Smart Cities: la via della città sostenibili - Mauro Annunziato ENEA Direttore divisione Smart Energy
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Smart Cities:
la via della città sostenibili
Mauro Annunziato
ENEA
Direttore divisione Smart Energy
Co-coord. European Joint Programme Smart Cities
mauro.annunziato@enea.it
Cos’è un Ecosistema ?
E’ un insieme di forme di vita ed ambiente
fortemente interconnesse caratterizzate da
una struttura auto-sostenibile
Sostenibilità = prodotto della
co-evoluzione di organismi ed ambiente
attraverso un meccanismo di auto-
organizzazione.
Stuart Kauffman
La rottura del “patto coevolutivo”: vivere “a spese” del sistema
L'impronta ecologica misura
l'area biologicamente
produttiva necessaria a
rigenerare le risorse
consumate da una
popolazione umana e ad
assorbire i rifiuti prodotti.
Dalla Efficienza Energetica alla Smart City
Efficienza energetica
Energia dei componenti
consumata Componenti migliori
per un
servizio
urbano Organizzazione
del sistema
Riorganizzazione del
sistema
Energy on demand
Smart City
Smart
Smart Mobility
Economy
smart Smart
Environment
Smart
Governance city
Smart
Smart Energy
Living
SET Horizon 2020
PLAN
A SPECIFIC ROADMAP TOWARDS SUSTAINABLE CITIES
2040
2030
2024
2020
2018
2016
2014
• A method for city integrated planning: smart city as a
integration roadmap
Sustainable
• Smart cities ->+ smart communities Smart
Development
Society
City 2.0
…from static city…
…to a city adapting to people needs
Sensor networks
and interactivity
Open data
Resource on
Computation
demand intelligence
Flexibility on
urban utilities
Smart city, smart citizen … o ?
smart behaviour
(comportamento intelligente)
Processi di sensibilizzazione
Tecnologie culturale e strutturazione
abilitanti organizzativa
Accesso e
flusso di
informazione
ICT per unire le persone e non per isolarle
Guardatori di TV (2014) Videogiocatori (2014)
Bevitori di Assenzio (Edgar Degas, 1876)
Sostenibilità ambientale e sociale
riallacciare i legami con l’altro, con la comunità, con l’ambiente e la città
Inter-operability and integration
Service Service
1. Separated Services Non smart
A B
Service Service 2. Inter-operable services :
A B Exchange of data (KPI) through Smart
a common platform (entry level)
Service Service 3. Integrated services:
Through data exchange they Smart +
A B
offer better performances and
new servicesAvoiding lock-in phoenomena
Closed Platform Lock-IN
Benchmarking
Ope/Inter-operable
Re-utilization
platform
Future growing
Standard, KPI
Collaboration with NIST (USA) + ICT Working Group of the IT-USA Bilateral
Agreement to converge to open/shared inter-operable standards/archtectureThe Smart City European Context
The European Initiatives on Smart Cities
Smart City EERA Joint Programme (2012) Research & Dev
Smart City Member State Initiative (2012) Government
Smart City European Industrial Partnership (2015) Industry
Covenant of Mayors (2009) Municipalities
Urban Europe (2014) Government +
R&DThe roadmap – where are we now ?
TRL 1-3
Concept
2008 -> TRL 4-5
Experimentation
2010 -> TRL 6-7
Urban
Qualification of technological models
demonstration small Not qualification of economics, administration
scale, short time models, citizen engagement
2015 2012 ->
TRL 8
Urban 21 projects in EU. first
Demonstration, results
significant scale 2019
(smart districts)
TRL 9
2016 ->
Rollout over
large citiesThe Horizon 2020 «Lighthouse City» model
10.000 inhabitants, about 10 ML Euro investment
Very strictly constraints on expected Key Performance Indicators (energy saving, avoided
co2, mobility, new services, green jobs indotti, ssafety & security, community….)
Whole supply chain involved on the project (local administration, research, industry)
Real time dati (KPI) to an open architecture platform, open data
Duration: 3 years realization + 2 years experimental qualification
2015 2016 2017 2018 2019 ….
….
