低碳能源技術

前沿追蹤的方法與應用

DITANNENGYUANJISHU

QIANYANZHUIZONGDEFANGFAYUYINGYONG

周忠科張忠友王晉偉著

企業(yè)管理出版社

低碳能源技術前沿追蹤的方法與應用

周忠科張忠友王晉偉著

圖書在版編目（CIP）數據

低碳能源技術前沿追蹤的方法與應用/周忠科，張忠友，王晉偉著．—北京：企業(yè)管理出版

社，2023.10

ISBN978-7-5164-2834-4

Ⅰ．①低…Ⅱ．①周…②張…③王…Ⅲ．①低碳經濟－能源經濟－研究－中國Ⅳ．①F426.2

中國國家版本館CIP數據核字（2023）第067085號

書名：低碳能源技術前沿追蹤的方法與應用

書號：ISBN978-7-5164-2834-4

作者：周忠科張忠友王晉偉

責任編輯：陳戈田天

出版發(fā)行：企業(yè)管理出版社

經銷：新華書店

地址：北京市海淀區(qū)紫竹院南路17號郵編：100048

網址：電子信箱：emph001@163.com

電話：編輯部（010）68701638發(fā)行部（010）68701816

印刷：北京億友創(chuàng)新科技發(fā)展有限公司

版次：2023年10月第1版

印次：2023年10月第1次印刷

開本：787mm×1092mm1/16

印張：14.5

字數：267千字

定價：68.00元

版權所有翻印必究·印裝有誤負責調換

Summary摘要

在習近平新時代中國特色社會主義思想的指引下，能源領域深入推進能源革命并

落實“四個革命，一個合作”能源安全戰(zhàn)略。本書積極響應國家能源技術革命的重大

戰(zhàn)略需求，緊密結合國家能源集團業(yè)務板塊，提升科技生產力，為集團中長期發(fā)展謀

篇布局，開展先進低碳能源技術的前沿追蹤預測研究，以期有力支撐國家能源集團的

可持續(xù)發(fā)展和科技轉型，為中長期戰(zhàn)略提供支撐。本書兼具學術與實踐價值，匯總了

因應國家重大需求的低碳能源技術應用基礎研究成果。

本書緊密圍繞“先進低碳能源技術的前沿追蹤預測研究”，依次開展“理論基

礎—方法框架—應用實踐”的系統分析，通過全流程、遞進式的研究，力圖識別低碳

能源技術的研究前沿成果和發(fā)展方向，并將理論方法引入國家能源集團，服務于集團

的低碳能源技術布局。本書綜合使用管理科學理論與方法，基于系統工程思維，開展

了以下創(chuàng)新性研究。

第一部分：梳理了先進低碳能源技術前沿追蹤預測的理論與方法，提出“先進低

碳能源技術前沿追蹤預測的決策支持系統”的總體設計。在這一部分，介紹了本書的

研究背景和整體思路，界定了研究對象，提出了低碳能源技術追蹤預測的“四驅理

論”，揭示了低碳能源技術追蹤預測方法體系的演變規(guī)律，構建了“先進低碳能源技

術前沿追蹤預測的決策支持系統”。

第二部分：使用網絡分析和聚類分析技術，識別出風能、光能、儲能、氫能、核

能、地熱能、生物質能、水力發(fā)電、海洋能、節(jié)能增效技術、原料替代技術、燃料替

代技術、非CO2減排技術、CCUS（碳捕集、利用與封存技術）、生物工程固碳技術、

能源互聯網這16個領域的低碳能源技術前沿。在這一部分，研究基于2011—2020年

先進低碳能源技術文獻的相關數據，分別從先進低碳能源技術相關研究的時間分布態(tài)

