家庭技术采纳概述：社区层面的推广与转型影响

《Energy Strategy Reviews》：An overview of household technology adoption: promotion and transition implication at a community level

本研究以澳大利亚新南威尔士州为例，通过K-modes聚类和空间分析，揭示家庭能源技术采用的四类集群及其空间分布不均现象，提出针对不同气候区及社区类型的差异化政策建议，促进能源转型与公平。

　　本研究旨在深入理解家庭能源技术采纳情况，并探讨技术采纳中的公平性问题，同时提出针对社区层面的技术推广与能源转型的具体策略。通过选取澳大利亚新南威尔士州（New South Wales, NSW）作为案例研究区域，研究对家庭能源技术采纳情况进行分类，并结合空间与气候分布进行分析，从而揭示不同区域在技术采纳上的差异和不均衡现象。研究发现，家庭技术采纳呈现出四个主要集群，其中“燃气与空调组合家庭”和“燃气与无供暖制冷组合家庭”表现出更高的空间聚集性。前者在NSW的夏热冬冷区域更为普遍，而后者则主要分布在NSW的炎热区域。这些发现表明，在某些区域，如炎热区域，家庭在技术采纳方面可能存在不公平现象，进而影响能源转型的整体效果。

### 背景与意义

过去十年，全球碳排放显著上升，从大约1500万吨增长至4300万吨。2020年，住宅部门的能源使用量达到约27,268太焦耳（PJ），占全球能源使用量的约20%，并贡献了全球二氧化碳（CO?）排放量的17%。随着建筑数量的增加以及高能耗设备的普及，家庭能源消耗持续增长。为了应对日益严峻的能源危机，国际能源署（IEA）一直在积极推广节能技术，并推动能源转型。2023年，全球在清洁能源上的投资预计将达到1.7万亿美元。然而，尽管这些努力取得了一定成效，不同地区在能源技术采纳上的差异依然存在，导致能源转型过程中出现不平等现象。因此，有必要全面了解当前家庭技术采纳的全貌，并探索技术采纳的公平性问题，从而为不同地区提出针对性的技术推广和能源转型策略。

### 文献综述

#### 全球与国家政策背景

许多国家正在采取措施推动更清洁的家庭能源与技术。在澳大利亚，政府已设立多个国家级机构以促进可再生能源与清洁技术的采纳，尤其关注太阳能光伏（Solar PV）技术。同时，针对低收入家庭的补贴政策也已推出。在美国，税收激励、信用计划和补贴政策加速了太阳能技术的采纳。类似地，税收激励和优惠政策也推动了中国可再生能源产业的发展。然而，这些政策主要在国家或州的层面上实施，而未能充分考虑社区层面可能存在的技术采纳差异。

#### 社区层面的技术采纳不平等

在社区层面，收入、基础设施、住房类型和气候需求等因素共同影响家庭对能源技术的可及性和采纳率，从而导致显著的不平等现象。空间分析不仅能够揭示经济差距，还能反映基础设施的可及性、技术采纳的可行性以及政策效果。例如，高收入家庭通常更早采纳太阳能板和空调，而低收入社区则面临基础设施不足和经济障碍。气候条件进一步加剧了这种不平等：炎热地区需要更多的制冷技术，寒冷地区则需要更多的供暖技术，而这些气候条件下缺乏适当技术的直接后果是居民舒适度下降以及能源公平性受到挑战。这些不平等现象可能使弱势家庭陷入低效设备、高能耗账单和健康风险，同时限制整体的碳减排潜力和公众对低碳政策的支持。

#### 技术采纳的机制

不同能源技术的采纳机制各不相同。例如，制冷技术的采纳主要受到气温上升和收入增长的驱动，但受限于经济承受能力和基础设施可及性。供暖技术的采纳则在寒冷地区高度依赖政策支持和经济能力。清洁烹饪燃料的采纳受到收入、基础设施、社会资本、性别因素和文化规范的影响，女性在决策过程中的参与显著提高了清洁燃料的采纳率。热水技术的推广则受到补贴和政策激励、住房类型和居民意识的影响。这些多样化的机制表明，单独研究某一种技术可能忽略跨技术的不平等现象，从而阻碍制定整合性的、针对性强的政策策略。

