Conceptul Smart City

Prof. Mircea Eremia1,2, Conf. Lucian Toma2

1. Academia de Științe Tehnice din România

2. Universitatea POLITEHNICA din București

Expo-Conferinţa: Smart Cities of Romania, 21-22 Octombrie 2015, UPB

Pentru a deveni “Smart”, un oraș necesită progrese și schimbări în jurul a trei piloni de importanță mai mare:

Aspecte administrative: având în vedere faptul că orașele vor fi din ce în ce mai

aglomerate, funcționarea eficientă a sistemelor administrative este cheia către orașe mai inteligente.

Aspecte tehnologice: dezvoltarea orașelor presupune investiții corespunzătoare în tehnologii de

vârf.

Aspecte sociale: prin “Smart City” se maximizează sinergia dintre oraș și cetățenii săi, aceștia

nemaifiind văzuți ca simpli utilizatori sau consumatori de servicii orășenești, ci ca parteneri în dezvoltarea orașului.

Conceptul “Smart City”

Clădiri sustenabile

Mediu şi deşeuri

Industrie Agro-alimentară

Energii regenerabile

Turism sustenabil

Vehicule sustenabile

Echipament medical

Bio-medicină

Servicii medicale

Șansa unui loc de muncă

Șansa la educație

Mediu

Sănătate

Antreprenoriat Internaționalizare

Cercetare - dezvoltare

Administrație publică

Infrastructuri

Parteneriat

Educație, talent și capital uman

Acces la cultură

Social

Calita-

tea

vieții

Schimbări la nivel urban

Oamenii migrează către orașe în speranța unui trai mai bun, în căutarea unei șanse pentru locuri de muncă, educație, îngrijire medicală, siguranța publică sau, pur și simplu, pentru acces la cultură.

Dacă în anul 1950, 70% din populaţia globului locuia în mediul rural, în anul 2013 jumătate din populația Globului locuia în orașe

Jumătate din populația Asiei va locui în orașe în anul 2020

Jumătate din populația Africii va locui în orașe în anul 2035

Până în 2050 populația pe glob va crește la 9 miliarde și este de așteptat ca populația în orașe să crească de la 3,6 miliarde la 6,3 miliarde

Dezvoltarea urbanizării

Conform Națiunilor Unite, dacă în anul 1970 existau două megaorașe (cu peste 10 mil. locuitori) în lume (New York și Tokyo), în 2011 s-a ajuns la 23, iar în 2014 la 27 de orașe; pentru anul 2025 se estimează ca vor exista 37 de megaoraşe.

Harta oraşelor “MegaCity”

UE urban 2015: 72% 2050: 80%

Stresul urban. Orașele sunt nevoite să facă față provocărilor generate de creșterea populației, cerințele de mediu, bugete mici și costuri din ce în ce mai mari, poluare, aglomerație, rată mare de șomaj și de criminalitate.

Infrastructură neadecvată. Urbanizarea aduce provocări pentru infrastructura orașelor care a fost proiectată pentru o populație mai puțin numeroasă față de cea actuală.

Probleme în orașele actuale

Competiția economică. Crizele economice la nivel mondial, migrația populației către orașe, prețurile crescute la produse și servicii afectează calitatea vieții multor cetățeni

Aspectele de mediu. Jumătate din populația lumii trăiește în orașe, utilizând două treimi din energie și generând trei sferturi din emisiile de CO2 din întreaga lume.

• New York, Londra și Tokyo au fost primele megaorașe ale lumii. Acestea dispun de infrastructura și resursele necesare pentru a asigura nevoile cetățenilor lor.

• Cele mai multe dintre noile megaorașe se află în țări în curs de dezvoltare, au număr mare de săraci și nu dețin suficiente resurse, infrastructuri sau sisteme care să satisfacă cererea în creștere. Aceste metropole, întinse ca suprafață sunt incapabile de a ține pasul cu numărul mare de locuitori, sunt haotice și periculoase, au servicii limitate pentru sănătate și educație. În aceste condiții, competiția pentru hrană, apă și resursele de energie va crește într-un ritm accelerat!

