Informe de estado actual de concepto Ciudad Energéticamente Inteligente

  Informe  de  estado  actual  de  concepto  Ciudad   Energéticamente  Inteligente   CIUDAD  ENERGÉTICAMENTE  INTELIGENTE  (CEI)     Entregable  E1.1

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Informe  de  estado  actual  de  concepto  Ciudad   Energéticamente  Inteligente   CIUDAD  ENERGÉTICAMENTE  INTELIGENTE  (CEI)     Entregable  E1.1.    

© 2016 Instituto Tecnológico de la Energía

 

12 de enero de 2015

  Título  del  proyecto:    

CEI:  Ciudad  energéticamente  inteligente  

Entregable:    

Entregable  E1.1  

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distribución  libre  del  documento   distribución  al  personal  afectado  al  proyecto   distribución   exclusiva   a   los   destinatarios   identificados   en   el   documento   documento   de   trabajo,   distribución   interna,   autores   y   revisores   del   documento  

 Uso  interno  

  Control  de  versiones   Versión   v01r00   V02r00   V02r01  

Fecha   13/10/2014   20/11/2014   04/12/2014  

Autor   ITE     ITI   ITI  

Resumen  de  cambios   Versión  inicial   Ampliación  sección  2.2   Ampliación  secciones  3.2  y  3.3  

V03r00   V03r01  

11/12/2014   17/12/2014  

ITE   ITI  

V03r02  

26/12/2014  

AIDO  

V03r03  

08/01/2015  

ITE  

Estructuración  de  contenidos   Modificaciones  2.2,  3.2,  4.1   Aportaciones  pto2.1,  pto  3,pto  4,   cambio  esquema  pto  4     Reestructuración  de  contenidos   Ampliación  apartado  4   Rehacer  tablas  

  Distribución  del  documento   Este  documento  debe  ser  distribuido  a  las  siguientes  personas  y  grupos  de  trabajo:   Nombre  y  apellidos  

Cargo  

Empresa  

Nº  copias  

     

     

     

     

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Resumen   En  este  paquete  de  trabajo  se  propone  el  análisis  en  detalle  del  concepto  de  ciudad  inteligente   y   el   enfoque   del   mismo   a   la   obtención   de   ciudades   en   entornos   con   un   mejor   estado   energético  y  ambiental,  a  través  de  nuevas  tecnologías  de  gestión  a  desarrollar.   El   modelo   de   mejora   energética   -­‐   ambiental   en   las   ciudades   recibirá   el   nombre   de   Ciudad   Energéticamente  Inteligente.     Como  objetivo  último  del  proyecto  se  pretende  obtener  un  modelo  de  gestión  inteligente  de   áreas  que  permita  la  optimización  de  los  recursos  de  las  mismas  de  manera  eficiente.    

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Índice  

2.  

3.  

1.1  

Descripción  del  proyecto  .............................................................................................  6  

1.2  

Objetivos  del  documento  ............................................................................................  7  

1.3  

Estructura  del  documento  ...........................................................................................  7  

Definición  de  conceptos  

8  

2.1  

Ciudad  Inteligente  y  Ciudad  Energéticamente  Inteligente  ..........................................  8  

2.2  

Concepto  por  la  Comunidad  Europea  ........................................................................  11  

2.3  

Resumen  de  conceptos  ..............................................................................................  16  

Modelos  de  referencia   3.1  

18  

Servicios  o  prestaciones  ............................................................................................  18  

3.1.1  

Servicios  energéticos  en  edificación  y  uso  de  la  energía  

18  

3.1.2  

Servicios  energéticos  en  redes  

19  

3.1.3  

Movilidad  y  transporte  

20  

3.2  

Modelo  de  referencia  propuesto  ...............................................................................  21  

3.2.1  

Servicios  energéticos  en  edificación  y  uso  de  la  energía  

21  

3.2.2  

Servicios  energéticos  en  redes  

22  

3.2.3  

Movilidad  y  transporte  

23  

*Infraestructuras,  servicios  e  interfaces  TIC   3.3   4.  

5.      

24  

Modelos  de  referencia  ...............................................................................................  27  

Escenario  de  aplicación  

29  

4.1  

Entorno  físico  .............................................................................................................  29  

4.2  

Variables  analizadas  ...................................................................................................  30  

Bibliografía  

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Índice  de  figuras   Fig.  1.  Iniciativa  europea  para  las  ciudades  inteligentes.  Fuente:  [10].  ................................................  15   Fig.  2.  Arquitectura  del  sistema  CEI.  Fuente:  ITE.  ................................................................................  29  

 

Índice  de  tablas   Tabla  1:  Concepto  CIUDAD  INTELIGENTE.  Fuente:  ITE.  ........................................................................  16   Tabla  2:  Concepto  CIUDAD  ENERGÉTICAMENTE  INTELIGENTE.  Fuente:  ITE.  ........................................  17   Tabla  3:  Comparativa  redes  actuales  /  Redes  futuras.  Fuente:  ITE.  .....................................................  23   Tabla  4:  Características  de  los  modelos  de  referencia  propuestos.  Fuente:  ITE.  ..................................  27   Tabla  5:  Características  de  los  servicios,  interfaces  e  infraestructuras  TIC.  Fuente:  ITE.  .......................  28  

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Introducción   1.1

Descripción  del  proyecto  

El  proyecto  CEI  propone  mejorar  el  estado  energético  y  ambiental  de  áreas  habitadas  de   las  ciudades  a  través  de  la  correcta  gestión  de  las  infraestructuras  y  recursos  que  disponen  las   mismas.   Esta   mejora   se   propone   desde   el   desarrollo   de   sistemas   tecnológicos   que   permitan   controlar   los   estados   energéticos   y   ambientales   de   áreas   que   tiendan   a   ser   optimizadas   energéticamente.  Habitualmente,  y  más  con  la  irrupción  de  las  Redes  Inteligentes,  estas  áreas   dispondrán  de:   1. Nodos  de  consumo.   2. Nodos  de  generación  y  almacenamiento.   3. Nodos   de   consumo   que   disponen   de   recursos   de   generación   y   almacenamiento   integrados.  Nodos  Activos.   4. Nodos  observables  y  controlables  de  la  red  de  distribución  de  energía.   5. Servicios  tecnológicos  asociados.   Por   tanto   el   proyecto   propone   el   diseño   y   desarrollo   de   un   sistema   global   de   gestión   inteligente  de  este  tipo  de  áreas.  Los  niveles  de  gestión  de  los  que  se  compone  el  sistema  CEI   propuesto  (“Ciudad  Energéticamente  Inteligente”)  son  los  siguientes:   -

Nivel  de  medida  y  actuación  energética  –  ambiental.  

-

Nivel  de  controladores  automatizados  de  campo  para  mejora  energética  -­‐    ambiental.  

-

Nivel  de  centro  de  control  energético  –  ambiental.  

-

Nivel  de  aplicaciones  distribuidas  orientadas  a  usuarios.  

El  proyecto,  además,  para  lograr  un  entorno  energético  y  ambiental  mejorado,  propone,   aparte   de   gestionarlo   adecuadamente   en   cuanto   a   sus   usos   energéticos,   el   diseño   y   desarrollo   de  una  herramienta  integral  de  mantenimiento  avanzado  que  trabaje  en  colaboración  con  los   otros  sistemas  de  gestión  energética.   Esta  herramienta  de  mantenimiento  permitirá:   1. Adelantarse  a  posibles  situaciones  anómalas  de  funcionamiento  que  hayan  podido  ser   detectadas   predictivamente   mediante   el   análisis   inteligente   de   las   variables   energéticas  que  rigen  su  funcionamiento.   2. Asignar   adecuadamente   los   recursos   de   mantenimiento   para   las   infraestructuras   de   consumo  y  recursos  implicados  en  las  áreas  de  gestión.  

 

 

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1.2

Objetivos  del  documento   Los  objetivos  del  presente  documento  son:   -

-

1.3

Por  un  lado,  definición  de  los  conceptos  clave  en  el  proyecto  como  son:     o

El  concepto  de  Ciudad  Inteligente.  

o

El  concepto  de  Ciudad  Energéticamente  Inteligente.    

Por   otro   lado,   contextualizar   y   desarrollar   el   modelo   de   referencia   de   la   Ciudad   Energéticamente   Inteligente   que   el   proyecto   va   a   cubrir.   Además,   se   definirán   los   casos   ideales   (escenarios)   en   los   cuales   tendrán   cabida   los   modelos   de   referencia   citados.   Estructura  del  documento  

El  presente  documento  se  estructura  en  tres  apartados:     -

Apartado  2  ‘Definición  de  conceptos’:   Se  definen  los  conceptos  clave  del  proyecto,  en  base  a  definiciones  obtenidas  de  los   objetivos   que   marca   la   Comisión   Europea   en   la   temática   y   otra   bibliografía   y   referencias,  además  de  fuentes  propias.  