### 方法论

#### 研究数据库

本研究选取了澳大利亚新南威尔士州作为案例研究区域，主要原因在于其在经济、人口、气候和能源转型方面的代表性。NSW是澳大利亚人口最多、经济最发达的州之一，其首府悉尼是全国的经济和政策中心，这使得该州在社会经济结构和能源消费模式方面具有高度代表性。此外，NSW的气候条件复杂多样，根据K?ppen气候分类，其东北沿海地区属于湿润亚热带气候，夏季炎热潮湿，冬季温和干燥；东南沿海地区则具有海洋性气候，夏季凉爽，冬季温暖；而中央和西部地区则属于半干旱或沙漠气候，降水稀少，气温相对较高。这种显著的气候差异导致居民在制冷、供暖、烹饪和热水供应等不同家庭能源技术上的需求和选择高度多样化，为研究不同气候条件下的技术采纳模式和公平性提供了理想的自然实验环境。在能源转型政策方面，NSW是澳大利亚的领先者，已率先规划可再生能源区（Renewable Energy Zones），实施净零排放计划（2020–2030），并推出了多种补贴政策，以促进高效制冷、供暖和热水系统的应用。因此，NSW经常被选为分析家庭能源技术采纳和转型路径的典型区域。其经验不仅对澳大利亚具有参考价值，也为其他具有相似社会经济和气候条件的地区提供了借鉴。

#### 分析技术

##### 聚类分析

本研究采用聚类分析方法，其中K-means和K-modes是两种常用的聚类技术。K-means适用于处理数值型数据，能有效捕捉由连续变量驱动的分布差异。而K-modes专门用于处理分类数据，可以识别各种离散特征的组合模式。通过结合这两种方法，研究能够全面呈现家庭能源技术的采纳情况，并揭示不同技术组合在空间和气候分布上的不均衡现象，为识别技术不公平性和制定针对性政策提供依据。

K-means聚类方法在已有研究中被广泛应用，例如一些研究使用K-means分析家庭太阳能采纳的区域差异，以识别不同区域的特征。在本研究中，K-means被用于将NSW划分为不同的气候区，以更准确地反映制冷和供暖需求的差异。K-modes聚类方法则用于对家庭技术选择进行分类，以识别不同技术组合的特征。通过这两种方法的结合，研究能够更全面地揭示家庭能源技术的采纳模式，并识别技术采纳的不均衡现象。

##### 空间分析

空间分析在本研究中主要采用热点分析和空间自相关分析。热点分析用于揭示空间点的聚集特征，其可视化结果能够清晰展示不同技术组合的分布情况。在本研究中，热点分析被用于识别不同家庭技术组合的空间聚集和稀缺区域，为揭示技术分布的不均衡性提供视觉基础。空间自相关分析则用于评估不同家庭技术组合的空间分布是否具有统计学上的显著性。Moran's I值用于衡量空间自相关，其范围从?1到+1，值小于0表示负空间相关（分散），值大于0表示正空间相关（聚集）。通过空间自相关分析，研究验证了不同家庭技术组合的空间分布是否具有显著性，从而为技术采纳的公平性分析提供支持。

##### 差异分析

本研究还采用了卡方检验和Kruskal-Wallis检验等统计方法来分析不同技术组合在家庭中的分布差异。卡方检验用于检测两个变量之间是否存在显著差异，而Kruskal-Wallis检验则用于比较多个独立样本是否来自同一概率分布。这些方法为研究不同技术组合在不同气候区中的分布差异提供了工具支持，同时也为后续聚类模型的构建提供了依据。

### 研究结果

#### 技术分类

为了全面了解NSW家庭能源技术采纳模式，研究采用K-modes聚类算法，基于家庭在不同能源使用类别中的技术采纳情况进行分类。分类前，研究通过卡方检验验证了不同能源使用类别中技术采纳的差异性。结果显示，确实存在显著的技术采纳差异。然而，从皮尔逊相关系数来看，技术采纳与不同能源使用类别之间并无显著相关性。因此，基于不同能源技术的分类是合理的。

分类结果显示，NSW的家庭主要分为四类：燃气与空调组合家庭、太阳能与空调组合家庭、燃气与无供暖制冷组合家庭以及以客厅为主的家庭。其中，燃气与空调组合家庭和燃气与无供暖制冷组合家庭占比更高，而太阳能与空调组合家庭和以客厅为主的家庭则相对较少。从空间分布来看，燃气与空调组合家庭和燃气与无供暖制冷组合家庭表现出更高的空间自相关性，主要集中在悉尼和NSW中部地区，而太阳能与空调组合家庭和以客厅为主的家庭则分布较为分散，主要集中在NSW的东部沿海地区。

#### 技术采纳分布

从气候角度来看，NSW的不同气候区在家庭技术组合上的分布存在显著差异。燃气与空调组合家庭主要分布在温和气候区和夏热冬冷气候区，而燃气与无供暖制冷组合家庭则主要分布在炎热气候区。这表明，在炎热气候区，许多家庭对制冷技术的需求较高，但并未安装任何制冷设备，存在明显的不平等现象。此外，研究还发现，技术采纳的分布模式受到社会经济背景的影响，例如在高收入社区，居民更倾向于采用太阳能与空调组合技术，而在低收入社区，燃气与无供暖制冷组合技术更为普遍。