勢、空間分布態(tài)勢、國際合作研究現狀、研究熱點、研究前沿的視角，分析梳理先進

低碳能源技術前沿追蹤的方法與應用

低碳能源技術的研究現狀，進一步揭示了先進低碳能源技術的發(fā)展軌跡、研究前沿。

第三部分：使用數據挖掘技術和Logistic回歸，預測低碳能源技術前沿的發(fā)展趨

勢。在這一部分，利用信息采集、數據挖掘、情報加工、科學計量等工具，針對本書

關注的16類低碳能源技術，系統地開展前沿技術跟蹤、監(jiān)測、分析、預警、評價等

研究工作，從而深入了解低碳能源領域國內外前沿技術時空發(fā)展態(tài)勢、熱點技術領

域、前沿技術生命周期及國內外創(chuàng)新對比。

第四部分：基于本項目研發(fā)的低碳能源技術追蹤預測方法，在國家能源集團的綠

色轉型重點領域開展應用研究，揭示風能、光能、傳統火電轉型升級、儲能、氫能、

智能采礦和煤化工這7個領域中低碳能源技術的研究前沿和發(fā)展趨勢。結果表明，風

能技術的研究前沿（6個）定位在：①風能與其他能源耦合發(fā)電技術；②風力發(fā)電技

術；③發(fā)電機技術；④能源管理技術；⑤風能預測技術；⑥風能對經濟影響的評估技

術。光能技術的研究前沿（4個）定位在：①太陽能光熱轉化技術；②太陽能光化學

轉化技術；③太陽能光電轉化技術；④光能存儲系統的管理技術。傳統火電轉型升級

技術的研究前沿（4個）定位在：①燃煤電廠與其他清潔能源的耦合發(fā)電技術；②中

國低碳電力調度技術；③燃煤電廠燃燒后二氧化碳捕集技術；④燃煤電廠燃燒后其他

污染物的處理技術。儲能技術的研究前沿（4個）定位在：①微電網儲能技術；②熱

儲存技術；③電磁儲能技術；④電化學儲能技術。氫能技術的研究前沿（5個）定位

在：①生物制氫技術；②電解水制氫技術；③光催化分解水制氫技術；④儲氫技術；

⑤氫能發(fā)電技術。智能采礦技術的研究前沿（4個）定位在：①新興技術在智慧采礦

中的應用；②智能化控制技術在礦井排水系統中的應用；③智能采礦廢棄物的再利用

技術；④采礦的廢棄物在工業(yè)領域的應用。煤化工技術的研究前沿（4個）定位在：

①煤氣化技術及其廢水處理；②煤焦油處理技術；③煤焦油所產生的二氧化碳的捕集

技術；④煤化工行業(yè)低碳及其評估。

第五部分：對國家能源集團低碳能源技術布局進行政策研究，總結項目研究的主

要結論，并提出相應的政策建議。本書提出的政策建議包括：①加強低碳能源技術的

追蹤預測研究；②關注海上風電開發(fā)，特別是深海浮風技術；③耦合太陽能和農業(yè)生

產，注重太陽能系統的景觀設計；④將先進化石燃料發(fā)電技術作為轉型優(yōu)先選項，加

快國際合作研發(fā)；⑤注重開發(fā)顛覆性儲能電池，加強材質、壽命、容量的突破創(chuàng)新；

⑥研發(fā)低成本、多元化制氫，探索多產業(yè)、大規(guī)模用氫；⑦探索更多新技術與采礦技

術集成，注重平衡安全、效率和低碳等因素；⑧重視煤炭綠色深加工利用，加強煤化

工和關聯產業(yè)融合發(fā)展。

-2-

摘要

本書系統深入開展“先進低碳能源技術的前沿追蹤與預測研究”，構建了具有自

主知識產權的“能源技術追蹤預測系統”關鍵技術，具體創(chuàng)新點體現在：①揭示了

“先進低碳能源技術的前沿追蹤預測”的理論基礎和方法體系演變規(guī)律，研發(fā)了可以

流程化作業(yè)的決策支持系統；②探索了大數據和人工智能技術在“先進低碳能源技術

前沿追蹤預測”實踐中的應用，進一步提升“先進低碳能源技術追蹤預測”的速度和

智能化。

本書為國家能源集團的低碳能源技術布局提供了新技術和新思路，并可以拓展應

用于相關能源企業(yè)的低碳技術管理實踐。受限于研究者的時間、精力和經驗水平，本

書仍然存在一些不足和局限，需要在未來的研究中不斷完善。

關鍵詞：低碳能源技術；技術追蹤；技術預測；研究前沿；國家能源集團

-3-

Contents目錄

第1章

先進低碳能源技術前沿追蹤預測的理論與方法1

1.1研究背景和整體思路1

1.1.1研究背景1

1.1.2整體思路2

1.2研究對象、理論與方法3

1.2.1研究對象：低碳能源技術3

1.2.2低碳能源技術追蹤預測的“四驅理論”4

1.2.3低碳能源技術追蹤預測方法體系的演變4

1.3先進低碳能源技術前沿追蹤預測系統的總體設計5

1.4先進低碳能源技術前沿追蹤預測系統的結構設計9

第2章

先進低碳能源技術的前沿追蹤15

2.1數據來源及研究方法15

2.1.1數據來源15

2.1.2研究框架15

2.1.3研究方法16

2.2先進低碳能源技術時間分布態(tài)勢17

低碳能源技術前沿追蹤的方法與應用

2.2.1先進零碳能源技術17

2.2.2先進減碳能源技術22

2.2.3先進儲碳能源技術25

2.3先進低碳能源技術空間分布態(tài)勢27

2.3.1先進零碳能源技術27

2.3.2先進減碳能源技術32

2.3.3先進儲碳能源技術35

2.4先進低碳能源技術國際合作研究37

2.4.1先進零碳能源技術37

