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 ?

Stuart Kauffman

Sostenibilità = prodotto della co-evoluzione di organismi ed ambiente

attraverso un meccanismo di auto-organizzazione.

E’ un insieme di forme di vita ed ambiente fortemente interconnesse caratterizzate da

una struttura auto-sostenibile

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

dei componenti

Organizzazione

del sistema

Energia

consumata

per un

servizio

urbano

Componenti migliori

Energy on demand

Riorganizzazione del

sistema

Smart City

smart city

Smart

Economy

Smart

Mobility

Smart

Energy Smart

Living

Smart

Environment Smart

Governance

SET

PLAN

Horizon 2020

A SPECIFIC ROADMAP TOWARDS SUSTAINABLE CITIES

Smart

Society

Sustainable

Development

2014 2016

2018

2020

2024

2030

2040

• Smart cities ->+ smart communities

• A method for city integrated planning: smart city as a

integration roadmap

…from static city…

Resource on

demand

…to a city adapting to people needs

City 2.0

Flexibility on urban utilities

Sensor networks and interactivity

Computation intelligence

Open data

Smart city, smart citizen … o ?

smart behaviour

(comportamento intelligente)

Processi di sensibilizzazione

culturale e strutturazione

organizzativa

Tecnologie

abilitanti

Accesso e

flusso di

informazione

Bevitori di Assenzio (Edgar Degas, 1876)

Guardatori di TV (2014)

Sostenibilità ambientale e sociale

riallacciare i legami con l’altro, con la comunità, con l’ambiente e la città

ICT per unire le persone e non per isolarle

Videogiocatori (2014)

Inter-operability and integration

Service

A

Service

B

Service

A

Service

B

1. Separated Services

2. Inter-operable services :

Exchange of data (KPI) through

a common platform

Service

A

Service

B

3. Integrated services:

Through data exchange they

offer better performances and

new services

Non smart

Smart

(entry level)

Smart +

Ope/Inter-operable

platform

Infrastrutture Smart

Standard, KPI

Benchmarking

Re-utilization

Future growing

Lock-IN Closed Platform

Avoiding lock-in phoenomena

Collaboration with NIST (USA) + ICT Working Group of the IT-USA Bilateral

Agreement to converge to open/shared inter-operable standards/archtecture

The Smart City European Context

Smart City EERA Joint Programme (2012)

Smart City European Industrial Partnership (2015)

Smart City Member State Initiative (2012)

Covenant of Mayors (2009)

Research & Dev

Industry

Government

Municipalities

Urban Europe (2014) Government +

R&D

The European Initiatives on Smart Cities

The roadmap – where are we now ?

Concept

Experimentation

Urban

demonstration small

scale, short time

Urban

Demonstration,

significant scale

(smart districts)

Rollout over

large cities

2008 ->

2010 ->

2012 ->

2016 ->

first

results

2019

Qualification of technological models

Not qualification of economics, administration

models, citizen engagement

21 projects in EU.

TRL 1-3

TRL 4-5

TRL 6-7

TRL 8

TRL 9

2015

The 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 model

The ENEA Smart Cities Projects

La mappa dei progetti Smart Cities - ENEA

ROMA

Espresso Res Novae

Smart

Basilicata

Brescia

Smart Living

City 2.0

Smart

Village

Lumiere

Public Energy

Living Lab

CIPRnet

Paesi e città

del network

Lumiere ENEA

-> Lumiere e Public Energy Living Lab

per la illuminazione pubblica “smart”

Smart Village

Budget: 2 ML euro

Duration: 2011 – 2018

Partners: ENEA, …

Coordination: ENEA

Control room

Rete idrica

Ricercatori ENEA cittadini

Rete di 10 smart buildings

Il percorso di sviluppo delle metodologie smart

Smart Village

Cities

District Simulation

Business model

€ -100.000.00

€ -50.000.00

€ -

€ 50.000.00

€ 100.000.00

€ 150.000.00

€ 200.000.00

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Flu

ssi d

i ca

ssa

cu

mu

lati

vi a

ttu

aliz

zati

Anni

Discounted Cashflow

TRL 3-4

TRL 6-8

Smart district Tech (Dev & Test)

