摘 要：对技术种群缝隙竞争演化模型的分析表明，在“碳锁定”背景下，低碳技术在主流市场会遭遇碳基技术体制的排挤，缝隙市场能为低碳技术的发展和应用提供受保护的空间，为实现“碳解锁”创造条件。缝隙创新分为竞争性缝隙创新和互补性缝隙创新两类，相应地，“碳解锁”缝隙创新战略分为替代战略和兼容战略。二者实现“碳解锁”的路径和方式不同，替代战略包括竞争性缝隙形成、缝隙积累与分叉、体制替代3个阶段，兼容战略包括互补性缝隙形成、体制兼容和体制低碳化转型3个阶段。在“碳解锁”路径选择时需权衡这两种战略的利弊。
关键词：碳锁定；碳解锁；碳基技术体制；缝隙创新；替代战略；兼容战略
“碳锁定”已经成为阻碍低碳技术扩散和低碳经济发展的重要原因[1]，发展低碳经济、实现社会低碳化转型的根本在于实现“碳解锁”。学者们从不同角度提出了实现“碳解锁”的对策建议，如构建低碳技术创新系统[2,3]，营造低碳生活方式[4]、消费方式[5,6]，开征碳税[7,8]，发展低碳产业[9]和碳排放交易机制[10]等。这些建议的共同之处在于从宏观上将阻碍低碳经济发展的因素都视为“碳锁定”成因，所以把发展低碳经济的政策等同于“碳解锁”对策，并未深入探讨“碳解锁”的机理、路径和实现战略。
“碳锁定”在本质上是一系列正反馈机制作用下，围绕主导碳基技术形成的具有超稳定结构的技术体制，主导经济社会发展路径并阻碍低碳技术应用和扩散的现象[11]。在“碳锁定”背景下，低碳技术的产生会遭到碳基技术体制的“排挤”(lock out)[12]，难以在主流市场上得到发展和应用，但是在远离“碳锁定”压力的主流市场的缝隙中可能存在发育空间，从而有利于低碳技术获得发展的自增强机制，实现进一步应用和扩散。当规则和制度围绕新低碳技术构建时，新的低碳技术体制逐渐形成，这意味着低碳技术体制可能最终取代碳基技术体制，或者促使碳基技术体制的低碳化转型，亦即实现“碳解锁”。因此，本文旨在通过技术种群竞争演化模型分析缝隙创新对“碳解锁”的意义，并探讨缝隙创新推动“碳解锁”的基本原理、路径及战略选择。
1.1 缝隙的内涵
“缝隙”(niche)最先由美国生物学家Grinnell[13]提出，原指生态位，即物种在群落和生态系统中占据的最终分布单元，后经荷兰学者René Kemp、Johan Schot、Arie Rip等人引入环境技术演化研究，强调区别于主流市场而位于主流市场边缘或存在于主流市场夹缝中的生存空间或市场。根据缝隙理论，每个种群在长期进化过程中都有最适合自身生存的时空区域。因此，缝隙实际上是一个种群生存的特定资源空间或资源集合。但是，不同种群生存和发展所需的资源可能完全相同、部分相同或完全不同，所以可能出现不同程度的资源竞争。缝隙重叠便是指两个或多个种群竞争相同资源集合的状态。相应地，缝隙宽度是指用于支持一个特定种群资源集合的幅度，或者是资源用于特定种群的专门化程度[14]。由此可见，缝隙的相关概念刻画了种群之间的互动关系。
从演化经济学角度来看，技术演化与物种进化类似，每个技术物种(technological species)内部都存在不同类型的技术设计竞争[15]。沿着这一思路，利用缝隙的相关概念就能考察某一技术物种(即具有某种社会功能的技术，如汽车)内高碳技术(如化石能源汽车)与低碳技术(如电动汽车)两个种群的竞争演化关系，并凸显缝隙创新对低碳技术发展及“碳解锁”的重要意义。
1.2 模型假设
假设某一技术物种有A、B两类设计(种群)。A、B在t时刻的缝隙宽度为NA(t)和NB(t)，其变化率分别为
和
。根据生态位协同演化的分析思路[16]，可以用微分方程组(1)刻画A、B两类技术设计的竞争演化趋势：
(1)
式(1)中，nA、nB 分别代表A、B的缝隙宽度比例系数；由于受到技术性能、使用者偏好和市场规模等因素影响，某类设计能占据的缝隙宽度有一定范围，其最大值即缝隙饱和系数记为SA、SB。RA、RB分别为A、B的缝隙竞争强度系数。g表示A和B的缝隙重叠度，则有 g=0，A、B缝隙完全独立；0<g<1，A、B缝隙部分重叠；g=1，A、B缝隙完全重叠。重叠度越高，说明两类技术设计的竞争越激烈。由于A、B之间有共3种缝隙竞争关系，因此需分g=0、0<g<1和g=1等3种情况讨论。
