能源技术与管理
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国际能源技术前沿热点领域演进的可视化

国际能源技术前沿热点领域演进的可视化侯剑华(大连理工大学科技伦理与科技管理研究中心WISE实验室,辽宁大连大连理工大学21世纪发展研究中心,辽宁大连)摘要:利用CiteSpaee信息可视化软件绘制了SSCI和SCI数据库中1997--2006年问发表的以“energy te(·h,lolog",b”为主题词的科学文献共引网络图谱。图谱展示了能源技术领域研究的前沿热点领域的演化及其知识基础,根据图谱提出我国能源技术发展战略的对策建议。关键词:能源技术;CiteSpace;文献共引网络;信息可视化;发展战略中图分类号:G301;F206文章标识码:A1引言《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》和《国家“十一五”科学技术发展规划》要求大力开发节能和能源清洁高效开发、转化和利用技术,积极发展新能源技术,促进能源多元化。攻克一批能源开发、利用和节能重大关键技术与装备,形成一批新兴能源产业生长点,掌握新能源、氢能和燃料电池等战略高技术,建立起能源科学技术持续创新平台,为经济、社会可持续发展提供清洁高效能源技术的支撑。发展能源技术对我国经济与社会发展具有重要的战略意义。2方法与数据运用CiteSpace可视化软件进行共引网络分析,对文献信息的可视化,能够较为直观地识别学科前沿的演进路径及学科领域的经典基础文献…。1965年,美国科学计量学家普赖斯(D.Price)注意在科学引文网络中,越是频繁被引用的文章越可能是新近发表的文章。他提出了“研究前沿”的概念用来描述学科研究领域的过渡本质心1。皮尔逊(O.PerSson)在1994年对研究前沿和知识基础作了界定:“从文献计量学来看,引文形成了研究前沿,被引文献组成了知识基础。”知识基础由共引聚类来表示,共引聚类中的文章越来越多,知识基础也逐渐增大旧I。根据陈超美博士的观点,文献在演进过程中,文献之问的引用关系,可以用新的研究前沿和知识基础来定义,本文所用的信息可视化软件设计的原理和算法基础就是基于这两个概念。即“研究前沿”和“知识基础”问的时变对偶(time—variant duali— ty)。研究前沿(ResearchFront)被定义为一组突现的动态概念和潜在的研究问题。研究前沿的知识基础(IntellectureBase)是它在科学文献中(即由引用研究前沿术语的科学文献所形成的演化网络)的引文和共引轨迹[41。与此同时,引文并不是局限在固定的、与时问无关的知识基础上,而是期望研究领域的知识基础将会同其研究前沿一起随着时问的变化而演进。在此定义的研究前沿是强调新趋势和突变的特征。确定研究领域演进的关键节点是进行计量分析的关键环节。假设Ⅲ仅和,I,13分别是t时刻和t+△t时刻产生于n仅=中(Ⅲd)和Qp=中(Ⅲp)知识基基金项目:国家自然科学基金项目:基于技术科学的前沿技术知识图谱分析与强国战略研究,();国家自然科学基金重点项目:企业(组织)知识管理中的若干基础问题研究,();重大国际合作项目(7);大连理工大学人文社会科学研究基金项目重大项目(DU’FHSl002)。收稿日期:2008—08—17作者简介:侯剑华(1980一),男,辽宁北票人,博士研究生;研究方向:信息可视化和科学计量研究。第11期(2008年11月)中国科技论坛础上的、以文章仅和文章B为标识的主要研究前沿,并形成分别以文章d和文章B为中心的两个共被引文献聚类。连接这两个聚类路径上的文章[P(i)]描绘了从Ⅲd向ⅢB转变的特征,我们将这样的[P(i)]称作关键节点”】。本文进行的计量分析所使用的数据均来自Web ofScience。我们以“energy technolog呋”为主题词,对1987--2006年间以英语发表的“Article”类文献进行检索,共获得941条文献数据,其中共包含引文条。