-

Apartado  3  ‘Modelos  de  referencia’:   Se  enumeran  y  describen  los  ámbitos  de  mejora  energética  propuestos  y  a  la  vez  se   plantea  el  modelo  de  referencia  de  solución  asociado  a  cada  ámbito.  

-

Apartado  4  ‘Escenario  de  Aplicación’.     Se   define   el   escenario   típico   de   aplicación   del   proyecto   CEI,   el   cual   recurre   a   los   ámbitos   de   mejora   y   modelos   descritos   en   el   anterior   apartado   para   ser   perfectamente  definido.  

 

 

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2. Definición  de  conceptos   En  este  apartado  se  definirán  en  detalle  los  siguientes  conceptos:   -

Ciudad  Inteligente.  

-

Ciudad  Energéticamente  Inteligente.  

Además   se   relacionarán   las   definiciones   obtenidas   con   las   establecidas   por   la   Comisión   Europea  y  sus  planes  de  objetivos  a  cubrir.   2.1

Ciudad  Inteligente  y  Ciudad  Energéticamente  Inteligente  

El  concepto  de  Smart  City,  Ciudad  Inteligente,  ha  sido  analizado  por  múltiples  expertos.  El   término  Smart  o  inteligente,  entre  otras  connotaciones,  hace  referencia  a    la  habilidad  de  los   sistemas   para   adquirir   y   aplicar   conocimiento   de   manera   autónomo   y   próximo   a   un   razonamiento  cognitivo  [1].     Siguiendo  esta  connotación  del  término  Smart,  se  citan,  a  continuación,  las  características   de   una   ciudad   inteligente   siguiendo   un   concepto   en   el   que   se   incluye   la   infraestructura   inteligente,  operación  inteligente,  servicios  inteligentes  e  industria  inteligente  y  cuenta  con  4   características  básicas  [3]:   1. Interconexión  entre  áreas  urbanas   La   ciudad   inteligente   integrará   la   comunicación   con   la   red,   internet,   sensores   y   el   reconocimiento   para   extender   la   comunicación   en   todos   los   ámbitos   (entre   las   personas,  entre  las  personas  y  los  objetos,  entre  objetos,  etc.).     2. Integración  de  sistemas  de  información  urbanos   Internet  y  técnicas  como  cloud  computing  serán  usadas  en  cada  campo  de  negocio  e   integrarán  los  sistemas  de  aplicación.     3. Gestión  urbana  y  servicio  de  cooperación   Interconexión   entre   componentes   urbanos   y   soporte   del   sistema   integrado   de   aplicación  y  servicio  con  la  coordinación  del  sistema  urbano  crítico  y  los  participantes   para  hacer  funcionar  mejor  la  gestión  urbana.     4. Aplicación  de  las  herramientas  TIC  (tecnología  de  la  información  y  la  comunicación)   La  ciudad  inteligente  hace  una  gestión  moderna  de  la  ciudad,  enfatiza  la  aplicación  de   la   tecnología   de   la   información   avanzada   en   la   gestión   urbana   y   servicios   e   inspira   a   gobiernos,  empresas  y  gente  a  hacer  innovación,  desarrollo  urbano  en  movimiento.      

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Además,   la   ciudad   inteligente   representa   una   nueva   corriente   de   pensamiento   sobre   el   espacio  urbano  dando  forma  a  un  modelo  que  integra  Fuentes  de  Energía  y  sistemas  Verdes   [2],   eficiencia   energética,   movilidad   sostenible,   protección   del   medio   ambiente   y   economía   sostenible,  los  cuales  representan  los  objetivos  para  desarrollos  futuros.     De  este  modo,  las  ciudades  inteligentes  están  basadas  en  un  alto  nivel  de  Tecnologías  de   la  Información  y  Comunicación  (TICs)  apropiadas  para  transmitir  y  gestionar  energía,  flujos  de   información   multidireccional   y   conectar   un   sector   diferente   que   incluye   movilidad,   energía,   sociedad,   economía.   Además,   dentro   de   las   Smart   Cities   los   sistemas   de   transporte   son   sostenibles,  las  redes  inteligentes  están  enfocadas  a  asegurar  la   integración  de  las  capacidades   de  plantas  productivas  de  fuentes  renovables,  la  iluminación  pública  es  eficiente,  los  edificios   están   equipados   con   sensores   y   equipos   con   objeto   de   racionalizar   el   consumo   energético   y   concienciar   a   los   ciudadanos,   con   el   objetivo   de   mejorar   la   calidad   de   vida   de   la   gente   a   través   de   una   nueva   forma   de   gobierno   de   la   administración   pública   capaz   de   gestionar   esta   innovación  y  cambio  de  cultura.   Una  vez  definido  el  concepto  de  ‘Ciudad  Inteligente’  y  listar  las  características  principales   de   la   misma,   es   posible   definir   el   concepto   de   ‘Ciudad   Energéticamente   Inteligente’,   el   cual   está  englobado  dentro  de  ‘Ciudad  Inteligente’.   Una   Ciudad   Energéticamente   Inteligente   es   una   ciudad   inteligente   pero   centrada   en   el   ámbito   de   la   energía.   Es   decir,   además   de   contemplar   aspectos   como   el   bienestar   de   los   ciudadanos  o  la  calidad  de  vida  de  los  mismos,  la  creación  de  trabajo,  la  seguridad  pública,  la   salud  y  la  asistencia  médica,  etc.,  se  especializa  en:   1) Mejora  energética  en  la  edificación  y  uso  de  la  energía   Este  área  está  enfocada  a  la  mejora  del  estado  energético  de  edificios  para  alcanzar   el   balance   energético   cero   o   próximo   a   cero   de   los   mismos.   Se   pretende   conseguir   este   objetivo  mediante  la  optimización  de  los  consumos  (eficiencia  energética),  la  integración   viable   de   fuentes   de   generación   renovables   y   la   introducción   de   sistemas   de   almacenamiento.   2)  Redes  energéticas  

 

Este  área  está  íntimamente  vinculada  con  la  anterior,  ya  que  son  varios  los  sistemas   inteligentes   para   las   ciudades   que   constituyen   la   red   inteligente.   Las   redes   energéticas   inteligentes   consisten   en   áreas   (hospitales,   centro   comerciales,   universidades)   interconectadas  entre  sí  para  la  producción  y  generación  de  energía  [2].        

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3)  Movilidad  y  transporte   En   todo   el   mundo,   las   ciudades   se   enfrentan   a   un   incremento   de   la   demanda   del   transporte  y  una  incapacidad  para  alcanzar  la  infraestructura  insuficiente  que  encaja  con   esa   demanda   [2].   Los   sistemas   de   transporte   inteligente   pueden   resultar   muy   valiosos   para  los  ciudadanos  debido  a  que  vean  en  ellos  facilidad  para  trasladarse,  innovación  en   transporte  público,  reducción  del  tráfico,  accidentes  y  contaminación  de  aire  y  ruido.  Por   ejemplo,  las  soluciones  avanzadas  para  la  gestión  de  la  movilidad  pueden  proporcionar  a   los   ciudadanos   información,   en   tiempo   real,   del   tráfico   con   objeto   de   que   el   usuario   pueda  decidir  qué  vías  escoger,  parkings,  el  medio  de  transporte,  etc.     El   uso   de   sensores   para   monitorizar   la   calidad   del   aire,   dota   a   los   gestores   de   las   ciudades  de  herramientas  que  les  permitan  tomar  decisiones  sobre  la  movilidad  dentro  de   la  ciudad,  con  esta  información  se  puede  decidir  cerrar  calles  al  tráfico  en  determinadas   horas  o  determinados  días,  si  los  históricos  de  datos  tomados  así  lo  indican.    

 

4)  Mejora  de  la  eficiencia  energética  en  los  sistemas  de  alumbrado  público     El   gasto   energético   en   alumbrado   público   y   la   contaminación   que   estos   sistemas   producen,   es   uno   de   los   principales   problemas   relacionados   con   la   eficiencia   energética   que   se   presenta   en   España,   nos   encontramos   con   instalaciones   de   alumbrado   muy   deficientes,   deterioradas   y   enormemente   sobredimensionadas,   lo   que   provoca   un   consumo   muy   elevado,   y   una   gran   contaminación   lumínica,   este   hecho   se   ha   intentado   subsanar   con   la   aparición   del   RD   1890   de   Reglamento   de   eficiencia   energética   en   las   instalaciones  de  alumbrado  exterior.   Uno   de   los   retos   en   una   ciudad   inteligente   es   disponer   de   sistemas   de   alumbrado   flexible,   que   permitan   adaptarse   a   las   diferentes   condiciones   de   uso   (tanto   densidad   de   tráfico   como   peatonal),   el   disponer   de   un   sistema   flexible   hace   que   los   niveles   de   iluminación   sean   los   adecuados   a   las   necesidades   reales   de   la   instalación   y   permitiendo   que  el  gasto  energético  de  las  instalaciones  de  alumbrado  no  se  dispare  y  haciendo  un  uso   racional   de   la   energía   (evitando   las   zonas   sobre-­‐iluminadas,   evitando   la   iluminación   al   cielo   –   contaminación   lumínica   y   utilizando   productos   eficientes)   El   uso   de   sensores   y   sistemas   que   nos   permitan   monitorizar   algunos   parámetros   de   interés   nos   dota   de   información   suficiente   para   predecir   futuras   necesidades;   ofreciendo   al   gestor   de   la   instalaciones   una   potente   herramienta   para   el   mantenimiento   preventivo   y   control   de   las   instalaciones  de  alumbrado  de  la  ciudad.        

