“雙碳”目標下城市道路照明節(jié)能減排與示范應用研究

曹小兵，吳春海，林金填，伍 珂，曹佳彥，李 超

(1.旭宇光電(深圳)股份有限公司，廣東 深圳 518126；2.廣東省碳達峰碳中和標準化技術委員會，廣東 廣州 510220；3.深圳市市容景觀事務中心，廣東 深圳 518036；4.廣東省標準化研究院，廣東 廣州 510220)

引言

工業(yè)的各類活動大量消費化石能源所產(chǎn)生的二氧化碳累積排放，導致大氣中溫室氣體濃度顯著增加，2020年全球平均溫度較工業(yè)化前水平高出約1.2 ℃，已造成氣候系統(tǒng)發(fā)生了前所未有的變化。在全球進入“氣候緊急狀態(tài)”的背景之下，各國針對“碳達峰、碳中和”(以下簡稱“雙碳”)目標達成的政策正在逐步出臺，應對氣候變化已成為國際社會關注焦點。據(jù)聯(lián)合國氣候變化框架公約報告，全球主要經(jīng)濟體相繼承諾減少碳排放，部分國家承諾2050年實現(xiàn)碳中和，我國在第75屆聯(lián)合國大會上承諾力爭2030年前達到二氧化碳排放峰值，2060年前實現(xiàn)碳中和的目標[1]。通過高能效循環(huán)利用技術、零碳能源技術、負排放技術等的應用，有效促進“雙碳”目標的達成，彰顯了我國構建人類命運共同體的大國責任與擔當，同時體現(xiàn)了我國在應對全球氣候變化問題上的決心和雄心[2]。為支撐實現(xiàn)“雙碳”目標，國家發(fā)展改革委等部門于2021年11月30日聯(lián)合發(fā)布《貫徹落實碳達峰碳中和目標要求 推動數(shù)據(jù)中心和5G等新型基礎設施綠色高質量發(fā)展實施方案》，意在推動以數(shù)據(jù)中心、5G為代表的新型基礎設施綠色高質量發(fā)展，發(fā)揮其“一業(yè)帶百業(yè)”作用，助力“雙碳”目標達成，各地方主管部門也出臺了碳排放控制的相關配套細則。

1 “雙碳”策略思考

“綠色”、“低碳”已成為2022年度的高頻熱度詞，我國一直將應對氣候變化作為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的內在需求，并積極參與和引領全球氣候治理。如何有效利用新技術推動城市基礎設施的智能化升級，實現(xiàn)高效節(jié)能及整體提升城市基礎設施的融合創(chuàng)新能力，已成為城市公共設施管理運維的關注焦點。如何能有效利用這一重要城市基礎設施，已成為城市管理者需要思考的現(xiàn)實問題。多功能路燈是在傳統(tǒng)路燈基礎上進行掛載功能模組升級改造的產(chǎn)物，通過利用路燈在城市均布的“電”、“網(wǎng)”優(yōu)勢，實現(xiàn)“路燈+”的獨有模式，形成城市公共區(qū)域全覆蓋的重要交互端[3]。通過在多功能路燈搭載探測設備對城市碳足跡、碳匯等領域信息的收集，有效促進城市能源形態(tài)深度融合，通過平臺系統(tǒng)運算、預測和評估優(yōu)化及快速反應提升管理效率，大幅提升城市基礎設施的能源使用效率，直接或間接地降低碳排放量[4]。

2 多功能路燈與節(jié)能減排

2.1 發(fā)展與技術創(chuàng)新

2.1.1 應用制約

多功能路燈掛載的功能模組功耗較高，是落實碳減排目標任務的重要責任主體。“雙碳”目標達成既是環(huán)境變化的迫切需求，也是我國能源可持續(xù)發(fā)展的需要，更是倒逼城市基礎設施升級的必然趨勢。由于多功能路燈建設及管理具有一定的復雜性，需要在技術、管理和制度上進行創(chuàng)新，建設也需要采用適度超前的思想引領。面對國家提出的“雙碳”達成目標，多功能路燈的節(jié)能減排壓力增大，未來將面臨碳排放強度的“相對約束”與碳排放總量的“絕對約束”，以及嚴峻的“碳經(jīng)濟”挑戰(zhàn)。相關調研表明，針對跨部門應用的多功能路燈，各主管部門對城市公共基礎設施的屬性和共享理念有待進一步統(tǒng)一，在城市基礎設施建設和管理層面缺乏促進跨部門協(xié)調機構及機制，以及面向城市全局發(fā)展的多功能路燈建設需要技術研究與標準化支撐。

