Smart Cities: la via della città sostenibili

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1 Cities: la via della città sostenibili Mauro Annunziato ENEA Direttore divisione Energy Co-coord. European Joint Programme Cities

2 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 autoorganizzazione. Stuart Kauffman

3 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.

4 Dalla Efficienza Energetica alla City Energia consumata per un servizio urbano Efficienza energetica dei componenti Organizzazione del sistema Componenti migliori Riorganizzazione del sistema Energy on demand

5 City Economy Mobility Governance smart city Environment Living Energy SET PLAN Horizon 2020

6 A SPECIFIC ROADMAP TOWARDS SUSTAINABLE CITIES A method for city integrated planning: smart city as a integration roadmap cities ->+ smart communities Society Sustainable Development

7 City 2.0 from static city to a city adapting to people needs Sensor networks and interactivity Open data Resource on demand Computation intelligence Flexibility on urban utilities

8 city, smart citizen o? smart behaviour (comportamento intelligente) Tecnologie abilitanti Processi di sensibilizzazione culturale e strutturazione organizzativa Accesso e flusso di informazione

9 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

10 Inter-operability and integration Service A Service B 1. Separated Services Non smart Service A Service B 2. Inter-operable services : Exchange of data (KPI) through a common platform (entry level) Service A Service B 3. Integrated services: Through data exchange they offer better performances and new services +

11 Avoiding lock-in phoenomena Closed Platform Ope/Inter-operable platform Standard, KPI Lock-IN Benchmarking Re-utilization Future growing Collaboration with NIST (USA) + ICT Working Group of the IT-USA Bilateral Agreement to converge to open/shared inter-operable standards/archtecture

12 The City European Context

13 The European Initiatives on Cities City EERA Joint Programme (2012) City Member State Initiative (2012) City European Industrial Partnership (2015) Research & Dev Government Industry Covenant of Mayors (2009) Municipalities Urban Europe (2014) Government + R&D

14 The roadmap where are we now? TRL 1-3 Concept > 2015 Experimentation > TRL 4-5 Urban demonstration small scale, short time > TRL 6-7 Urban Demonstration, significant scale (smart districts) > Qualification of technological models Not qualification of economics, administration models, citizen engagement TRL 8 21 projects in EU. TRL 9 first results 2019 Rollout over large cities

15 The Horizon 2020 «Lighthouse City» model 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 Platform for open benchmarking/data, business models, re-utilization model

16 The ENEA Cities Projects

17 La mappa dei progetti Cities - ENEA Brescia Living Lumiere City 2.0 Espresso Village ROMA Res Novae Basilicata CIPRnet Public Energy Living Lab

18 Paesi e città del network Lumiere ENEA -> Lumiere e Public Energy Living Lab per la illuminazione pubblica smart

19 Budget: 2 ML euro Duration: Partners: ENEA, Coordination: ENEA Village

20 Ricercatori ENEA cittadini Control room Rete idrica Rete di 10 smart buildings

21 Il percorso di sviluppo delle metodologie smart Flussi di cassa cumulativi attualizzati district Tech (Dev & Test) TRL 3-4 Village District Simulation TRL 5 TRL 6-8 Discounted Cashflow Anni Business model Cities

22 Lo Village al Centro Ricerche ENEA Casaccia Torri faro + Telecamere Piattaforma ICT Lighting Mobility Building Village Control room Street buildings F65-F73 Viale LED + Lighting Building Edificio F40 Mobility Navetta elettrica con monitoraggio online verso pali intelligenti e control room

23 Implementation in the Village Demand Respons e Microgrid Street

24 La rete di ricerca su Village Partners industriali Rete di ricerca

25 The Res Novae Project: The collaborative urban networks Budget: 23 ML euro Duration: 10/ /2015 Partners: ENEL, IBM, GE, Asperience, TERA, ENEA, CNR, Poli-Bari, Univ. Calabria Scientific Coordination: ENEA

26 The collaborative networks Grid Renewables Integration Storage Urban renewables ed ecobuildings Building Diagnostics & Control Active Demand Management Grids (distributori) District (aggregatori) Energy Environment Mobility City Energy Inventory Urban Data Center (municipality) Street Control Public Light control urban objects

27 Building Network MANAGMENT OPTIMIZATION NETWORK SUPERVISORS REMOTE MONITORING Cost/Energy Optimization Active Demand Management GRID DISTRIBUTOR