Probleme în orașele actuale

Așteptările cetățenilor de la un Smart City

• Accesul la educaţie de calitate

• Servicii de utilități de calitate prin infrastructuri moderne

• Accesul la informații pentru cetățeni privind consumul (energie electrică, apă, gaz), prețul, oportunități …

• Acces la servicii medicale de calitate, inclusiv prin intermediul sistemelor on-line

• Infrastructură de transport public și drumuri adecvate

• Prețuri accesibile pentru cetățeanul orașului la produse și servicii

• Locuri de muncă

• Siguranţă publică

Cum se dezvoltă un Smart City

Dezvoltarea la scară largă a tehnologiilor informației și comunicației

Platforme tehnologice și de conectivitate pentru crearea de noi sisteme de servicii digitale care să îmbunătățească calitatea vieții și de muncă a cetățenilor

Modele de economie sustenabilă pentru stimularea investițiilor

Tehnologii și instrumente pentru îmbunătățirea eficienței energetice și integrarea surselor regenerabile de energie

Adaptarea infrastructurilor și reproiectarea urbană

Comitetul Economic și Social European se axează pe 6 piloni:

Implementarea de standarde pentru asigurarea interoperabilității între infrastructuri

Definiţii ale “Smart City”

Un “smart city” utilizează tehnologiile informaţiei şi comunicaţiilor pentru a îmbunătăţi condiţiile de viaţă, de muncă şi sustenabilitatea [SmartCities Council 2014]

Un oraş care monitorizează starea de funcţionare a infrastructurilor sale critice cu scopul de a optimiza utilizarea resurselor sale, de a planifica activităţile de mentenanţă şi prevenţie, de a monitoriza starea de securitate etc. cu scopul de a maximiza calitatea serviciilor asigurate cetăţenilor săi [US Office Technical and Scientific Information]

Un oraş care integrează tehnologiile informaţiei şi comunicaţiilor pentru utilizarea eficientă a resurselor şi infrastructurilor în scopul asigurării necesităţilor cetăţenilor săi [UPB].

Utilitati

IT&C

Smart City – un sistem al sistemelor

IT & C

Smart Grid

Alte sisteme

Energia

electrică

este esența lucrurilor

în mișcare

Aparate de

măsurare

inteligente

Surse

alternative

de energie

Rețele de

comunicații

pentru

transmiterea

datelor

Informare și

analiză

Standarde

pentru

interoperabilitate

Echipamente

de

automatizare

Managementul

automat al

întreruperilor

Domenii Smart City

Telecomunicațiile

elementul de bază către

Smart City

Asigură acces

de mare

viteză în

bandă largă

Interfațează

echipamente

și aplicații

Constituie

stimulent

pentru afaceri

și investiții

Suport

pentru

mobilitate

Suport pentru

infrastructura

wireless a

orașului

Suport pentru

utilizarea

eficientă a

energiei și apei

Asigură o cale

simplă pentru

afaceri

Domenii Smart City

Transportul

În era tehnologiilor

informației și de

telecomunicații

deplasarea în orașele

aglomerate nu mai

constituie o prolemă

Reducerea

duratei

deplasării

Monitorizarea

traficului și

eliminarea

congestiilor

Monitorizarea și

localizarea liniilor

de transport public

Reducerea

costurilor de

transport prin

utilizarea

inteligentă a

surselor de energie

Monitorizarea

numărului de

călători și

programarea

optimă a liniilor de

transport

Acces facil al

călătorilor la

multiple tipuri

de linii de

transport

Domenii Smart City

Apa și

apa menajeră

Sistemele

inteligente pot avea

mari contribuții la

reducerea costurilor,

precum și la

îmbunătățirea

siguranței și

fiabilității în

aprovizionarea

urbană cu apă.

Controlul asupra

consumului de

apă la alegerea

clientului

Controlul apei în

spațiile verzi prin

ICT

Asigurarea

calității apei cu

ajutorul

senzorilor

Minimizarea

costurilor de

funcționare

Diminuarea

scurgerilor prin

managementul

automat al

defectelor

Interconectarea

senzorilor din

rețea cu cei din

alte rețele

Domenii Smart City

Siguranța

publică

Siguranța publică

este asigurată prin

utilizarea

dispozitivelor și

instrumentelor

inteligente.

