“双碳”目标下城市道路照明节能减排与示范应用研究

曹小兵，吴春海，林金填，伍 珂，曹佳彦，李 超

(1.旭宇光电(深圳)股份有限公司，广东 深圳 518126；2.广东省碳达峰碳中和标准化技术委员会，广东 广州 510220；3.深圳市市容景观事务中心，广东 深圳 518036；4.广东省标准化研究院，广东 广州 510220)

引言

工业的各类活动大量消费化石能源所产生的二氧化碳累积排放，导致大气中温室气体浓度显著增加，2020年全球平均温度较工业化前水平高出约1.2 ℃，已造成气候系统发生了前所未有的变化。在全球进入“气候紧急状态”的背景之下，各国针对“碳达峰、碳中和”(以下简称“双碳”)目标达成的政策正在逐步出台，应对气候变化已成为国际社会关注焦点。据联合国气候变化框架公约报告，全球主要经济体相继承诺减少碳排放，部分国家承诺2050年实现碳中和，我国在第75届联合国大会上承诺力争2030年前达到二氧化碳排放峰值，2060年前实现碳中和的目标[1]。通过高能效循环利用技术、零碳能源技术、负排放技术等的应用，有效促进“双碳”目标的达成，彰显了我国构建人类命运共同体的大国责任与担当，同时体现了我国在应对全球气候变化问题上的决心和雄心[2]。为支撑实现“双碳”目标，国家发展改革委等部门于2021年11月30日联合发布《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求 推动数据中心和5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》，意在推动以数据中心、5G为代表的新型基础设施绿色高质量发展，发挥其“一业带百业”作用，助力“双碳”目标达成，各地方主管部门也出台了碳排放控制的相关配套细则。

1 “双碳”策略思考

“绿色”、“低碳”已成为2022年度的高频热度词，我国一直将应对气候变化作为实现可持续发展的内在需求，并积极参与和引领全球气候治理。如何有效利用新技术推动城市基础设施的智能化升级，实现高效节能及整体提升城市基础设施的融合创新能力，已成为城市公共设施管理运维的关注焦点。如何能有效利用这一重要城市基础设施，已成为城市管理者需要思考的现实问题。多功能路灯是在传统路灯基础上进行挂载功能模组升级改造的产物，通过利用路灯在城市均布的“电”、“网”优势，实现“路灯+”的独有模式，形成城市公共区域全覆盖的重要交互端[3]。通过在多功能路灯搭载探测设备对城市碳足迹、碳汇等领域信息的收集，有效促进城市能源形态深度融合，通过平台系统运算、预测和评估优化及快速反应提升管理效率，大幅提升城市基础设施的能源使用效率，直接或间接地降低碳排放量[4]。

2 多功能路灯与节能减排

2.1 发展与技术创新

2.1.1 应用制约

多功能路灯挂载的功能模组功耗较高，是落实碳减排目标任务的重要责任主体。“双碳”目标达成既是环境变化的迫切需求，也是我国能源可持续发展的需要，更是倒逼城市基础设施升级的必然趋势。由于多功能路灯建设及管理具有一定的复杂性，需要在技术、管理和制度上进行创新，建设也需要采用适度超前的思想引领。面对国家提出的“双碳”达成目标，多功能路灯的节能减排压力增大，未来将面临碳排放强度的“相对约束”与碳排放总量的“绝对约束”，以及严峻的“碳经济”挑战。相关调研表明，针对跨部门应用的多功能路灯，各主管部门对城市公共基础设施的属性和共享理念有待进一步统一，在城市基础设施建设和管理层面缺乏促进跨部门协调机构及机制，以及面向城市全局发展的多功能路灯建设需要技术研究与标准化支撑。

2.1.2 发展机会

“双碳”目标的实现必将带来一场深刻的经济社会系统性变革，以及新技术、新产业、新交通、新建筑和新能源等新的发展方式。随着我国新一代信息及工程技术的进步，多功能路灯在智慧城市管理庞大需求的基础上，具有新兴行业优势和市场需求基础，作为智慧城市建设数字化应用场景部署的基础，可为加快数字社会建设步伐提供基础设施功能支撑，构建城市数字化生活场景。通过多功能路灯在城市均布的地理位置优势，建立相关数据中心深度学习模型，实时全面地监控设施运行数据，持续进行系统调优并给出优化策略，实现智能供电支撑多功能路灯挂载功能模组低能耗运行。企业应关注政府的政策导向而做好生产规划发展，更好地规划布局寻找发展契机。