28 Building Network Management Profiling Diagnostics Network Superviso r Energy on demand Optimization Benchmarking Aggregator Level Active demand Building Level Monitoring/Actuation BEMS BEMS BEMS

29 Advanced Diagnostics PREPROCESSING SITUATION ASSESSMENT CAUSES Sintomo o anomalia riscontrabile attraverso la lettura dei dati di monitoraggio Individuazione dell evento origine del sintomo Causa effettiva dell evento P1. Picco di consumo energia elettrica (illuminazione) P2. Picco di consumo energia elettrica (climatizzazione) P3. Picco di consumo energia termica o risorsa energetica (riscaldamento) P4. Picco di consumo energia termica (raffreddamento) P5. Trend anomalo di energia termica rispetto all andamento storico ricorrente (riscaldamento) S4 P6. Trend anomalo di energia termica rispetto all andamento storico ricorrente (raffreddamento) P5 P16 P17 P18 P7. Trend anomalo di energia elettrica rispetto all andamento storico P6 ricorrente (raffreddamento) P8. Trend anomalo di energia elettrica rispetto all andamento storico ricorrente (illuminazione) P9. Cambio del valore medio di potenza elettrica assorbita (illuminazione) P10. Cambio del valore medio di potenza elettrica assorbita (raffreddamento) P11. Cambio del valore medio di potenza termica assorbita S1. Accensione contemporanea di un numero anomalo di utenze elettriche rispetto al livello di occupazione (illuminazione) S2. Accensione impianti, strumentazione o terminali per il riscaldamento al di fuori dell orario previsto di funzionamento S3. Accensione contemporanea di un numero anomalo di utenze elettriche rispetto al livello di occupazione (f.e.m) S4. Immissione incontrollata di aria esterna (apertura finestre) C5 S5. Impostazione anomala set-point termostato locale S6 S5 S6. Accensione impianti, strumentazione o terminali per il raffrescamento al di fuori dell orario previsto di funzionamento S7. Accensione utenze elettriche locali al di fuori degli orari di P7 P10 lavoro P12 (f.e.m) P16 P17 S8. Accensione apparecchi di P5 P11 illuminazione degli spazi comuni al di fuori degli orari di lavoro S9. Elevate perdite energetiche al sottosistema di distribuzione S10. Locali serviti dall impianto di illuminazione in assenza di occupanti S11. Accensione di sistemi di riscaldamento ausiliari energivori C1. Sostituzione apparecchi di illuminazione con altri di diversa potenza C2. Guasto dell orologio in centrale termica C3. Guasto localizzato impianto termico (malfunzionamento o rottura delle pompe di circolazione) per il circuito di riscaldamento C4. Guasto localizzato impianto termico (malfunzionamento o rottura ventilatori) C5. Guasto localizzato impianto termico (malfunzionamento S13 o rottura macchina frigorifera) C6. Guasto localizzato impianto (malfunzionamento o rottura generatore di calore a combustione) P6 P7 P12 P13 P23 P33 C7. Rottura termostato ambiente P4 P2 C8. Rottura o malfunzionamento del P16 terminale di emissione in ambiente (riscaldamento) Which cause is most supported by symptoms observed in the data signals? P13 C9. Rottura o malfunzionamento del terminale di emissione in ambiente (raffrescamento) C10. Distacco per sovraccarico o sospensione servizio C11. Apertura finestra da parte dell utente P16 P10

30 Building Asset Management CONSUMO SPECIFICO [kwh e /m 2 ] III=652 filiali IV=1538 filiali CONSUMO TOTALE [kwh e ] I=374 filiali (12%) II=591 filiali

31 District A District in Bari: buildings (residential, office, school), secondary cabins, mobility, urban utilities, Urban Control Center

32 City 2.0: A 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: ENEA

33 Ring at L Aquila Mobility Buildings Lighting Enviroment 22 cm Participation

34 TRAFFIC AND PEOPLE MONITORING SMART LIGHTING MODELLING & HOURLY PREDICTION LIGHT CONTROL - ENERGY ON DEMAND - SMART POLES LED + dimmerazione adattiva -> % ENERGY SAVING

35 TRAFFIC/PEOPLE/SAFETY MONITORING SMART SERVICES CITY CONTROL ROOM INFOMOBILITY AIR QUALITY SMART POLES SMART PUBLIC BUSES AS A - CITY MOBILE SENSOR NETWORK - 9 cm 22 c m

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37 Community Sviluppare il potenziale delle comunità. Amministrazione comunale Comunità Facilitatori cittadino Servizi sociali per la persona (prevalentemente Verso le fasce deboli) La smart city la fanno i cittadini!