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2.2

Concepto  por  la  Comunidad  Europea  

Aproximadamente,   tres   cuartas   partes   de   los   europeos   viven   en   ciudades,   consumiendo   el   70%   de   la   energía   de   la   Unión   Europea   (U.E.).   Por   esta   razón,   la   U.E.   está   especialmente   interesada   en   lograr   que   sus   ciudades   sean   más   eficientes   empleando   lo   que   se   suele   denominar  tecnología  “inteligente”.     En  este  marco,  la  U.E.  planteó  la  creación  del  “European  Innovation  Partnership  for  Smart   Cities   and   Communities”   (http://ec.europa.eu/eip/smartcities/),   cuyo   objetivo   es   aplicar   las   tecnologías  de  la  información  a  la  gestión  de  la  energía  y  del  transporte  para  la  obtención  de   soluciones  innovadoras  ante  los  principales  retos  a  nivel  medioambiental,  social  y  de  salud  que   afrontan  las  ciudades  europeas  actuales.   A   fin   de   lograr   soluciones   escalables   y   transferibles   para   contribuir   a   los   objetivos   climáticos   del   20/20/20   de   la   U.E.,   se   propone   la   reducción   del   consumo   energético,   de   las   emisiones  de  gases  con  efecto  invernadero,  del  aire  de  mala  calidad,  y  de  la  congestión  de  las   calles.   Esta   asociación   intenta,   pues,   salvar   los   escollos   que   impiden   el   desarrollo   de   las   ciudades   inteligentes,   cofinanciando   proyectos   relacionados,   y   ayudando   a   coordinar   iniciativas  existentes  en  ciudades.  También  apoya  colaboraciones  estratégicas  entre  ciudades  e   industrias  para  desarrollar  los  sistemas  urbanos  e  infraestructuras  del  futuro.   La  asociación  continúa  la  iniciativa  para  las  ciudades  y  comunidades  inteligentes  lanzada   en   2011,   que   únicamente   cubría   el   campo   energético   con   un   presupuesto   de   81   millones   de   euros.   En   el   caso   actual,   lanzado   en   2012,   el   presupuesto   ha   crecido   hasta   los   365   millones,   extendiéndose  además  del  energético,  a  los  campos  del  transporte  y  de  las  tecnologías  de  la   información  y  la  comunicación  (TIC)..  

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2.2.1. Ciudad  inteligente   El   Parlamento   Europeo   ha   publicado   a   principios   de   2014   un   informe   sobre   ciudades   inteligentes  [8].  En  él  se  define  una  ciudad  inteligente  como:   “Una  ciudad  que  intenta  afrontar  los  asuntos  públicos  a  través  de  soluciones  TIC”   Para   concretar   esta   amplia   definición,   el   propio   informe   enumera   una   serie   de   ejes   o   acciones  de  intervención:   1. Economía  inteligente   2. Movilidad  inteligente   3. Inteligencia  medioambiental   4. Habitantes  inteligentes   5. Estilo  de  vida  inteligente   6. Gobierno  inteligente   El   informe   indica   que   se   puede   considerar   inteligente   a   toda   ciudad   que   contemple   acciones  en  cualquiera  de  las  áreas  anteriores.  Se  trata  de  una  definición  que  podría  cubrir  la   mitad   de   las   ciudades   europeas   de   más   de   100.000   habitantes.   Según   el   informe,   las   seis   ciudades   europeas   más   activas   en   estos   campos   serían   Ámsterdam,   Helsinki,   Barcelona,   Copenhague,  Manchester  y  Viena.   De  este  modo  se  pasa  a  resumir  los  conceptos  que  enumera  el  informe:   1. Economía  inteligente  (Smart  Economy)     Por   economía   inteligente   se   entiende   en   general   cualquier   aplicación   de   las   TIC   al   comercio  y  negocio.  De  este  modo,  se  puede  incluir  en  este  contexto  el  uso  de  las   TIC  para  la  mejora  de  la  productividad,  la  manufactura,  o  el  sector  servicios.  Las   TIC  permiten  además  la  interconexión  de  negocios  a  nivel  local  o  global.     2. Movilidad  inteligente  (Smart  Mobility)     Por  movilidad  inteligente  se  entiende  el  transporte  y  logística  apoyados  en  TIC.  La   ecología   juega   un   papel   importante   en   este   sector,   persiguiendo   el   ahorro   del   tiempo   de   desplazamiento,   coste   y   emisiones   contaminantes.   Otro   punto   importante   es   la   participación   ciudadana   para   la   optimización   de   la   movilidad,   a   partir  del  análisis  de  sus  datos,  ideas  o  comentarios.      

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3. Inteligencia  medioambiental  (Smart  Environment)     La   inteligencia   medioambiental   aplica   las   TIC   a   la   gestión   de   redes   de   energías   renovables   y   servicios   urbanos   (iluminación,   recogida   de   residuos,   agua,   etc.).   Para   ello,   es   necesaria   una   correcta   sensorización   para   su   control   y   monitorización.  Se  contempla  también  la  renovación  de  instalaciones  y  edificios,   para  mejorar  el  uso  de  recursos,  su  reutilización  y  renovación.     4. Habitantes  inteligentes  (Smart  People)     Bajo  este  epígrafe  se  incluyen  aquellas  características  que  poseen  los  ciudadanos   activos   en   una   ciudad   inteligente.   Dichos   individuos   poseen   una   formación   adecuada   en   TIC   que   les   permite   aprovechar   las   posibilidades   que   ofrece   una   ciudad   inteligente.   De   este   modo,   se   fomenta   su   creatividad   y   se   favorece   la   innovación,  mejorando  productos,  servicios  y  toma  de  decisiones.       5. Estilo  de  vida  inteligente  (Smart  Living)     Los   estilos   de   vida   inteligente   son   aquellos   estilos   saludables,   confortables   y   seguros  en  una  ciudad  culturalmente  vibrante,  mejorando  los  niveles  de  cohesión   y  capital  social,  ayudándose  mediante  las  herramientas  TIC.       6. Gobierno  inteligente  (Smart  Governance)     Un   gobierno   inteligente   es   un   factor   transversal   que   orquesta   e   integra   las   características   inteligentes   anteriores.   Gracias   a   las   herramientas   TIC,   relaciona   organizaciones   públicas   y   privadas   mediante   procesos   inteligentes   e   interoperabilidad.   La   ciudad   inteligente   se   puede   considerar   como   el   núcleo   de   una  red  global  con  enlaces  a  nivel  regional,  nacional  e  internacional,  en  la  que  se   alentan   asociaciones   y   colaboraciones   entre   diversos   actores   interesados   en   alcanzar  unos  objetivos  comunes.  Entre  estos  objetivos,  en  materia  de  gobierno,   cabe   destacar   las   iniciativas   “open   data”   que   favorecen   la   toma   de   decisiones   participativas  y  la  creación  conjunta  de  servicios  digitales.  

