Smart City e Digital Energy: a che punto siamo?

Il contesto urbano si sta evolvendo sempre di più verso quello che è un paradigma digitale all’interno del quale trovano spazio le rinnovabili e la generazione distribuita che, nel caso degli impianti fotovoltaici ha portato al concetto di prosumer (produttore e consumatore allo stesso tempo) legato alla diffusione dello storage.

L’avvento della generazione distribuita implica per la rete elettrica il passaggio da un funzionamento unidirezionale, caratterizzato da una produzione centralizzata, a un modello smart grid, caratterizzato da flussi di energia bidirezionali. In questo senso appare quindi necessario procedere a una digitalizzazione della rete elettrica attraverso una serie di strumenti che permettono di prevedere meglio quelli che sono i carichi e una miglior gestione degli impianti di generazione e delle reti di distribuzione.

Digitalizzazione necessaria anche per accogliere la progressiva diffusione della mobilità elettrica che influenza la rete elettrica per quanto riguarda l’incremento della domanda nazionale di energia elettrica. La mobilità urbana vede anche l’integrazione di nuovi servizi per il cittadino quali i servizi di mobility sharing consentendo e di ridurre il traffico grazie a un modello di trasporto più sostenibile.

La città si sta trasformando anche a livello di edificio adottando soluzioni di efficienza energetica e di connettività e intelligenza volte ad ottimizzare quello che è il comfort abitativo e la gestione dei consumi energetici.

Il Digital Energy Report – redatto dall’Energy&Strategy Group della School of Management del Politecnico di Milano – ha identificato e mappato l’utilizzo delle soluzioni di digital energy all’interno delle smart city evidenziando una crescita importante del numero di progetti anche se non ancora strutturati da rendere le città veramente smart.

I 3 filoni della Digital Energy

Sono tre i filoni dove la digitalizzazione energetica delle Smart City ha la possibilità di impattare maggiormente:

1. Smart Living che individua le tecnologie per il consumo efficiente e monitoraggio dell’energia, applicabili sia agli edifici, sia alla pubblica illuminazione;
2. Smart Mobility che rappresenta la famiglia di tecnologie e infrastrutture per la mobilità intelligente, applicabili a tutta la città;
3. Smart environment che riguarda le tecnologie per una gestione ottimale dei consumi energetici sia a livello termico sia elettrico, applicabili a tutta la città, inclusa la gestione dei rifiuti.

I 3 filoni lungo i quali è possibile leggere la digitalizzazione energetica (fonte Report Digital Energy)

Il Digital Energy Report 2018 ha analizzato una grande varietà di soluzioni tecnologiche e possibili configurazioni che si differenziano per livello di digitalizzazione, grado di complessità e focus sui contesti energetici e ha individuato le tecnologie abilitanti per ogni filone.

Le tecnologie abilitanti – Smart Living

Per quanto riguarda lo smart living è stata posta l’attenzione al miglioramento della vivibilità per i cittadini in ambito urbano, attraverso l’ottimizzazione dei servizi pubblici offerti al cittadino e l’adozione di soluzioni tecnologiche per l’efficienza energetica in ambito domestico ed urbano. Per quanto riguarda lo smart building sono state analizzate:

• controllo illuminazione – installazione di rilevatori di presenza, dimmer, attuatori delle tapparelle e sensori di irraggiamento che consentono di ottimizzare comfort e efficienza energetica dell’edificio
• automazione HVAC – elevato comfort abitativo combinato con un’ottimizzazione dei consumi elettrici e termici dell’edificio, attraverso l’utilizzo di sensori termici, termostati ed elettrovalvole intelligenti, sensori di presenza volti a controllare lo stato dell’ambiente circostante
• automazione processi e appliance – utilizzo di sensori e relativi attuatori per un monitoraggio dei carichi energetici (soprattutto elettrici), al fine di ottimizzare il profilo di consumo energetico dell’edificio. Questi sistemi consentono, inoltre, l’individuazione di eventuali anomalie e una riduzione della spesa energetica e una programmazione dei propri consumi
• autoproduzione e accumulo – utilizzo di cogeneratori, impianti fotovoltaici e sistemi di storage per massimizzare il livello di autoconsumo dell’edificio, riducendo i prelievi dalla rete elettrica

Per quanto riguarda lo smart lighting (pubblico) sono state analizzate:

• illuminazione intelligente – l’applicazione di soluzioni digitali ai sistemi di illuminazione pubblica permette di avere una migliore gestione del telecontrollo degli impianti, monitorare i consumi elettrici e il funzionamento degli apparecchi
• smart street services – utilizzo di soluzioni digital permette di avere un migliore monitoraggio dei parametri riguardanti l’inquinamento ambientale della città, l’andamento dei flussi veicolari e lo stato di utilizzo dei parcheggi pubblici. L’istallazione di totem interattivi permette anche l’abilitazione di nuove funzionalità quali la ricarica dei veicoli elettrici, la telesorveglianza delle strade urbane e la fornitura di Wi-Fi pubblico.