2.1.3 技术创新

企业应重视技术创新调整发展战略，优化和调整生产结构来推动低碳化转型，关注国家及地方政府的方针政策和各项要求，进而实现技术升级与转型。多功能路灯向高精尖和规模化发展成为必然趋势，相关制造行业科技创新度也十分活跃，通过搭载功能模组和智能控制技术应用，对城市各类监测网点的集约，高效节能LED、太阳能和风能等的加持，实现系统管理和城市基础设施的智慧化场景。加速城市传统路灯的数字化助推能源绿色转型，建立健全绿色低碳循环发展经济体系，积极落实国家应对气候变化战略指导思想，推动城市高质量发展步伐，探索多功能路灯技术创新路径，助力城市节能减排及国家“双碳”目标的达成[5]。

2.2 落实路径

据波士顿咨询公司研究数据显示，2030年前通过人工智能(Artificial Intelligence，AI)应用有望减少全球26～53亿吨二氧化碳排放量，约占全球总排放量的5%～10%。在“双碳”目标达成路径规划中应确立节能减排的约束性目标，并建立和形成包括多功能路灯系统在内的政策体系，“双碳”既是我国经济发展与节能减排相结合的战略目标，也是推进我国能源革新的重要举措，更是实现绿色环保跨越的重要抓手。多功能路灯作为城市公共基础设施之一，可有效促进交通运输、治安管理、信息采集及信息交互效率的提升，并降低城市经济运行单位GDP碳排放量，并通过“多杆合一”节约公共设施及管网资源，降低全产业链的能源消耗，以及通过绿色新能源的应用提高公共设施单位能源利用效率。多功能路灯以AI技术、新交通、新能源及创新高度融合发展为路径，实现新能源应用、环境改善、气候平衡及加速碳排放量降低，利用多功能路灯特有优势达成城市基础设施节能减排[6]。

2.3 减排成效

在典型示范城市建设中，基于城市基础设施的节能减排效率存在一定差异，坚持节能减排与经济发展相结合，政府积极推动与机制创新相结合，以政策激励与目标约束相结合，形成促进城市转型发展的新动力，推动城市节能减排与高质量发展取得良好成效[7]。多功能路灯是智慧城市架构下物联网与传统路灯相融合的基础设施产物，集照明、通信、视频监控、交通管理、环境监测、信息交互及公共服务等多功能于一体的城市基础设施。据相关统计数据显示，我国城市公共基础设施之一的路灯用电量在全社会用电量中占有一定比例。随着各地城市道路照明“多杆合一”工作的推进，将原有路灯打造成多功能路灯，有效优化城市街道整洁及管理统一性，同时多功能路灯挂载功能模组用能具有较大节能减排空间。

3 “双碳”目标达成试点

3.1 强链计划

照明行业利用LED高效、寿命长和高可靠性优势，有效改善城市公共空间的照明光环境，达到高效、经济、安全、环境友好与低碳。以推动“双碳”目标达成为契机，利用产业基础再造工程，加快调整优化产业结构和能源结构，实施多功能路灯产业的补链计划，通过集合产业上下游企业，构建一个新的产业生态环境，引导多功能路灯制造业集群，强化产业强链的责任分工，鼓励骨干企业创建核心技术研发机构，促进企业技术协同攻关，开展产业链评估与提升关键产品的技术保障能力，体现强链行动的目标明确，以及产业关键指标具体量化。同时，从领导机制及产业链建设等方面进行系统布局，从而形成聚集效应，重点研发以云计算、人工智能、物联网等新一代信息技术与多功能路灯搭载模组相互融合及系统应用，推动多功能路灯的关键技术示范基地建设，针对节能减排为导向的技术手册建立，完善多功能路灯碳交易的市场规则。

3.2 顶层设计助力转型

为落实“双碳”目标，优化能源格局，推动基础设施共建共享，带动数字技术、智慧交通与城市道路照明的融合发展，拓展更大的产业规模和更广阔的应用前景。深圳市以主管部门牵头联合相关管理部门及科研机构加强顶层设计，积极开展节能减排与产品融合共进策划，抓紧行业调研与研究形成《碳达峰碳中和在智慧多功能杆行业行动方案》，统筹推进多功能路灯支撑引领碳达峰碳中和工作，引导行业良性发展。同时进行详尽的分析，结合内外部环境，制定出详实可行的战略，加快推进《多功能路灯碳中和技术发展路线图》编制，提出多功能路灯与“双碳”目标达成的技术路线选择，定位产业链的发展路径，兼顾主管部门路线定位指导；推动多功能路灯碳中和研究及示范项目的典型布局，评估示范项目合理性及带动相关产业健康发展的合理性，确保城市基础设施节能减排落实到位。