TRL 5

Lo Smart Village al Centro Ricerche ENEA Casaccia

Smart Street Smart buildings F65-F73

Viale LED + Smart

Lighting

Torri faro +

Telecamere

Smart Building Edificio F40

Smart Village Control room

Smart Mobility Navetta elettrica con monitoraggio on-

line verso pali intelligenti e control room

Piattaforma ICT

•Smart Lighting

•Smart Mobility

•Smart Building

Implementation in the Smart Village

Smart

Street

Demand

Respons

e Micro-

grid

La rete di ricerca su Smart Village

Rete di ricerca

Partners industriali

The 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: ENEA

The collaborative networks

Smart District

(aggregatori)

Urban Data Center

(municipality)

Smart Grids (distributori)

Energy

Environment

Mobility

City Energy Inventory

Smart Street Control

Public Light control

Smart urban objects

Building Diagnostics & Control

Active Demand Management

Urban renewables ed ecobuildings

Smart Grid

Renewables Integration

Storage

…Smart Building Network…

MANAGMENT

OPTIMIZATION NETWORK

SUPERVISORS

REMOTE

MONITORING

Cost/Energy

Optimization

Active Demand

Management GRID

DISTRIBUTOR

BEMS BEMS

Building Network Management

Network

Superviso

r

Diagnostics

Energy on

demand

Optimization

Benchmarking

BEMS Monitoring/Actuation

Aggregator Level

Building Level

Active demand

Profiling

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)

S1. Accensione contemporanea di un numero anomalo di utenze

elettriche rispetto al livello di

occupazione (illuminazione)

C1. C1. Sostituzione apparecchi di illuminazione con altri di diversa

potenza

P2. Picco di consumo energia elettrica (climatizzazione)

S2. Accensione impianti, strumentazione o terminali per il

riscaldamento al di fuori

dell’orario previsto di

funzionamento

C2. C2. Guasto dell’orologio in centrale termica

P3. Picco di consumo energia

termica o risorsa energetica

(riscaldamento)

S3. Accensione contemporanea di un

numero anomalo di utenze

elettriche rispetto al livello di occupazione (f.e.m)

C1. C3. Guasto localizzato impianto termico

(malfunzionamento o rottura delle

pompe di circolazione) per il circuito di riscaldamento

P4. Picco di consumo energia

termica (raffreddamento)

S4. Immissione incontrollata di aria

esterna (apertura finestre)

C2. C4. Guasto localizzato impianto termico

(malfunzionamento o rottura

ventilatori)

P5. Trend anomalo di energia termica rispetto

all’andamento storico

ricorrente (riscaldamento)

S5. Impostazione anomala set-point termostato locale

C3. C5. Guasto localizzato impianto termico (malfunzionamento o rottura macchina

frigorifera)

P6. Trend anomalo di energia

termica rispetto

all’andamento storico ricorrente (raffreddamento)

S6. Accensione impianti,

strumentazione o terminali per il

raffrescamento al di fuori dell’orario previsto di

funzionamento

C4. C6. Guasto localizzato impianto

(malfunzionamento o rottura

generatore di calore a combustione)

P7. Trend anomalo di energia

elettrica rispetto all’andamento storico

ricorrente (raffreddamento)

S7. Accensione utenze elettriche

locali al di fuori degli orari di lavoro (f.e.m)

C5. C7. Rottura termostato ambiente

P8. Trend anomalo di energia

elettrica rispetto all’andamento storico

ricorrente (illuminazione)

S8. Accensione apparecchi di

illuminazione degli spazi comuni al di fuori degli orari di lavoro

C6. C8. Rottura o malfunzionamento del

terminale di emissione in ambiente (riscaldamento)

P9. Cambio del valore medio di

potenza elettrica assorbita (illuminazione)

S9. Elevate perdite energetiche al

sottosistema di distribuzione

C7. C9. Rottura o malfunzionamento del

terminale di emissione in ambiente (raffrescamento)

P10. Cambio del valore medio di

potenza elettrica assorbita

(raffreddamento)

S10. Locali serviti dall’impianto di

illuminazione in assenza di

occupanti

C8. C10. Distacco per sovraccarico o

sospensione servizio

P11. Cambio del valore medio di potenza termica assorbita

(riscaldamento)