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2.2.2. Ciudad  energéticamente  inteligente   El   programa   Europa   2020   es   la   estrategia   de   la   U.E.   para   aumentar   el   crecimiento   y   el   empleo  en  la  región  en  el  marco  de  una  economía  inteligente,  sostenible  e  inclusiva  [9].  Para   lograr  estos  objetivos,  uno  de  los  aspectos  clave  es  el  energético,  que  incluye  la  reducción  de   las   emisiones   de   gases   con   efecto   invernadero   con   respecto   a   1990,   y   potencia   el   uso   de   la   energía  de  procedencia  renovable  y  la  eficiencia  energética.   En   este   contexto,   y   siguiendo   la   definición   del   apartado   anterior,   una   ciudad   energéticamente  inteligente  para  la  U.E.  sería  aquélla  que  aplica  soluciones  TIC  a  los  asuntos   públicos   relacionados   con   la   energía,   y   en   particular,   con   el   fin   de   cumplir   los   objetivos   energéticos  planteados  a  nivel  europeo.   Así  pues,  el  objetivo  estratégico  de  la  iniciativa  europea  en  ciudades  inteligentes   [10]  se   centra   en   mostrar   las   posibilidades   de   llevar   a   cabo   el   avance   hacia   los   objetivos   energéticos   y   climáticos  preestablecidos  a  nivel  local,  además  de  probar  a  los  ciudadanos  las  mejoras  que  la   inversión   en   la   reducción   de   las   emisiones   de   CO2   conllevan   de   manera   general   en   cuanto   a   calidad   de   vida   y   la   propia   economía.   Para   ello   se   requieren   aproximaciones   sistemáticas   e   innovadoras   sobre   eficiencia   energética,   además   del   desarrollo   de   tecnologías   con   emisiones   bajas   en   CO2,   junto   a   la   gestión   inteligente   de   la   oferta   y   la   demanda   de   la   energía.   Para   ello,   y   de   manera   particular,   se   tomarán   iniciativas   relativas   a   edificios,   redes   de   energía   locales   y   transporte   (ver   Figura   1).   De   este   modo,   una   ciudad   energéticamente   inteligente   debería   tratar  de  cumplir  los  objetivos  energéticos  anteriores  a  través  de  las  siguientes  actuaciones:   1. Edificios    Las   nuevas   construcciones   deberían   reducir   a   cero   sus   emisiones   de   carbono   y   requerimientos  energéticos.  Se  deberían  acondicionar  los  edificios  existentes  para   reducir  al  máximo  su  consumo  energético,  manteniendo  o  mejorando  el  confort.   2. Redes  energéticas    Los  sistemas  de  climatización  deberían  mejorar  su  eficiencia  y,  en  la  medida  de  lo   posible,   basarse   en   energías   limpias.   Por   su   parte,   a   nivel   eléctrico,   se   deberían   implementar   redes   inteligentes,   balanceando   la   generación   de   energía   renovable,   carga   de   vehículos   eléctricos,   almacenamiento   y   respuesta   a   la   demanda.   Además,  se  emplearían  contadores  inteligentes,  sistemas  de  administración  de  la   energía,   electrodomésticos   y   equipamiento   inteligente.   Finalmente,   se   deberían   promover  las  energías  renovables.   3. Transporte    Se  favorecerán  sistemas  de  transporte  público  y  privado  con  menos  emisiones  de   carbono,   desarrollando   aplicaciones   inteligentes   para   la   gestión   del   tráfico   y   los   desplazamientos  con  el  fin  de  propiciar  una  movilidad  sostenible.     CIUDAD ENERGÉTICAMENTE INTELIGENTE (CEI)

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Fig.  1.  Iniciativa  europea  para  las  ciudades  inteligentes.  Fuente:  [10].  

Por   otra   parte,   en   el   informe   de   la   U.E.   mencionado   anteriormente   [8]   se   analizan   diversos   proyectos   de   ciudades   inteligentes,   clasificándolos   según   sus   objetivos.   Una   de   las   categorías   empleadas   se   centra   en   sistemas   de   gestión   de   recursos,   incluyendo   redes   inteligentes,   contadores   inteligentes,   energía   inteligente   y   renovable   (solar,   biomasa,   hidráulica   y   eólica).   Estos   proyectos   se   podrían   encuadrar   en   diferentes   áreas   de   las   identificadas  en  el  apartado  anterior:  inteligencia  medioambiental,  estilo  de  vida  inteligente  o   movilidad  inteligente.     Dichos   proyectos   se   centran   en   una   infraestructura   que   emplea   las   TIC   para   mejorar   la   administración  de  servicios  públicos  de  una  ciudad  como  la  energía,  el  agua,    la  electricidad  o   la  movilidad.  En  ellos,  se  emplean  diferentes  tecnologías,  que  han  mostrado  gran  utilidad  en   otras   áreas   relacionadas   sobre   todo   con   la   industria   de   producción   de   bienes   y   del   conocimiento   y   que   están   relacionadas   con   la   sensorización,   optimización,   Big   Data,   modelado   estadístico  y  el  reconocimiento  de  patrones.    

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2.3

Resumen  de  conceptos  

Una   vez   definidos   los   conceptos   de   Ciudad   Inteligente   y   Ciudad   Energéticamente   Inteligente,  desde  dos  perspectivas,  se  muestran  en  forma  de  tabla  los  resultados  obtenidos.     CIUDAD  INTELIGENTE   Ejes  principales  

Objetivos  Comisión  Europea   - Economía  inteligente   - Movilidad  inteligente   - Inteligencia  medioambiental   - Habitantes  inteligentes   - Estilo  de  vida  inteligente   - Gobierno  inteligente - Interconexión  de  negocios  a   nivel  local  o  global     - Transporte  y  logística   apoyados  en  TIC   - Correcta  sensorización  de   redes   - Ciudadanos  con  formación   adecuada  en  TIC   - Estilos  de  vida  inteligentes   - Iniciativas  Open  Data

Características  básicas  

-

-

Otras  referencias   Infraestructura  inteligente   Operación  inteligente   Servicios  inteligentes   Industria  inteligente  

Interconexión  entre  áreas   urbanas   Integración  de  sistemas  de   información  urbanos   Gestión  urbana  y  servicio   de  cooperación   Aplicación  de  las   herramientas  TIC    

  Tabla  1:  Concepto  CIUDAD  INTELIGENTE.  Fuente:  ITE.  

A   la   vista   de   los   resultados   plasmados   en   la   tabla   1   pueden   comprobarse   las   similitudes   entre   ambos   puntos   de   vista   ya   que   se   define   la   ciudad   inteligente   como   una   ciudad   que   gestiona   todo   el   sistema   mediante   las   tecnologías   de   la   información   y   comunicación   (TIC).   Ambas  definiciones  inciden  en  el  empleo  de  estas  herramientas  como  base  para  el  desarrollo  e   implementación  de  la  ciudad  inteligente.   Según  la  definición  de  la  Comisión  los  ejes  principales  que  abarca  una  ciudad  inteligente   son   más   amplios   que   los   que   se   encuentran   en   la   literatura.   Es   decir,   también   dentro   del   término  considera  la  inteligencia  de  los  habitantes  y  el  estilo  de  vida  inteligente,  aspectos   que   no  son  considerados  en  otras  definiciones.   Así,   la   definición   que   se   tiene   por   parte   de   la   Comisión   Europea   abarca   más   aspectos,   además   de   concretarlos.   Es   decir,   en   el   caso   de   Servicios   Inteligentes   pueden   estar   incluidos   infinitos   servicios   dentro   de   la   ciudad.   En   la   definición   de   la   Comisión   se   concretan   en:   Servicios  de  Movilidad,  Servicios  Económicos,  Servicios  Medioambientales.        

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Del  mismo  modo,  para  el  concepto  de  Ciudad  Energéticamente  Inteligente:     CIUDAD  ENERGÉTICAMENTE   INTELIGENTE   Ejes  principales  

Objetivos  Comisión  Europea     -

-

Ejes  secundarios  

-

Edificación  y  Uso  de  la   energía  (mejora   energética)   Redes  energéticas   Movilidad  y  transporte  

Habitantes  inteligentes   Economía  inteligente   Gobierno  inteligente  

 

Otras  referencias     -

-

-

Gestión  de  recursos   energéticos  (energía,   agua,  electricidad)   Redes  inteligentes   Energía  inteligente  y   renovable   Contadores  inteligentes Movilidad   Bienestar    de  los   ciudadanos  (calidad  de   vida)   Creación  de  trabajo   Seguridad  Pública   Salud  y  asistencia  médica

Tabla  2:  Concepto  CIUDAD  ENERGÉTICAMENTE  INTELIGENTE.  Fuente:  ITE.  

Es  decir,  la  ciudad  energéticamente  inteligente,  tanto  desde  el  punto  de  vista  bibliográfico   como   desde   el   punto   de   vista   de   objetivos   de   la   Comisión   Europea   engloba   todos   los   aspectos   de   la   ciudad   inteligente   pero   haciendo   hincapié   en   los   aspectos   directamente   vinculados   al   medio   ambiente   (contemplando   la   posibilidad   de   introducción   de   energías   renovables,   del   vehículo   eléctrico   en   la   red;     concienciando   a   los   usuarios   de  la   necesidad   de   construir/vivir   en   edificios  de  balance  energético  0  o  próximo  a  0).   Por  tanto,  a  partir  de  este  momento  se  seguirá  la  definición  de  la  Ciudad  Energéticamente   Inteligente,   tomando   como   base   el   informe   publicado   por   el   Parlamento   Europeo   acerca   de   ciudades  inteligentes,  para  desarrollar  todos  los  puntos  siguientes.        