1.3 模型分析
1.3.1 缝隙完全独立的竞争演化
当g=0时，A、B两类技术设计的缝隙完全独立。令=0，=0，解得微分方程组(1)的均衡点为：E1(SA-
，SB-
)、E2(SA-，0)、E3(0，SB-)和E4(0，0)。A、B的两条轨线分别为LA:SA--NA=0和LB:SB--NB=0，如表1。由于两条线垂直，将第一象限划分成4个区域，E1(SA-，SB-)是其交点，如图1所示。这说明由于A、B两类技术设计的缝隙完全独立，不存在竞争关系，其发展完全取决于自身所在缝隙的饱和系数SA(或SB)、变化率(或)和竞争强度系数RA(或RB)。第一象限中4个区域的不同轨线斜率决定了轨线移动方向，但最终都将趋向稳定均衡点E1(SA-，SB-)。这表明两类技术在各自的缝隙内发展，最大程度利用缝隙中的资源。
表1 不同区域轨线斜率情况及演化趋势
区域轨线斜率轨线移动方向稳定均衡点ⅠdNAdt<0,dNBdt<0左下方E1(SA-RAnA,SB-RBnB)ⅡdNAdt>0,dNBdt<0右下方E1(SA-RAnA,SB-RBnB)ⅢdNAdt>0,dNBdt>0右上方E1(SA-RAnA,SB-RBnB)ⅣdNAdt<0,dNBdt>0左上方E1(SA-RAnA,SB-RBnB)
图1 缝隙完全独立的两类技术设计的竞争演化趋势
1.3.2 缝隙部分重叠的竞争演化
当0<g<1时，A、B两类技术设计的缝隙部分重叠，即某些资源是两种技术设计共同争夺的对象。此时，微分方程组(1)的均衡点为
和
的两条轨线
分别为
和
两条轨线的交点
其中
可见，相平面上轨线趋向的稳定均衡点由不同参数值决定。
(1)如果
两条轨线将第一象限分为4个区域，但无论从哪个区域出发，轨线都会收敛至稳定均衡点如图2(a)所示。这表明两类技术设计能够互相共存、协同发展，但同时又在一定程度上受到对方的抑制，因此小于g=0时所能占据的缝隙。
(2)如果
亦即
因0但由于第四象限中B类技术设计的缝隙宽度为负，因此不存在具有实际意义的稳定均衡点。
(3)如果
亦即
因0<g<1)，两条轨线将相交于第二象限的
并将第一象限划分成3个区域。如图2(c)所示，尽管轨线的长期演化将趋向稳定均衡点但由于第二象限中A类技术设计的缝隙宽度为负，因此不存在具有实际意义的稳定均衡点。
图2 缝隙部分重叠的两类技术设计的竞争演化趋势
1.3.3 缝隙完全重叠的竞争演化
当g=1时，A、B两类技术设计的缝隙完全重叠，二者是完全替代关系。此时，微分方程组(1)的均衡点为
和
且两条轨线为
和
由于g=1，所以
和
平行，不存在交点，此时在相平面上的位置取决于参数值。
(1)如果
则位于之上，相平面上轨线的长期演化将最终趋向均衡点
如图3(a)所示。这表明在长期竞争中，A将B完全排挤出缝隙，此时便出现缝隙被A锁定的局面。
(2)如果
则位于之上，相平面上轨线的长期演化将最终趋向均衡点
如图3(b)所示。这表明在长期竞争中，B将A完全排挤出缝隙，此时便出现缝隙被B锁定的局面。
1.4 模型结论与启示
表2总结了两类技术设计缝隙竞争演化模型的可能结果：①当缝隙完全独立(g=0)时，两类技术设计实际上没有竞争关系，或者说二者所具有的社会功能并不相同。本文所研究的“碳锁定”问题涉及碳基技术与低碳技术的关系，因此这种情况下的技术演化与本研究无关；②当缝隙有部分重叠(0<g<1)时，除掉没有实际意义的两种情况，可以看出两类技术设计可以共存，但是由于竞争关系，对彼此发展有一定抑制作用。重叠缝隙中的竞争结果取决于双方的竞争势力，占有优势的一方将占据重叠部分的缝隙；③当缝隙完全重叠(g=1)时，竞争势力较弱的一方将被淘汰，更强的一方将锁定整个缝隙。
