超越技术和财务可行性：协作治理在美国市政污水处理厂可再生能源应用中的作用

《Energy Research & Social Science》：Beyond technical and financial feasibility: The role of collaborative governance in renewable energy adoption at municipal wastewater treatment plants in the United States

　　Bhavik Gupta | Christine J. Kirchhoff | Joshua Oluwatumise | Steven A. Conrad | Hannah Wiseman
宾夕法尼亚州立大学土木与环境工程系，556 White Course Drive，State College，PA，16802，美国

**摘要**
市政拥有的污水处理厂（WWTPs）正在不断增加能源来源以降低成本并促进可持续发展目标，但即使在具有相似物理特性和资源的设施之间，可再生能源的采用情况也存在显著差异。通过对代表加利福尼亚州和美国其他地区21个设施的30名WWTP运营者和管理者进行半结构化访谈，本研究探讨了组织动态和协作治理如何更广泛地促进太阳能的采用和可再生能源的转型。我们发现，与不合作的方法相比，WWTP管理者与地方政府之间的协作决策与更高的可再生能源采用水平密切相关。协作方法通过调动技术专长、获取拨款和合作伙伴关系以及将项目纳入市政可持续发展战略和规划框架来促进太阳能和其他可再生能源的采用。值得注意的是，即使没有采用太阳能的协作设施也开发了替代的可再生能源组合，这表明协作促进了全面的能源规划，而不仅仅是单一技术的采用。仅靠政策激励似乎不足以推动可再生能源的采用，还需要组织学习、领导层参与和部门间的协作。这些发现表明，公共基础设施中的可再生能源转型既取决于技术或财务可行性，也取决于组织和制度动态，加强公用事业公司与市政领导层之间的协作可以使可持续发展目标和实际运营情况保持一致。这可能会加速包括WWTPs、饮用水系统和其他公共基础设施在内的可再生能源的采用。

**引言**
污水处理厂（WWTPs）消耗大量能源来净化水并保护公众和环境健康[1]，仅在美国每年就消耗约302亿千瓦时的能源[2][3][4]。对于大多数地方政府而言，WWTPs占总市政能源使用的30-40%[5]，这对它们的运营预算和减排目标构成了压力。在这种情况下，现场可再生能源系统（特别是太阳能光伏）的采用代表了一个减少运营成本、提高能源韧性并同时减少温室气体（GHG）排放的有希望的机会[5][6][7][8][9][10]。虽然大型处理能力的WWTPs通过厌氧消化和热电联产产生能源的潜力已经得到充分证实[11]，但关于现场太阳能采用的驱动因素了解较少。以往关于WWTPs和可再生能源采用的研究主要集中在技术驱动因素（如场地可行性）以及财务可行性和政策激励方面[7][10][12]。迄今为止，虽然有研究指出人类因素（包括组织领导力、决策过程和机构间协作）在塑造市政废水部门太阳能转型中的重要性，但这些方面仍需进一步探索[13][14]。本研究通过半结构化访谈WWTP运营者和管理者，探讨了组织动态、外部影响和决策方法之间的相互作用，这些因素可能促进或限制WWTPs中的太阳能采用。我们还研究了组织动态和协作治理如何更广泛地影响可再生能源的转型。

WWTP的管理者越来越多地探索可再生能源技术以减少能源消耗和温室气体排放，在某些情况下甚至转变为净能源生产者[15][16]。在各种可再生能源技术中，太阳能因其可扩展性、成本下降以及与现有基础设施的兼容性而成为一个特别可行的选择。太阳能的采用可以抵消电网电力使用，稳定市政能源成本，并有助于减少温室气体排放，从而实现地方、州和联邦的减排目标[17][18]。财政激励措施促进了太阳能的采用[19]，同样，要求减排的气候政策以及可再生能源配额标准（RPS）或清洁能源标准（CES）等能源行业标准也通过创造稳定的需求和降低市场成本间接支持了太阳能的采用[20][21][22]。然而，仍存在重大障碍：例如，城市地区WWTPs的安装空间不足；复杂的许可流程；以及不利于将多余电力送回电网的政策，这些都可能削弱财务可行性[7][10]。

州政府在塑造太阳能采用模式方面可以发挥重要作用。例如，加利福尼亚州（CA）实施了RPS[23]、自发电激励计划（SGIP）[24]和严格的排放法规。这些政策通过财政补贴[25]、简化许可流程[26]以及历史上有利的净计量条件[27]来激励可再生能源（包括太阳能）的采用。先前的研究表明，这些政策使加州WWTPs的太阳能采用率高于其他州的WWTPs[28]。然而，即使在有利的政策环境下，制度和治理因素也常常影响机会是否能够转化为实际实施[29][30][31][32]。

地方政府也有工具来影响可再生能源的采用。气候行动/适应计划（CAPs）可以识别高温室气体排放源和能源用户，并为提高能源韧性提供战略框架[8][33][34][35][36]。城市可以采取100%可再生能源电力政策来指导地方能源规划[37]。然而，组织孤岛和地方政府内的“创新不足”可能会阻碍更广泛的采用。例如，机构惯性、风险规避和权力分散[29][30][31]可能会阻碍水务领域的创新。克服这些创新不足可能需要地方政府协调不同参与者和层级的能力，以打破机构惯性并使新实践常态化[38]。水务领域的领导力和组织学习也有助于公用事业公司从被动反应转向主动行动[32][39][40]。在废水系统中，正式规则和监管框架决定了“适应空间”[41]，但将能力转化为实际实施取决于规划惯例、论证逻辑和文化规范。更广泛的治理研究表明，背景因素会影响信息和政策信号的使用：决策反映了多层次的驱动因素，包括强制性规定、激励措施、利益相关者网络和组织文化[42][43][44]。