2.1.2 發(fā)展機會

“雙碳”目標的實現(xiàn)必將帶來一場深刻的經(jīng)濟社會系統(tǒng)性變革，以及新技術、新產(chǎn)業(yè)、新交通、新建筑和新能源等新的發(fā)展方式。隨著我國新一代信息及工程技術的進步，多功能路燈在智慧城市管理龐大需求的基礎上，具有新興行業(yè)優(yōu)勢和市場需求基礎，作為智慧城市建設數(shù)字化應用場景部署的基礎，可為加快數(shù)字社會建設步伐提供基礎設施功能支撐，構建城市數(shù)字化生活場景。通過多功能路燈在城市均布的地理位置優(yōu)勢，建立相關數(shù)據(jù)中心深度學習模型，實時全面地監(jiān)控設施運行數(shù)據(jù)，持續(xù)進行系統(tǒng)調優(yōu)并給出優(yōu)化策略，實現(xiàn)智能供電支撐多功能路燈掛載功能模組低能耗運行。企業(yè)應關注政府的政策導向而做好生產(chǎn)規(guī)劃發(fā)展，更好地規(guī)劃布局尋找發(fā)展契機。

2.1.3 技術創(chuàng)新

企業(yè)應重視技術創(chuàng)新調整發(fā)展戰(zhàn)略，優(yōu)化和調整生產(chǎn)結構來推動低碳化轉型，關注國家及地方政府的方針政策和各項要求，進而實現(xiàn)技術升級與轉型。多功能路燈向高精尖和規(guī)?；l(fā)展成為必然趨勢，相關制造行業(yè)科技創(chuàng)新度也十分活躍，通過搭載功能模組和智能控制技術應用，對城市各類監(jiān)測網(wǎng)點的集約，高效節(jié)能LED、太陽能和風能等的加持，實現(xiàn)系統(tǒng)管理和城市基礎設施的智慧化場景。加速城市傳統(tǒng)路燈的數(shù)字化助推能源綠色轉型，建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟體系，積極落實國家應對氣候變化戰(zhàn)略指導思想，推動城市高質量發(fā)展步伐，探索多功能路燈技術創(chuàng)新路徑，助力城市節(jié)能減排及國家“雙碳”目標的達成[5]。

2.2 落實路徑

據(jù)波士頓咨詢公司研究數(shù)據(jù)顯示，2030年前通過人工智能(Artificial Intelligence，AI)應用有望減少全球26～53億噸二氧化碳排放量，約占全球總排放量的5%～10%。在“雙碳”目標達成路徑規(guī)劃中應確立節(jié)能減排的約束性目標，并建立和形成包括多功能路燈系統(tǒng)在內的政策體系，“雙碳”既是我國經(jīng)濟發(fā)展與節(jié)能減排相結合的戰(zhàn)略目標，也是推進我國能源革新的重要舉措，更是實現(xiàn)綠色環(huán)?？缭降闹匾ナ帧６喙δ苈窡糇鳛槌鞘泄不A設施之一，可有效促進交通運輸、治安管理、信息采集及信息交互效率的提升，并降低城市經(jīng)濟運行單位GDP碳排放量，并通過“多桿合一”節(jié)約公共設施及管網(wǎng)資源，降低全產(chǎn)業(yè)鏈的能源消耗，以及通過綠色新能源的應用提高公共設施單位能源利用效率。多功能路燈以AI技術、新交通、新能源及創(chuàng)新高度融合發(fā)展為路徑，實現(xiàn)新能源應用、環(huán)境改善、氣候平衡及加速碳排放量降低，利用多功能路燈特有優(yōu)勢達成城市基礎設施節(jié)能減排[6]。