在“碳锁定”语境下，技术种群缝隙竞争演化模型的启示在于：①如果某种低碳技术与具有相似社会功能的主导碳基技术争夺相同的资源(如资本市场、劳动力和消费者等)，那么可能彻底失败。因为具有较长发展历史的碳基技术往往比新兴低碳技术能获得更多的自增强机制，如规模经济性、网络效应和学习效应等，因此有更强的竞争力[17]；②如果低碳技术不仅具备与其竞争的碳基技术相似的社会功能，而且能够提供新性能，那么尽管在短期内难以进入碳基技术主导的市场，但是能拓展与主流市场不同的发展空间(缝隙)。例如，化石能源汽车牢牢主宰着民用乘用车市场，但电动汽车仍然在公交车、场地车等专用车领域找到了生存空间；③即使低碳技术能在缝隙市场找到生存空间，但要最终替代碳基技术，必须获得足够的竞争力。根据模型可知，类似于自然竞争的市场过程难以实现这个目的，这意味着需要为低碳技术的发展创造必要的“受保护空间”(protected spaces)[18]，亦即进行“碳解锁”的缝隙创新。
图3 缝隙完全重叠的两类技术设计的竞争演化趋势
表2 两类技术设计的缝隙竞争演化结果
缝隙重叠程度条件稳定均衡点演化结果g=0完全独立—E1SA-RAnA,SB-RBnB()不存在竞争关系,在自身缝隙中最大化发展SA-RAnA()>gSB-RBnB()且SA-RAnA()
(1)使低碳技术免受主导技术的竞争压力，为其发展和应用创造必要条件。演化经济学认为，技术面临的选择环境(selection environment)，如使用者的偏好、互补技术、基础设施和制度结构等决定了技术的适合度，并最终决定哪些技术最终得以留存和发展[19]。从这个角度来讲，碳基技术主导的主流市场的结构性条件往往不适合低碳技术发展，而强调环境绩效导向的评价标准和使用者偏好的缝隙则可能为低碳技术发展提供适合的选择环境，进而帮助低碳技术获得报酬递增和网络外部性等动力机制，如实现规模生产的成本效率，推动互补技术和技能的发展，以及促进相关组织和制度的调整或建立等。
(2)促进利益相关者学习与低碳技术相关的知识和信息。缝隙为低碳技术提供了实验场所和展示平台，通过缝隙中的应用，使用者能够了解低碳技术性能；企业可以在缝隙中积累经验，更好地理解低碳技术设计、基础设施、使用者偏好等各种要素关系，从而明确改善技术性能、降低成本的方向；政策制定者也会在缝隙中了解低碳技术的社会功能和文化意义，构建助益于低碳技术发展和应用的管制框架。
(3)建构拥有互补性资源并支持低碳技术创新的行动者网络，形成共同预期，协调行动者的创新活动。发展初期的低碳技术的经济性和环境绩效尚不明确，并且企业、使用者、政策制定者、研发机构和其他相关主体持有不同目的与利益诉求。低碳技术在缝隙中的展示和应用，以及各相关主体的交互学习，为厘清和表达各利益主体间的诉求，形成统一的预期和行动，进而构建支持低碳技术的社会网络创造了条件。
缝隙创新分为竞争性缝隙创新和互补性缝隙创新，相应地，“碳解锁”缝隙创新有替代战略和兼容战略两种选择。
3.1 竞争性缝隙创新替代战略
竞争性缝隙创新替代战略是通过一系列试验，一开始就在缝隙中发展能取代碳基技术的低碳技术，并从基础设施、行动者网络和规则体系3个层次围绕低碳技术构建技术体制，进而与居主导地位的碳基技术体制展开竞争并最终取而代之的战略。这一战略包括竞争性缝隙创新形成、缝隙积累与分叉、体制竞争与替代3个阶段(如图4)。
图4 竞争性缝隙创新替代战略
注：椭圆表示技术缝隙；方框表示技术体制；颜色越浅表示越低碳
3.1.1 竞争性缝隙创新形成
缝隙创新形成阶段是低碳技术在各种保护措施以及相关行动者支持下在缝隙市场中进行试验和应用的阶段。缝隙创新以新技术试验为基础，一系列局部试验联接起来就形成了技术创新的缝隙。缝隙创新试验有5个阶段：①创新评估。从社会需求、科学知识基础、技术可行性、经济成本、消费者偏好、制度条件等方面对备选的低碳技术进行综合评估，确定创新重点及路线图；②试验选择。备选的新技术应该成本较低、学习效应易于产生。因此，应该选择较容易接受新技术，并且新技术需求不是太特别的应用领域或地区，以便未来新技术的市场化；③试验实施。使用税收、补贴、政府采购、标准制定等措施，破除试验中可能遇到技术、经济、社会和制度等各个方面的阻碍，促进技术行动者进行交互式学习，构建行动者支持网络；④试验升级。