美国州和地区能源创新指数

美国州和地区能源创新指数 查德·A·史密斯和大卫·M·哈特|2024年5月 充满活力的区域能源创新生态系统对于任何国家零净战略都很重要。但是，要了解它们对清洁能源技术的价格和性能的潜在贡献，我们必须首先对它们带来的资源进行基准测试。 KEYTKEAWAYS 需要各种各样的新的和改进的能源技术，排放更少的温室气体，同时匹配（或几乎如此）现有技术的价格和性能，以减少气候变化的危害。 美国的州和地区能源创新生态系统可以而且应该为这些技术的发展和改进做出重大贡献。 最近的立法已经制定了联邦政策来加强这些生态系统，许多州和地区正在通过采用基于清洁能源的经济发展战略来应对这一机会。 ITIF美国州和地区创新指数提供了一个基线，用来衡量这一立法在州和地区层面的未来影响。它涵盖了9类创新系统功能和14个技术专业化领域。 联邦政府应继续支持州和地区清洁能源创新的能力建设，以便自下而上的战略有更好的成功机会。联邦计划应加强彼此之间的协调。 itif.org CONTENTS Introduction2 区域创新生态系统：能源转型的引擎3 从TBED到CEBED：美国能源和气候创新政策的区域时刻衡量国家和区域能源创新生态系统7 指数11 结论和建议17 附录1：指标和权重20 附录2：方法和来源43 附录3：搜索策略60 尾注69 INTRODUCTION 美国与世界其他国家一起，已经开始向清洁能源过渡。过渡的最终终点是净零温室气体（GHG）排放，以限制气候变化的影响。能源安全、人类健康、地方环境保护和经济机会也促使全球社会追求这一重要目标。但是通往净零的道路上布满了障碍。世界上需要继续使用的许多技术都太贵了，性能很差，或者现在根本无法使用。因此 ，创新应该是任何净零战略的主要重点。 区域能源创新生态系统具有为此类战略做出贡献的巨大潜力。技术和服务公司，研究机构以及非营利组织和公共部门实体的地理集中网络可以推动各种清洁能源和用途的价格和性能提高。本报告评估了美国各地能源创新生态系统为这一重要任务做出贡献的潜力，利用了广泛的数据，如联邦和私人资金、出版物和专利，以及涵盖九类创新系统功能的州和地区政策和舆论，编制了这一潜力的指数。利用主要数据库的子集的14个特定技术指数补充了主要指数，并突出了区域多样性。 该指数虽然不可避免地不完善，但为衡量近期联邦立法的未来影响提供了一个基准。国会在2021年和2022年通过的具有里程碑意义的法案支持寻求加强其能源创新生态系统的州和地区。在新的联邦计划创建之前，相当多的州和地区已经开始这样做，现在更多的州和地区正在应对这些机会。报告最后提出了广泛的建议，以维持这一势头并提高新政策成功的可能性。 区域创新生态系统：能量转换的引擎 丰富，负担得起，可靠的能源是高标准生活的基本要求。在梭罗之后，少数人可能会选择自愿简单的生活，但 世界上绝大多数人口都在寻求高收入国家广泛提供的舒适和机会。虽然这些不需要像现在这样浪费地供应，特别是在美国，但它们本质上需要大量的能源投入。 工业革命首次为其所席卷的地区的大部分人口带来了一定程度的舒适和机会，依靠化石燃料的能源。这种模式今天仍在继续，这些相同的燃料提供了约80％的全球一次能源。它们仍然丰富，价格合理且可靠，但燃烧它们的社会成本却增加了。最值得注意的是，化石燃料燃烧约占温室气体排放量的75％，这些排放量正在推动灾难性风暴，野火和其他全球气候变化的症状。 因此，人类文明面临的挑战是使所有渴望以高标准生活的人都能拥有这样做所需的能源数量和质量，同时大幅减少可能造成的伤害。正如Gaster，Atiso和Righter所认为的那样，新的和改进的能源技术排放的温室气体要少得多，同时与现任者的价格和性能相匹配（或几乎如此），是任何战略的核心，有可能克服这一巨大挑战。3。 需要各种各样的创新。一些，如太阳能电池板和热泵，虽然仍然能够显著改进，但已经很先进。