### 讨论

#### 研究发现的总结

本研究对NSW的家庭能源技术采纳进行了分类，并分析了其空间和气候分布。研究发现，家庭技术采纳呈现出四种主要模式：燃气与空调组合家庭、太阳能与空调组合家庭、燃气与无供暖制冷组合家庭以及以客厅为主的家庭。其中，燃气与空调组合家庭和燃气与无供暖制冷组合家庭较为普遍，而太阳能与空调组合家庭和以客厅为主的家庭则相对较少。从空间分布来看，燃气与空调组合家庭和燃气与无供暖制冷组合家庭表现出较高的空间聚集性，主要集中在悉尼和NSW中部地区。而太阳能与空调组合家庭和以客厅为主的家庭则分布较为分散，主要集中在NSW的东部沿海地区。

从气候角度来看，不同气候区的家庭技术组合存在显著差异。燃气与空调组合家庭主要分布在温和气候区和夏热冬冷气候区，而燃气与无供暖制冷组合家庭则主要分布在炎热气候区。这种分布差异揭示了技术采纳中的不公平现象，尤其是在炎热气候区，许多家庭对制冷技术的需求较高，但并未安装任何制冷设备。以客厅为主的家庭则主要分布在温和气候区，其制冷和供暖需求相对较低，这表明该类家庭对温度控制的需求较少，技术采纳模式也相对简单。

#### 技术采纳与不公正现象的揭示

研究发现，NSW的家庭能源技术采纳呈现出明显的不平等现象。第一类家庭，即燃气与空调组合家庭，虽然能够满足基本的舒适需求，但由于对清洁技术的采纳率较低，存在碳锁定（carbon lock-in）的风险。因此，政策应鼓励这些家庭向电能转化，例如通过补贴或置换计划，帮助其更换燃气设备为高效的电热泵和电磁炉。第二类家庭，即太阳能与空调组合家庭，虽然在可再生能源技术的采纳方面处于领先地位，但由于初始投资成本较高，许多低收入家庭无法广泛采用。因此，政策应提供额外的激励措施，例如储能系统和电网集成支持，以降低采用门槛。第三类家庭，即燃气与无供暖制冷组合家庭，由于缺乏基本的温度控制技术，导致在炎热和寒冷气候区的居民面临较高的健康风险和能源成本。因此，政策应提供针对这些家庭的补贴和基础设施投资，以改善其居住条件。第四类家庭，即以客厅为主的家庭，虽然在部分区域已经采用了一些清洁技术，但由于对能源成本的敏感性，仍然面临较大的经济压力。因此，政策应鼓励这些家庭进一步采用清洁技术，例如通过提供低成本的太阳能系统和电热设备，以降低其能源支出。

#### 不同社区的技术推广与能源转型建议

基于家庭技术采纳比例的不同，NSW的郊区被划分为六类。每类郊区可能有不同的技术推广和能源转型策略。对于第一类郊区，即主要由燃气与无供暖制冷组合家庭构成的区域，政策应优先考虑满足基本的供暖和制冷需求。例如，通过补贴或直接提供，确保每个家庭至少拥有一个高效的供暖或制冷设备，并覆盖其购买、安装和维护的成本。同时，应加强基础设施投资，以确保新设备的可靠运行。此外，通过文化适应性的本地网络进行宣传和教育，有助于提高居民对新技术的认知和接受度。鉴于许多居民是租户或社区住房住户，政策应协调房东与租户之间的关系，例如通过提供补贴，鼓励房东安装制冷设备。

对于第二类郊区，即技术采纳比例较为平均的区域，政策应更加灵活和多样化。例如，提供多种技术的补贴或无息贷款，不仅可以促进太阳能板的安装，还可以支持高效设备如热泵空调系统、电磁炉、家庭隔热和电池的推广。由于这些郊区没有明显的主导技术组合，居民可能更愿意尝试新技术，因此政府应重点推广绿色技术，并通过政策手段创造有利于能源转型的环境。

对于第三类郊区，即主要由燃气与无供暖制冷组合家庭构成的区域，政策应提供更强的激励措施，并推动社区层面的行动。例如，通过提供高价值的前期补贴，如政府资助安装反向循环空调或屋顶太阳能系统，可以直接解决经济负担问题。此外，由于部分家庭已经采用了这些技术，政策可以通过展示“早期采纳者”的成功案例，利用同伴效应（peer effect）来鼓励更多家庭加入。因此，该类郊区需要更强的激励和社区推动。