2.4.2先進減碳能源技術39

2.4.3先進儲碳能源技術40

2.5先進低碳能源技術研究熱點40

2.5.1先進零碳能源技術40

2.5.2先進減碳能源技術42

2.5.3先進儲碳能源技術42

2.6先進低碳能源技術研究前沿43

2.6.1先進零碳能源技術43

2.6.2先進減碳能源技術49

2.6.3先進儲碳能源技術52

第3章

先進低碳能源技術的前沿預測55

3.1先進技術創(chuàng)新的時空態(tài)勢56

3.1.1風能56

3.1.2光能57

3.1.3儲能58

3.1.4氫能58

3.1.5核能59

-2-

目錄

3.1.6地熱能60

3.1.7生物質能60

3.1.8水力發(fā)電62

3.1.9海洋能62

3.1.10節(jié)能增效技術63

3.1.11原料替代技術64

3.1.12燃料替代技術64

3.1.13非CO2減排技術65

3.1.14二氧化碳捕集、利用與封存技術66

3.1.15生物工程固碳67

3.1.16能源互聯網67

3.2先進低碳技術熱點領域68

3.2.1先進零碳技術熱點領域68

3.2.2先進減碳技術熱點領域75

3.2.3先進儲碳技術熱點領域78

3.2.4其他先進低碳技術熱點領域79

3.3先進低碳前沿技術發(fā)展趨勢預測81

3.3.1生命周期趨勢預測方法81

3.3.2先進零碳技術發(fā)展趨勢預測82

3.3.3先進減碳技術發(fā)展趨勢預測87

3.3.4先進儲碳技術發(fā)展趨勢預測89

3.3.5其他先進低碳技術發(fā)展趨勢預測89

第4章

低碳能源技術前沿追蹤預測在國家能源集團的應用研究92

4.1國家能源集團重點領域的低碳能源技術前沿追蹤預測92

4.1.1風能技術的前沿追蹤預測92

4.1.2光能技術的前沿追蹤預測94

4.1.3傳統火電轉型升級技術的前沿追蹤預測94

-3-

低碳能源技術前沿追蹤的方法與應用

4.1.4儲能技術的前沿追蹤預測96

4.1.5氫能技術的前沿追蹤預測97

4.1.6智能采礦技術的前沿追蹤預測98

4.1.7煤化工技術的前沿追蹤預測98

4.2風能領域的低碳能源技術前沿解讀100

4.2.1風能技術分類體系101

4.2.2風能現有技術瓶頸105

4.2.3風能技術規(guī)劃政策107

4.3光能領域的低碳能源技術前沿解讀111

4.3.1光能技術分類體系112

4.3.2光能現有技術瓶頸119

4.3.3光能技術規(guī)劃政策123

4.4傳統火電轉型升級領域的低碳能源技術前沿解讀128

4.4.1傳統火電轉型升級技術分類體系129

4.4.2傳統火電轉型升級現有技術瓶頸138

4.4.3傳統火電轉型升級技術規(guī)劃政策142

4.5儲能領域的低碳能源技術前沿解讀148

4.5.1儲能技術分類體系149

4.5.2儲能現有技術瓶頸160

4.5.3儲能技術規(guī)劃政策163

4.6氫能領域的低碳能源技術前沿解讀167

4.6.1氫能技術分類體系167

4.6.2氫能現有技術瓶頸173

4.6.3氫能技術規(guī)劃政策174

4.7智能采礦領域的低碳能源技術前沿解讀178

4.7.1智能采礦技術分類體系179

4.7.2智能采礦現有技術瓶頸184

4.7.3智能采礦技術規(guī)劃政策188

-4-

目錄

4.8煤化工領域的低碳能源技術前沿解讀193

4.8.1煤化工技術分類體系194

4.8.2煤化工現有技術瓶頸198

4.8.3煤化工技術規(guī)劃政策200

第5章

國家能源集團低碳能源技術布局的政策研究：主要結論和政策建議206

5.1主要結論206

5.1.1開發(fā)了一種低碳能源技術追蹤預測系統206

5.1.2識別了低碳能源技術的研究前沿207

5.1.3預測了低碳能源技術的發(fā)展趨勢210

5.2政策建議211

5.2.1加強低碳能源技術的追蹤預測研究211

5.2.2關注海上風電開發(fā)，特別是深海浮風技術212

5.2.3耦合太陽能和農業(yè)生產，注重太陽能系統的景觀設計212

5.2.4將先進化石燃料發(fā)電技術作為轉型優(yōu)先選項，加快國際合作研發(fā)213

5.2.5注重開發(fā)顛覆性儲能電池，加強材質、壽命、容量的突破創(chuàng)新213

5.2.6研發(fā)低成本、多元化制氫，探索多產業(yè)、大規(guī)模用氫213

5.2.7探索更多新技術與采礦技術集成，注重平衡安全、效率和低碳等因素214

5.2.8重視煤炭綠色深加工利用，加強煤化工和關聯產業(yè)融合發(fā)展215

參考文獻216

-5-

第1章

第1章

先進低碳能源技術前沿追蹤預測的理論

與方法

1.1研究背景和整體思路

1.1.1研究背景

由于我國的資源稟賦和化石能源的物質特性，大型能源企業(yè)仍然面臨高能耗和高

排放的現狀，不僅影響能源企業(yè)自身的可持續(xù)發(fā)展，還不利于我國國民經濟和社會發(fā)