 

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3. Modelos  de  referencia   La  meta  u  objetivo  de  este  apartado  es  definir  modelos  de  referencia  para  la  mejora  del   empleo   de   determinados   servicios   y   prestaciones.   Puesto   que   el   abanico   de   servicios   en   una   ciudad   inteligente   es   prácticamente   ilimitado,   los   modelos   se   focalizarán   en   unos   concretos:   servicios   energéticos   en   edificación   y   sus   usos,   servicios   energéticos   en   redes,   movilidad   y   transporte.   3.1

Servicios  o  prestaciones  

3.1.1 Servicios  energéticos  en  edificación  y  uso  de  la  energía   Actualmente   cada   ciudadano   hace   uso   de   más   de   un   edificio   (el   edificio   residencial,   el   lugar  de  trabajo,  el  lugar  de  entrenamiento  o  práctica  de  algún  hobby).  En  cada  uno  de  ellos   existe   un   consumo   de   energía   con   objeto   de   satisfacer   las   necesidades   (calefacción,   refrigeración,   ventilación,   iluminación,   conservación   de   alimentos).   Por   tanto   en   el   sector   de   edificios  existe  un  importante  potencial  de  ahorro  de  energía.     En   este   sentido,   se   hace   necesario   desarrollar   sistemas   que   reduzcan   drásticamente   el   consumo  de  energía.  Las  soluciones  podrían  incluir  la  combinación  de  varios  tipos  de  energía   renovable  (solar,  biomasa,  geotérmica,  etc.)  a  nivel  de  edificio  con  tecnologías  de  recuperación   de  calor,  el  desarrollo  e  innovación  de  materiales  para  la  mejora  del  aislamiento  en  edificios,  la   integración   de   nuevos   sistemas   o   redes   de   calor   y   frío   con   sistemas   ya   existentes,   el   desarrollo   de  nuevos  sistemas  de  iluminación.   Ampliando   el   concepto   de   edificación   a   área,   cabe   citar   aquí   los   servicios   de   alumbrado   público.  Los  sistemas  de  alumbrado  público  existentes  en  las  ciudades  tienen  varias  problemas   (zonas   donde   el   alumbrado   público   está   muy   deteriorado,   las   luminarias   se   encuentran   en   mal   estado,   o     cables   a   la   vista;   zonas   donde,   aunque   el   alumbrado   es   más   reciente,   no   significa   que   la   instalación   sea   eficiente;   zonas   muy   sobre   iluminadas;   o   zonas   donde   se   ha   decidido   apagar  el  alumbrado,  últimamente  es  muy  habitual  encontrarse  autovías,  entradas  a  rotondas   y  zonas  que  deberían  estar  iluminadas  totalmente  apagadas),     Las   actuaciones   que   se   pueden   realizar   en   el   alumbrado   público   para   su   mejora   contemplan  diferentes  situaciones.  Lo  primero  es  tener  claro  como  se  zonifica  la  ciudad  para   de  este  modo,  saber  que  necesidades  concretas  de  iluminación  hay  en  cada  área  y  saber  que   calificación  energética  debe  tener  esa  instalación  de  alumbrado.     1. Remodelación   de   las   instalaciones:   Determinar   que   instalaciones   de   alumbrado   necesitan  ser  reemplazadas,  y  buscar  una  solución  eficiente,  productos  que  permitan   regulación,   o   que   ya   dispongan   de   elementos   que   dotan   de   inteligencia   a   las   luminarias.,   permitiendo   instalaciones   de   alumbrado   flexibles   cuya   finalidad   es   iluminar  de  forma  adecuada  con  el  menor  consumo  posible.    

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2. Mejora   de   instalaciones   existentes:   Analizar   instalaciones   existentes,   especialmente   aquellas   que   tienen   un   mayor   consumo,   utilizando   diferentes   sensores   que   proporcionen  información  diversa  para  poder  decidir.     Debe  tenerse  presente  que  el  objetivo  de  un  sistema  de  alumbrado  público  es  iluminar  de   forma  adecuada.  Para  ello,  los  gestores  de  los  sistemas  de  alumbrado  deben  hacer  que  estos   sistemas  funcionen  de  dicho  modo.     Para   una   buena   gestión   del   servicio   de   alumbrado   público   sería   muy   útil   contar   con   diferente  información  del  entorno,  tal  y  como  se  puede  ver  el  RD1890  (ver  entregable  E.5.1)   -

Nivel  de  luminosidad  en  la  calzada  

-

Densidad  de  tráfico  y  personas  

-

Condiciones  ambientales  

-

Contaminación  del  aire  

3.1.2 Servicios  energéticos  en  redes   Las   redes   de   distribución   actuales   engloban   múltiples   problemas   de   operación.   Éstos   están   vinculados   a   predicción   de   la   demanda,   control   de   tensión,   gestión   de   la   demanda,   coordinación  de  maniobras.  Se  emplean  recursos  básicos  tales  como  sistemas  de  adquisición   de  datos  (SCADA),  sistemas  de  medición  y  monitorización,  software  de  simulación,  reducción   de   demanda   en   horas   punta   (gestión   de   la   demanda),   control   remoto   de   equipos   de   protección,  de  regulación  y  de  maniobra,  etc.  En  esta  área  existe  un  amplio  campo  de  mejora.     En  la  actualidad  nuevas  tecnologías  y  sistemas  automatizados  inteligentes  para  las  Redes   han   comenzado   a   desarrollarse.   Estas   tecnologías   están   orientadas   a   diversas   actividades   dentro  de  las  redes  inteligentes:  

 

-

Generación  y  distribución  de  energía  (operación)  

-

Generación  distribuida  y  almacenamiento  energético  

-

Mejora  energética  en  los  puntos  finales  de  consumo    

-

Mantenimiento  de  sus  activos  energéticos    

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3.1.3 Movilidad  y  transporte   Actualmente  la  sociedad  demanda  una  alta  y  variada  movilidad,  lo  cual  implica  un  sistema   de   transporte   complejo   y   adaptado   a   las   necesidades   sociales,   que   garantice   los   desplazamientos  de  personas  y  mercancías  de  una  forma  económicamente  eficiente  y  segura,   todo  ello  bajo  una  política  medioambiental  y  de  sostenibilidad.     El  sector  del  transporte  depende  casi  en  un  90%  de  los  combustibles  fósiles  [4]  y  origina   aproximadamente   el   27%   de   las   emisiones   totales   de   C02   de   la   OCDE   (Organización   para   la   Cooperación   y   el   Desarrollo).   Dentro   de   este   porcentaje,   las   emisiones   procedentes   del   transporte  por  carretera  suponen  alrededor  del  80%[5].       En   este   área   cabe   mencionar   la   integración   activa   del   vehículo   eléctrico   en   la   red   inteligente.  Actualmente  se  están  desarrollando  actividades  relativas  a  dicha  integración:   -

Infraestructuras  inteligentes  de  recarga  

-

Comunicaciones  en  electro-­‐movilidad  

-

Centros  de  Control  para  electro-­‐movilidad  

-

Servicios  asociados  a  la  electro-­‐movilidad  

   

 

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3.2

Modelo  de  referencia  propuesto  

3.2.1 Servicios  energéticos  en  edificación  y  uso  de  la  energía   Dentro  de  este  área  se  propone  un  modelo  que  contemple  los  siguientes  puntos:   -

Gestión  activa  energética   Cuya  misión  es  gestionar  el  suministro  de  combustibles  y  electricidad  en  el  edificio.  A   través   de   la   herramienta   de   gestión   de   la   demanda   y   los   algoritmos   predicción   de   generación  y  consumo  se  pretende  anticiparse  a  los  perfiles  futuros  de  demanda  de   energía   y   permitir   generar   de   manera   automatizada   las   consignas   o   actuaciones   de   apoyo  a  toma  de  decisiones.    

-

Posibilitar  la  correcta  integración  de  energías  renovables   A  través  del  empleo  de  energías  renovables  se  pretende  conseguir  la  sustitución  del   petróleo,  el  gas,  el  carbón  y  la  energía  nuclear.  Un  edificio  que  integre  energía  solar   fotovoltaica   y   eólica   para   generación   de   electricidad,   solar   térmica   para   la   climatización  y  la  producción  de  agua  caliente  sanitaria.   El  código  técnico  de  la  edificación  (CTE)  cuenta  con  un  documento  básico  HE  centrado   en  el  Ahorro  de  Energía  el  cual  exige  el  cumplimiento  de  cinco  premisas  o  exigencias   básicas  (Limitación  de  demanda  energética,  rendimiento  de  las  instalaciones  térmicas,   eficiencia  energética  de  las  instalaciones  de  iluminación,  contribución  solar  mínima  de   agua   caliente   sanitaria,   contribución   fotovoltaica   mínima   de   energía   eléctrica)   que   aplican  a  determinados  edificios  [6].   Respecto  a  la  integración  de  renovables,  la  rentabilidad  y  viabilidad  dependerá  de  los   factores   climáticos   de   la   zona,   así   como   las   horas   de   sol,   la   velocidad   del   viento,   la   ubicación  del  edificio,  etc.    

