早前,想必大家也参与了不少国内关于“智慧城市”的各种竞赛。不夸张的说,国内的所谓的“智慧城市”,尤其是有设计公司参与的“智慧城市”为概念的竞赛大多落地不稳。
我国对智慧城市提出的支撑技术有三个:
一、数字城市相关技术,包括天、空、地一体化的空间信息快速获取技术、海量空间数据调度与管理技术、空间信息可视化技术、空间信息分析与挖掘技术、网络服务技术。
二、物联网技术,能够实现人与人、人与机器、机器与机器的互联互通。
三、云计算技术
这些事情似乎和规划设计并没有什么关系,想必大家参与过类似的智慧城市项目的同学都深有体会。大多是哼次哼次的研究半个月,最后提出的解决方案是要在街道上面多安装一些WIFI热点!或者是什么保证网络传输速度,在各个水位安装好传感器什么的事情。当然,为了体现出对交通的关心,在道路交叉口安装更多监控这种事情似乎也非要说出来凑篇幅,你们真的没拿供应商的好处么?
最后,大概就会形成下面这样一张美丽的图纸,完美的证明了设计师对于智慧城市的想象。
图片来自HASSELL
关于智慧城市,曾经一度我们以为这可能是IBM、飞利浦、西门子或者是国内互联网巨头BAT公司的事情。传感器、物联网、云计算嘛这些事情似乎和规划设计领域的传统业务没有一点关系,事实上的智慧城市建设也的确没有上如上述这样的美图里面得到什么建设性的点子。
来自日本的智能城市门户在这个时候进入我们的视野,当我们还在画我们美丽的智慧城市概念图的时候,他们稳扎稳打的已经在横滨市、丰田市、关西文化学术研究都市(京都府)、北九州市等4个地区开始实施了五年的实证实验,要用以探索日本智能电网及智能城市的未来形态。
他们关于智慧城市进行实证研究的精神让我们发现原来智慧城市可以做的事情不仅仅是建设WIFI热点那么简单。关于研究的目标和定位,这个项目带有岛国漫画中一直以来的末世属性,在他们的网站上如此写到:
为了日本在新能源和节能领域以及智能电网/智能城市方面所拥有的相关技术进行国际推广,同时以提高在国际标准制定方面的信息发布能力,促进系统推广中必不可少的相关企业的协作为目标。
日本资源贫乏,太阳能、风力等可再生能源的大规模利用,对于确保国家能源安全及减少二氧化碳排放必不可少。尤其是在2011年3月11日东日本大地震后,这种重要性变得更加突出。然而,为了大规模利用这些可再生能源,就必须构建新型送配电网--智能电网,以提高电力使用效率,保持供需平衡,保证安全稳定供电。
为此,要想更加有效地利用能源,就必须探索不仅是电力,同时也包括热能和交通系统,人们的生活方式的改变等新型社会体系,也就是智能城市的未来形态。今后,电动汽车(EV)的普及,将带来普通家庭中的EV充电等,电力的使用方式也会发生很大变化,因此不能将智能电网和智能城市截然分开、单独考虑。
在此背景下,经济产业省于2009年11月成立了内部跨部门项目团队“新一代能源及社会系统协议会”。2010年1月,发表了关于新一代能源流通及社会体系的中间报告。并以此报告为基础,公开招募智能电网/智能城市社会实证地区,最后确定在横滨市、丰田市、关西文化学术研究都市、北九州市4个地区进行实证实验。
在4个地区的社会实证中,将根据2010年-2014年的五年计划,对智能电网及智能城市的相关技术、结构、商业模式等进行验证。具体来说,包括能源使用的可视化,家电・热水器的控制,供应方根据能源需求状况促使消费者进行消费调整的需求响应,EV与家庭的结合,蓄电系统的优化设计,EV充电系统以及交通系统等。通过这些技术、系统的集成,构建区域能源管理系统(CEMS:CommunityEnergyManagementSystem),以实现区域内能源的整体优化使用。
通过CEMS的构建,虽然可以抑制过度的成本负担,促进可再生能源的利用,但与此同时,为了不损害居民的舒适与方便,还必须提供新型服务并形成新的商业模式。在4个地区的实证中,并不只是进行技术验证,同时也进行新型服务创造,国际推广所需的标准化数据收集。
既然是实证项目,当然就会产生与一系列可以扇人耳光的结论,来自北九州智能社区的这条记录通过波峰、波谷的电力梯度定价对居民和企事业单位产生的作用,形成一些具体的策略。
北九州智能社区创业的舞台-东田地区,是使用新日铁住金自营输电线的特定供给区域,因此实施了根据供求状况改变实际电费的动态定价。
从2012年度开始,在电力供求紧张的夏季设定了紧张时调升电费的CPP(CriticalPeakPrice)(波峰定价)机制。即平常时间段电费控制在15日元/kWh的低价,而供求紧张时则依次将电费调升至50、75、100、150日元。电费通过设置于各需求方的室内显示器等实现“可视化”,敦促提高空调温度、关闭照明等节电行为。
相反,秋季和春季等需求较少、可再生能源发电强劲并产生剩余电力时,为了唤起需求,则启动将电费降至最低2日元/kWh的CBP(CriticalBottomPrice)(波谷定价)机制。