展，更不利于實現全球氣候目標。特別是在2060年前實現碳中和目標的約束下，我

國低碳能源技術的發(fā)展方向在哪里，國家能源集團的低碳能源技術應該如何布局？

先進低碳能源技術的前沿追蹤預測，涉及經濟轉型和產業(yè)升級、個人和組織行為

改變、能源系統變革等問題，是一項復雜的系統工程，存在很多的挑戰(zhàn)和不確定性。

為了盡可能地提前探測技術前沿和精準預測技術軌跡，需要全局性的視野和前瞻性的

布局，在國家宏觀戰(zhàn)略層面和企業(yè)個體策略層面進行不同空間和時間尺度的統籌協

調，提出近期、中期、遠期不同階段的目標和要求，優(yōu)化落地路徑，實施及時有效的

政策干預，通過“技術追蹤預測”來支撐能源技術革命過程的科學管理。

鑒于“技術追蹤預測”的復雜性，結合集團的業(yè)務板塊戰(zhàn)略需求，迫切需要

對“先進低碳能源技術的前沿追蹤預測”進行系統和深入的研究，對能源技術革命

過程客觀規(guī)律進行深刻認識，形成科學的管理理論和方法，促進相關學科領域的發(fā)

展和高水平研究隊伍的建設，是兼具學術與實踐價值，體現國家需求的重要研究

任務。

-1-

低碳能源技術前沿追蹤的方法與應用

1.1.2整體思路

本書的特色是緊跟時代，積極響應國家能源技術革命重大需求，有力支撐低碳技

術科學優(yōu)化布局。圍繞“先進低碳能源技術的前沿追蹤預測研究”，具體創(chuàng)新點體現

在以下方面。

（1）系統構建了“先進低碳能源技術的前沿追蹤預測”的理論基礎和方法框架，

開發(fā)設計了“先進低碳能源技術的前沿追蹤預測”的決策支持系統，包括總體設計和

結構設計，具有理論和實踐價值。

（2）探索大數據和人工智能技術在“先進低碳能源技術的前沿追蹤預測研究”中

的應用，實現了基于多源大數據的低碳能源技術知識發(fā)現，進一步提升“先進低碳能

源技術追蹤預測”的速度和精準性。

本書主要使用管理科學理論方法，基于系統工程思維，開展研究工作。具體技術

路線如圖1-1所示。

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圖1-1技術路線

根據圖1-1所示，本書圍繞“先進低碳能源技術的前沿追蹤預測研究”，開展5

部分主體研究，章節(jié)結構如下：

（1）第1章為先進低碳能源技術前沿追蹤預測的理論與方法。

（2）第2章為先進低碳能源技術的前沿追蹤。

-2-

第1章先進低碳能源技術前沿追蹤預測的理論與方法

（3）第3章為先進低碳能源技術的前沿預測。

（4）第4章為低碳能源技術前沿追蹤預測在國家能源集團的應用研究。

（5）第5章為國家能源集團低碳能源技術布局的政策研究：主要結論和政策建議。

1.2研究對象、理論與方法

1.2.1研究對象：低碳能源技術

依據中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會（以下簡稱國家發(fā)展改革委）的文

件——《國家發(fā)展改革委辦公廳關于征集國家重點推廣的低碳技術目錄（第三批）的

通知》，根據控制過程所處的階段，低碳技術的類別可以劃分為三類：零碳技術、減

碳技術和儲碳技術。

本書所指的低碳能源技術即低碳技術，其體系如圖1-2所示。零碳技術作為源

頭控制技術，包括可再生能源技術、氫能技術和先進民用核能技術。減碳技術作為

過程控制技術，包括節(jié)能和提高能效技術、原料替代或減少技術、燃料替代技術和

非二氧化碳溫室氣體減排技術。儲碳技術作為末端控制技術，包括碳捕集、利用與

封存（CCUS）技術，以及生物工程固碳技術。參考國際能源署（InternationalEnergy

Agency，IEA）的分類體系，可再生能源技術包括生物質能技術、地熱能技術、水力

發(fā)電技術、海洋能技術、太陽能技術和風能技術。

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圖1-2低碳能源技術體系

需要注意的是，碳儲技術中的生物工程固碳技術包括：①保護現有碳庫，增加生

態(tài)系統的固碳能力。②增加碳庫，改變土地利用方式，增加植物生產力。零碳技術中

-3-

低碳能源技術前沿追蹤的方法與應用

的生物質能技術指的是，可持續(xù)地生產生物產品，用生物質能代替化石能源。

根據實際情況，低碳能源技術領域的文獻中，有一些文獻專門探討了能源互聯網

和儲能技術，而且在低碳能源技術實踐中，能源互聯網和儲能技術也是實現低碳的重

要橋梁技術，因此在本書的低碳能源技術體系中加入了能源互聯網和儲能技術。

1.2.2低碳能源技術追蹤預測的“四驅理論”