-

Mantenimiento  preventivo  y  predictivo  de  activos  energéticos   Con   objeto   de   ahorrar   energía   y   evitar   pérdidas.   El   mantenimiento   de   aire   acondicionado,   calefacción,   agua   caliente   sanitaria,   etc.,   es   una   tarea   de   obligado   cumplimiento   en   los   edificios.   Por   tanto,   el   modelo   propuesto   cuenta   con   una   herramienta   que   detecta   anomalías   funcionales   de   las   instalaciones   y   los   recursos   energéticos   partiendo   del   análisis   sistematizado   inteligente   de   las   variables   energéticas  adquiridas  por  medio  de  los  sistemas  de  gestión  implementados.  

-

Gestión  lumínica     Con  el  objetivo  de  mejorar  la  eficiencia  energética  de  las  instalaciones.     Partiendo  de  los  datos  suministrados  por  la  red  de  sensores  y  cámaras  se  analizará  el   estado   del   sistema   de   iluminación   y   su   entorno,   nivel   de   luminosidad   sobre   el   pavimento,   densidad   de   tráfico   o   de   personas,   nivel   de   contaminación,   condiciones   ambientales.   Todos   estos   datos   proporcionarán   información   suficiente   para,   por   un   lado   tomar   decisiones   inmediatas   sobre   la   instalación   (apagar   /   encender,   disminuir   nivel,   reemplazo   de   lámpara,   limpieza…),   y   por   otro   lado   generar   datos   suficientes  

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que   permitan   predecir   las   necesidades   de   la   instalación   y   establecer   un   plan   de   mantenimiento  basado  en  los  datos  adquiridos.   -

Gestión  medioambiental Los   datos   suministrados   por   los   diferentes   sensores   medioambientales,   se   utilizarán   de  forma  diferente:  por  un  lado  permiten  analizar  el  grado  de  polución  y  establecer   un  correcto  periodo  de  mantenimiento  de  los  sistemas  de  alumbrado.  Por  otro  lado,   permiten  analizar  las  medidas  de  los  diferentes  gases  y  analizar  la  densidad  de  tráfico.     Finalmente,  puede  dar  como  resultado  el  tener  que  tomar  una  decisión  de  cierre  de   determinada  zona  al  tráfico,  porque  el  nivel  de  un  determinado  gas  está  por  encima   del  nivel  máximo  permitido.   En  ambos  casos  lo  que  se  busca  es  llegar  a  disponer  de  datos  suficientes  como  para   poder  tomar  decisiones  y  establecer  mantenimientos  preventivos.  

3.2.2 Servicios  energéticos  en  redes   En  el  área  de  servicios  energéticos  en  redes  se  propone  un  modelo  basado  en  un  sistema   inteligente   de   control   que   permita   gestionar   de   manera   óptima   las   redes   en   las   que   estén   ubicados   un   conjunto   de   edificios   e   infraestructuras   con   sistemas   de   gestión   energética,   teniendo   en   cuenta   la   diversidad   y   variabilidad   de   cargas   de   los   mismos   y   los   recursos   energéticos  distribuidos  de  los  que  disponen.      

Dicho  sistema  contemplaría:   -

Balance  energético  para  edificios  actuando  como  nodos  activos  

-

Gestión  de  recursos  energéticos  distribuidos  (DER)  

-

Gestión  de  balance  económico  de  energía    

-

Diseño  y  desarrollo  de  nuevas  infraestructuras  avanzadas  de  medida,  monitorización  y   venta   activa   de   la   energía   coordinada   de   manera   inteligente   con   la   gestión   de   la   demanda  en  todo  el  ciclo  de  transporte  y  uso  de  la  energía  en  las  ciudades  

-

Nuevas   tecnologías   y   sistemas   para   la   introducción   viable   de   nuevos   usos   energéticos   como   Nodos   Activos   Energéticos:   edificios,   infraestructuras,   vecindarios,   áreas,   Vehículo  Eléctrico,  Energías  Renovables  Distribuidas,  Almacenamiento  Distribuido  

-

Smart  metering:  nuevas  comunicaciones  y  telecomunicaciones  avanzadas  adecuadas   a  los  nuevos  sistemas  de  medida  implantados  en  las  redes  inteligentes  

-

Control   de   microrredes:   nuevas   tecnologías   para   la   gestión   inteligente   de   redes   y   microrredes  inteligentes  

El   objetivo   final   sería   la   implantación   de   una   moderna   red   eléctrica   que   incorpore   sistemas   robustos   de   comunicaciones,   tecnología   avanzada   de   sensores   y   medidores   para   mejorar   la   eficiencia,   la   confiabilidad   y   seguridad   en   la   distribución   y   uso   de   la   energía   eléctrica.     CIUDAD ENERGÉTICAMENTE INTELIGENTE (CEI)

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Por  tanto  las  redes  futuras  mejorarían  significantemente  las  redes  actuales.  

  Flujos  de  energía   Flujos  de  información   Operaciones   Control  

Redes  actuales   Unidireccionales   Unidireccionales   Centralizadas   Local   Centralizado:  SCADAS  

Sensorización  

Reducida.  Componentes   electromecánicos,   electrónicos  y  digitales  

Redes  futuras   Bidireccionales   Bidireccionales   Distribuidas   Distribuido  según  jerarquía   Realizado  por  sistemas   inteligentes   Extensa  sensorización   Componentes  digitales  

Tabla  3:  Comparativa  redes  actuales  /  Redes  futuras.  Fuente:  ITE.  

3.2.3

Movilidad  y  transporte  

Una   vez   analizada   la   problemática   actual   del   transporte,   se   propone   un   modelo   de   movilidad  inteligente  con  sistemas  de  transporte  sostenibles.     Esta   sostenibilidad   implicaría   considerar   las   emisiones   de   GEI,   la   contaminación   atmosférica,  el  ruido,  los  impactos  sobre  ecosistemas  exteriores,  las  cuales  forman  parte  de  la   dimensión  ambiental.   Algunas  opciones  a  contemplar  serían:   -

Alternativas   a   los   combustibles   fósiles   como   son   los   biocarburantes   (bioetanol   y   biodiesel)  y  el  hidrógeno  [4]  para  disponer  de  vehículos  menos  contaminantes.  

-

Conducción   eficiente.   Mejorar   los   medios   de   almacenamiento   de   energía   eléctrica   (baterías  y  super-­‐condensadores).  Mejora  de  la  autonomía.  

No   obstante,   el   modelo   de   referencia   en   este   área,   se   centra   en   la   integración   del   Vehículo  Eléctrico  en  la  red.   1. La   infraestructura   inteligente   de   recarga   contemplaría   el   diseño   y   desarrollo   de   bienes   de   equipo   tales   como   estaciones   de   recarga   rápida   bidireccional,   carga   de   vehículos   móvil   e   inteligente.   Este   diseño   estaría   basado   en   redes   inteligentes,   teniendo   en   cuenta  criterios  eléctricos,  geográficos  y  demográficos.   2. Comunicaciones  en  electro-­‐movilidad.  El  desarrollo  de  las  mismas  implica  el  diseño  de   la   arquitectura,   la   consideración   de   estándares   internaciones   para   su   estructuración   jerárquica.  Están  integradas  en  la  SGAM  (Smart  Grid  Architecture  Model).   Estas   comunicaciones   hacen   referencia   tanto   a   las   comunicaciones   con     el   Centro   de   Control  como  las  comunicaciones  con  el  Vehículo  Eléctrico.   3. Los   Centros   de   Control   de   electro-­‐movilidad   implementarían   algoritmos   de   estimación   del  estado  del  vehículo,  predicción  de  la  demanda  generada  por  una  flota  de  vehículos,   estimación  de  la  energía  disponible  en  los  vehículos.     CIUDAD ENERGÉTICAMENTE INTELIGENTE (CEI)

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    Se   consideran,   también,   en   este   modelo   de   referencia   la   integración   de   servicios   asociados  a  la  electro-­‐movilidad  como  son:   -