S11. Accensione di sistemi di riscaldamento ausiliari energivori

(stufette elettriche)

C9. C11. Apertura finestra da parte dell’utente

P12. Cambio del valore medio di

potenza termica assorbita (raffreddamento)

S12. Insufficiente potenza termica

dell’impianto di riscaldamento

C10. C12. Cambio impostazione set-point

termostato locale da parte dell’utente

P13. Picco di temperatura

dell’aria interna

S13. Insufficiente potenza termica

utile emessa dall’impianto di

raffrescamento

C11. C13. L’occupante lascia utenze elettriche

alimentate al di fuori degli orari di

lavoro per negligenza (illuminazione)

P14. Picco di umidità relativa

dell’aria interna

S14. Modifica posizione delle

schermature da parte dell’utente

C12. C14. L’occupante lascia utenze elettriche

alimentate al di fuori degli orari di

lavoro per negligenza (f.e.m)

P15. Picco di concentrazione di CO2 interna

S15. Accensione delle luci di emergenza anomalo

C13. C15. Mancato isolamento termico sistema di distribuzione energia termica

(riscaldamento)

P16. Trend anomalo di

temperatura dell’aria interna

S16. Accensione numero anomalo di

utenza elettriche (f.e.m) in assenza di occupanti

C14. C16. Mancato isolamento termico sistema di

distribuzione energia termica (raffrescamento)

P17. Trend anomalo di umidità

relativa dell’aria interna

S17. Frequenti malfunzionamenti

circuiti di linea

C15. C17. Malfunzionamento del sistema di

regolazione (riscaldamento)

P18. Trend anomalo di

concentrazione di CO2

interna

S18. Frequenti malfunzionamenti

circuiti elettrici di linea

C16. C18. Dimensionamento errato dell’impianto

termico (riscaldamento)

P19. Trend anomalo del livello di

illuminamento interno

S19. Interruzione dell’energia elettrica

erogata e/o distacco

C17. C19. Dimensionamento errato dell’impianto

termico (raffrescamento)

P20. Interruzione temporanea dati S20. Accensione numero anomalo di

utenza elettriche

C18. C20. Invecchiamento dell’impianto

(riscaldamento)

P21. Rapporto tra energia termica effettiva ed energia termica

erogata dalla centrale basso

(riscaldamento)

C19. C21. Invecchiamento dell’impianto (raffrescamento)

Which cause is most supported by symptoms observed in the data signals ?

C5

S6

P7 P12 P6 P10

S5

P11 P16 P5 P13

S4

P5 P16 P17 P18

S13

P23 P16 P13 P33

P16 P17

P10 P12 P7 P6

P4 P2

Advanced Diagnostics

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180200

220

240

260

280

300

320

340

360

380

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

55000

60000

65000

70000

75000

80000

85000

90000

95000

100000

105000

110000

115000

120000

125000

130000

135000

140000

145000

150000

CONSUMO TOTALE [kWhe]

CO

NS

UM

O S

PE

CIF

ICO

[k

Wh

e/m

2]

I=374 filiali (12%)III=652 filiali

IV=1538 filiali II=591 filiali

Building Asset Management

Smart District

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

City 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: ENEA

Smart Ring at L’Aquila

Smart Lighting

Smart Mobility

Smart Buildings

Smart Enviroment

Smart Participation

22 cm

TRAFFIC AND PEOPLE

MONITORING

SMART LIGHTING LIGHT CONTROL

- ENERGY ON DEMAND

-

MODELLING &

HOURLY PREDICTION

LED + dimmerazione adattiva -> 60-65 % ENERGY SAVING

SMART

POLES

22

c

m

9 cm

TRAFFIC/PEOPLE/SAFETY MONITORING

SMART SERVICES INFOMOBILITY

AIR QUALITY

CITY CONTROL ROOM

SMART PUBLIC BUSES AS A - CITY MOBILE SENSOR

NETWORK -

SMART

POLES

Smart Community

cittadino

Amministrazione

comunale

Comunità

Servizi sociali

per la persona

(prevalentemente

Verso le fasce deboli)

Facilitatori

Sviluppare il potenziale delle comunità.

La “smart city” la fanno i cittadini !

