020年增长了21%，使得其占比也提高到了4.3%，但落后于美国（8.2%）、日本（10.6%）等发达国家，且低于全球平均水平。企业作为技术创新的主体，在科学研究领域的影响力不断提高，中国企业清洁能源研究成果产出增加了21%。在全球企业产出前20名中，美国企业数量最多，有5家为通用原子能公司、IBM、通用汽车公司、通用电气和英特尔；中国次之，有4家企业，包括国家电网M6米乐、中国电力科学研究院、广东电网有限责任公司和中国石化。就数量而言，企业研究发表论文最多的主题集群是“风电电力传输网络电力分配”米乐m6，主要由中国企业推动；“电力电子逆变器电动势整流器”和“锂合金二次电池动力电池”分列二、三名。而从占比来看，企业研究发表论文占比最大的主题集群是“配电网电线电路故障定位”（Electric Power Distribution Electric lines Electric Fault Location）、紧随其后的依次是“燃料经济混合动力汽车电动汽车”（Fuel Economy Hybrid Vehicles Electric Vehicles）、“风电电力传输网络配电网”和“磁约束核聚变等离子体托卡马克装置”等主题集群，上述4个主题集群占比均超过10%，而其他主题集群占比则都低于10%。

　　2001-2020年，全球引用清洁能源研究科研论文的专利数量快速增长，从最初的几千项增长到了2020年的82 000项，主要增长动力来自美国、日本、韩国、德国和中国。同期，清洁能源主题的专利申请量也呈现逐年增长态势，尤其是2008年以后出现了指数级的快速增长。就年度申请量而言，在2014年达到峰值为5390项，随后出现小幅回落。其中企业专利申请量占到75%，科研机构和大学占26%，个人占15%。分析清洁能源专利关注的主题可知，越来越多的专利聚焦气候变化问题。截至2020年底，2/3的清洁能源研究相关专利都专注于温室气体减排。通过技术主题集群分析发现，引用清洁能源研究科研论文的专利数量排名前五的（比例超过5%）技术领域主要包括：电子、电力和半导体（Electronic, Electric Power and Semiconductor，43%），化学（Chemistry，23%），信息技术（Information Technology，12%），物理（Physics，8%）和电信（Telecommunications，5%）。

　　美国引用清洁能源研究科研论文的专利数量位居全球首位，紧随其后的是日本和韩国，中国排名第五。过去20年，中国清洁能源专利申请量出现了快速增长。在专利申请量排名前10的国家中，中国申请量从2008年开始呈现指数级增长，并在2012年超过美国，2014年超过日本，在2015年成为了全球拥有清洁能源专利最多的国家，是全球清洁能源专利申请量指数级增长的最大驱动力。截至2020年底，全球近一半与清洁能源研究相关的专利都来自中国。但大部分的专利都布局在中国本地市场，全球布局力度不足（不到12%），远落后于欧美发达国家超过50%的平均水平，且专利的价值度也存在显著差距。中国需要加大全球布局力度，同时注重培育高价值专利，以在全球化竞争中保持有利地位。

　　[2]爱思唯尔的领域归一化影响力（FWCI）计算的是对象论文的被引用次数和相同学科、相同年份、相同类型论文平均被引次数的比值，能够更好地规避不同规模的发表量、不同学科被引特征、不同发表年份带来的被引数量差异，更为客观评估论文的学术影响力。

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