在计量分析中,设置“Time表1文献共引网络数据结构统计┏━━━━━━━━━┳━━━━━━━┳━━━━━┳━━━━━┳━━━━━━┳━━━━━━━┓┃1一year slices┃CICCICCV┃ space┃ nodes┃ links┃ burst terms┃┣━━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━┫┃1997—1997┃.15┃1010┃24┃59┃┃┣━━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━┫┃1998—1998┃212IO.16┃1089┃29┃96┃┃┣━━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━┫┃1999-一1999┃212lO.17┃1131┃33┃166┃┃┣━━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━┫┃200驴一2000┃.18┃155l┃36┃107┃┃┣━━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━┫┃2001—2001┃.19┃1574┃24┃48┃┃┣━━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━┫┃2002—2002┃.2┃576┃1┃0┃┃┣━━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━┫┃2003—2003┃.2┃1624┃9┃10┃┃┣━━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━┫┃2004_一2004┃.2┃1976┃47┃279┃┃┣━━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━┫┃2(X)5—2005┃.2┃2206┃20┃67┃┃┣━━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━┫┃2006—2006┃312IO.2┃3323┃41┃394┃┃┣━━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━┫┃ total┃┃┃264(232)┃1226(1212)┃432┃┗━━━━━━━━━┻━━━━━━━┻━━━━━┻━━━━━┻━━━━━━┻━━━━━━━┛Scaling”的值为l,将1997--2006年的10年分成10个时段。3知识基础与前沿热点的分析利用CiteSpace信息可视化软件对前文确定的文献数据信息进行可视化分析。运行得到基于主题词共引一文献共引的混合网络图谱(见图1),其中包括节点232个,连线1212条,突现词432个。CiteSpace运行的数据信息(见表1)记录了共引网络在各时间段的节点、连线情况。3.1关键节点与知识基础聚类分析在文献共引网络的演进关系中,不同聚类之间通过关键的文献节点相连接,通常这些节点都具有较高的中介中心性,在不同的聚类网络中间可以起到连接和过渡的桥梁作用。在由CiteSpaee信息可视化软件实现的文献共引网络的可视化图谱中,关键节点定义为在网络中中介中心性大于或等于0.1的节点,在图谱中用紫色的节点表示网络中的关键节点。由此我们可以看到,在上述能源技术领域共引网络图谱中,共包含了6个关键文献节点(node)(见表2)。在引文网络中,中心度最大关键节点的是T.L.Wigley于1996年发表在{Nature>>上的文献《大气C02浓度的稳定性中的经济和环境选择》(Economic and environmentalPhoices in the stabilization of atmn.—嘲—■黼勰糕黻鬟溪羹薹羹蘩薹薹辫瓣鬃|||i灏麓{薹|鬻鬟鬻蘩麓瓣黪l薹薹影~露F—溪鬃翳嚣薹鬻瓣§l《鬟图l能源技术研究文献一突现词共引网络图谱中国科技论坛 sphei-icC02 concentrations),中心度0.33,该文献节点连接了三个主要的聚类,分别是2005、2006年被共引的文献聚类和两个1999、2000年生成的文献共引聚类。从CiteSpace生成的文献被引情况统计图表(见图2)中也可以看出他的文献一直保持了较高的被引频次。