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(dá) / 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(jì)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(jìn)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(yīng)。

其次，在日本國內(nèi)，日本在進(jìn)入“后京都議定書”時代后，相繼出臺了《關(guān)于促進(jìn)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(biāo)。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(biāo)以及為此所需要做出的各種努力。

2010年3月，日本經(jīng)濟(jì)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(jì)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(fēng)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(jì)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(yīng)用加大投入和推進(jìn)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(jìn)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(yīng)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(tuán)聯(lián)合埃森哲集團(tuán)、日本設(shè)計、住友信托銀行、三井物產(chǎn)和東京燃?xì)獾热毡緡鴥?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(luò)的融合為區(qū)域住民提供無負(fù)擔(dān)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(yù)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(biāo)。

為此，松下集團(tuán)將提供以下三種技術(shù)支持：1）家庭整體解決方案

(1) 應(yīng)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(luò)接入設(shè)備，組建“進(jìn)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(fēng)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(dǎo)入社區(qū)蓄電池系統(tǒng)，實現(xiàn)最大的防災(zāi)減災(zāi)效果。

(2) 通過導(dǎo)入LED照明燈具和監(jiān)控攝像頭并對其進(jìn)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(lán)本。本項目根據(jù)以橫濱市為代表的大中型城市在進(jìn)行智能化改造時所面臨的一些共同課題進(jìn)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(wù)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(hù)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(jìn)性（Sophisticated）

先進(jìn)性可以說是智能城市重要的特征之一，YSCP不止拘于應(yīng)用日本和國際上的先進(jìn)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(yīng)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(dǎo)市民進(jìn)行智能生活方式革新，進(jìn)而實現(xiàn)先進(jìn)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(luò)”的參加者，包括當(dāng)?shù)仄髽I(yè)、YES（橫濱 Eco School）和市民團(tuán)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(yù)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(biāo)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(biāo)，該項目將導(dǎo)入以下技術(shù)和系統(tǒng)：

1）大規(guī)模的可再生能源的導(dǎo)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(dá)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(biāo)。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(dǎo)入HEMS系統(tǒng)和在集團(tuán)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(dá)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(dá)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(biāo)。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(jìn)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(jìn)目標(biāo)。

3 標(biāo)準(zhǔn)化推進(jìn)

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

3.1 日本主導(dǎo)

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

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(dān)任理事國兼主席國。這意味著在使日本標(biāo)準(zhǔn)成為世界標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。為了制定由日本主導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（IEEE-SA）批準(zhǔn)，IEEE1888標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布。IEEE1888是首個通過由中日合作研究而制定的綠色I(xiàn)T標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)支持廣域IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò)，是IEEE在節(jié)能減排和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域具有標(biāo)志性的全球標(biāo)準(zhǔn)。

IEEE1888標(biāo)準(zhǔn)會為使用者、社區(qū)管理者、公共服務(wù)提供商、政府部門和個人用戶提供準(zhǔn)確的遠(yuǎn)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(yuǎn)程監(jiān)控、操作、管理和維護(hù)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(biāo)準(zhǔn)最先由東京大學(xué)Green-ICT項目組進(jìn)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(yīng)方、工程設(shè)計方、工程建設(shè)方、運營/維護(hù)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(tuán)隊來共同推進(jìn)。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(luò)對家庭內(nèi)電器能源消耗狀況的可視化分析，以及遠(yuǎn)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(jìn)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(jìn)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(tuán).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(biāo)準(zhǔn)[J].日經(jīng)環(huán)境雜志，2012，155 ：45.

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