關(guān)于日本智能社區(qū)（Smart Community）發(fā)展動向的介紹

苗宇鑫 / 李 洵 / 史 寧 / 張 達 / 葛西 悠葵

松下電器研究開發(fā)（中國）有限公司

1 背景概述

長期以來，世界能源需求的快速增長與現(xiàn)有資源的有限性及其分布不均，使世界能源礦產(chǎn)資源逐漸成為制約社會經(jīng)濟發(fā)展的重要瓶頸。日本是本土礦產(chǎn)資源極為貧乏而對礦產(chǎn)資源的需求量又特別大的國家。如何解決資源短缺與持續(xù)發(fā)展之間的難題就成為日本歷屆政府和民間企業(yè)所面臨的重要課題。

首先，面對國外，日本通過其專門的礦產(chǎn)資源機構(gòu)將本國能源企業(yè)引向海外，進行海外礦產(chǎn)資源的勘查、開發(fā)與收購，從而保證大量能源礦產(chǎn)資源長期、穩(wěn)定、安全、高效的供應。

其次，在日本國內(nèi)，日本在進入“后京都議定書”時代后，相繼出臺了《關(guān)于促進新能源利用特別措施法》、《可再生能源配額制法》等一系列政策法規(guī)，明確了日本新能源的發(fā)展目標。另外，2008年7月日本內(nèi)閣會議通過了《實現(xiàn)低碳社會行動計劃》，明確闡述了日本實現(xiàn)低碳社會的目標以及為此所需要做出的各種努力。

2010年3月，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省公布了能源基本計劃修正案，這一修正案將作為日本2030年前的能源政策方針。修正案一方面要求將“生活二氧化碳”排放量減半，另一方面要使下一代智能電網(wǎng)等與新能源有關(guān)的產(chǎn)業(yè)成為經(jīng)濟增長的支柱。修正案提出：在2020年前，要使下一代新能源汽車銷售量占新車銷售量的一半；2030年前，家庭照明要普及高節(jié)能LED燈具。與此同時，修正案還明確提出要擴大對太陽能和風能等可再生能源的利用；在2020年前，新建8座核電站，并在本世紀20年代初期建成新一代智能電網(wǎng)。

雖然在“3.11大地震”后日本對于核能的開發(fā)和利用政策做了必要的調(diào)整，而這也必將促使今后日本對各方面包括各種新能源和智能電網(wǎng)在內(nèi)的綠色/節(jié)能技術(shù)的開發(fā)和應用加大投入和推進力度。因此，本文將著重說明和介紹日本在以利用新技術(shù)與環(huán)保理念為核心概念的Smart Community（智能社區(qū)）方面所取得的進展和工程實踐，以期為國內(nèi)廣大讀者給予參考。

2 智能社區(qū)的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 定義

在日本還沒有對“智能社區(qū)”這一名詞做出明確的官方定義，但結(jié)合目前的實際應用和它所涉及的領(lǐng)域，我們可以將它理解為：利用智能電網(wǎng)和HEMS①等先進的智能技術(shù)提供最適的能源解決方案，它涵蓋了包括水資源、電力、交通、物流、醫(yī)療和電信等與人們生活和生產(chǎn)相關(guān)的所有的公共基礎(chǔ)設(shè)施和社會資源，并對上述資源的利用情況進行統(tǒng)一的監(jiān)視、控制和管理。對于實現(xiàn)上述功能的社區(qū)我們將之稱為“智能社區(qū)”。

在狹義上，它是諸多被稱之為“智能家庭（Smart House）”或者“智能街區(qū)（Smart Town）”的結(jié)合體，在有些場合也被等同理解為“智能城市（Smart City）”。下面將對日本在建設(shè)“智能社區(qū)”方面所做的工程實踐情況進行介紹。