他与网络中中心度较小(中心度0.17)的节点文献——J.J.Dooley于2002年发表:(午{EnergyPolicy>>上的《始料未及的结果:放松管制能源市场的能源研发》(Unintended consequences:energyR&D in a deregulated enel’gY market—theCase ofEnergy)——文都出现在了同一年份被共引的文献聚类中,通过对原始文献的分析,我们可以将其界定为能源政策类相关的文献聚类簇,代表了与能源政策和行政管制相关的知识基础文献聚类№I。.A.McDonald与L.Schrattenholzer于2001年在{EnergyPolicy))上发表的《能源技术的学习速度》(Learning rates for energy technologies)一文,中心度0.31,位居第二。该文自2001年发表以来,迅速被广泛传播和引用,保持了较高的被引频次,直到本文数据截至的2006年达到被引频次的高峰(见图2)。该节点文献也是在本文所选取的数据中被引频次最大的一个节点。从共引网络图谱上看,该关键节点连接了三个在近年来被共引形成的文献聚类。表明该文献的研究是近年来国际能源技术领域研究的前沿热点内容。AMcDonald在文中主要提出了能源技术的 i’’16蔬。6…∥;/、/ b l耖7\:/l…÷菇。F∥}“ ri/、 z,、I f i/\}/\ t,l,..一。~≯ i oi~~~毒。。/.~“。I i/,;,/\/!\/2。。。l。Z l。~。跫;|!| i.。 jI』。\,/。I+\;,~j:\l/:\? j……迎…;。一二~。…一j……i¨。….』!||…一一,一"_;__|…ij≤≯蓦≥≠。hI。。『:i¨^I v『I…i“兰|||||『|I|j:}|I;;|篆|:~J/一一~一~——…q一一。一~~一~一~…v一十 l n:/;+’?。+”。{。:““;7。6≯;,“;……j~一 i…,;。。。。。.一一;Z j寨&蘸篆瑟塑喜j篆|I(2008年11月)第11期学习效率问题。他认为技术学习也就是技术创造者积累经验的耗费降低,是评估长期能源战略和温室气体排放率的具体的增长模型I…、.美国经济学家、诺贝尔经济学奖获得者K.J.Arrow在1962年发表的《干中学的经济涵义》(The economic implications of learning by doing)一文,在网络中的中心度为0.24,排第三位。在google学术搜索中检索,该文被引超过3418余次。阿罗在新增长理论中作了大量的研究工作,主要手段和目的就是将技术内生化:,阿罗(ArrlOW,1962)的经济增长模型率先将技术内生引进经济增长模型,其科学手段是将技术进步作为资本积累的副产品19J。经济的增长离不开能源的支撑和能源技术的进步,在大量的能源技术领域的文献中,作为经济学理论的经典文献阿罗的文献一直保持了较高的被引频次(见图2)。在网络图谱中,该节点主要连接了两个聚类,分别是1997、1998年被首次共引的文献聚类和2005、2006年新近发表的文献聚类。N.Nakicen()vic在1998年出版了《全球能源展望》(Global energy perspectives)一书,出版以来一直保持了较高的被引频次,虽然在2004和2005年在本文选取的数据中被引有所下降,但从2006年开始,被引次数又开始上升。在书中他提出了六个能源领域的长期发展的预测,对未来燃料、能源技术、效率目标、保护模式、污染程度和关键的技术选择等做? t≮”“4,v w{一n—p~…一一…~… o一?一…~一…■L·“’十”,。一~4一一一一o……~…一~!:二二二£二二j二:王二二:二二;二?…一。~”}…善“一~“j…?!二二二:銎二二二:翌二..2:_:ii:::j:::毫-。i-:j¨¨…。二~二:二~~二I:!二-eMcDonald2001年文献的被引情况统计4。……?+嚣。…雎。.~..…。/i…。3。+/!/\ y\/\。十~~≯}’产≮//\?\{爹7\/01,…,,尹 r7K、7/\/\/£彩一…,譬…、照7二.fiKJArrowl962年文献的彼引情况统汁NNakicenovicl998年文献的被引情况统计图2关键节点文献在所选数据中的被引情况统计图第11期(2008年11月)中国科技沦坛了预测分析¨0|。在网络中,由该文献节点主要引出了三个前沿热点聚类分支。。