对于第四类郊区，即主要由燃气与空调组合家庭构成的区域，政策应推动这些家庭向更清洁、可持续的技术转型。由于这些家庭拥有较高的经济能力，政策可以提供更具体的激励措施，如补贴或置换计划，以鼓励其更换燃气设备为高效的电热设备。同时，由于这些家庭可能已经拥有较成熟的能源技术，政策应进一步推动其向太阳能和电池等清洁能源的转型，以实现更高的碳减排目标。

对于第五类郊区，即以客厅为主的家庭主要分布的区域，政策应利用这些社区已有的节能意识和部分技术转型的经验，鼓励其进一步采用清洁技术。例如，针对使用电热水器和供暖系统的家庭，提供额外的激励措施，以支持屋顶太阳能的安装。此外，由于这些社区可能包含退休人员或低收入家庭，政策应提供专门的援助计划，如“无息还款计划”，以帮助其进行家庭节能改造。这种政策设计可以有效减少这些家庭的能源支出，并提高其居住舒适度。

对于第六类郊区，即主要由太阳能与空调组合家庭构成的区域，政策应重点维持和深化现有的技术转型势头。例如，政府可以公开表彰这些社区的领先地位，并优先为其提供新的项目或试点计划，尤其是进一步推广太阳能光伏系统和电池存储。由于这些社区的经济条件相对一般，政策应继续关注公平性问题，确保低收入家庭不会被排除在外。因此，该类郊区的政策应注重提供充足的资源和支持，以确保其能够实现可持续的能源转型。

### 局限性与未来研究方向

#### 研究的局限性

本研究的局限性在于其数据集仅覆盖了2019年以前的家庭能源技术采纳情况，未能反映2020年以后由于新冠疫情和NSW新政策带来的变化。因此，研究结果仅反映了疫情前的技术采纳模式，无法捕捉疫情后可能出现的变化。此外，研究主要依赖定量聚类（如K-modes和K-means）和空间分析，这些方法虽然能有效识别整体模式，但无法深入分析社会行为因素，如态度和意识。类似的问题也出现在之前的高影响力研究中。由于研究仅聚焦于NSW，其结论和政策建议可能不适用于其他地区，除非进行适当的本地化调整。

#### 未来研究方向

未来的研究可以整合2020年之后的家庭能源技术采纳数据，以分析疫情对技术采纳模式的影响，以及NSW新政策带来的变化。此外，研究方法可以扩展至其他澳大利亚州份和国际地区，但政策建议必须根据当地的具体情况进行调整。通过比较不同地区的采纳模式，可以进一步加强技术公平性政策的证据基础，为制定更具针对性和有效性的能源转型策略提供支持。

### 结论

本研究基于NSW的家庭能源技术采纳情况，对其进行了分类，并分析了其空间和气候分布特征。随后，研究进一步对NSW的郊区进行了分类，并提出了针对不同区域的技术推广和能源转型建议。研究的主要发现包括：NSW的家庭能源技术采纳呈现出四种主要模式，其中燃气与空调组合家庭和燃气与无供暖制冷组合家庭较为普遍，而太阳能与空调组合家庭和以客厅为主的家庭则相对较少。从空间分布来看，燃气与空调组合家庭和燃气与无供暖制冷组合家庭表现出较高的空间聚集性，主要集中在悉尼和NSW中部地区，而太阳能与空调组合家庭和以客厅为主的家庭则分布较为分散，主要集中在NSW的东部沿海地区。从气候分布来看，燃气与空调组合家庭在温和气候区和夏热冬冷气候区更为普遍，而燃气与无供暖制冷组合家庭则主要分布在炎热气候区。这些发现揭示了家庭能源技术采纳中的不公平现象，尤其是在炎热气候区，许多家庭对制冷技术的需求较高，但并未安装任何制冷设备。

本研究通过结合家庭层面的BASIX数据与聚类和空间分析方法，为理解不同气候、基础设施和社会经济条件如何影响家庭能源技术采纳提供了实证框架。技术采纳的不平等现象表明，需要采取差异化政策响应。例如，通过针对性补贴、基础设施投资和对低收入家庭的财政支持，可以有效解决能源不平等问题，同时推动NSW的能源转型目标。未来的研究应结合2020年之后的数据，以捕捉疫情对技术采纳模式的影响，以及NSW新政策的实施效果。研究方法具有可迁移性，但政策建议必须根据当地情况进行调整，以确保其相关性和有效性。通过在不同地区进行比较分析，可以进一步加强技术公平性政策的证据基础，为制定更公平、更具针对性的能源转型策略提供支持。