Monitorización  del  Vehículo  Eléctrico  

-

Localizador  de  estaciones  

-

Sistemas  de  reserva  o  funcionamiento  público  

-

Integración  con  la  infraestructura  de  transporte  

-

Integración  con  la  infraestructura  eléctrica  

-

Interacción  con  el  usuario  

*Infraestructuras,  servicios  e  interfaces  TIC   El  empleo  de  las  tecnologías  de  la  información  es  horizontal  a  los  recursos  detallados  en   las   secciones   previas.   En   este   ámbito,   se   propone   una   serie   de   interfaces,   infraestructuras   y   servicios.   Las  interfaces  que  se  plantean  estarán  enfocadas  en  tres  roles  diferentes:   1. Gestión   Sólo   determinados   usuarios,   con   un   rol   muy   técnico,   podrán   tener   acceso   a   dichas   interfaces   que   además   permitirán   la   actuación   sobre   determinados   factores   para   poder   conseguir   un   objetivo   específico   en   un   momento   dado.   El   tipo  de  modelos  que  se  utilizarán  en  estos  casos  es  muy  diverso  y  dependerá   del  objetivo  final  que  se  pretenda  en  cada  ocasión.   2. Ciudadanos   Las   interfaces   de   uso   por   parte   de   los   ciudadanos   deberán   mostrar   la   información  tratada  de  manera  muy  sencilla  y  entendible  y  normalmente  con   uno   o   pocos   objetivos   finales   concretos.   Los   ciudadanos   verán   esta   información   desde   un   punto   de   vista   únicamente   informativo.   El   tipo   de   modelos   utilizados   en   este   caso   es   de   naturaleza   diversa   y   dependerá   del   objetivo  perseguido  en  cada  caso.   3. Mantenimiento   Para   las   tareas   de   mantenimiento   se   aportarán   una   serie   de   interfaces   sencillas   con   objetivos   muy   concretos   para   las   tareas   relacionadas   con   el   mantenimiento  y  el  tratamiento  de  datos  y  modelos  utilizados  para  este  tipo   de  interfaces  estarán  relacionadas  con  la  gestión  óptima  de  los  recursos.   Respecto   a   las   infraestructuras   TIC,   cabe   destacar   la   importancia   de   la   escalabilidad   del   sistema.   Se   deben   integrar   subsistemas   a   diversos   niveles   (edificios,   barrios,   etc.),   cada   uno   de   CIUDAD ENERGÉTICAMENTE INTELIGENTE (CEI)

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ellos  proporcionando  un  flujo  de  datos  en  tiempo  real  proveniente  de  los  múltiples  sensores   instalados.   Dicha   información   debe   almacenarse   y   tratarse   de   manera   adecuada,   por   lo   que   serán   necesarias   técnicas   de   Big   Data   y   Cloud   Computing   para   facilitar   la   escalabilidad   del   sistema.   Por   otra   parte,   se   contempla   la   publicación   de   información   de   interés   a   través   de   plataformas   Open   Data,   con   el   fin   de   que   terceras   aplicaciones   puedan   sacar   provecho   a   los   datos  del  proyecto,  factor  importante  para  el  éxito  de  una  ciudad  inteligente.   A   continuación,   se   proponen   algunas   aplicaciones   interesantes   a   partir   de   datos   que   se   podrían   generar   en   el   proyecto.   Se   estudiará   el   interés   de   integrar   algunas   de   ellas   en   el   prototipo   final   del   proyecto,   aunque,   en   general,   se   dejará   que   las   implementen   terceros   utilizando  los  datos  abiertos  que  se  generen  en  CEI.   -

Desde  el  punto  de  vista  de  la  gestión  activa  energética  el  sistema  podría  ser  capaz  de   sugerir   o   premiar   (sistemas   de   gamificación)   un   buen   uso   de   la   energía   a   través   del   uso  de  ésta  en  los  momentos  más  idóneos.  A  través  del  Open  Data  se  podría  dotar  de   alguna  interfaz  haciendo  uso  de  las  nuevas  tecnologías  para  la  notificación  al  usuario   sobre   el   mejor   momento   presente   o   futuro   para   conectar   algún   electrodoméstico   o   dispositivo,   bien   porque   se   compense   la   potencia   inductiva   que   este   dispositivo   genere,   bien   porque   las   previsiones   de   energía   procedente   de   fuentes   renovables   mejoren  y  se  evite  así  el  uso  de  combustibles  fósiles.  Estos  sistemas  también  podrían   informar   al   usuario   sobre   su   uso   de   la   energía   en   comparación   con   otros   usuarios.   Además   se   podrían   plantear   aplicaciones   de   gamificación   que   premien   el   uso   de   fuentes  renovables  en  las  proporciones  utilizadas  de  cada  fuente  energética,  además   de  ofrecer  consejos  para  un  mejor  posicionamiento  respecto  a  otros  usuarios.  

-

Desde   el   punto   de   vista   del   mantenimiento   preventivo   y   predictivo   de   activos   energéticos   se   hace   primordial   el   conocimiento   por   parte   del   usuario   final   de   las   pérdidas   que   le   está   reportando   el   funcionamiento   no   idóneo   de   algún   dispositivo.   Para  ello  es  necesario  conocer  a  través  de  modelos,  y  para  las  condiciones  actuales,   cuál   es   el   consumo   esperado   para   poder   así   compararlo   con   el   consumo   real   y   conocer  a  través  de  estos  datos  la  pérdida  energética  y  por  lo  tanto  económica  que  se   está  produciendo  debida  al  mal  mantenimiento.  

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Desde  el  punto  de  vista  de  la  movilidad  se  podría  dotar  de  interfaces  al  ciudadano  que   ofrezcan  información  referente  a:  

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o

Conducción   eficiente:   Los   dispositivos   actuales   a   través   del   conocimiento   del   origen  y  el  destino  y  la  estimación  de  los  grados  de  saturación,  velocidad  en   las  vías,  etc.  Podrían  sugerir  la  mejor  ruta  desde  el  punto  de  vista  del  ahorro   energético   lo   que   supone   muchas   veces   un   compromiso   con   el   tiempo   recorrido   para   llegar   al   destino   final.   Además   se   podrían   ofrecer   alertas   y   sugerencias  sencillas  cuando  la  conducción  del  usuario  no  es  la  adecuada  para   conseguir  dicho  objetivo  de  ahorro  energético.     Integración  con  la  electromovilidad:  mediante  el  uso  de  las  nuevas  tecnologías   y   con   el   conocimiento   del   estado   de   carga   del   vehículo,   el   origen   y   destino   junto   al   conocimiento   del   estado   de   las   vías   a   seguir   para   la   estimación   del   gasto  energético  en  el  trayecto  e  incluso  el  tipo  de  generación  eléctrica  en  ese   momento   una   interfaz   podría   sugerir   el   mejor   lugar   y   momento   para   la   recarga  del  vehículo.  

  -

 

Desde  el  punto  de  vista  de  la  iluminación,  ésta  podría  adaptarse  al  uso  de  las  vías  en   cada   momento.   Para   ello   los   modelos   predictivos   junto   a   las   tecnologías   de   la   información  deberían  de  ser  capaces  de  predecir  de  manera  dinámica  las  vías  que  los   usuarios   de   éstas   van   a   tomar   en   un   momento   dado,   para   ir   preparándolas   lumínicamente.  También  se  podrían  utilizar  las  nuevas  tecnologías  para  que  permitan   la  introducción  de  gamificación  o  sugerir  rutas  alternativas  de  mayor  uso  por  parte  de   la  población  e  informar  sobre  su  contribución  al  ahorro  energético  producido  al  tomar   dichas   vías   respecto   de   tomar   otras   menos   concurridas.   Por   otra   parte   la   intensidad   lumínica   podría   depender   de   las   condiciones   lumínicas   externas   que   ofrezcan   cierta   cantidad   de   luz   por   defecto   y   que   por   lo   tanto   los   sistemas   lumínicos   deberían   de   dejar   de   aportar.   Para   ello   se   requiere   de   modelos   de   previsión   que   permitan   la   predicción  de  grados  lumínicos  en  determinados  lugares  en  función  de  determinadas   variables  internas  y  externas.   Para   la   iluminación   en   los   edificios   se   debe   adaptar   al   funcionamiento   que   éstos   requieran  en  cada  momento  y  para  cada  usuario  es  por  ello  que  se  podrían  detectar   patrones   de   comportamiento   de   cada   uno   de   ellos   para   poder   conocer,   mediante   algún  tipo  de  identificación  sus  rutas  habituales  y  poder  preparar  así  lumínicamente  el   camino  o  caminos  que  el  usuario  seguirá,  evitando  en  la  medida  de  lo  posible  el  gasto   lumínico  en  zonas  que  no  van  a  ser  utilizadas  por  éste.      

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3.3

Modelos  de  referencia  

En   el   presente   apartado   se   muestra   una   tabla   resumen   donde   se   recogen   las   características  principales  de  los  servicios  y  prestaciones  descritos  en  el  Modelo  de  referencia   propuesto  para  el  Proyecto.          