中心度(0.1)最小的关键节点文献是2002年,E.Martinot等人发表在{AnnualReview ofEnergy and theEnvirollmen[}(能源和环境年鉴)上的《发展中国家的可再生能源市场>>Renewable energy markets in developing countries)一文。分析了发展中国家的可再生能源市场。他指出,可再生能源在持续的发展中从边缘走进了主流领域。过去的研究者取得了一些成就,但是没有能持久下去,这导致了更大的市场空问定位…1。农村的家庭用照明系统、沼气、小型氢能已经在农村企业家、政府和研究的辅助下得到了广泛的传播。以此关键节点文献所在聚类为知识基础聚类,引出了关于“分布式供能系统”和“燃料电池”等重要的以可再生能源研究为主的前沿热点研究领域。3.2前沿热点演进的分析在共引网络图谱中,与关键节点阿罗发表的《干中学的经济涵义》相连接的突现词(burst)聚类是与能源和经济发展相关的研究热点领域,从时间上看,是1997、1998年首次到达共引的热点词组。主要包括发展中国家能源的转换与发展战略相关的问题;全球气候变化对环境的影响等领域。发展中国家的能源消费与经济增长之问存在着单向或双向因果关系,经济的增长严重依赖于能源的消费,不管从现实还是从长远来看,一些发展中国家的能源消费形势又制约着经济的可持续发展,经济增长与能源消费之间存在着极不和谐的状况¨!I、在共引网络中1999、2000年出现的突现词共引网络中,主要显示出了与能源政策相关的研究领域。随着全球人口与经济的快速增长,人类加大了对能源消费的需求,有限的能源尤其是不可再生能源的存量面临严重不足的危机。行政部门和公共部门开始注重加强对能源的使用进行行政和政策干预。以温室气体为例,联合国关于气候变化的约定框架的终极目标是实现“温室气体的浓度稳定在某一不能够危害人类生存环境的标准”,这一浓度的标准尚未确定。TMLWigley于1996年在《大气C0z浓度的稳定性中的经济和环境选择》一文中给出了一个新的研究框架,明确具体的考虑全球经济系统,评估满足人类的排放量一致性需求,基于全球温度和海平面的变化评估了框架的重要意义。在21世纪初期的共引网络中,NNakicenovic在1998年发表的《全球能源展望》一书成为共引网络的关键节点,由该节点引出了几个主要的前沿热点研究领域:农村能源;能源效率;可再生能源,包括风能、生物燃气;核能技术。2004年以来,在能源技术研究领域出现了新的前沿热点研究领域。一关键节点A.McDonald与L.Schrattenholzer于2001年在{EnergyPolicy}上发表的《能源技术的学习速度》一文为中心,出现了三个主要的知识基础文献聚类,在此基础上,与知识基础聚类直接相连出现了几个主要的研究前沿领域突现词聚类:分布式供能;燃料电池;氢能、能源结构调整;碳化物的排放。进入21世纪,随着人类环保意识的增强,能源结构调整成为世界各个国家发展能源经济,实现可持续发展的重要手段。由传统的以煤、石油、天然气等不可再生能源的消耗和利用为主,逐渐的向利用可再生能源的能源消费方式转换。在这一背景下,分布式供能、氢能、燃料电池、核能等一系列清洁、环保、高效的能源供应和生产方式开始进入人类生产和生活,成为信息时代能源供应和消费的主流方式。在能源结构调整这一过程中,分布式供能技术引起了世界能源界的广泛关注。分布式供热技术是在20世纪70年代开始发展的,但一直没有得到重视,自动控制和信息技术的发展为分布式供能技术的实施,实现供能设备运行的远程控制与调度,为提高电力供应质量创造了有利的条件|-3|。尤其是在近几年,分布式供能已经成为国际上能源技术领域研究的一个前沿热点,我国能源发展的中长期战略规划中也特别注重发展分布式供能技术。氢能是指氢的化学能,既是一种清洁的燃料,也是一种高效的能源载体,人们可以大规模利用储藏在氢中的能量。燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置,。目前燃料电池先进技术主要集中在美国、日本和欧洲等国家和地区,日本和美国在资助燃料电池研发方面走在世界前列…】。4对我国能源发展战略的启示从国际能源技术研究的前沿热点领域来看,我国应鼓励发展清洁高效能源,保护环境,促进能源、经济和社会的协调可持续发展,在能源战略与能源技术的研究领域中应该重点考虑以下方面: