基于物聯(lián)網(wǎng)的可持續(xù)智慧城市的能源問題

　　倫敦、斯德哥爾摩、迪拜、紐約等許多城市已經(jīng)開始向智慧城市轉(zhuǎn)型。隨著人們?cè)絹碓狡毡榈卣J(rèn)識(shí)到信息和通信進(jìn)步將先于不可避免和必要的城市環(huán)境進(jìn)步，能源困境將伴隨后者。根據(jù)倫敦能源和溫室氣體排放清單(“LEGGI”)，該市在 2018 年使用了大約 134.000 千兆瓦時(shí)的能源。隨著倫敦(和其他城市)逐漸發(fā)展成為一個(gè)成熟的智慧城市，這一數(shù)字只會(huì)增加。

　　在未來能源安全恐慌中，尋找更新、獨(dú)特的方法來產(chǎn)生運(yùn)營智慧城市所需的能源可能是至關(guān)重要的一步。雖然許多發(fā)達(dá)國家的城市都在努力通過完全采用可再生能源為自己供電而成為零碳城市，但值得探索更新、小規(guī)模的能量收集設(shè)備來利用可持續(xù)能源。其中一種方法是通過物聯(lián)網(wǎng)增強(qiáng)的基于壓電的腳步發(fā)電系統(tǒng)。

　　物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的壓電材料

　　隨著傳感設(shè)備在智能城市中越來越普遍，利用各種運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)源來生產(chǎn)能源成為可能。壓電材料可以“捕獲”來自人體運(yùn)動(dòng)、風(fēng)、車輛、海浪等來源的動(dòng)能，并將其轉(zhuǎn)化為電能。這些壓電材料，無論是嵌入鞋內(nèi)還是固定在四肢上，都可以從行走或擺動(dòng)等活動(dòng)中捕獲能量。這項(xiàng)技術(shù)可以高效、清潔地將機(jī)械壓力轉(zhuǎn)化為電能，從而成為一種環(huán)保的電源。物聯(lián)網(wǎng)作為一種技術(shù)，可以在實(shí)現(xiàn)可行的壓電能量收集系統(tǒng)方面發(fā)揮框架和監(jiān)管作用。

　　首先，能量收集系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備會(huì)不斷監(jiān)測(cè)利用能量的壓電設(shè)備的性能——檢測(cè)磨損情況、是否符合當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)和標(biāo)準(zhǔn)。但物聯(lián)網(wǎng)如何通過智能管理收集能量的分配來釋放壓電能量收集系統(tǒng)的真正潛力呢?在智能城市中，物聯(lián)網(wǎng)可以促進(jìn)收集能量的交易和共享。多余的能量可以賣給電網(wǎng)，也可以與鄰近的建筑物或基礎(chǔ)設(shè)施共享，從而創(chuàng)建一個(gè)更加互聯(lián)和可持續(xù)的能源生態(tài)系統(tǒng)。它可以將產(chǎn)生的電力用于為各種設(shè)備供電，也可以將多余的能量儲(chǔ)存起來以備后用。這種動(dòng)態(tài)能量分配提高了系統(tǒng)的實(shí)用性和可靠性。此外，建立一個(gè)壓電傳感器網(wǎng)絡(luò)可以提高效率，而且是遠(yuǎn)程的。

　　盡管壓電材料有可能融入一個(gè)與智能城市中普遍的電源管理基礎(chǔ)設(shè)施相融合的無縫系統(tǒng)，但這些材料仍處于起步階段，在商業(yè)上不可行，無法從人體運(yùn)動(dòng)、風(fēng)、車輛、海浪等來源的振動(dòng)中有利地利用能量轉(zhuǎn)化為電力。它呼吁對(duì)該領(lǐng)域和其他小規(guī)模能源收集方法進(jìn)行更多研究，以補(bǔ)充可持續(xù)能源領(lǐng)域的大參與者。