Servicios  o  prestaciones  

 

Servicios  energéticos  en   edificación  y  uso  de  la   energía  

Características  

Gestión  energética  (gestión   de  la  demanda  y   modelos/algoritmos  de   predicción)   Posibilitar  la  correcta   integración  de  energías   renovables       Mantenimiento  preventivo  y   predictivo  de  activos   energéticos       Gestión  lumínica  

Gestión  medioambiental  

   

Servicios  energéticos  en   redes     Balance  energético  para   edificios  actuando  como   nodos  activos  

Movilidad  y  transporte     Integración  del  VE  en  la   red:  Infraestructura   inteligente  de  recarga  

Gestión  de  recursos   energéticos  distribuidos   (DER)   Gestión  de  balance   económico  de  energía  

Integración  del  VE  en  la   red:  Comunicaciones  en   electro-­‐movilidad   Integración  del  VE  en  la   red:  Centros  de  Control   electro-­‐movilidad  

Diseño  y  desarrollo  de   nuevas  infraestructuras   avanzadas  de  medida  ,   monitorización  y  venta   activa  de  energía  

Servicios  asociados  a  la   electro-­‐movilidad   - Monitorización   de  VE   - Localizador  de   estaciones   - Sistema  de   reserva   - Interacción  con   el  usuario   - Integración  con   la  infraestructura   de  transporte   - Integración  con   la  infraestructura   eléctrica    

Nuevas  tecnologías  y   sistemas  para  la   introducción  viable  de   Nodos  Activos  Energéticos     Smart  metering   Control  de  microrredes  

   

Tabla  4:  Características  de  los  modelos  de  referencia  propuestos.  Fuente:  ITE.    

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Características  

En   la   siguiente   tabla   se   recogen   las   características   de   un   servicio   horizontal   a   los   anteriores   (servicios   energéticos   en   edificación   y   uso   de   la   energía,   servicios   energéticos   en   redes,  movilidad  y  transporte),  es  decir,  las  características  de  los  interfaces  e  infraestructuras   TIC:       Servicios,  interfaces  e  infraestructuras  TIC   Gestión   Control  factores   Interfaces   Alertas  sobre  mapas   diferentes   Ciudadano   Visualización  de  estadísticas  e  información   según  rol   relacionadas  con  el  objetivo  de  la  interfaz   Mantenimiento     Gráficos  de  control,  alertas,  etc.  relacionados     con  el  funcionamiento  de  los  diferentes   dispositivos.   Escalabilidad  del  sistema   Publicación  e  información  de  interés  (técnicas  de  Big  Data  y  Cloud  Computing)   Tabla  5:  Características  de  los  servicios,  interfaces  e  infraestructuras  TIC.  Fuente:  ITE.  

   

 

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4. Escenario  de  aplicación Se   expone   a   continuación   el   escenario   típico   de   aplicación   del   proyecto   CEI   (Ciudad   Energéticamente  Inteligente).  Por  un  lado  se  definirá  el  entorno  físico  del  escenario  y,  por  otro   lado,  las  variables  que  intervienen  en  dicho  entorno.   4.1

Entorno  físico    

El  proyecto  CEI  se  ha  enfocado  a  ciudades  habitadas,  en  las  cuales  sea  posible  aplicar  el   concepto  de  Ciudad  Energéticamente  Inteligente.  

  Fig.  2.  Arquitectura  del  sistema  CEI.  Fuente:  ITE.  

Se  plantea  un  escenario  de  aplicación  que  engloba  diversas  infraestructuras:   -

Infraestructuras  de  electro-­‐movilidad  (ITE)   Se  incluye  una  estación  de  recarga  de  vehículo  eléctrico  como  recurso  distribuido  de   almacenamiento  integrado  en  el  edificio.  

-

Edificio  de  oficinas  (ITE)   Se  engloban  dentro  del  edificio  de  oficinas  las  siguientes  instalaciones:  la  climatización   del   edificio,   los   recursos   distribuidos   de   generación   integrados     en   el   edificio,   los   recursos   de   almacenamiento   de   tipo   BMS   y   la   energía   consumida/generada/almacenada  en  el  edificio.  

-

Centro  de  transformación  +  Laboratorio  (ITE)  

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Se  considera  en  este  punto  la  red  de  distribución  de  BT.   -

Alumbrado  público  (AIDO  e  ITE)  y  entorno  medioambiental  (AIDO)   Se  incluyen  en  este  punto  las  redes  de  cámaras  y  sensores  para  adquisición  de  datos   que  serán  instaladas  en  las  inmediaciones  de  AIDO  y  parking  exterior  de  ITE.   Utilizando   una   serie   de   sensores   (lumínicos,   ambientales,   calidad   del   aire   y   de   presencia),   dos   cámaras   para   medidas   lumínicas   y   de   densidad   de   tráfico,   se   adquieren  una  serie  de  datos  que  permiten  tomar  decisiones  de  gestión  inmediatas  y   realizar   mantenimientos   sobre   los   sistemas   de   iluminación,   así   como   proporcionar   otra   serie   de   datos   que   puedan   ser   utilizados   para   ofrecer   otros   servicios   y   aplicaciones.      

-

Edificio  oficinas  (ITI)   La   ubicación   de   los   Servidores   tendrá   cabida   en   las   instalaciones   (oficinas)   de   ITI.   Esto   implica  que  las  infraestructuras  necesarias  para  ofrecer  los  servicios  y  aplicaciones  TIC   se  alojarán  en  dichas  oficinas.  De  este  modo,  se  incluirán  los  módulos  encargados  del   tratamiento,   almacenamiento   y   análisis   de   los   datos,   así   como   las   interfaces,   planificador,   gestión   de   alertas,   y   capas   de   servicios.   Sin   embargo,   el   sistema   se   basará  en  tecnologías  cloud,  por  lo  que  estará  preparado  para  ser  instalado  en  otros   servidores,  siendo  la  escalabilidad  uno  de  los  criterios  prioritarios  en  su  diseño.  

Así   pues   el   escenario   de   aplicación   incluye   infraestructuras   en   los   tres   Centros   Tecnológicos.   4.2

Variables  analizadas  

Además  de  definir  el  entorno  físico  se  han  considerado  una  serie  de  variables  o  factores,   las  cuales  definen  los  modelos  de  referencia  a  seguir.   Éstas,   junto   con   la   descripción   del   entorno   físico,   complementarán   la   especificación   del   escenario  típico  de  aplicación  de  CEI.   -

Las  variables  que  se  analizarán  dentro  del  gestor  energético  y  del  lumínico  -­‐  ambiental   se  listan  a  continuación:Temperatura  y  Humedad  

-

Energía  consumida/generada    

-

Coste  de  generación  y  almacenamiento  

-

Iluminancia,  luminancia,  luminosidad  (iluminación)  

-

Gases  como  SO2,  NO2,  CO  (calidad  del  aire)  

-

Densidad  del  tráfico  y  de  personas  (ocupación)  

-

Potencia,  factor  de  potencia  (consumo)

Estas   variables   se   explican   más   en   detalle   en   el   entregable   E3.1.   del   paquete   de   trabajo   PT3   “Diseño   y   desarrollo   de   Sistemas   de   Gestión   Energética   en   áreas   positivas   para   ciudades   energéticamente  inteligentes”  y  en  el  entregable  E.5.1.  del  paquete  de  trabajo  PT5  “Diseño  y   CIUDAD ENERGÉTICAMENTE INTELIGENTE (CEI)

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desarrollo   de   sistemas   físicos   de   sensado   por   medio   de   visión   artificial   y   nuevos   sensores   ópticos  para  uso  energético”.   Dichas   variables   se   utilizarán   para   el   cálculo   y   representación   de   indicadores.   De   esta   manera   se   pretende   que   los   usuarios,   conforme   a   los   datos   energéticos   y   lumínico   -­‐   ambientales   expuestos,   sean   proactivos   para   la   mejora   energética   de   los   edificios   y   de   las   áreas  urbanas.  Además  irán  enfocadas  a  desarrollar  una  herramienta  que  permita  realizar  un   mantenimiento   preventivo   de   los   sistemas   desarrollados,   así   como   la   toma   de   decisiones   de   modo  inmediato  ante  cualquier  aviso  del  sistema.          

 

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5. Bibliografía     [1]  Diane  J.  Cook,  Sakal  K.  Das,  “Smart  Environments.  Technology,  Protocols  and  Applications”,   Wiley-­‐Interscience.  2005.   [2]  Roscia,  M.,  Longo,  M.,  Lazaroiu,  G.C.“Smart  City  By  Multi-­‐Agent  Systems”,  IEEE.  2013   [3]   Li   Hao,   Xue   Lei,   Zhu   Yan.   “The   application   and   Implementation   research   of   Smart   City   in   China”.  IEEE.  2012   [4]  Fundación  ACS   [5]  acciona.  http://www.sostenibilidad.com/   [6]  Documento  básico  HE  Ahorro  de  Energía.     [7]  Instituto  para  la  Diversificación  y  Ahorro  de  Energía  (IDEA).  http://idae.es/   [8]  Mapping  Smart  Cities  in  the  EU.  Enero  2014.  Catriona  Manville,  Gavin  Cochrane,  Jonathan   Cave,   Jeremy   Millard,   Jeremy   Kevin   Pederson,   Rasmus   Kåre   Thaarup,   Andrea   Liebe,   Matthias   Wissner,  Roel  Massink,  Bas  Kotterink   [9]  http://ec.europa.eu/europe2020/index_en.htm.   [10]http://setis.ec.europa.eu/set-­‐plan-­‐implementation/technology-­‐roadmaps/european-­‐ initiative-­‐smart-­‐cities    

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