根據研究方法的主要特征，本書提出低碳能源技術追蹤預測的“四驅理論”，即

低碳能源技術追蹤預測方法可以分為四類：數據驅動型、戰(zhàn)略驅動型、經驗驅動型和

模型驅動型。現有的文獻中，數據驅動型方法主要包括文獻計量、專利分析和文本挖

掘；戰(zhàn)略驅動型方法主要包括情景規(guī)劃、環(huán)境掃描、趨勢分析和技術路線圖；經驗驅

動型方法主要包括德爾菲法和專家小組法；模型驅動型方法主要包括多準則決策、經

驗曲線、邏輯生長模型和交叉影響分析等16種具體方法。

現有的低碳能源技術追蹤預測的文獻主要應用于中長期的預判和規(guī)劃，常見的預

見時間尺度是10～20年，也有個別文獻的預見時間尺度達到40年左右，如Habib

和Wenzel預見2050年的清潔能源技術，Dixon等運用技術路線圖預見2050年的低

碳能源，Lee運用動態(tài)GTAP模型預見2060年的生物制氫技術，Ordowich等運用學

習曲線預見2050年的煤炭和天然氣發(fā)電技術。

1.2.3低碳能源技術追蹤預測方法體系的演變

低碳能源技術追蹤預測方法體系的演變經歷了4個時期：①20世紀70年代前，

是預見的基礎方法（德爾菲法）的發(fā)源和發(fā)展階段，這個時期的方法體系主要是圍繞

德爾菲法進行改良和拓展。②1970—2000年，此時期的方法體系在德爾菲的基礎上，

融合了情景規(guī)劃和趨勢分析等戰(zhàn)略型分析方法，典型的實踐案例包括日本從1971年

開始的大規(guī)模科技預見調查（第一次至第七次）等。③21世紀的前20年，此階段的

方法體系是在前一階段的基礎上，引入了文獻計量方法，代表性應用是2005年完成

的日本第八次科技預見調查。此外，一些文獻繼續(xù)擴展了方法體系，基于文獻和專利

數據，通過構建數學模型來輔助低碳能源技術追蹤預測。④21世紀20年代以后，前

述的方法體系不能很好地滿足大數據時代的低碳能源技術預見的需求，全球的能源戰(zhàn)