Platform for open benchmarking/data, business models, re-utilization modelThe ENEA Smart Cities Projects
La mappa dei progetti Smart Cities - ENEA
Brescia
Smart Living
Lumiere
City 2.0
Espresso Res Novae
Smart
Smart
Village
Basilicata
ROMA
CIPRnet
Public Energy
Living Lab-> Lumiere e Public Energy Living Lab
per la illuminazione pubblica “smart”
Paesi e città
del network
Lumiere ENEASmart Village Budget: 2 ML euro Duration: 2011 – 2018 Partners: ENEA, … Coordination: ENEA
Ricercatori ENEA cittadini
Control
room
Rete idrica
Rete di 10 smart buildingsIl percorso di sviluppo delle metodologie smart
Smart
Smart district Tech Village
(Dev & Test)
TRL 3-4
District Simulation
TRL 5
TRL 6-8
Discounted Cashflow
€ 200.000.00
Flussi di cassa cumulativi attualizzati
€ 150.000.00
€ 100.000.00
€ 50.000.00
€-
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
€ -50.000.00
Cities
€ -100.000.00
Anni
Business modelLo Smart Village
al Centro Ricerche ENEA Casaccia
Piattaforma ICT
•Smart Lighting
•Smart Mobility
Torri faro + •Smart Building
Telecamere
Smart Village
Control room
Smart Building
Edificio F40
Smart Street
Smart buildings F65-F73
Viale LED + Smart
Lighting
Smart Mobility
Navetta elettrica con monitoraggio on-
line verso pali intelligenti e control roomImplementation in the Smart Village
Demand
Respons
e Micro-
grid
Smart
StreetLa rete di ricerca su Smart Village
Partners
industriali
Rete di ricercaThe Res Novae Project:
The collaborative urban networks
Budget: 23 ML euro
Duration: 10/2012 – 10/2015
Partners: ENEL, IBM, GE, Asperience, TERA, ENEA, CNR, Poli-Bari,
Univ. Calabria
Scientific Coordination: ENEAThe collaborative networks
Urban renewables ed
ecobuildings
Smart Grid
Building Diagnostics
Renewables Integration & Control
Storage Active Demand
Management
Smart Grids
(distributori)
Smart
District
(aggregatori)
Urban Data
Energy Center
(municipality)
Environment
Smart Street Control
Mobility
Public Light control
City Energy Inventory Smart urban objects…Smart Building Network…
MANAGMENT
OPTIMIZATION
NETWORK
SUPERVISORS
Cost/Energy
Optimization
REMOTE
MONITORING
Active Demand
Management
GRID
DISTRIBUTORBuilding Network Management
Profiling
Diagnostics
Network Energy on
demand Aggregator
Superviso
r
Level
Optimization
Benchmarking
Active demand
BEMS
Building Level Monitoring/Actuation BEMS
BEMSAdvanced Diagnostics
PREPROCESSING SITUATION ASSESSMENT CAUSES
Sintomo o anomalia riscontrabile Individuazione dell’evento origine del Causa effettiva dell’evento
attraverso la lettura dei dati di sintomo
monitoraggio
P1. Picco di consumo energia S1. Accensione contemporanea di un C1. C1. Sostituzione apparecchi di
elettrica (illuminazione) numero anomalo di utenze illuminazione con altri di diversa
elettriche rispetto al livello di potenza
occupazione (illuminazione)
P2. Picco di consumo energia S2. Accensione impianti, C2. C2. Guasto dell’orologio in centrale
elettrica (climatizzazione) strumentazione o terminali per il termica
riscaldamento al di fuori
dell’orario previsto di
funzionamento
P3. Picco di consumo energia S3. Accensione contemporanea di un C1. C3. Guasto localizzato impianto termico
termica o risorsa energetica numero anomalo di utenze (malfunzionamento o rottura delle
(riscaldamento) elettriche rispetto al livello di pompe di circolazione) per il circuito
occupazione (f.e.m) di riscaldamento
P4. Picco di consumo energia S4. Immissione incontrollata di aria C2. C4. Guasto localizzato impianto termico
termica (raffreddamento) esterna (apertura finestre)
C5 (malfunzionamento o rottura
ventilatori)
P5. Trend anomalo di energia S5. Impostazione anomala set-point C3. C5. Guasto localizzato impianto termico
termica rispetto termostato locale (malfunzionamento
S13 o rottura macchina
all’andamento storico frigorifera)
ricorrente (riscaldamento) S4 S6 S5
P6. Trend anomalo di energia S6. Accensione impianti, C4. C6. Guasto localizzato impianto
termica rispetto strumentazione o terminali per il (malfunzionamento o rottura
all’andamento storico raffrescamento al di fuori generatore di calore a combustione)
ricorrente (raffreddamento) dell’orario previsto di
P5 P16 P17 P18 funzionamento P6 P7 P12 P13 P23 P33 P16 P10
P7. Trend anomalo di energia S7. Accensione utenze elettriche C5. C7. Rottura termostato ambiente
elettrica rispetto locali al di fuori degli orari di P4 P2
all’andamento storico P6 P7 P10
lavoroP12
(f.e.m)P16 P17
ricorrente (raffreddamento)
P8. Trend anomalo di energia S8. Accensione apparecchi di C6. C8. Rottura o malfunzionamento del
P5 P11 P13 P16
elettrica rispetto illuminazione degli spazi comuni terminale di emissione in ambiente
all’andamento storico al di fuori degli orari di lavoro (riscaldamento)
ricorrente (illuminazione)
Which cause is most S9.