圖1 藤澤SST項目的核心概念

2.2 實證實驗

2.2.1 藤澤Sustainable Smart Town

由松下集團聯(lián)合埃森哲集團、日本設(shè)計、住友信托銀行、三井物產(chǎn)和東京燃氣等日本國內(nèi)外的知名企業(yè)共同開發(fā)的藤澤Sustainable Smart Town（藤澤 SST），將以建設(shè)“通過電力 信息網(wǎng)絡的融合為區(qū)域住民提供無負擔的最適控制的智能街區(qū)”為目的，實現(xiàn)“松下科技與自然環(huán)境的完美結(jié)合，建成能源自循環(huán)型安心安全的可持續(xù)發(fā)展社區(qū)”，為社區(qū)居民提供高效、便捷、綠色的人居環(huán)境。預期到項目建成后將實現(xiàn)消減70%以上CO2排放量和節(jié)約30%以上生活用水（同比1990年）的目標。

為此，松下集團將提供以下三種技術(shù)支持：1）家庭整體解決方案

(1) 應用以“創(chuàng)、儲、節(jié)”等能源管理設(shè)備構(gòu)成的一體化系統(tǒng)實現(xiàn)家居舒適度和高環(huán)保性的有機兼容。

(2) 著眼智能家電等下一代網(wǎng)絡接入設(shè)備，組建“進化系統(tǒng)”。

(3) 通過SEG②實現(xiàn)能源管理設(shè)備的自主協(xié)調(diào)運行，保證緊急時的能源供給自給自足。

2）店鋪整體解決方案

在風能/光伏/熱能/水資源等4個領(lǐng)域?qū)搿皠?chuàng)、儲、節(jié)”等能源管理設(shè)備，實現(xiàn)以店鋪整體為對象的節(jié)能控制。

3）公共整體解決方案

(1) 在公園、公共停車場和道路沿線等公共區(qū)域內(nèi)大量建造光伏發(fā)電設(shè)備，在公共設(shè)施內(nèi)導入社區(qū)蓄電池系統(tǒng)，實現(xiàn)最大的防災減災效果。

(2) 通過導入LED照明燈具和監(jiān)控攝像頭并對其進行最適控制實現(xiàn)“安全 安心”的人居生活。

(3) 通過建設(shè)EV/PHEV等充電設(shè)施，實現(xiàn)社區(qū)內(nèi)的綠色出行。

2.2.2 橫浜 Smart City Project（YSCP）

與眾多正在建設(shè)的中小規(guī)模的智能社區(qū)項目相比，擁有386萬人口的橫濱市正計劃通過對現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施和生活設(shè)施的智能化改造來驗證橫濱型智能城市模型的實用性，以期為今后海內(nèi)外（特別是發(fā)展中國家）大中型城市的智能化建設(shè)提供藍本。本項目根據(jù)以橫濱市為代表的大中型城市在進行智能化改造時所面臨的一些共同課題進行了探討，著重從以下四個方面來提供解決方案。

表1 藤澤 SST的項目概況

1）規(guī)模性（Scalable）

為亞洲等地的新興國家的大中型城市智能化建設(shè)，在新建基礎(chǔ)設(shè)施的同時充分考慮配套信息系統(tǒng)的可擴張性方面提供成功經(jīng)驗，例如：新型服務模式、下位系統(tǒng)的自由追加和利用規(guī)模的增容等。

2）速度（Speed）

如何高效快速地建成智能城市是許多新興國家所面臨的問題，YSCP將設(shè)備的建設(shè)和運行維護等各方面的“都市整體解決方案”融合在一起，最大限度地提高既有城市基礎(chǔ)設(shè)施的利用效率，從而提高智能城市的建設(shè)速度。

3）先進性（Sophisticated）

先進性可以說是智能城市重要的特征之一，YSCP不止拘于應用日本和國際上的先進技術(shù)，更加致力于增強造價相對低廉的成熟技術(shù)在智能城市建設(shè)中的應用效果。為此，通過提高由信息系統(tǒng)連接起來的新建設(shè)施和既有設(shè)施的互換性和便捷性，引導市民進行智能生活方式革新，進而實現(xiàn)先進低碳的人居生活模式。

4）滿意度（Satisfaction）

為建設(shè)高人居滿意度的智能城市，鼓勵市民參與綠色人居提案。為此，在智能城市的建設(shè)籌備階段，將有效組織“創(chuàng)新網(wǎng)絡”的參加者，包括當?shù)仄髽I(yè)、YES（橫濱 Eco School）和市民團體等，鼓勵從實際利用者的角度對新型社區(qū)提供意見。

