基于物联网的可持续智慧城市的能源问题

　　伦敦、斯德哥尔摩、迪拜、纽约等许多城市已经开始向智慧城市转型。随着人们越来越普遍地认识到信息和通信进步将先于不可避免和必要的城市环境进步，能源困境将伴随后者。根据伦敦能源和温室气体排放清单(“LEGGI”)，该市在 2018 年使用了大约 134.000 千兆瓦时的能源。随着伦敦(和其他城市)逐渐发展成为一个成熟的智慧城市，这一数字只会增加。

　　在未来能源安全恐慌中，寻找更新、独特的方法来产生运营智慧城市所需的能源可能是至关重要的一步。虽然许多发达国家的城市都在努力通过完全采用可再生能源为自己供电而成为零碳城市，但值得探索更新、小规模的能量收集设备来利用可持续能源。其中一种方法是通过物联网增强的基于压电的脚步发电系统。

　　物联网系统中的压电材料

　　随着传感设备在智能城市中越来越普遍，利用各种运动和振动源来生产能源成为可能。压电材料可以“捕获”来自人体运动、风、车辆、海浪等来源的动能，并将其转化为电能。这些压电材料，无论是嵌入鞋内还是固定在四肢上，都可以从行走或摆动等活动中捕获能量。这项技术可以高效、清洁地将机械压力转化为电能，从而成为一种环保的电源。物联网作为一种技术，可以在实现可行的压电能量收集系统方面发挥框架和监管作用。

　　首先，能量收集系统中的物联网设备会不断监测利用能量的压电设备的性能——检测磨损情况、是否符合当地法规和标准。但物联网如何通过智能管理收集能量的分配来释放压电能量收集系统的真正潜力呢?在智能城市中，物联网可以促进收集能量的交易和共享。多余的能量可以卖给电网，也可以与邻近的建筑物或基础设施共享，从而创建一个更加互联和可持续的能源生态系统。它可以将产生的电力用于为各种设备供电，也可以将多余的能量储存起来以备后用。这种动态能量分配提高了系统的实用性和可靠性。此外，建立一个压电传感器网络可以提高效率，而且是远程的。

　　尽管压电材料有可能融入一个与智能城市中普遍的电源管理基础设施相融合的无缝系统，但这些材料仍处于起步阶段，在商业上不可行，无法从人体运动、风、车辆、海浪等来源的振动中有利地利用能量转化为电力。它呼吁对该领域和其他小规模能源收集方法进行更多研究，以补充可持续能源领域的大参与者。

　　实现智慧城市的另一个艰巨挑战是，人们越来越担心在不久的将来如何养活城市居民。根据《垂直农场：21 世纪养活世界》一书的作者迪克康·德斯波米尔 (Dickcon Despommier) 的说法，到 2030 年，地球人口的近 80% 将居住在城市中心，如果继续采用传统的耕作方式，要养活届时新增的 30 亿人口，估计需要 109 公顷新土地来种植足够的粮食。然而，随着城市农业在智慧城市中越来越普遍，屋顶花园、高密度园艺生产、小规模农田、社区花园和更广泛的农业经营不断涌现，农业实践正在朝着变革迈出一步。但是，城市农业更倾向于对能源有较高的要求，使用设备代替较小的土地使用。

　　由于可用于农业用途的土地有限，农民将采用垂直农业、水培和其他集约化技术。这些方法涉及人工照明、气候控制系统和自动化，所有这些都需要大量能源投入。回想起来，即使是传统环境下的农业也需要更多的能源，因为需要养活更多的人。因此，随着世界迫切要求零碳排放，世界各国政府一直在敦促农业部门不可避免地转向可再生能源。

　　物联网技术解决方案已越来越多地应用于资源管理、供应链管理和远程监控农场(无论是城市农场还是传统农场)。物联网传感器可实时监测土壤状况、作物健康状况和天气模式，帮助农民做出明智的决定，确定何时以及如何种植、灌溉和收获，优化作物产量和资源利用率，这些都已为农场的生产力做出了贡献。尽管物联网在监管方面应用广泛，但它在农场能源效率方面的潜在作用却常常被忽视。虽然确实存在可以监测和控制城市农业运营中能源使用的物联网设备，但即使在能源来源处也需要纳入这项技术。也就是说，虽然我们在农场的节能实践方面取得了进步，但也有必要规范农场的能源生产。

　　农场和农业生态系统

　　农场本质上是生态系统——能够生产自己的能源。它们可以利用太阳能、回收养分并整合可再生能源。物联网系统可以设计为调节和管理农场内生生产的能源。在城市农业环境中，通过营养循环产生的沼气或能源不仅可以为垂直农场和小块土地提供电力，还可以为主电网做出贡献——前提是它们自身的能源消耗得到优化和最小化。物联网作为一种技术，是一种明智的工具，有助于实现即将无处不在的自给自足的智能城市。虽然物联网是一种使智能城市得以存在的技术，但它们在缓解这些机构所面临的挑战方面的潜力也不容忽视。

　　来源：千家网