Prioritizarea

utilizării unităților

de siguranță

publică

Reducerea timpului

de răspuns în caz de

urgență

Implementarea de

dispozitive și

instrumente pentru

culegerea de date

Achiziția de informații

de la martori prin

sisteme de

comunicare

Accesul la date

al unităților de

poliție și

investigație

Domenii Smart City

Smart

Economy

Smart

Buildings

Smart

Mobility

Smart

Energy

Smart

Citizen

Smart

Governance

[Frost and Sullivan] Smart

ICT Smart

Planning

Indicatori de evaluare “Smart City”

Smart

Economy

Smart

People

Smart

Governance Smart

Mobility Smart

Environment

Smart

Living

[http://www.smart-cities.eu/]

Economie

Educaţie

Energie

Mediu

Recreere

Siguranţă

Locuinţe

Deşeuri solide

Telecomunicaţii şi inovare

Finanţe Serviciul ISU

Guvernare

Sănătate

Transport Planificare urbană

Ape reziduale

Apă şi canal

Standardul ISO 37120/2014: Dezvoltarea durabilă în comunităţi. Indicatori pentru servicii urbane şi calitatea vieţii.

Indicatori de evaluare “Smart City”

European Technology Platform SmartGrids defineşte Smart Grids ca “reţele electrice care pot integra în mod inteligent comportamentul şi acţiunile tuturor utilizatorilor conectaţi la aceasta – generatoare, consumatori şi aceia care îndeplinesc ambele roluri – pentru asigurarea unui proces de alimentare cu energie electrică sustenabil, economic şi sigur” IEC defineşte Smart Grids ca “un concept de modernizare a reţelelor electrice care integrează tehnologiile electrice şi informatice în orice punct al reţelei, de la cele de generare până la cele de consum” Bob Galvin (Galvin Electricity): “Sistemele energetice perfecte vor asigura disponibilitatea universală şi absolută a energiei în cantitate şi calitate necesară satisfacerii cerinţelor fiecărui consumator”

Smart Grids ca bază pentru Smart City

Aparate inteligente

Delestaj voluntar de

sarcină ca răspuns la

dezechilibru de puteri

Managementul consumului

La vârf de sarcină,

consumul poate fi

asigurat din surse proprii

pentru a economisi bani

Locuinţe

Sisteme digitale de protecţie ce

acţionează în microsecunde

Procesoare

Panouri fotoelectrice

Detectează condiţii nefavorabile

de funcţionare şi pot semnala

zone care pot fi izolate -

autocicatrizare

Centrală eoliană Generare distribuită

Energia provenită din surse de

producţie proprie, de mică putere,

conduc la creşterea independenţei

energetice şi la reducerea costurilor

Senzori

Clădire

industrială

Centrală electrică

de putere mare

Microreţa izolată

Birouri

Viziune pentru viitor – o reţea a

microreţelelor integrate care se

pot monitoriza şi auto-cicatriza

SMART-GRIDS

Perturbaţie în

reţea

Energia generată la gol de

sarcină poate fi stocată în

baterii pentru utilizare ulterioară

Stocare

Flexibilitate

Accesibilitate

Siguranţă

Economicitate

Smart Grids ca bază pentru Smart City

Nod de comunicaţii

Smart Grids ca bază pentru Smart City

2. Controlul

consumului de

en.el.

• Preţ

• Smart-info

• Reglaj

• Serviciu integrat

5. Promovarea

energiei curate

• Prognoză

• Stocare

• Dispecerizare

• Automatizare

4. Eficientizarea

iluminat public

• Tehnologie eficientă

(ex. LED)

• Control inteligent

3. Integrarea

automobile electrice

• Vehicle-to-Grid

• Încărcarea rapidă

• Integrare activă în

serviciul de reglaj

1. Smart Metering

Iluminatul stradal într-o nouă concepţie

• Rapoarte privind starea infrastructurii • Costuri reduse cu energia electrică şi

lumină mai confortabilă

Beneficii

Controlul iluminatului stradal

• În funcție de lumina naturală • În caz de urgentă la cererea dispecerului de rețea • Opțional, la nivel local, la solicitarea unui operator

local de microrețea

Cum devine smart ...