许多其他 ，如绿色钢和二氧化碳(CO2）删除，还处于开发的早期。这些新技术中的许多技术本身就是复杂的系统，几乎所有技术都必须与更复杂的系统进一步集成，例如电源网格。4 能源创新是国际气候谈判中讨论的主题，也是许多国家政策的数字。一些国家政府正在通过资助清洁能源研究 ，开发和示范，促进气候技术风险投资等做出重要贡献。但创新橡胶确实在区域层面走上了能源转型之路。这是因为创新，尤其是复杂系统中的创新，当聚集在相对紧凑的地理区域中的密集公司和支持机构网络追求它时 ，加速最快。 区域创新生态系统的概念是一个古老的概念，可以追溯到19世纪的经济学家阿尔弗雷德·马歇尔（AlfredMarshall），他在谢菲尔德（Sheffield）等英国开拓性餐具制造商集中的地方指出了“空中的东西”。现代研究表明，“东西”具有许多要素：当有效工作时，区域创新生态系统促进知识交流，吸引专业劳动力，促进基础设施投资，鼓励企业家精神等。区域经济差异很大程度上是由于这些生态系统。有些是创新产业的所在地，为其所在地区以外的不断增长的市场提供服务，而另一些则依赖于停滞或萎缩的行业。硅谷和底特律在公众心目中体现了这些极端。 数字化可能会破坏这些动态，但是，正如许多分析师所指出的那样，“距离的死亡被大大夸大了。”VanderWouden和Youn，因为 例如，发现虽然研究合作者之间的地理距离在1975年至2015年之间大幅增长，但与地理接近度相关的“学习溢价”也是如此。与长途合作的人相比，在本地合作的人更有可能进入新领域并建立自己的能力。在STEM（科学，技术，工程和数学）学科中，如化学，材料科学和工程，这在能源创新中尤为重要。 能源创新的系统性提高了区域内合作的重要性。创新的低碳电力、交通和工业系统通常涉及不同的组件，这些组件必须仔细集成，以优化性能并最大限度地降低成本和排放。反过来，这些集成过程通常需要跨组织和机构边界进行边干边学和边用边学。地理上的接近可能会通过促进动手和面对面的互动来缓解他们。 未来几十年，区域能源创新生态系统的重要性将因当今依赖化石燃料工业的地方容易受到破坏而加剧。怀俄明州的煤矿，休斯顿的石化厂和底特律的汽车工厂都处于危险之中。汉森是2016年“中国冲击”论文的合著者（新古典经济学家对这种划时代影响的迟来的认可），他写道：“能源转型。 ...对于这样的地区来说，这是一个令人震惊的预言。9 这些“棕地”地区是否愿意并能够重新利用其现有资产或建立新资产以抓住转型带来的机遇，将大大有助于确定其在低碳世界中的未来经济活力。怀俄明州努力将自己定位为核电和碳捕获领域的领导者，休斯顿推动成为氢中心，以及底特律向电动汽车的新兴转变，都说明了这些动态。当然，这样的重组地区必须经常与国内和全球其他地方的“绿地”地点竞争。 这种竞争对能源转型具有重要影响。如果区域创新生态系统能够降低成本并提高减排技术的性能，它们的吸收将会扩大，将想法和资源回馈给制造它们的地区。国际协议和国家政策将加强和促进该区域以外的这种良性循环，但最终取决于该区域内实验室，工厂，测试平台以及相关设施，组织和机构之间的积极反馈。 从TBED到CEBED：美国能源和气候创新政策的区域性时刻 一些专注于低碳技术的区域创新生态系统已经出现 相对自发。例如，风能创新振兴了丹麦的中部日德兰半岛地区，从20世纪70年代开始重新利用旧的制造业资产，后来抵御了其他地方的高科技竞争对手。其他人则更加刻意地建立起来。中国长江三角洲的太阳能制造集群是在2000年代由有针对性的地方，省和国家政策建立的。 建立这种生态系统的深思熟虑的方法可能会主导未来，因为对能源创新的需求以及能源转型创造的区域外出口机会对全世界的决策者来说越来越明显。中国在太阳能制造方面的成功是主导新兴清洁技术的更广泛战略的一部分。欧盟正在推行“明智的专业化战略”，并日益向绿色倾斜，以使其区域经济多样化，并使其“在更高的知识复杂性和价值创造的阶梯上”。“12. 美国的一些州和地方政府在2010年代采取了此类战略。