2.3 減排成效

在典型示范城市建設中，基于城市基礎設施的節(jié)能減排效率存在一定差異，堅持節(jié)能減排與經(jīng)濟發(fā)展相結合，政府積極推動與機制創(chuàng)新相結合，以政策激勵與目標約束相結合，形成促進城市轉型發(fā)展的新動力，推動城市節(jié)能減排與高質量發(fā)展取得良好成效[7]。多功能路燈是智慧城市架構下物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)路燈相融合的基礎設施產(chǎn)物，集照明、通信、視頻監(jiān)控、交通管理、環(huán)境監(jiān)測、信息交互及公共服務等多功能于一體的城市基礎設施。據(jù)相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國城市公共基礎設施之一的路燈用電量在全社會用電量中占有一定比例。隨著各地城市道路照明“多桿合一”工作的推進，將原有路燈打造成多功能路燈，有效優(yōu)化城市街道整潔及管理統(tǒng)一性，同時多功能路燈掛載功能模組用能具有較大節(jié)能減排空間。

3 “雙碳”目標達成試點

3.1 強鏈計劃

照明行業(yè)利用LED高效、壽命長和高可靠性優(yōu)勢，有效改善城市公共空間的照明光環(huán)境，達到高效、經(jīng)濟、安全、環(huán)境友好與低碳。以推動“雙碳”目標達成為契機，利用產(chǎn)業(yè)基礎再造工程，加快調整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構和能源結構，實施多功能路燈產(chǎn)業(yè)的補鏈計劃，通過集合產(chǎn)業(yè)上下游企業(yè)，構建一個新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境，引導多功能路燈制造業(yè)集群，強化產(chǎn)業(yè)強鏈的責任分工，鼓勵骨干企業(yè)創(chuàng)建核心技術研發(fā)機構，促進企業(yè)技術協(xié)同攻關，開展產(chǎn)業(yè)鏈評估與提升關鍵產(chǎn)品的技術保障能力，體現(xiàn)強鏈行動的目標明確，以及產(chǎn)業(yè)關鍵指標具體量化。同時，從領導機制及產(chǎn)業(yè)鏈建設等方面進行系統(tǒng)布局，從而形成聚集效應，重點研發(fā)以云計算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術與多功能路燈搭載模組相互融合及系統(tǒng)應用，推動多功能路燈的關鍵技術示范基地建設，針對節(jié)能減排為導向的技術手冊建立，完善多功能路燈碳交易的市場規(guī)則。

3.2 頂層設計助力轉型

為落實“雙碳”目標，優(yōu)化能源格局，推動基礎設施共建共享，帶動數(shù)字技術、智慧交通與城市道路照明的融合發(fā)展，拓展更大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模和更廣闊的應用前景。深圳市以主管部門牽頭聯(lián)合相關管理部門及科研機構加強頂層設計，積極開展節(jié)能減排與產(chǎn)品融合共進策劃，抓緊行業(yè)調研與研究形成《碳達峰碳中和在智慧多功能桿行業(yè)行動方案》，統(tǒng)籌推進多功能路燈支撐引領碳達峰碳中和工作，引導行業(yè)良性發(fā)展。同時進行詳盡的分析，結合內外部環(huán)境，制定出詳實可行的戰(zhàn)略，加快推進《多功能路燈碳中和技術發(fā)展路線圖》編制，提出多功能路燈與“雙碳”目標達成的技術路線選擇，定位產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展路徑，兼顧主管部門路線定位指導；推動多功能路燈碳中和研究及示范項目的典型布局，評估示范項目合理性及帶動相關產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的合理性，確保城市基礎設施節(jié)能減排落實到位。

3.3 試點建立指標體系

大力推動城市道路照明等高耗能項目進行節(jié)能改造，解決能耗與“雙碳”目標達成，促進前端能源結構的清潔化轉變。鼓勵在有條件的城區(qū)開展多功能路燈改造試點及示范項目建設，通過用能清潔化、交通智慧化、信息監(jiān)控全面化的有效實施，以試點示范為焦點開展以多功能路燈為載體的智慧城市基礎設施建設。積極打造示范項目探索并推廣有效模式和有益經(jīng)驗，為主管部門獻言獻策及提供完善政策支持，建立碳中和指標體系，驗證技術及裝備的經(jīng)濟可行性，推行能源綠碼及碳交易、城市智慧用電、綜合能源利用行動方案。在交通管理方面，多功能路燈通過監(jiān)測系統(tǒng)對區(qū)域內的私家車行駛路徑數(shù)據(jù)進行收集、管理平臺分析及系統(tǒng)調劑可助力城市交通規(guī)劃的優(yōu)化，例如對紅綠燈切換時間、市內交通綠波帶、停車場和加油站等進行整體規(guī)劃，并通過對駕駛員駕駛安全行為數(shù)據(jù)分析及引導降低交通事故發(fā)生率，從而提高道路暢通率而進一步降低碳排放量。