略科學家都期待將大數據分析方法整合進入低碳能源技術追蹤預測的方法體系，通過

挖掘更多的信息，發(fā)現更多的知識，構建更加靈活的決策支持系統，最終實現低碳能

源技術預見的智能化。

-4-

第1章先進低碳能源技術前沿追蹤預測的理論與方法

1.3先進低碳能源技術前沿追蹤預測系統的總體設計

本書介紹國家能源集團開發(fā)的一種低碳能源技術追蹤預測系統，包括用于從服

務器獲取能源技術數據信息并輸出對應的能源技術追蹤結果，將能源技術追蹤結果

發(fā)送至服務器的技術追蹤處理器；用于從技術追蹤處理器獲取能源技術追蹤結果并

輸出對應的能源技術預測結果，將能源技術預測結果發(fā)送至服務器的技術預測處理

器；用于收集能源技術數據信息，以及接收能源技術追蹤結果和能源技術預測結果

并反饋至接收端的服務器；服務器與技術追蹤處理器和技術預測處理器連接，且技

術追蹤處理器連接技術預測處理器。采用此系統，可實現自動化且快速、準確地對

能源技術進行追蹤和預測。

此系統總體設計的基本架構如圖1-3所示，該系統包括：技術追蹤處理器、技術

預測處理器和服務器。服務器與技術追蹤處理器和技術預測處理器連接，且技術追蹤

處理器連接技術預測處理器。

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圖1-3系統總體設計的基本架構

服務器用于收集能源技術數據信息，其中，能源技術數據信息是與指定的能源技

術的研究相關的信息，指定的能源技術是需要進行追蹤預測的能源技術。比如，能源

技術數據信息可以包括能源技術的專利數據、能源數據的文獻數據、能源技術的年鑒

統計數據、能源數據的社交媒體數據等。服務器可以從數據庫中得到能源技術數據信

息，比如從專利數據庫中得到指定的能源技術的專利數據，從文獻數據庫中得到指定

的能源技術的文獻數據，從年鑒統計數據庫中得到指定的能源技術的年鑒統計數據、

從社交媒體數據庫中得到指定的能源技術的社交媒體數據。

技術追蹤處理器是可以基于能源技術數據信息得到能源技術追蹤結果的處理器，

用于從服務器獲取能源技術數據信息并輸出對應的能源技術追蹤結果，將能源技術

追蹤結果發(fā)送至服務器。能源技術追蹤結果包括研究熱點信息、研發(fā)合作關系信息

和研究前沿信息，其中，研究熱點信息是用于說明研究技術的熱點，研發(fā)合作關系

-5-

低碳能源技術前沿追蹤的方法與應用

信息是用于說明研發(fā)合作相關內容的信息，研究前沿信息是用于說明研究前沿相關

內容的信息。技術追蹤處理器可以采用公知的處理方式得到能源技術追蹤結果，比

如，基于大數據挖掘，可以采用技術熱點捕捉，從多個研究技術中探測熱門的研究

技術，得到研究熱點信息。例如，識別數據庫中出現次數超過預設次數的研究技術

作為熱門的研究技術，查找熱門的研究技術所對應的研發(fā)合作關系信息及研究前沿

信息，或者采用其他公知的方法分別進行熱點探測、獲取研發(fā)合作關系、分析研究

前沿。

技術預測處理器是可以基于能源技術追蹤結果得到能源技術預測結果的處理器，

用于從技術追蹤處理器獲取能源技術追蹤結果并輸出對應的能源技術預測結果，將能

源技術預測結果發(fā)送至服務器。能源技術預測結果包括能源技術未來發(fā)展軌跡和能源

技術路線圖。技術追蹤處理器可以采用公知的技術預測手段以生成技術未來發(fā)展軌跡

和技術路線圖，比如，可以采用非線性技術預測。

服務器還用于接收能源技術追蹤結果和能源技術預測結果并反饋至接收端。其

中，接收端可以是用戶使用的終端，比如計算機、便攜設備、可移動終端等。服務器

將能源技術追蹤結果和能源技術預測結果返回至接收端，從而接收端可以分別獲取到

指定的能源技術的技術追蹤結果和技術預測結果，方便用戶獲取。

能源技術數據信息包括低碳能源技術數據信息；技術追蹤處理器輸出低碳能源技

術追蹤結果，如低碳能源研究熱點信息、低碳能源研發(fā)合作關系信息和低碳能源研究

前沿信息；技術預測處理器輸出低碳能源技術預測結果，如低碳能源技術未來發(fā)展軌

跡和低碳能源技術路線圖，從而使能源技術追蹤預測系統實現對低碳能源技術的追蹤

和預測。

上述能源技術追蹤預測系統，經由技術追蹤處理器基于能源技術數據信息輸出對

應的能源技術追蹤結果并發(fā)送至服務器，技術預測處理器基于能源技術追蹤結果輸出

對應的能源技術預測結果并發(fā)送至服務器，由服務器將能源技術追蹤結果和能源技術

預測結果發(fā)送至接收端。如此，提供一種技術追蹤處理器、技術預測處理器和服務器

相互連接的系統架構，將能源技術的追蹤和預測進行系統集成，實現對能源技術的自

動化追蹤和預測。相比于傳統的人工研討和調查，處理速度快、準確性高，可以有效

降低主觀決策帶來的不準確性，具有快速、精準、科學、高效等優(yōu)點，可以有效地對

能源技術進行前瞻性管理，為能源技術布局贏得寶貴時間。此外，將能源技術的追蹤

和能源技術的預測拆分，接收端不僅可以得到技術預測的結果，還可以單獨得到技術

追蹤的結果，得到的信息類別更多。

-6-

第1章先進低碳能源技術前沿追蹤預測的理論與方法

技術追蹤處理器包括：熱點探測單元，用于捕捉能源技術的研究熱點，可以使

用聚類分析方法得到研究熱點信息，如K均值聚類方法或層次聚類方法等；合作網

絡挖掘單元，用于偵測能源技術的研發(fā)合作關系，可以使用網絡分析方法（Network

Analysis）挖掘能源技術的“研發(fā)人”字段，得到研發(fā)合作關系信息；前沿偵測單

元，用于偵測能源技術的研究前沿，可以使用文獻共被引方法（LiteratureCo-Citation

Method）或文獻耦合方法（BibliographicCoupling），得到研究前沿信息。

技術預測處理器包括：技術預測單元，用于預測能源技術未來發(fā)展軌跡，可以使

用線性回歸方法（如最小二乘法線性回歸）或非線性擬合方法（如巴斯模型），得到能

源技術未來逐年規(guī)模的估計值；路線圖繪制單元，用于構建能源技術路線圖，可以使

用甘特圖繪制方法，得到包含技術發(fā)展起始點和技術發(fā)展時期長度等信息的水平條狀

技術路線圖。

系統總體設計的信息傳輸如圖1-4所示，上述能源技術追蹤預測系統還包括資源

管理服務器，資源管理服務器與服務器、技術追蹤處理器和技術預測處理器連接。具

體地，資源管理服務器可以通過網絡與服務器、技術追蹤處理器和技術預測處理器通

信連接。

????????????

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???

???????

????

?????????

