Le Smart Cities e la gestione delle fonti rinnovabili in ambito urbano

Indice
Le città: causa e soluzione del problema…
Le città del futuro:  le “Smart city”
Evoluzione della rete elettrica: Le Smart Grid
Il progetto Smart lighting
le reti WSN
Città di Milano:  Situazione energetica e sostenibilità ambientale
Progetto di una piattaforma Smart ring a Milano
Architettura del controllo adattivo
Determinazione dei flussi di traffico nelle varie ore del giorno
Rete di comunicazione dati attraverso l’impianto di illuminazione pubblica
Ottimizzazione della fornitura energetica (energy on demand)
Analisi tecnico-economica sul progetto Smart Ring “Milano“
Conclusioni
Le città: causa e soluzione del problema…
• Le città consumano mediamente tra il 60% e l'80% della 
produzione mondiale di energia
• Sono responsabili della maggior parte delle emissioni di gas ad
effetto serra 
• Nei prossimi 20 anni, la quota della popolazione mondiale, che
vivrà nelle città, aumenterà dal 50% al 59%
Le città sono la principale causa delle emissioni di CO2, ma rappresentano 
anche la soluzione del problema in quanto sede ed abilitatore di un 
elevato potenziale di miglioramento dell’efficienza energetica
• Ridurre le emissioni di CO
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di più del 20%
• Aumentare la quota di fonti energetiche rinnovabili negli usi energetici del 20%
• Incrementare l’efficienza energetica del 20%
• Aumentare la quota di trasporto pubblico, cycling e walking del 20%
• Aumentare la quota dei veicoli pubblici alimentati da combustibili alternativi 
portandola al 50% 
TARGET EUROPEI
Rispetto ai livelli del 2010
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Le città del futuro:  le “Smart city”
• Una Smart City è uno spazio urbano che affronta la sfida della globalizzazione e della crisi economica in
termini di competitività e di sviluppo sostenibile.
• Pone un’attenzione particolare sulla coesione sociale, sulla diffusione e disponibilità della conoscenza, sulla
creatività, sulla libertà e mobilità effettivamente fruibile e sulla qualità dell’ambiente naturale e culturale.
• E’ in grado di pianificare un progetto globale di sviluppo sostenibile attraverso l’utilizzo delle migliori
tecnologie disponibili
Smart Environment
Smart People
Smart Living
Smart Mobility
Smart governance
Smart Economy
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Evoluzione della rete elettrica: Le Smart Grid
• Scambio bi-direzionale di potenza e di informazioni tra consumatori e fornitori
• Sistemi “intelligenti” evitano gli sprechi  e ridistribuiscono in tempo reale gli eventuali surplus di
energia in altre aree.
• Centralità del consumatore che diventa protagonista attivo nella gestione dell’energia e non più
utente finale della filiera di produzione:  può produrre, accumulare e consumare energia in 
modo intelligente ed è in grado di interagire con la rete per uno scambio di servizi
Una rete elettrica simile a internet, in cui operatori del sistema e
consumatori/produttori possono scambiarsi energia e informazioni
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Il progetto smart lighting
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO 
• Basato sulla integrazione del sistema della mobilità con quello della illuminazione pubblica; 
• Attraverso un sistema di acquisizione immagini si ricava l’entità del flusso del traffico; 
• Il sistema di ottimizzazione consente di predire l'evoluzione a breve del flusso di traffico; 
• Questo indice permette di regolare l’impianto IP .
VANTAGGI 
• Maggior efficienza energetica e maggior qualità del servizio; 
• Possibilità di adattarsi punto punto alle condizioni di fruizione in modo da massimizzare sicurezza 
e risparmio energetico; 
•Energy on demand - consumare energia soltanto nella misura in cui è effettivamente richiesta.
FUNZIONALITÀ SMART IMPLEMENTABILI 
• Gestione di reti di edifici 
• Infomobilità urbana 
• Gestione della flotta di mezzi pubblici 
• Rilevamento qualità dell’aria 
• Servizi informativi per turisti 
• Videosorveglianza
• Vasta gamma di sensori (sismici, magnetici, 
termici, ottici, ad infrarossi, acustici, radar, ecc. )
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Il progetto smart lighting: le reti WSN
Una rete WSN (Wireless Sensor Network) è definita come un insieme di nodi wireless 
interconnessi (sensor node), aventi poca RAM ed una CPU con prestazioni relativamente basse. La 
struttura di una WSN prevede solitamente diversi nodi wireless sparsi in un’area, che inviano 
periodicamente dati rilevati tramite sensori ad un punto di raccolta, detto base station o gateway,
il quale gestisce la rete, raccoglie i dati dei nodi e li inoltra ad un altro sistema remoto per ulteriori 
elaborazioni. Lo standard di trasmissione è lo IEEE 802.15.4 (2.4 Ghz) che, con un range tipico tra i 
10 e i 75 metri, ha un impiego ottimale nel progetto Smart Lighting.
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Città di Milano:  Situazione energetica e sostenibilità ambientale
• Milano conta 1.295.705 abitanti e si estende su una superficie di circa184 km
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.
• La concentrazione urbana è pari a 6.700 abitanti per km
2
• Si valutano circa 4.757.000 spostamenti giornalieri di persone che interessano il territorio
comunale
• 500.000 auto circolanti di residenti
Iniziative di politica ambientale: 
• Approvazione del nuovo PGT (piano di governo territoriale) che garantisce più verde,  più 
infrastrutture e servizi pubblici più facilmente accessibili;
• Attivazione dell’Ecopass per scoraggiare l’ingresso in città di veicoli più inquinanti
• Avvio di un servizio di bike sharing e la messa in opera di un servizio di car sharing
Iniziative in termini di efficienza energetica:
• Rinnovo degli impianti per l’illuminazione stradale
• Sostituzione dei sistemi di riscaldamento centralizzati a gasolio con quelli a metano
• Teleriscaldamento e cogenerazione  (143 Km complessivi e 200.000 cittadini milanesi serviti)
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Progetto di una piattaforma Smart ring a Milano
Il progetto prevede tre tipologie di intervento:
1. Miglioramento della rete di illuminazione pubblica:
Realizzazione di uno smart ring lungo la circonvallazione esterna (20km). L’impiego di 
lampade a LED oltre al risparmio energetico garantisce l’allungamento della distanza di 
visibilità da 40m a 60m.
2. Predisposizione di un sistema di coordinamento tra smart lighting e di smart mobility:
Adattare l’intensità dell’illuminazione al traffico veicolare ed utilizzare la rete di PI come
infrastruttura per la trasmissione delle informazioni ottenendo cosi una rete di sensori
molto densa e soprattutto connessa.
3. Creazione di in sistema informativo per la gestione efficiente dei consumi energetici:
I dati di traffico acquisiti attraverso i “lampioni intelligenti” viaggiano attraverso la rete
elettrica e vengono letti dal sistema di controllo adattivo che fornisce al sistema di
attuazione i valori di regolazione delle potenze.
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Elementi dell’architettura di controllo:
• Sistema di acquisizione dei dati di flusso veicolare;
• Sistema di calcolo degli indici di attività della strada;
• Sistema di smart control che provvede alla modellistica predittiva ed alla definizione
delle regolazioni ottimali per l’intero percorso stradale;
• Sistema di telegestione punto-punto per l’attuazione delle regolazioni ottimali.
Acquisizione 
dati
Indici di 
attività
Smart 
control
Telegestione
punto punto
Regolazioni
Architettura del controllo adattivo
Attuazione
ATTUAZIONE
WIFI  IEEE 802.15.4 
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Determinazione dei flussi di traffico nelle varie ore del giorno
Andamento del flusso veicolare in un giorno tipico Modalità di rilevamento di auto in movimento
Oggetti in movimento --> bounding box 
superamento soglia  veicolo conteggiato
Focalizzando l’attenzione su una determinata area di interesse (un tratto della circonvallazione),  
quest’area rappresenta la soglia di attraversamento per il conteggio dei veicoli
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Rete di comunicazione dati attraverso l’impianto di illuminazione pubblica
L’obiettivo è di creare una piattaforma multiservizio che permetta la gestione sia dei servizi
collegati alla PI che a servizi relativi a settori diversi (es. il metering, il monitoraggio
ambientale, ecc.), sfruttando il sistema di illuminazione pubblica preesistente.