3.4 試點推行

深圳市作為我國改革開放前沿的先行先試城市，從2018年連續(xù)多年將城市路燈改造升級工作寫進政府工作報告中，并在2021年的報告中明確指出要新建多功能路燈7 000套以上，為新型智慧城市建設和數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展提供基礎支撐[8]。LED照明已成為低碳應用在照明行業(yè)的具體體現(xiàn)，結合太陽能、風能等清潔能源的應用，優(yōu)化及降低多功能路燈搭載功能模塊的能耗，為節(jié)能減排目標達成起到標桿引領的作用。隨著“雙碳”目標工作的推進，國標委聯(lián)合多部門于2023年4月21日發(fā)布了《碳達峰碳中和標準體系建設指南》，為組織開展碳達峰碳中和標準體系建設提供了依據(jù)，針對城市公共交通等行業(yè)進行“雙碳”進程計量和預測，評估不同技術條件和政策情景下的效果差異，探索出一條行之有效的路徑為目標達成提供依據(jù)，利用多功能路燈搭載監(jiān)測系統(tǒng)收集碳數(shù)據(jù)，精準計算城市公共交通相關的碳排放數(shù)據(jù)，并通過這些數(shù)據(jù)收集和系統(tǒng)優(yōu)化，形成一套完善的體系進行推廣應用，并經(jīng)過多方實踐應用，最終形成標準化評價體系。

4 典型示范

以先行示范為代表的深圳市為例，生態(tài)環(huán)境主管部門已出臺《深圳市碳普惠管理辦法》，意在規(guī)范本市內碳普惠體系建設、運行及監(jiān)督管理。在城市基礎設施建設方面，通過在多功能路燈上部署車聯(lián)網(wǎng)路側單元，結合邊緣計算、5G通信，形成“智慧多功能桿+車聯(lián)網(wǎng)”應用新模式，保障智聯(lián)、遠程駕駛和無人駕駛的有效運行，加速傳統(tǒng)交通模式走向基于數(shù)據(jù)與科技的智慧交通建設[9]。積極打造新型城市智慧交通照明網(wǎng)絡藍圖，通過將城市基礎設施多功能路燈串聯(lián)組成物聯(lián)網(wǎng)管理模式，照明行業(yè)應重視產(chǎn)品或系統(tǒng)具備遠程集中控制管理、故障自動報警和自適應調節(jié)亮度等功能，實時監(jiān)控照明的在線率、亮燈率、設備狀態(tài)、維護狀態(tài)、能源使用及環(huán)境數(shù)據(jù)等信息，通過管理平臺的監(jiān)測、分析、決策、控制及綜合評價，主管部門對能源管理實現(xiàn)智慧化管理，推行綠色與智慧用能的系統(tǒng)化管理創(chuàng)新，實現(xiàn)智慧交通全鏈條減碳，助力城市道路交通“碳中和”如期達成目標。

5 結語

“雙碳”目標達成既是一場社會經(jīng)濟結構的系統(tǒng)性變革，也是一場節(jié)能減排的行動綱領，積極推動節(jié)能技術的應用，推行節(jié)能工藝實施，鼓勵使用節(jié)能產(chǎn)品，倡導全民綠色低碳生活已成為必然趨勢。城市設計者正在通過提高照明產(chǎn)品和系統(tǒng)的效率，實現(xiàn)節(jié)約能源和減少大氣污染物排放，有效改善城市生活質量和提高城市運行效率，體現(xiàn)現(xiàn)代智能控制技術的價值。在全民積極參與低碳節(jié)能的大背景之下，制定高標準推動產(chǎn)業(yè)轉型升級，讓綠色技術助力相關產(chǎn)業(yè)向中高端發(fā)展。多功能路燈搭載功能模組助力智慧城市公共設施高效運行，積極推動城市 “雙碳”目標按期達成，未來通過以國內外多功能路燈發(fā)展歷程為研究視角，總結多功能路燈的發(fā)展歷程和功能升級趨勢，分析城市多功能路燈建設面臨的宏觀環(huán)境，利用平臺監(jiān)督機制統(tǒng)籌與策劃新技術達成節(jié)能減排的理念，推動跨界技術與創(chuàng)新力的加持應用，并引導多功能路燈基于新技術應用向多元化融合方向發(fā)展。