該項目預期在2050年前實現(xiàn)人均CO2排放量比2004年度減少60%以上。為此，中期目標是在2025年前實現(xiàn)人均CO2排放量減少30%以上的同時，比照2004年度可再生能源使用量提高10倍（約17PJ）。為實現(xiàn)上述目標，該項目將導入以下技術(shù)和系統(tǒng)：

1）大規(guī)模的可再生能源的導入

通過在區(qū)內(nèi)使用可再生能源、向市內(nèi)的公共設(shè)施提供太陽能設(shè)備以及為區(qū)內(nèi)樓宇安裝河水熱泵等措施達到在2020年度前可再生能源占一次能源總供給量的10%以上的目標。從而實現(xiàn)CO2的減排。

2）向一般家庭提供HEMS系統(tǒng)

通過在區(qū)內(nèi)一般家庭導入HEMS系統(tǒng)和在集團住宅內(nèi)安裝燃料電池和蓄電池等能源管理設(shè)備，實現(xiàn)家庭內(nèi)的可再生能源最適管理，提高能源利用效率以達到減少CO2排量的目的。

3）向物業(yè)管理公司提供BEMS③系統(tǒng)

和面向一般家庭一樣，通過向區(qū)內(nèi)的物業(yè)管理公司提供BEMS系統(tǒng)，樓群能源管理系統(tǒng)和城區(qū)間聯(lián)動控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)單個樓宇或者樓宇群的最適能源管理，提高能源利用效率以達到減少CO2排量的目的。

4）區(qū)域熱能管理系統(tǒng)

向區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有暖通空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)，導入光能利用系統(tǒng)、BEMS系統(tǒng)、發(fā)電站廢熱利用系統(tǒng)、含熱能水源系統(tǒng)，通過上述措施，并通過優(yōu)先使用光熱能來彌補區(qū)內(nèi)電力供給不足等問題，從而實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)最適熱能管理系統(tǒng)的建設(shè)。

具體階段為：通過對城市廢熱利用管線的調(diào)查、區(qū)域內(nèi)暖通空調(diào)能源管理現(xiàn)狀以及暖通空調(diào)能源消耗狀態(tài)的可視化分析等一系列前期調(diào)查和分析，最終將導入新型區(qū)域暖通空調(diào)熱源水系統(tǒng)。

5）新型交通系統(tǒng)

通過普及新型電動車，倡導利用公共交通等手段，提高交通系統(tǒng)的能源利用效率，實現(xiàn)消減交通運輸領(lǐng)域的CO2排放量的目標。在此過程中還將對如何在光伏發(fā)電系統(tǒng)中有效利用面向電動車輛的蓄電設(shè)施等課題進行調(diào)研。

表2 橫浜Smart City Project的項目概況

6）生活模式的革新

提高市民利用和接受新技術(shù)和新設(shè)施的意識，鼓勵市民接受低碳的生活方式，從而實現(xiàn)加速全區(qū)域低碳化的推進目標。

3 標準化推進

據(jù)預測，到2030年，國際智能社區(qū)產(chǎn)業(yè)的市場潛力將累計達到4000萬億日元。但在缺乏相關(guān)國際標準的背景下，如何使本國技術(shù)和標準最大程度地參與到國際標準的制定活動中，將成為今后日本企業(yè)推進業(yè)務時不可或缺的基礎(chǔ)。日本在這方面的推進方式可以歸納為日本主導和中日合作兩種。

3.1 日本主導

首先，由日本20家企業(yè)及業(yè)界團體組織的于2010年成立的“智能城市基礎(chǔ)設(shè)施評估指標國際標準化國內(nèi)準備委員會”與“標準認證創(chuàng)新技術(shù)研究協(xié)會” （IS-INOTEK）于2011年10月向國際標準化組織（ISO）提議制定“智能城市基礎(chǔ)設(shè)施評估指標”標準。