以前期试验为基础，引导和激励相关技术行动者投入资源，支持成本更大的缝隙创新试验，扩大试验范围；⑤效果评估与解除保护。评估试验效果是否达到预期目标，以确定下一阶段工作重点。如果评估结果表明新技术前景黯淡，则没有必要再提供保护，但是必须控制保护解除过程，防止对试验利益相关者产生严重的负面影响。同时，还应从试验中总结经验。例如美国政府于1993年开始实施“新一代汽车伙伴计划”，专注研发由蓄电池驱动的纯电动汽车，但是由于各种技术原因，未能达到预期效果，只能在执行7年后终止。尽管如此，试验者依托该计划，通过一系列试验、学习和探索，明确了从纯电动汽车转向燃料电池汽车的技术路线，并催生了后来的Freedom Car计划。
3.1.2 缝隙创新的积累与分叉
由于存在知识溢出和社会共享的双重外部性，低碳技术在发展初期常常不存在相应市场，或者设计的功能与主流市场无关[20]。如太阳能电池一开始并非用于环保目的，而是用于太空航行。相反，缝隙则为开发和测试低碳技术提供了“原型市场”(proto-market)[21]。因此，缝隙积累就是将经过试验的低碳技术应用于不同的缝隙市场，提高技术和市场的契合度。随着缝隙积累的增加，低碳技术的经济和环境绩效得到充分展现，更多的相关行动者获取到有关低碳技术和新市场的知识与经验，从而逐渐形成有利于低碳技术发展和市场化的互补性技术、成本和需求结构，这意味着低碳技术发展的内在动力进一步增强，也为拓展新的缝隙市场打下基础。当低碳技术从一个缝隙市场扩散到另一个缝隙市场时，就实现了缝隙分叉(niche branching)[22]。
3.1.3 体制竞争与替代
在缝隙积累与分叉过程中，一方面低碳技术的市场空间会逐渐扩大，另一方面不同缝隙市场的差异性对低碳技术的价格、性能等特性提出异质化要求，促使低碳技术进一步完善。此外，低碳技术在不同缝隙市场的应用还意味着获得更多异质行动者支持，从而有利于低碳技术社会支持网络的形成，以及相应规则体系的构建。当低碳技术逐渐嵌入支持其发展的社会网络和制度后，就意味着新的低碳技术体制出现。在技术体制的支持下，如果低碳技术能在主流市场应用和扩散，就有可能完全替代原有的碳基技术体制。
3.2 互补性缝隙创新兼容战略
互补性缝隙创新兼容战略旨在培育与碳基技术体制功能互补但环境绩效更优的缝隙创新，待其成熟后作为辅助系统进入碳基技术体制，并通过体制内部应用和扩散，逐渐实现体制的低碳化转型或从体制内部发展出新的低碳技术体制。互补性缝隙创新兼容战略包括互补性缝隙创新、体制兼容和体制低碳化转型3个阶段(如图5)。
图5 互补性缝隙创新兼容战略
3.2.1 互补性缝隙创新形成
这一阶段与竞争性缝隙创新替代战略相似，都是在有意识建构的缝隙中培育、试验和应用低碳技术，使其技术性能、环境经济绩效和未来发展前景呈现出来。但与竞争性缝隙创新战略不同，互补性缝隙创新的推动者往往不是碳基技术体制外的行动者，而是体制的利益相关者，其目的不是替代原有的碳基技术体制，而是优化体制或解决体制中的某些问题。因此，互补性缝隙创新一开始选择和培育的低碳技术往往以既存碳基技术体制的发展需要为导向，以其技术标准为基础，在功能互补的同时实现环境绩效更优。
3.2.2 体制兼容
当在缝隙中发展起来的互补性低碳技术的技术性能、经济成本符合预期时，低碳技术就很有可能作为主导的碳基技术的辅助设备进入碳基技术体制，得到实际应用。但是这一阶段低碳技术在体制内的发展受制于碳基技术的性能标准，其对整个碳基技术系统的影响有限且循序渐进[23]。如果进入碳基技术体制的低碳技术的确有助于解决体制中的某些技术经济瓶颈，提高体制整体的经济绩效，那么互补性缝隙创新就实现了与碳基技术体制的兼容。
3.2.3 体制低碳化转型