Un Living Lab a L’Aquila

Social

Lab

Active

group

Active

group

Social

Lab

citizen

group

Smart

Lab

Mettere a fattore comune le esperienze dei vai gruppi sociali e creare le

condizioni favorevoli a mobilitare le forze interne

Smart lab cittadini

…la 100esima piazza, quella che mancava…

cittadini

Social lab

Installazione interattiva,

luogo di incontro creativo,

espositivo e di riconoscimento

della comunità.

Social

City

Esposizione

Creatività

partecipata

Smart Cities & Communities

Ricerca di Sistema

Budget: 7 ML euro

Duration: 16 – 19

Coordination: ENEA

Partners: companies, universities, municipalities (Rome)

Smart Homes

Smart Building

Microgrid

Green mobility

City Safety & Security

Smart Lighting

Smart District

Platform

Smart community

Low Energy District

Integrated

Infrastructures

Sustainable Mobility

Smart Mobility Platform

Smart District

Remote

Diagnostics &

Control

Services

Remote

Diagnostics &

Control

Services

Smart Home

Dialogative

support

City Digital

Infrastructure

Urban

hub

Direct Remote

support home

Smart Gatway

THE HUMAN ORIENTED TECHNOLOGY

Remote

Diagnostics &

Control

Services

Smart Appliances

The smart home network

Smart Meters

Open to apps

from market

companies

(third parties)

Energy box

DSO

Energy

Vendor

Aggregator

Citizen

Citizen

energy

distributors

energy

vendors

New market actors: aggregators & citizen services

Aggregator:

optimal

management of

user cluster

Attori coinvolti e relazioni

Trasmissione Dispacciamento

TSO/DSO

Terze parti

Mercato

contratti

Terze parti

Terze parti

Consumer Prosumer

Consumer

Consumer

Consumer

Consumer Consumer

Venditore

ESCO

Utility che

fornisce

servizi

Aggregatore

Canone/

bolletta

Venditore

Aggregatore

Produttore

dispositivi

smart

Venditore

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

Il venditore installa la

strumentazione e a fronte di un

canone addebitato in bolletta

attua l'ottimizzazione dei consumi

energetici e i meccanismi di

demand response. E‘ ipotizzato

che il costo finale della bolletta

sia inferiore a quello precedente.

L'utente installa a sue

spese la strumentazione

usufruendo delle detrazioni

fiscali al 65%, mentre la

cooperativa a fronte di un

canone mensile fornisce

consulenza sulla

sensoristica da installare e

fornisce il management dei

servizi energetici/di

community.

Smart Transport Services – Bus on Demand

MOBILITY ON DEMAND

LAST MILE

LOGISTICS

Urban Security Framework

Nowcasting Scenario Evolution

Damage

Monitoring

T-Jam

Thin Dust Flooding Black out Extreme Wind Snow Earthquake

Utilities Early Warning

Com B-out

50

Protection of critical infrastructures

Damage

Scenario

Reference Architecture and standard for

Smart District ICT Platform Active

Microgrid Smart

Lighting

Smart

Community

Smart Cities Interlink

Citizen GUI

Smart

Homes Security

FrameW

Smart

Mobility

Citizen Municipality

and urban

utilities

Data collection and elaboration layer

(STD) INTERFACE (STD) INTERFACE (STD) INTERFACE (STD) INTERFACE (STD) INTERFACE (STD) INTERFACE

Sm

art IC

T P

latfo

rm

(STD) INTERFACE

Energy KPI People KPI Mobility KPI Security KPI

The community circular economy:

the “double drive” approach

Community

Investment for the urban rigeneration

First drive: increasing

district quality and value

Equipment &

new technology

Work effort for

implementation

Needs for

management &

mantainance

Second drive: increasing

green jobs, social competence,

social cohesion

Smart district investment to develop community circular economy…

Community

The community collaborative governance

Community

Cooperative

Company

Research

Consultant

City Utilities

agreements

Local

Municipality

support

Government

Incentives

ESCOs &

service

companies

Public space mantaining

Smart Retrofitting

Program

Smart Community

Plaftform Management

Smart cooperative

mobility

Community services

Urban Field: the “Massimina” Area

100 smart homes

Electrical minibus on demand

Smart lighting

Smart district ICT platform

Grazie per

l’attenzione! mauro.annunziato@enea.it