Le tecnologie abilitanti – Smart Mobility

Per quanto riguarda la smart mobility è stata posta l’attenzione sull’ottimizzazione della mobilità all’interno dell’ambito cittadino, attraverso la diffusione di soluzioni di trasporto innovative e sostenibili:

• e-mobility – i veicoli elettrici consentono di ridurre le emissioni, ma a causa degli elevati prezzi dei veicoli e dell’ancora carente rete di infrastrutture di ricarica la mobilità elettrica fatica a crescere. Per fortuna i governi stanno lavorando per garantirne una crescita consistente
• servizi di mobility sharing – la digitalizzazione si lega principalmente all’utilizzo di applicazioni che permettono all’utente di individuare i veicoli a sua disposizione, mentre il provider utilizza l’applicazione come strumento di pagamento per il servizio offerto e per la gestione del parco veicoli
• trasporto pubblico – si sta sviluppando sia attraverso nuove linee di metropolitana e mezzi di superficie, sia in ottica green con mezzi a metano o elettrici
• realizzazione di una adeguata infrastruttura

Le tecnologie abilitanti – Smart Environment

Per lo Smart Environment è stata posta particolare attenzione alla sostenibilità ambientale della città, attraverso l’utilizzo efficiente delle fonti energetiche disponibili, l’integrazione di nuove fonti di energia rinnovabile, la riduzione degli sprechi nella gestione delle risorse idriche e dei rifiuti. In particolare:

• rinnovabili – in ambito urbano, si sta assistendo all’affermazione dei prosumer, l’utente non è più un puro consumatore ma un attore attivo nella produzione di energia elettrica. L’adozione di una soluzione di questo tipo permette di aumentare il livello di autoconsumo, riducendo la quota parte di energia elettrica prelevata dalla rete
• smart grid e storage – l’avvento della generazione distribuita ha comportato la necessità di aumentare la digitalizzazione della rete di distribuzione per far fronte a flussi di energia elettrica di tipo bidirezionale e alla produzione tipicamente intermittente che caratterizza gli impianti rinnovabili. Lo storage è la tecnologia in grado di massimizzare l’autoconsumo
• teleriscaldamento – si sta sviluppando sempre di più con l’obiettivo di fornire calore per il riscaldamento invernale. In particolare, alcune reti di teleriscaldamento utilizzano il calore recuperato da alcuni processi industriali, permettendo di abbattere i consumi di energia contribuendo in modo sostanziale alla tutela dell’ambiente.
• waste management – sono in fase di sviluppo diverse soluzioni che sfruttano la tecnologia IoT al fine di ottimizzare i costi della raccolta dei rifiuti e allo stesso tempo incentivare i cittadini a una gestione più consapevole dei propri scarti, generando un beneficio anche per l’ambiente

Ma le nostre città sono veramente smart e connesse?

Dopo aver analizzato le diverse tecnologie che consentono di trasformare le nostre città in smart city, sono stati analizzati 353 progetti legati alla gestione sostenibile dell’energia e messi in campo nelle prime 15 città smart (Milano, Bologna, Venezia, Firenze, Torino, Padova, Bergamo, Vicenza, Reggio Emilia, Trieste, Modena, Ravenna, Rimini, Trento e Genova) e sono emersi dati che evidenziano un quadro fatto di luci e ombre.

Analizzando le tecnologie abilitanti individuate nei tre filoni, troviamo che i progetti hanno riguardato il 28% in ambito environment, il 40% mobility e il 32% living. Il 74% è analogico, cioè senza soluzioni digitali, il 21% è digital-enabled (abilitato al digitale) e appena il 5% è veramente digitale. Sono, quindi, ancora preponderanti i progetti dove il digitale quasi non viene usato o ha un impiego di base, legato alla connettività o alla disponibilità di informazioni.

Nonostante questo, vi è un substrato di apparati e infrastrutture che si sta costruendo e che può rappresentare un punto di partenza per lo sviluppo della digital energy nelle nostre città smart.