圖1-4系統總體設計的信息傳輸

資源管理服務器可以存儲數據，可作為數據中轉站，與服務器、技術追蹤處理器

和技術預測處理器進行數據交互，提高數據流通的靈活性。比如，資源管理服務器可

以存儲能源技術數據信息、能源技術追蹤結果、能源技術預測結果。

資源管理服務器包括輸入資源單元和輸出資源單元，輸入資源單元和輸出資源單

元均與服務器、技術追蹤處理器和技術預測處理器連接。輸入資源單元和輸出資源單

-7-

低碳能源技術前沿追蹤的方法與應用

元可以管理數據，也可以是存儲模塊。例如，以低碳能源技術的追蹤預測為例，輸入

資源單元管理的內容包括低碳能源技術的專利數據、低碳能源技術的文獻數據、低碳

能源技術的年鑒統計數據、低碳能源技術的社交媒體數據；輸出資源單元管理的內容

包括低碳能源技術的研究熱點、低碳能源技術的研發(fā)合作關系、低碳能源技術的研究

前沿、低碳能源技術未來發(fā)展軌跡、低碳能源技術路線圖。

服務器通常使用網頁服務器，網頁服務器與技術追蹤處理器和技術預測處理器通

過網絡通信連接。網頁服務器與技術追蹤處理器和技術預測處理器的數據交互方便快

捷，而且網頁服務器可以獲取用戶通過網頁輸入的信息或者請求，使用方便。比如，

用戶通過網頁請求對低碳能源技術進行追蹤預測，網頁服務器接收到請求后，發(fā)送指

令至技術追蹤處理器和技術預測處理器，技術追蹤處理器啟動對低碳能源技術的技術

追蹤，技術預測處理器啟動對低碳能源技術的技術預測。

如圖1-4所示，上述能源技術追蹤預測系統還包括接收能源技術追蹤結果和能源

技術預測結果的用戶終端，用戶終端通過無線網絡與服務器連接，比如通過無線網絡

與網頁服務器進行通信，通過采用無線網絡通信的方式，不需要進行有線通信線路的

鋪設，組網簡單、維護方便。用戶終端是用戶使用的終端，比如計算機、便攜設備、

可移動終端等。服務器將能源技術追蹤結果和能源技術預測結果發(fā)送至用戶終端，從

而使用戶終端可以分別獲取到指定的能源技術的技術追蹤結果和技術預測結果，方便

用戶獲取。用戶還可以通過用戶終端發(fā)送請求至服務器，請求對指定的能源技術進行

追蹤預測，服務器返回指定的能源技術的能源技術追蹤結果和能源技術預測結果至用

戶終端。

用戶終端的數量可以有多個，多個用戶終端都與服務器連接。以網頁服務器為

例，多個用戶終端都通過無線網絡與網頁服務器通信連接。

技術追蹤處理器的數量可以有多個，多個技術追蹤處理器都與技術預測處理器

和服務器連接，可以都通過網絡通信連接。采用多個技術追蹤處理器，可以在請求

技術追蹤的任務量較多時，分配多個技術追蹤處理器進行處理，提高追蹤處理效率。

比如，有多個用戶終端請求對不同的能源技術進行追蹤，則可以采用多個技術追蹤

處理器分別進行技術追蹤，一個技術追蹤處理器對一種能源技術進行追蹤。

技術預測處理器的數量可以有多個，多個技術預測處理器都與技術追蹤處理器和

服務器連接，可以都通過網絡通信連接。例如，當有多個技術追蹤處理器和技術預

測處理器時，技術追蹤處理器和技術預測處理器的數量可以相等，且一個技術追蹤

處理器對應連接一個技術預測處理器。采用多個技術預測處理器，可以在請求技術

-8-

第1章先進低碳能源技術前沿追蹤預測的理論與方法

預測的任務量較多時，分配多個技術預測處理器進行處理，提高預測處理效率。

如圖1-4所示，上述能源技術追蹤預測系統還包括管理員終端，管理員終端與服

務器連接。管理員終端可以用于進行常規(guī)的管理作業(yè)，方便系統的管理與維護。

管理員終端包括管理設備和生物特征識別裝置，管理設備與服務器連接，且與生

物特征識別裝置連接。其中，生物特征識別裝置用于采集用戶的生物特征信息并識

別，管理設備在生物特征信息校驗通過時響應用戶操作，反之，則不響應用戶操作，

如此，只有與校驗通過的生物特征信息所對應的用戶才可以使用管理員終端。此外，

還可以對用戶進行權限設置，提高管理員終端的使用安全性。

生物特征識別裝置通常使用指紋識別器，指紋識別器連接管理設備。指紋識別器

用于采集并識別指紋，使用方便且成本低。

綜合上述系統總體設計的信息傳輸機制，能源技術追蹤預測系統包括技術追蹤處

理器、技術預測處理器、資源管理服務器、服務器、用戶終端和管理員終端，其中，

技術追蹤處理器、資源管理服務器、技術預測處理器和服務器構成決策支持服務器。

用戶終端和管理員終端通過無線網絡連接決策支持服務器；網頁服務器通過數據流通

信網分別與資源管理服務器、技術追蹤處理器和技術預測處理器連接，資源管理服務

器通過數據流通信網分別與技術追蹤處理器和技術預測處理器連接，技術追蹤處理器

通過數據流通信網連接技術預測處理器。

1.4先進低碳能源技術前沿追蹤預測系統的結構設計

本書介紹國家能源集團開發(fā)的一種低碳能源技術追蹤預測系統，此系統包括系統

固定底座、交換模塊、無線網絡模塊和決策支持計算機，其中交換模塊和無線網絡模

塊設置于系統固定底座上，且交換模塊具有多個接口，各決策支持計算機設置于系統

固定底座上并可拆卸，且每一決策支持計算機與一接口電連接，各決策支持計算機通

過交換模塊電連接。此外，一決策支持計算機與無線網絡模塊電連接，無線網絡模塊