纽约试图将其南部地区确立为全球储能制造中心，而科罗拉多州的前线地区已成为清洁技术初创企业的中心。然而，直到最近，美国联邦政府在这方面还没有跟上全球竞争对手的步伐。13 随着第117届国会（2021-2022年）通过主要立法，情况发生了变化。新计划支持所有行业的区域创新生态系统和基于技术的经济发展（TBED），鼓励许多州和地区提出专注于清洁能源技术的倡议。在21个地区联盟中，有5个赢得了“重建更好的地区挑战”，由美国商务部（DOC）根据2021年美国救援计划资助，专注于能源创新。DOC的31个区域技术中心设计人员中的7个和其18个区域战略发展受赠者中的7个也是如此，该计划由2022年CHIPS和科学法案授权。（有关此程序的简要说明，请参见方框1。）美国国家科学基金会（NSF）（也在CHIPS和Sciece之下）选出的区域“发动机”资助的10个获奖者中，有6个正在寻求推动可持续能源或与气候相关的创新。14。 此外，《两党基础设施法》和《降低通货膨胀法》制定了专门用于促进区域能源创新的计划和资金流。例如，新的DOE清洁能源演示办公室（OCED）正在实施一项80亿美元的计划，以创建清洁氢生产，分配和使用的区域中心。OCED有大约200亿美元用于其他技术领域的大规模示范项目，其中包括63亿美元用于工业脱碳。能 源部的化石能源和碳管理办公室已获得额外的35亿美元，用于资助直接的空气捕获中心。更广泛地说，国会已明确要求DOE负责通过清洁能源创新来提高区域竞争力，并在许多计划中优先考虑依赖化石燃料的社区。 对这些法案的回应表明，美国越来越多的州和地区正在寻求在争取净零排放的世界中增强其竞争优势。(方框2简要描述了区域战略，方框3简要描述了国家战略。)他们的努力折叠成围绕TBED和“基于地方”政策的更广泛的讨论。这些领域的最佳实践基于对现有州和地区资产的基础评估，以确定“可能的相邻”部门。这些行业具有未来出口增长的现实潜力，而不是建设下一个硅谷的梦幻般的梦想。 本报告通过应用支持TBED的大量分析工作的见解，推进了清洁能源为基础的经济发展（CEBED）运动。我们编制了一系列衡量一个地区能源创新系统状况的指标 我们希望这些发现将为建立一个更加繁荣和更清洁的未来的战略提供信息。 联邦区域技术和创新中心计划(技术中心) 技术中心计划最初由ITIF提出，由2022年CHIPS和科学法案授权。它旨在使地区（大都市统计区（MSA） 或紧密联系的MSA和附近的微大都市统计区）在未来的行业中具有全球竞争力。这些行业属于该法案规定的10个广泛的技术领域，包括“先进的能源和工业效率”以及“防灾或减灾”。“国会批准了100亿美元用于该计划并拨款。 到2023财年5亿美元。17 从DOC的一个部门经济发展管理局（EDA）寻求技术中心资助的区域财团必须包括高等教育机构；州，地方或部落政府；工业;劳工;和经济发展组织。这些财团必须提出一个令人信服的叙述，描述一个地区实现世界级地位的潜力、阻碍其实现的障碍以及解决这些障碍的项目。项目可以促进创新，加强劳动力，发展商业和创业机会，并建设基础设施。18 2023年10月，EDA指定31个财团有资格获得5至10笔5000万美元的赠款，以 7500万美元。它还向现在符合条件的财团提供了29笔战略发展赠款，其中11笔授予了该计划未来阶段可能符合条件的财团，其中18笔授予了该计划的未来阶段。除EDA资助外，TechHubs还将在各种其他联邦计划中获得优惠待遇，例如支持外国直接投资和提供出口援助的计划。19 符合条件的联盟中有七个属于“加速美国的清洁能源转型”和“加强我们的关键矿产供应链”类别： 路易斯安那州：海上风能和可再生能源 爱达荷州和怀俄明州：小型模块化反应堆（SMR）和先进的核能 南卡罗来纳州：可出口电力技术 佛罗里达州：可持续和有弹性的基础设施 纽约：电池 内华达州：锂 密苏里州:电池材料 其他几个将对能源创新做出不太直接