随着低碳技术在碳基技术体制中的应用和扩散，其“用中学”和“干中学”等学习效应将逐渐累积，应用成本不断降低，技术、经济和环境等方面的绩效也会得到更广泛的认同，从而获得更多的应用和投资。当与之相关的组织、指导原则、技术规范和实践惯例逐渐形成时，低碳技术就可能取代原来主导的碳基技术成为体制的技术基础，这表明原有体制的基础结构发生了低碳化转型[23]。例如荷兰的生物质技术，通过与煤的共燃技术实现了与电力生产体制的结合，并且随着进一步的学习过程和更严格的管制压力，触发了电力体制的重构[24]。
3.3 两种战略利弊比较
替代战略的优点在于可以利用缝隙为竞争性低碳技术提供保护，能在一定程度上避开成熟碳基技术体制的压力，并且一旦替代碳基技术体制，就能产生极佳的环境绩效。但是该战略有3个缺陷：①资源有限性与技术多样性的矛盾。新技术的未来发展往往充满不确定性，因此，为了培育具有发展前景且能挑战既存主导碳基技术体制的低碳技术，在缝隙创新初期需保持一定的技术多样性，并对后续选中的几种潜在技术提供长期保护，但是行动者的资源有限，而且将有限的资源分散到多种技术上容易使资源消耗过快，或者导致缝隙市场的投资回报较低；②不同缝隙市场的协调和整合可能存在困难。不同的缝隙市场，意味着参与技术开发的行动者具有异质性。要整合这些具有不同利益诉求的行动者，从缝隙市场中获得知识和经验，进而在有关低碳技术的发展愿景、目标定位和技术路线图等方面达成共识往往困难重重；③存在创新囿于较小缝隙市场的风险。如果低碳技术在缝隙市场扩散中受阻，或者碳基技术体制“锁定”效应太强，低碳技术的发展可能长期限于缝隙之中，难以进入主流市场。例如自20世纪80年代起，很多企业就开始在各种缝隙市场实施电动汽车的研发和推广，但是直至今日，电动汽车仍然只是一个缝隙技术，而化石能源汽车仍主宰着民用车市场。
互补性缝隙创新兼容战略的优点在于受到碳基技术体制的压力较小，甚至有助于解决体制内的某些问题而获得体制成员的支持或者直接由体制成员推动。尽管如此，该战略也存在两个缺陷：①预设了碳基技术体制中的行动者在低碳技术发展中会采取积极态度，但现实情况可能并非如此。因为即便互补性的缝隙创新能提高原有体制的性能或经济绩效，但由于体制内各子系统相互依赖，新技术的进入总会要求原有体制中的相关系统发生变化，如技术使用和维修惯例改变、基础设施重建或调整、技术标准修改、专业团队建立和再培训等。这种系统关联性可能会损害部分体制内行动者的既得利益，故而这种战略越深入，受到的抵制程度可能越大；②与碳基技术体制兼容的创新可能会改善体制的环保性能，从而在一定程度上降低与体制竞争的其它低碳技术的相对优势，这反而会增强碳基技术体制的长期锁定效应。例如荷兰的生物质共燃技术进入既存电力生产体制后，在一定程度上提升了既存体制的环境绩效，这在事实上削弱了那些与既存体制竞争的更环保替代技术(如分布式气化发电系统或光伏发电系统)的相对优势，增大了这些技术的竞争压力[24]。
本文论证了缝隙创新对于低碳技术发展和应用的重要意义，并阐释了缝隙创新实现“碳解锁”的战略选择。但无论是“碳锁定”还是“碳解锁”，其本质都涉及缝隙创新、碳基技术体制和社会技术景观(socio-technical landscape)三者间的关系[25]。因此，在实践中选择哪一种缝隙创新战略更能实现“碳解锁”，除了考虑低碳技术本身的特性之外，还必须对碳基技术体制的当前状态、未来发展潜力，以及宏观社会技术景观的长期趋势作出评估。如果社会技术景观不利于碳基技术发展，或者碳基技术出现衰退，且缝隙创新不仅能替代碳基技术履行相应的社会功能，而且在经济和环境方面都具有相对优势，那么选择竞争性缝隙创新替代战略是可行的。如果碳基技术处于成熟期且形成了稳固的社会网络和制度结构，而社会技术景观在短期内发生不利于碳基技术体制发展变化的可能性较小，且缝隙创新不能完全替代碳基技术的某些功能或成本上不具优势，那么选择互补性缝隙创新的兼容战略更具可行性。