supported
P9. Cambio del valore medio di
by symptoms observed
Elevate perdite energetiche al
in the data signals ?
C7. C9. Rottura o malfunzionamento del
potenza elettrica assorbita sottosistema di distribuzione terminale di emissione in ambiente
(illuminazione) (raffrescamento)
P10. Cambio del valore medio di S10. Locali serviti dall’impianto di C8. C10. Distacco per sovraccarico o
potenza elettrica assorbita illuminazione in assenza di sospensione servizio
(raffreddamento) occupanti
P11. Cambio del valore medio di S11. Accensione di sistemi di C9. C11. Apertura finestra da parte dell’utente
potenza termica assorbita riscaldamento ausiliari energivori2
CONSUMO SPECIFICO [kWh e/m ]
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
340
360
380
0
5000
10000
15000
20000
III=652 filiali
25000
30000
35000
40000
IV=1538 filiali
45000
50000
55000
60000
65000
70000
75000
80000
85000
90000
95000
CONSUMO TOTALE [kWh e] 100000
105000
110000
115000
Building Asset Management
120000
125000
II=591 filiali
130000
135000
I=374 filiali (12%)
140000
145000
150000Smart
District
A Smart District in Bari: buildings (residential, office, school), secondary
cabins, mobility, urban utilities, Urban Control CenterCity 2.0: A Smart Ring at L’Aquila
The integration between energy and social sustainability
Budget: 3.5 ML euro
Duration: 5/2011 – 5/2014
Partners: ENEA, Universities + Companies
Scientific Coordination: ENEASmart Ring at L’Aquila
Smart
Smart Buildings
Mobility
Smart
Enviroment
Smart
Lighting
22 cm
Smart
ParticipationSMART LIGHTING
TRAFFIC AND PEOPLE MODELLING & LIGHT CONTROL
MONITORING HOURLY PREDICTION - ENERGY ON DEMAND
-
SMART
POLES
LED + dimmerazione adattiva -> 60-65 % ENERGY SAVINGSMART SERVICES INFOMOBILITY
AIR QUALITY
TRAFFIC/PEOPLE/SAFETY MONITORING
CITY CONTROL ROOM
SMART
POLES
22
c
SMART PUBLIC BUSES AS A - CITY MOBILE SENSOR m
NETWORK -
9 cmSmart Community
Sviluppare il potenziale delle comunità.
Amministrazione
comunale
Facilitatori
Servizi sociali
per la persona
(prevalentemente
Comunità Verso le fasce deboli)
cittadino
La “smart city” la fanno i cittadini !Un Living Lab a L’Aquila
citizen
Active group
group
Smart
Lab
Social
Lab
Social
Lab Active
group
Mettere a fattore comune le esperienze dei vai gruppi sociali e creare le
condizioni favorevoli a mobilitare le forze interne…la 100esima piazza, quella che mancava…
Social lab
cittadini
Smart lab
cittadiniInstallazione interattiva,
luogo di incontro creativo,
espositivo e di riconoscimento
della comunità.