2012年2月底，ISO已通過設(shè)置“小組委員會1（SC1）”。SC1將由日本永久擔任理事國兼主席國。這意味著在使日本標準成為世界標準方面邁出了一大步。今后，SC1將力爭在2014年3月之前發(fā)行第1號標準。為了制定由日本主導的規(guī)則，機電、水業(yè)和鐵路等多個行業(yè)將攜手加快作業(yè)。

3.2 中日合作

2011 年2月，經(jīng)美國電氣和電子工程師協(xié)會標準協(xié)會（IEEE-SA）批準，IEEE1888標準正式發(fā)布。IEEE1888是首個通過由中日合作研究而制定的綠色IT標準，也是首個以綠色節(jié)能為宗旨、將信息通信技術(shù)與節(jié)能減排理念相融合的創(chuàng)新型技術(shù)標準。該標準支持廣域IPv4和IPv6網(wǎng)絡，是IEEE在節(jié)能減排和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域具有標志性的全球標準。

IEEE1888標準會為使用者、社區(qū)管理者、公共服務提供商、政府部門和個人用戶提供準確的遠程控制和聯(lián)合管理解決方案，使得社區(qū)和建筑群的控制設(shè)備更加高效，如傳感器、監(jiān)控設(shè)備、暖通空調(diào)、照明控制和消防系統(tǒng)等等。公共環(huán)境監(jiān)控機制建立于通過遠程監(jiān)控、操作、管理和維護來解決能源緊缺和環(huán)境惡化等問題，創(chuàng)造一個安全、舒適和便捷的生活環(huán)境。該標準最先由東京大學Green-ICT項目組進行實證實驗，并在2011年7月取得了同比節(jié)約30%電力消費量的實際效果。

4 課題和展望

綜上所述，智能社區(qū)建設(shè)是一項系統(tǒng)工程，從規(guī)劃到建設(shè)、運維需要提供一整套的事業(yè)方案，所以需要系統(tǒng)集成方、設(shè)備供應方、工程設(shè)計方、工程建設(shè)方、運營/維護方、金融機構(gòu)、各級政府和區(qū)內(nèi)居民等來自區(qū)內(nèi)外乃至國內(nèi)外多方所組成的團隊來共同推進。因此，如何將區(qū)域現(xiàn)狀和高新技術(shù)有機的結(jié)合起來，實現(xiàn)資源、人居、環(huán)境的和諧發(fā)展將是日本乃至全世界今后共同關(guān)注的主題。

名詞注釋：

① HEMS（Home Energy Management System）：家庭能源管理系統(tǒng)，可通過網(wǎng)絡對家庭內(nèi)電器能源消耗狀況的可視化分析，以及遠距離操作和自動控制等功能實現(xiàn)家庭節(jié)能。

② SEG（Smart Energy Gateway）：智能能源網(wǎng)關(guān)，松下開發(fā)的一款可根據(jù)客戶的實際能源使用狀況對「創(chuàng)、儲、節(jié)」能源管理設(shè)備進行最適管理的控制設(shè)備。

③ BEMS（Building and Energy Management System）：樓宇能源管理系統(tǒng)，通過對樓宇內(nèi)照明/暖通/電梯等機電設(shè)備進行統(tǒng)一的運維管理，實現(xiàn)在節(jié)能減排的同時提高樓宇的智能化控制水平。

[1]日經(jīng)BP綠色科技研究所.世界智能城市總攬2012[M]．日本：日經(jīng)BP社，2012．

[2]橫濱市.新型能源.社會系統(tǒng)實證Yokohama Smart City Project(YSCP)的總體規(guī)劃[EB].橫濱市，2010.

[3]松下集團.有關(guān)在環(huán)境領(lǐng)域共同開發(fā)Fujisawa可持續(xù)發(fā)展智能社區(qū)構(gòu)想的說明[OL].松下企業(yè)新聞，2011-5-26.

[4]日經(jīng)BP綠色科技研究所.日本提案的智能城市ISO標準[J].日經(jīng)環(huán)境雜志，2012，155 ：45.

[5]信息技術(shù)與標準化雜志編輯部.我國主導制定IEEE1888三項IT綠色節(jié)能標準[J].信息技術(shù)與標準化，2011，9：13．