尽管有这些见解，但对于地方政府内部的决策模式（特别是公用事业公司与市政领导层之间的协作存在与否）如何与支持性政策环境相互作用以及这种相互作用如何导致WWTPs中不同的可再生能源结果知之甚少。现有研究记录了创新面临的障碍和态度[27][28]，并追踪了适应路径[32]，但很少有实证研究探讨决策过程和组织文化及其对不同司法管辖区能源相关结果的影响。最近对公共基础设施治理的分析[45]呼吁建立中层协调机制，使法定激励与组织惯例保持一致。本研究在WWTPs太阳能采用的具体领域回应了这一呼吁。我们还研究了组织动态和协作治理如何影响更广泛的可再生能源转型。

**基于制度理论和协作治理框架**[29][30][46][47]，本研究探讨了政策激励、强制性规定和组织背景如何相互作用以影响可再生能源的采用。制度理论为理解为什么在类似技术和财务背景下的组织行为不同提供了分析基础。这指出了组织文化、领导力和制度惯例在调节对政策信号响应中的作用[29][32][42][44]。协作治理框架帮助我们分析了WWTP管理层与市政领导层之间的协调如何影响技术和财务机会是否能够转化为实际实施[38][46][47]。我们通过对代表美国21个WWTP的30名WWTP运营者和管理者的半结构化访谈，分析了组织领导和协作如何影响太阳能采用决策，以及州政策背景如何调节这些动态。我们提出了以下问题：（1）内部组织因素（包括领导优先事项、能力和文化）如何影响WWTPs中的太阳能采用决策；（2）支持性政策环境和地方组织动态如何影响太阳能采用；（3）WWTP管理层与地方政府之间的协作决策如何在促进（或阻碍）太阳能采用和整合方面发挥作用。本研究有三个主要贡献：（1）我们通过实证证明了WWTP管理层与地方政府之间的协作决策与更高的可再生能源采用率和更多样化的能源组合相关；（2）我们开发了一个三层次框架，将战略愿景、协作治理和支持性政策联系起来，以解释不同的采用路径，将协作治理理论扩展到市政基础设施；（3）我们确定了地方政府可以利用的可操作因素（机构对齐、部门间协作和以可持续性为导向的组织文化），以加速可再生能源的转型。这项工作有助于理解公共部门的组织行为和决策实践。以下部分描述了我们的方法、展示了研究结果，并讨论了它们对使市政基础设施与可持续性和气候韧性目标保持一致的意义。

**研究设计**
本研究采用了定性研究方法，以探讨组织领导和动态、支持性政策环境以及决策方法如何影响市政WWTPs中的太阳能采用。选择半结构化访谈[48][49]是为了深入了解参与者关于太阳能的决策过程、经验、障碍和动机。这种方法允许受访者分享不同的观点，同时确保涵盖所有相关内容。

**太阳能采用的描述性模式**
为了描述WWTPs中太阳能采用的条件，我们对每个WWTP进行了编码，以确定是否存在支持性条件、障碍、组织属性和政策特征。按太阳能采用状态分类的编码出现频率总结在表3中。这些频率计数表明，在太阳能采用者与非采用者之间哪些主题更常被讨论，为深入分析提供了背景。

**分析比较协作与非协作决策结果的见解**
分析与Bizer等人[45]和H?lscher等人[38]的见解一致，强调了中层机构协调在促进可持续性转型中的重要性。仅靠技术可行性很少足以在像污水处理这样的分散系统中推广可再生能源；相反，转型取决于跨行为体的同步性和实现共同目标的能力。

**结论**
本研究表明，市政WWTPs中的太阳能采用既是一个社会过程也是一个制度过程。采用与组织动态、支持性环境和协作治理密切相关，而不仅仅是技术或经济可行性。在各种案例中，采用路径通常与组织对可持续性的导向、调动支持性政策和资金的能力以及是否存在（或不存在）这些因素有关。

**局限性和未来研究方向**
尽管本研究为WWTPs中太阳能采用的动态提供了宝贵的见解，但仍需承认几个局限性。首先，如第2.2节所讨论的，分析范围受到样本大小的限制，尽管样本在地理和设施特征上具有多样性，但可能系统性地低估了组织能力较低或对能源管理关注度较低的设施。我们的招募策略结合了随机抽样（CA数据库）和目的性抽样。

**作者贡献声明**
Bhavik Gupta：撰写——初稿、可视化、方法论、调查、正式分析、数据管理、概念化。
Christine J. Kirchhoff：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、方法论、调查、资金获取、正式分析、概念化。
Joshua Oluwatumise：撰写——初稿、方法论、调查、正式分析、数据管理。
Steven A. Conrad：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿。

**利益冲突声明**
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益和个人关系：Christine J. Kirchhoff报告称获得了美国国家科学基金会（NSF）的资助（奖项编号1944664）。本文中的任何观点、发现、结论或建议均为作者个人观点，不一定反映NSF的观点。此外，Christine J. Kirchhoff和Hannah Wiseman报告称获得了财务支持。