38 Un Living Lab a L Aquila Active group citizen group Social Lab Social Lab Lab Active group Mettere a fattore comune le esperienze dei vai gruppi sociali e creare le condizioni favorevoli a mobilitare le forze interne

39 la 100esima piazza, quella che mancava Social lab cittadini lab cittadini

40 Installazione interattiva, luogo di incontro creativo, espositivo e di riconoscimento della comunità. Esposizione Social City Creatività partecipata

41 Cities & Communities Ricerca di Sistema Budget: 7 ML euro Duration: Coordination: ENEA Partners: companies, universities, municipalities (Rome)

42 Sustainable Mobility District Green mobility Mobility Platform Homes community Building Microgrid Low Energy District District Platform Lighting City Safety & Security Integrated Infrastructures

43 Appliances Home City Digital Infrastructure Urban hub home Gatway Direct Remote support THE HUMAN ORIENTED TECHNOLOGY Dialogative support Remote Diagnostics Remote Remote & Diagnostics Control & Diagnostics Control & Services Services Control Services

44 The smart home network Aggregator Energy Vendor DSO Citizen Open to apps from market companies (third parties) Meters Energy box

45 New market actors: aggregators & citizen services energy vendors energy distributors Aggregator: optimal management of user cluster Citizen

46 Attori coinvolti e relazioni ESCO Trasmissione Dispacciamento TSO/DSO Mercato contratti Venditore Venditore Venditore Terze parti Terze parti Terze parti Utility che fornisce servizi Produttore dispositivi smart Canone/ bolletta Aggre gatore Aggre gatore Consumer Consumer Consumer Consumer Consumer Consumer Prosumer

47 Modelli di business «smart home network» 1-Dalla ESCO al fornitore di servizi 2 VENDITORE ENERGIA 3 - COOPERATIVA DI CONSUMATORI/ No profit L'azienda installa a sue spese la strumentazione, stima il risparmio e definisce un canone fisso che il cittadino deve pagare mensilmente. Il canone deve essere sufficiente all'azienda per pagare i suoi costi e generare un margine e garantirne al cittadino il rientro economico grazie ai risparmi energetici generati. ESCO e/o fornitori di servizi al cittadino L'utente installa a sue spese la strumentazione Il venditore installa la usufruendo delle detrazioni strumentazione e a fronte di un fiscali al 65%, mentre la canone addebitato in bolletta cooperativa a fronte di un attua l'ottimizzazione dei consumi canone mensile fornisce energetici e i meccanismi di consulenza sulla demand response. E ipotizzato sensoristica da installare e che il costo finale della bolletta fornisce il management dei sia inferiore a quello precedente. servizi energetici/di community.

48 Transport Services Bus on Demand LAST MILE LOGISTICS MOBILITY ON DEMAND

49 Urban Security Framework Utilities Early Warning Nowcasting Scenario Evolution Damage Monitoring Black out Flooding T-Jam Extreme Wind Snow Earthquake Thin Dust Com B-out

50 Protection of critical infrastructures Damage Scenario

51 Active Microgrid Reference Architecture and standard for District ICT Platform Homes Mobility Lighting Security FrameW Community (STD) INTERFACE (STD) INTERFACE (STD) INTERFACE (STD) INTERFACE (STD) INTERFACE (STD) INTERFACE Data collection and elaboration layer Energy KPI People KPI Mobility KPI Security KPI Citizen GUI ICT Platform Citizen Cities Interlink (STD) INTERFACE Municipality and urban utilities

52 The community circular economy: the double drive approach First drive: increasing district quality and value Investment for the urban rigeneration Equipment & new technology Community Work effort for implementation Needs for management & mantainance Second drive: increasing green jobs, social competence, social cohesion district investment to develop community circular economy

53 The community collaborative governance Government Incentives Local Municipality support Community Cooperative Company Community services Public space mantaining Retrofitting Program Community City Utilities agreements Community Plaftform Management cooperative mobility ESCOs & service companies Research Consultant

54 Urban Field: the Massimina Area 100 smart homes Electrical minibus on demand lighting district ICT platform

55 Grazie per l attenzione! mauro.annunziato@enea.it