用于與用戶終端及管理終端通信連接。通過將各決策支持計算機集中安裝在系統固定

底座上，使各決策支持計算機能夠通過系統固定底座上的交換模塊進行相互通信，使

各決策支持計算機能夠在執(zhí)行各自計算任務的同時實現高效的通信，進而高效地實現

能源技術追蹤預測。

如圖1-5至圖1-7所示，能源技術追蹤預測系統包括：系統固定底座100、交換

模塊210、無線網絡模塊220和至少兩個決策支持計算機230；所述交換模塊210和

-9-

低碳能源技術前沿追蹤的方法與應用

所述無線網絡模塊220設置于所述系統固定底座100上，所述交換模塊210具有多個

接口；所述決策支持計算機230可拆卸地設置于所述系統固定底座100上，且每一決

策支持計算機230與接口211電連接，決策支持計算機230通過與所述交換模塊210

電連接；其中一決策支持計算機230與所述無線網絡模塊220電連接，所述無線網絡

模塊220用于與用戶終端及管理員終端通信連接。

220

??????

230230

????????????????

210

????

圖1-5系統結構設計的基本架構

230

220231

130

100

234

122232

121

120

110101

210

211233

圖1-6系統結構設計的交換模塊圖1-7系統結構設計的決策支持計算機

系統固定底座100用于固定交換模塊210、無線網絡模塊220和各決策支持計算

機230，從而使得交換模塊210、無線網絡模塊220和各決策支持計算機230能夠集

成在系統固定底座100上。該系統固定底座100的底部設置有若干支撐部件，如萬向

輪，這樣，該系統固定底座100能夠通過萬向輪進行移動，使得系統固定底座100上

的交換模塊210、無線網絡模塊220和各決策支持計算機230能夠方便地隨著系統固

-10-

第1章先進低碳能源技術前沿追蹤預測的理論與方法

定底座100進行遷移。

如圖1-6所示，該交換模塊210具有多個接口211，各接口211之間相互通信連

接，比如，交換模塊210內置交換處理單元，各接口211與交換處理單元電連接，這

樣，與同各接口分別電連接的決策支持計算機230之間能夠實現相互的通信。該交換

模塊210通常使用交換機，交換機具有多個網絡接口，各決策支持計算機230通過網

線與交換機的接口連接，由于該系統固定底座100上設置交換機，使得各決策支持計

算機230能夠方便地連接至交換機，進而使得各決策支持計算機230之間能夠方便地

進行通信。

該無線網絡模塊220用于接入無線網絡，該無線網絡模塊220為Wi-Fi模塊

（即移動通信模塊），該Wi-Fi模塊通過接入無線局域網的無線AP（WirelessAccess

Point，無線訪問接入點）接入互聯網，該移動通信模塊可以是4G通信模塊或者5G

通信模塊，這樣各決策支持計算機230中的其中一個，即可通過該無線網絡模塊220

便捷地接入通信網絡，進而與用戶終端和管理員終端實現連接。而各決策支持計算機

230也能夠隨著系統固定底座100遷移至任何存在無線網絡的位置，接入無線網絡，

與用戶終端和管理員終端連接。

交換模塊210與決策支持計算機230的電連接，決策支持計算機230與無線網絡

模塊220的電連接，以及各決策支持計算機230之間的電連接，均可實現通信，因

此，上述的電連接也可以稱為通信連接，以實現上述各元件、模塊之間的通信。

采用傳統計算機的布局架構，各計算機分布于機房的不同位置，通過較長距離的

數據線纜連接至交換機，進而實現多個計算機的通信，這樣不便于系統的多個計算機

的統一管理，并且不便于系統的多個計算機的遷移，本書提出的技術方案，通過將多

個決策支持計算機230設置于系統固定底座100上，使得多個決策支持計算機230便

于管理，并且便于統一遷移。此外，系統固定底座100上還提供了交換模塊210和無

線網絡模塊220，不僅使得各決策支持計算機230之間能夠便捷地通信，還使得各決

策支持計算機230能方便地接入無線網絡與用戶終端及管理終端通信連接。

通過將各決策支持計算機230集中安裝在系統固定底座100上，使得各決策支持

計算機230能夠通過系統固定底座100上的交換模塊210進行相互通信，使得系統的

各決策支持計算機能夠整合，便于管理，并且使得各決策支持計算機230能夠在執(zhí)行

各自的計算任務的同時實現高效的通信，進而高效地實現能源技術追蹤預測，并且通

過無線網絡模塊220與用戶終端310及管理終端320的通信連接，使得用戶和管理人

員的接入更為便捷，通信更為方便。

-11-

低碳能源技術前沿追蹤的方法與應用

如圖1-8所示，能源技術追蹤預測系統還包括用戶終端310，所述用戶終端310

通過所述無線網絡模塊220與所述決策支持計算機230中的一個通信連接。用戶終端

310能夠通過無線網絡模塊220便捷地接入決策支持計算機230，用戶終端310與多

個決策支持計算機230中的其中一個通信連接。

本書提出的技術方案中，所述用戶終端310的數量為多個，各所述用戶終端310

分別通過所述無線網絡模塊220與所述決策支持計算機230中的一個通信連接。用戶

終端310的數量可以為N個，N個用戶終端310通過無線網絡模塊