3.3 试点建立指标体系

大力推动城市道路照明等高耗能项目进行节能改造，解决能耗与“双碳”目标达成，促进前端能源结构的清洁化转变。鼓励在有条件的城区开展多功能路灯改造试点及示范项目建设，通过用能清洁化、交通智慧化、信息监控全面化的有效实施，以试点示范为焦点开展以多功能路灯为载体的智慧城市基础设施建设。积极打造示范项目探索并推广有效模式和有益经验，为主管部门献言献策及提供完善政策支持，建立碳中和指标体系，验证技术及装备的经济可行性，推行能源绿码及碳交易、城市智慧用电、综合能源利用行动方案。在交通管理方面，多功能路灯通过监测系统对区域内的私家车行驶路径数据进行收集、管理平台分析及系统调剂可助力城市交通规划的优化，例如对红绿灯切换时间、市内交通绿波带、停车场和加油站等进行整体规划，并通过对驾驶员驾驶安全行为数据分析及引导降低交通事故发生率，从而提高道路畅通率而进一步降低碳排放量。

3.4 试点推行

深圳市作为我国改革开放前沿的先行先试城市，从2018年连续多年将城市路灯改造升级工作写进政府工作报告中，并在2021年的报告中明确指出要新建多功能路灯7 000套以上，为新型智慧城市建设和数字经济发展提供基础支撑[8]。LED照明已成为低碳应用在照明行业的具体体现，结合太阳能、风能等清洁能源的应用，优化及降低多功能路灯搭载功能模块的能耗，为节能减排目标达成起到标杆引领的作用。随着“双碳”目标工作的推进，国标委联合多部门于2023年4月21日发布了《碳达峰碳中和标准体系建设指南》，为组织开展碳达峰碳中和标准体系建设提供了依据，针对城市公共交通等行业进行“双碳”进程计量和预测，评估不同技术条件和政策情景下的效果差异，探索出一条行之有效的路径为目标达成提供依据，利用多功能路灯搭载监测系统收集碳数据，精准计算城市公共交通相关的碳排放数据，并通过这些数据收集和系统优化，形成一套完善的体系进行推广应用，并经过多方实践应用，最终形成标准化评价体系。

4 典型示范

以先行示范为代表的深圳市为例，生态环境主管部门已出台《深圳市碳普惠管理办法》，意在规范本市内碳普惠体系建设、运行及监督管理。在城市基础设施建设方面，通过在多功能路灯上部署车联网路侧单元，结合边缘计算、5G通信，形成“智慧多功能杆+车联网”应用新模式，保障智联、远程驾驶和无人驾驶的有效运行，加速传统交通模式走向基于数据与科技的智慧交通建设[9]。积极打造新型城市智慧交通照明网络蓝图，通过将城市基础设施多功能路灯串联组成物联网管理模式，照明行业应重视产品或系统具备远程集中控制管理、故障自动报警和自适应调节亮度等功能，实时监控照明的在线率、亮灯率、设备状态、维护状态、能源使用及环境数据等信息，通过管理平台的监测、分析、决策、控制及综合评价，主管部门对能源管理实现智慧化管理，推行绿色与智慧用能的系统化管理创新，实现智慧交通全链条减碳，助力城市道路交通“碳中和”如期达成目标。

5 结语

“双碳”目标达成既是一场社会经济结构的系统性变革，也是一场节能减排的行动纲领，积极推动节能技术的应用，推行节能工艺实施，鼓励使用节能产品，倡导全民绿色低碳生活已成为必然趋势。城市设计者正在通过提高照明产品和系统的效率，实现节约能源和减少大气污染物排放，有效改善城市生活质量和提高城市运行效率，体现现代智能控制技术的价值。在全民积极参与低碳节能的大背景之下，制定高标准推动产业转型升级，让绿色技术助力相关产业向中高端发展。多功能路灯搭载功能模组助力智慧城市公共设施高效运行，积极推动城市 “双碳”目标按期达成，未来通过以国内外多功能路灯发展历程为研究视角，总结多功能路灯的发展历程和功能升级趋势，分析城市多功能路灯建设面临的宏观环境，利用平台监督机制统筹与策划新技术达成节能减排的理念，推动跨界技术与创新力的加持应用，并引导多功能路灯基于新技术应用向多元化融合方向发展。