　　實(shí)現(xiàn)智慧城市的另一個(gè)艱巨挑戰(zhàn)是，人們?cè)絹碓綋?dān)心在不久的將來如何養(yǎng)活城市居民。根據(jù)《垂直農(nóng)場：21 世紀(jì)養(yǎng)活世界》一書的作者迪克康·德斯波米爾 (Dickcon Despommier) 的說法，到 2030 年，地球人口的近 80% 將居住在城市中心，如果繼續(xù)采用傳統(tǒng)的耕作方式，要養(yǎng)活屆時(shí)新增的 30 億人口，估計(jì)需要 109 公頃新土地來種植足夠的糧食。然而，隨著城市農(nóng)業(yè)在智慧城市中越來越普遍，屋頂花園、高密度園藝生產(chǎn)、小規(guī)模農(nóng)田、社區(qū)花園和更廣泛的農(nóng)業(yè)經(jīng)營不斷涌現(xiàn)，農(nóng)業(yè)實(shí)踐正在朝著變革邁出一步。但是，城市農(nóng)業(yè)更傾向于對(duì)能源有較高的要求，使用設(shè)備代替較小的土地使用。

　　由于可用于農(nóng)業(yè)用途的土地有限，農(nóng)民將采用垂直農(nóng)業(yè)、水培和其他集約化技術(shù)。這些方法涉及人工照明、氣候控制系統(tǒng)和自動(dòng)化，所有這些都需要大量能源投入。回想起來，即使是傳統(tǒng)環(huán)境下的農(nóng)業(yè)也需要更多的能源，因?yàn)樾枰B(yǎng)活更多的人。因此，隨著世界迫切要求零碳排放，世界各國政府一直在敦促農(nóng)業(yè)部門不可避免地轉(zhuǎn)向可再生能源。

　　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決方案已越來越多地應(yīng)用于資源管理、供應(yīng)鏈管理和遠(yuǎn)程監(jiān)控農(nóng)場(無論是城市農(nóng)場還是傳統(tǒng)農(nóng)場)。物聯(lián)網(wǎng)傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤狀況、作物健康狀況和天氣模式，幫助農(nóng)民做出明智的決定，確定何時(shí)以及如何種植、灌溉和收獲，優(yōu)化作物產(chǎn)量和資源利用率，這些都已為農(nóng)場的生產(chǎn)力做出了貢獻(xiàn)。盡管物聯(lián)網(wǎng)在監(jiān)管方面應(yīng)用廣泛，但它在農(nóng)場能源效率方面的潛在作用卻常常被忽視。雖然確實(shí)存在可以監(jiān)測(cè)和控制城市農(nóng)業(yè)運(yùn)營中能源使用的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，但即使在能源來源處也需要納入這項(xiàng)技術(shù)。也就是說，雖然我們?cè)谵r(nóng)場的節(jié)能實(shí)踐方面取得了進(jìn)步，但也有必要規(guī)范農(nóng)場的能源生產(chǎn)。

　　農(nóng)場和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)

　　農(nóng)場本質(zhì)上是生態(tài)系統(tǒng)——能夠生產(chǎn)自己的能源。它們可以利用太陽能、回收養(yǎng)分并整合可再生能源。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)為調(diào)節(jié)和管理農(nóng)場內(nèi)生生產(chǎn)的能源。在城市農(nóng)業(yè)環(huán)境中，通過營養(yǎng)循環(huán)產(chǎn)生的沼氣或能源不僅可以為垂直農(nóng)場和小塊土地提供電力，還可以為主電網(wǎng)做出貢獻(xiàn)——前提是它們自身的能源消耗得到優(yōu)化和最小化。物聯(lián)網(wǎng)作為一種技術(shù)，是一種明智的工具，有助于實(shí)現(xiàn)即將無處不在的自給自足的智能城市。雖然物聯(lián)網(wǎng)是一種使智能城市得以存在的技術(shù)，但它們?cè)诰徑膺@些機(jī)構(gòu)所面臨的挑戰(zhàn)方面的潛力也不容忽視。

　　來源：千家網(wǎng)