此外，缝隙技术与碳基技术体制的互动时机也是选择缝隙创新战略时需考虑的关键问题。对于竞争性缝隙创新替代战略，主要是选择进入主流市场与碳基技术竞争的时机，为此需要厘清的问题是社会技术景观与碳基技术体制的状态是否已经打开了“机会之窗”？进入主流市场可能受到碳基技术体制的哪些竞争压力？强度有多大？需要哪些资源和行动者的支持？互补性缝隙创新兼容战略则要确定与碳基技术体制的“接轨”时机，为此需要厘清的问题是缝隙创新在哪些层面(是物理技术、行动者，还是规则)可以与碳基技术体制关联？哪些层面的关联最可能实现体制转变？如何推动体制转变？体制成员能否通过缝隙创新的应用，获得转变体制的经验或意愿等？对这些问题的回答都将影响缝隙创新战略的应用能否实现“碳解锁”，因而也是今后研究的重要内容。
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(责任编辑：胡俊健)
Study on Niche Innovation to "Carbon Unlocking"
Abstract：It is concluded that, from an evolutionary model of technology population niche competition, low carbon technology will be "lock out" of mainstream market due to "carbon lock-in". By contract, niche market provides "protected space" for the development and application of low carbon technology. Replacement and hybridization are two alternative strategies to escape from "carbon lock-in" based on two different kinds of niche innovation, i.e., competitive niche innovation and complementary niche innovation. These two alternative strategies mean different paths and ways to arrive at the goal of "carbon unlocking". Replacement strategy consists of three stages, that is, competitive niche formation, accumulation and branching, and the substitution of carbon-based technological regime by low carbon one, whereas hybridization strategy also has three stages: competitive niche formation, hybridization and low carbon transition of carbon-based technological regime. Pros and cons of both two strategies should be weighed when put into practice.
Key Words：Carbon Lock-in; Carbon Unlocking; Carbon-based Technological Regime; Niche Innovation; Replacement Strategy; Hybridization Strategy
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收稿日期：2016-10-10
基金项目：国家社会科学基金项目(14CJY008)；国家自然科学基金项目(71501019)
DOI：10.6049/kjjbydc.2016070559
中图分类号：F124.5
文献标识码：A
文章编号：1001-7348(2017)12-0055-07