• Infrastructura clasică este completată cu senzori şi infrastructură de comunicare

• Se poate controla de la distanta, de la un centru de control al orasului

Poate fi folosită infrastructura de comunicare si în

alte scopuri?

Reducerea emisiilor • Poluanti: CO2, NOx ... • Zgomotul acustic

Asigurarea de servicii de sistem în rețeaua electrică

• Optimizarea facturii la energia electrică • Reglarea tensiunii • Participarea cu rezerve de reglaj pentru

echilibrare, la cererea furnizorului

Securitatea energetică • Reducerea dependentei de combustibilii fosili • Sprijinirea integrării surselor regenerabile de

energie

Automobilul electric în oraşul inteligent

Terminal cu încărcare rapidă

Timp de încărcare: 15-30 min

+ Soluţie robustă pentru

încărcarea rapidă de urgenţă

Parcare la centru comercial

Încărcare: min 25% în 2h

+ Soluţie robustă, cu blocaj,

protecţie împotriva vandalizării,

plata prin card

Parcare publică

Încărcare: 3-8 ore

+ Managementul încărcării şi soluţii

pentru economia de energie

Garaj rezidenţial

Încărcare: 6-8 ore

+ Instalat de un profesionist cu

garantarea securităţii pentru

oameni

Garaj rezidenţial public

Încărcare: 6-8 ore

+ Soluţii pentru

managementul costurilor

cu energia electrică

Parcare privată la serviciu

Încărcare: 3-8 ore

+ Gratuit sau contra cost

pentru angajaţi cu

supraveghere video şi pază

Parcare cu plată

acoperită

Încărcare: min 25% în 2h

+ Instalaţii controlate de la

distanţă sau central

Parcare pe stradă

Încărcare: min 25% în 2h

+ protecţie la apă, sistem

de rezistenţă la impact,

sistem de plată

Automobilul electric în oraşul inteligent

Automobilele electrice

se pot încărca pe

perioadele când în

sistem există

excedent de putere.

Acestea pot fi folosite

în caz de urgenţă

pentru a alimenta

consumatorii

importanţi.

În viitor consumatorii vor putea comunica decizia lor operatorului de reţea şi vor putea beneficia de serviciile de care au nevoie

Măsurare inteligentă

Informaţiile primite în timp real

privind preţul energiei electrice

vor ajuta consumatorul să decidă

asupra consumului

Conţin micro-chipuri care comunică cu

reţeaua astfel încât se pot deconecta

automat dacă primesc semnal de la

centrul de control în caz de urgenţă

Aparate electrocasnice inteligente

Casa inteligentă

Control prin internet

Poate fi posibil de a

controla de la

distanţă consumul de

energie electrică

Termostat inteligent

Poate comunica cu reţeaua şi

ajusta setările pentru a

optimiza consumul de

energie

Comunicaţie de viteză mare

Senzorii avansaţi distribuiţi în

reţeaua electrică şi o reţea de

comunicaţii de mare viteză ce

interconectează întregul sistem

Casa (Clădirea) Inteligentă – Consumatorul Activ

Măsurarea inteligentă în smart city

Apă

Energie el.

Calit. aer

Foc

Gaz

Calit. apă

Vremea

Supraveghere

Prea multe

date ...

Smart City - alimentarea cu energie electrică

HVDC vs.

HVAC

Internetul Lucrurilor (obiecte, dispozitive,

senzori statici şi dinamici)

Internetul Oamenilor (reţele sociale, aplicaţii de

gestiune, aplicaţii de ghidare)

Internetul Lucrurilor (obiecte, dispozitive, senzori

statici şi dinamici)

Internetul Serviciilor (soluţii cloud, procese, instrumente şi operaţii)

Internetul Datelor (conectarea bazelor de date

deschize)

Importanța internetului în Smart City

Comunicare Mașină-mașină (M2M)

Comunicare persoană-persoană

(P2P)

Comunicare persoană-mașină

(P2M)

Importanța internetului în Smart City

Vă mulțumesc