家庭削减20%,企事业单位没有效果
家庭方面,CPP和CBP都确认了接近20%的削峰或提升峰值效果(图1)。设置HEMS(家庭能源管理系统)的案例中,自动控制空调等的CPP实现了接近90%的削峰,CBP则由于将剩余电力向蓄电池充电而取得了接近1000%的高效果。
【图1】动态定价实证的成果
在家庭方面,CPP和CBP都确认了接近20%的削峰或提升峰值效果(来源:北九州市)
而企事业单位方面,与CPP、CBP同时设置BEMS(楼宇能源管理系统)或FEMS(工厂能源管理系统)实现自动化的案例取得了接近10%的效果,但仅靠可视化则几乎没有效果。
为什么在企事业单位中未能取得期望的效果呢?为了探寻根由,北九州市以参加了实证事业的企事业单位为对象开展了调查。
向参加该事业的企事业单位员工询问了“节电节能意识是否有所提高?”,有7成以上回答“比以前有所提高。”(图2)。但是当询问“针对动态定价实证是否积极行动?”时,超过6成的人回答“打算要行动,但未能(完全)实现”(图3)。
【图2】约7成员工的节能节电意识有所提高
向员工(包括店铺租户)询问,通过参加该事业,节电节能意识是否有变化的结果(来源:北九州市)
【图3】约6成员工行动消极
询问年度动态定价实证中是否积极采取削峰行动的结果(来源:北九州市)
询问为何未采取节能节电行动的结果如图4。回答“业务(生产制造、接待客户、员工劳务管理等)优先”的占压倒性多数。由此可见,意识虽然有所提高,但在现实的繁忙的业务中很难付诸实际行动。
【图4】与节电节能相比业务更为优先
向图3中回答“②打算要行动,但未能(完全)实现、③没有相关意识”的人询问理由的结果(来源:北九州市)
实施积极督促行动的措施
于是,北九州市灵活运用高涨的节能意识,开展各种积极敦促付诸实际行动的措施。最具代表性的措施是以下4项。
第1项措施是“彻底削峰日”。即事先直接到访各企事业单位,提出在实证期间的某特定日期中仅需1小时即可的协助节电请求。这也是为了确认削峰潜力究竟有多大。2013年7月13日15至16时,27家企事业单位共同参与努力的结果,某企业进行了51.0%的削峰,还有的企业实现了41.2kWh的节能,效果颇为显著。
第2项措施是为有需求的企事业单位提供专家节能诊断。检查建筑物和设备的构造,以期有助于削峰和节能。2013年度实施过程中虽未取得削峰效果,但节能方面比2012年度平均改善了14.7%,取得了基本电费削减2万日元以上的效果。
需求方对节能诊断的评价很高,例如爱德万北九州研发中心评价说:“接受节能诊断并同时导入可视化装置,可实现更切实有效的运用”。据该公司称,以前都是限制空调室内机的运转,后来认识到减少室外机的运行时间更为有效,或通过确认显示器改善室外机的运转也可获得明显的节能效果。
第3项措施是向需求方出示每隔30分钟的电力需求曲线(如图5左),提示用电方式实际是怎样的结构,如何响应了动态定价,呼吁采取节能行动以及进行改善。有一些需求方在看到详细的需求曲线之后,导入了有效的节能设备。
一些企业积极采取了节能措施,例如认识到空调在节假日时的浪费性运转,便将其关闭、设置照明间隔和反射板、在工厂中安装天窗等。还有的企业通过推进LED化达成了30%以上的节能。
第4项措施是,启动动态定价的30分钟‐1小时前,向各企事业单位的负责人发出通知开始的电子邮件。收到邮件的负责人再向全公司员工转发邮件,或直接以口头及广播形式传达。在12家企业中采取该措施,其中4家有了削峰行动,还有2家企业达成了10%以上的削减(如图5右)。
【图5】敦促需求方节能节电的工具,以及动态定价前邮件通知的效果
用于向需求方解释说明的电力需求曲线的一例(左)。最高取得了10.5%的削峰效果(右)(来源:北九州市)
设计出可进化为产消者的机制
北九州市称,这些成果说明,仅靠可视化装置来传达动态定价信息并未产生效果的事业,也可以“通过密切交流,打破先入为主的观念,催生新的意识,促进节能行动”。
在此过程中,北九州市意识到尤其重要的是,“将能源、生活、业务机制与设施等构造‘分解’提供咨询服务”。然后在这些成果与课题的基础上,通过向需求方和本地区提出新的措施建议,北九州市“希望设计打造出可将需求方进化为产消者(参与生产的消费者)的机制”。
城管先生有话说:为了更好地把他们的实证成果向全世界范围推销。这个日本网站提供中、英、日三个语言的版本。我国官方解释的智慧城市也可以衍生到节能减排领域,该网站虽然仅仅聚焦于能源智慧应用的领域,但其自2010年开始记录的横跨日本各地长达五年时间的实证项目,参与的政府、企事业机构的数量之庞杂,过程报道之详细,对策研究之具体,让我们不禁觉得把WIFI热点当作智慧城市建设的一方面,是不是至少应该测测网速,免得漏了怯。