Esposizione
Social Creatività
City partecipataSmart Cities & Communities
Ricerca di Sistema
Budget: 7 ML euro
Duration: 16 – 19
Coordination: ENEA
Partners: companies, universities, municipalities (Rome)Sustainable Mobility
Smart District
Smart
Green Mobility
mobility Platform
Smart
Homes
Smart
community
City Safety &
Smart Security
Building Smart
Microgrid District
Platform
Smart
Low Energy District Lighting
Integrated
InfrastructuresSmart Home
City Digital
Infrastructure
Smart Appliances
Urban
hub
Smart Gatway
home Direct Remote
support
Dialogative
support Remote
Remote&
Diagnostics
THE HUMAN ORIENTED Remote&
Diagnostics
Control
Diagnostics &
TECHNOLOGY Control
Services
Control
Services
ServicesThe smart home network
Aggregator
Energy
Vendor
DSO
Open to apps
from market
Citizen companies
(third parties)
Energy box
Smart MetersNew market actors: aggregators & citizen services
energy
vendors
energy
distributors
Aggregator:
optimal
management of
user cluster
CitizenAttori coinvolti e relazioni
ESCO
Terze
Venditore parti
Utility che
fornisce
Trasmissione Terze servizi
Dispacciamento parti
TSO/DSO Venditore
Produttore
Terze
Mercato parti dispositivi
Venditore
contratti smart
Aggre Aggre
gatore gatore
Canone/
bolletta
Consumer
Consumer Prosumer
Consumer
Consumer
Consumer ConsumerModelli di business «smart home network»
3 - COOPERATIVA DI
1-Dalla ESCO al fornitore di 2 VENDITORE
CONSUMATORI/
servizi ENERGIA
No profit
L'azienda installa a sue spese la L'utente installa a sue
strumentazione, stima il risparmio e spese la strumentazione
Il venditore installa la
definisce un canone fisso che il usufruendo delle detrazioni
strumentazione e a fronte di un
cittadino deve pagare mensilmente. Il fiscali al 65%, mentre la
canone addebitato in bolletta
canone deve essere sufficiente cooperativa a fronte di un
attua l'ottimizzazione dei consumi
all'azienda per pagare i suoi costi e canone mensile fornisce
energetici e i meccanismi di
generare un margine e garantirne al consulenza sulla
demand response. E‘ ipotizzato
cittadino il rientro economico grazie ai sensoristica da installare e
che il costo finale della bolletta
risparmi energetici generati. fornisce il management dei
sia inferiore a quello precedente.
servizi energetici/di
ESCO e/o fornitori di servizi al cittadino community.Smart Transport Services – Bus on Demand
LAST MILE
LOGISTICS
MOBILITY ON DEMANDUrban Security Framework
Utilities Early Warning
Nowcasting Scenario Evolution
Damage
Monitoring
Black out Flooding T-Jam Extreme Wind Snow Earthquake Com B-out
Thin DustProtection of critical infrastructures Damage Scenario
Reference Architecture and standard for
Smart District ICT Platform
Active Smart Smart Smart Security Smart
Microgrid Homes Mobility Lighting FrameW Community
(STD) INTERFACE (STD) INTERFACE (STD) INTERFACE (STD) INTERFACE (STD) INTERFACE (STD) INTERFACE
Smart ICT Platform
Data collection and elaboration layer
Energy KPI People KPI Mobility KPI Security KPI
Citizen GUI
(STD) INTERFACE
Municipality
Citizen and urban
utilities
Smart Cities InterlinkThe community circular economy:
the “double drive” approach
First drive: increasing
district quality and value
Investment for the urban rigeneration
Community
Equipment &
new technology
Needs for
management & Second drive: increasing
Work effort for mantainance green jobs, social competence,
implementation social cohesion
Smart district investment to develop community circular economy…The community collaborative governance
Government
Incentives
Community services
Local
Municipality Community Public space mantaining
support Cooperative Smart Retrofitting
Company Program Community
Smart Community
Plaftform Management
City Utilities
Smart cooperative
agreements mobility
ESCOs &
service
companies Research
ConsultantUrban Field: the “Massimina” Area 100 smart homes Electrical minibus on demand Smart lighting Smart district ICT platform
Grazie per
l’attenzione!
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