Nel caso specifico, questa architettura fornirà n.2 tipologie di servizi:
1. controllo automatico dell’intensità luminosa dei punti luce in relazione al traffico veicolare;
2. monitoraggio e trasmissione a distanza dei consumi energetici delle utenze situate nelle
zona servite dal sistema di pubblica illuminazione.
Architettura del sistema
Gestore della rete
Server mainframe (archivio dati, telecontrollo, 
monitoraggio, dati statistici
Gestisce le connessioni tra punti luce e centro di controllo
Dispositivo wireless di collegamento coi terminali (lampioni)
Dispositivi di controllo (smart sensor) per monitoraggio del 
traffico  di veicoli o persone, dell’efficienza del gruppo 
luminoso o del controllo del consumo energetico… Si tratta di 
solito di telecamere a funzioni integrate
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Ottimizzazione della fornitura energetica (energy on demand)
Nell’ottica della smart city, si può pensare di creare una network di collegamento tra la rete di
lampioni e le abitazioni private.
L’obiettivo è quello di incrementare l’efficienza energetica nel settore domestico e di fare in modo
che i consumatori finali diventino maggiormente consapevoli delle inefficienze dei loro impianti,
della loro gestione (diagnostica), e dei loro comportamenti energetici (educazione).
A partire da una zona “campione” della 
circonvallazione, si può collegare ogni 
singola abitazione alla smart grid attraverso 
uno smart agent oppure convogliare le 
informazioni in arrivo dalle singole unità 
abitative ad un database intermedio , con  
capacità   di  calcolo, elaborazione   ed  
analisi   delle Informazioni (es. smart street)
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Analisi tecnico-economica sul progetto Smart Ring “Milano"
Si è ipotizzato che l’impianto attualmente esistente sia costituito da sorgenti a vapori di sodio ad alta 
pressione ciascuna pari a 150W di potenza, per un numero di 700 pali installati su un percorso di circa 
20km e un impegno di potenza approssimativamente di 105kW.
Con la sola sostituzione delle sorgenti (da sodio a LED), si passa da una potenza attuale di 150W a 
115W per sorgente, per un totale di circa 80,5kW installati, ed un risparmio,  a parità di tempi di 
utilizzo, pari a circa il 23%.
Introducendo una regolazione in linea di tipo adattivo (cioè  con predizioni dell’attività veicolare), il 
flusso luminoso può essere ridotto fino al 50% nelle ore di minor utilizzo delle strade con un 
importante ulteriore abbassamento dei consumi, che può arrivare ad essere quantificato pari a circa il 
42%, secondo ipotesi largamente cautelative (Esperienze fatte in altre realtà  dimostrano come sia 
possibile arrivare ad ottenere risparmi fino al 50%
• Palo a LED con interfaccia 
per regolazione punto-punto: 300€
• Sistema di tele gestione 
+ software: 20.000 €
Sistema completo ed integrato 
(700 elementi) : 230.000€ circa
•Potenza installata:      105kW
•∆Potenza installata: -24,5kW
•Energia attuale:    350.000kWh/anno
• ∆ Energia: -42 %
• ∆ Energia: -147.000 kWh/anno
• ∆ Spesa energetica: -20.000€/anno
Payback Period
12 anni
Conclusioni
L’obiettivo del progetto  “Smart City” è quello realizzare una 
rete di distribuzione elettrica, dove consumatori e distributori 
collaborano insieme per rispondere alla sfida energetica:
• Aumentare l’utilizzo di energie rinnovabili
• Avvicinare generazione e consumi
• Lavorare insieme per un utilizzo efficace dell’energia
Il progetto presentato potrebbe apparire complesso e
costoso. In realtà, una delle caratteristiche delle iniziative
avviate nel campo delle smart city è la loro natura
frazionabile e progressiva. Se il progetto nella sua globalità
riguarda la circonvallazione esterna di Milano, è evidente
come il suo avvio debba consistere in progetti pilota limitati
ad una piccola porzione di territorio (es.una smart street).
L’obiettivo finale resta, comunque, la supervisione remota
dell’illuminazione pubblica, del traffico veicolare e di una rete
di edifici residenziali. Tutte queste applicazioni si fondano su
una piattaforma di comunicazione in grado di sfruttare la rete
di illuminazione pubblica come linea digitale capillare per la
raccolta dati e l’invio delle informazioni.
GRAZIE PER L’ATTENZIONE
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