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

Una rete elettrica dotata di sensori permette di sfruttare il sistema dell'illuminazione pubblica come linea digitale capillare per la raccolta dati e l'invio di informazioni verso una vasta rete (network) di edifici residenziali.
L'obiettivo è la costruzione di una interactive building network, cioè un sistema in grado di orientare i cittadini in modo attivo verso comportamenti virtuosi di risparmio nella gestione delle reti energetiche delle proprie abitazioni. La letteratura più recente evidenzia, del resto, come l'efficienza energetica in ambito residenziale è funzione di politiche collettive che orientino l'utenza finale verso utilizzi più efficienti dell'energia.
In sostanza, la rete elettrica può essere utilizzata per creare una "supervisione remota" di una rete di edifici residenziali, i quali possono essere equipaggiati con una piattaforma di domotica energetica. L'obiettivo è quello di ridurre i consumi finali di energia (elettrica e termica) dei consumatori finali domestici con una politica di controllo e di sensibilizzazione.
Questa struttura di supervisione (smart agent) dei consumi domestici può essere suddivisa su due livelli. Il primo livello, realizzabile a livello di ogni singola unità abitativa, ha la funzioni di diagnostica e di individuazione sia di "comportamenti energeticamente errati" da parte degli utenti, sia di "guasti" di apparecchiature, sensori ed attuatori. Il secondo livello, consiste nel server centralizzato di gestione dell'intero network. Le informazioni elaborate, da un lato, vengono fornite al gestore per le analisi dell'andamento dei consumi; dall'altro creano dei feedback verso l'utente finale per fornire informazioni di natura tecnica ed economica. Questo secondo livello opera, quindi, come un personal emergi agent, che fornisce all'utente informazioni che lo aiutino a migliorare i propri comportamenti di consumo.
L'utilità dell'utilizzo della rete elettrica per ottimizzare i consumi energetici domestici è evidente. Il settore residenziale è uno di quelli, insieme con i trasporti, su cui si hanno i maggiori margini di miglioramento di efficienza energetica. Anche se la spesa energetica delle famiglie è contenuta, il consumo complessivo è rilevante. Il settore domestico in Italia consuma circa l'80% dell'energia primaria per usi termici; il restante 20% sono usi elettrici.
In secondo luogo l'utenza domestica è caratterizzata da due aspetti di inefficienza. Da una parte le utenze del settore domestico presentano criteri progettuali spesso antiquati e poco efficienti; dall'altra i consumi sono caratterizzati da comportamenti inadeguati. Poche abitazioni possono essere definite come "case domotiche", vale a dire nate da un progetto che vede coinvolte diverse figure professionali quali il progettista domotico, l'architetto/interior designer ed il committente/utilizzatore finale.
Nella casa domotica sono presenti alcune funzionalità già a livello di involucro esterno: sensori ed attuatori, sistema di pre•cablaggio per la comunicazione, sistemi di comunicazione e vano tecnico per l'alloggiamento della centrale operativa (cervello domotico). L'assenza in Italia di questo tipo di abitazione determina la necessità che il sistema di dialogo smart debba partire da sistemi di sensori e di comunicazione poco intrusivi ed economici.
Nelle città c'è una attenzione sempre maggiore a creare reti urbane intelligenti per fornire servizi al cittadino. Tra i principali servizi smart vi sono l'infomobilità, la sicurezza, il risparmio energetico e l'accesso ad internet in aree pubbliche.
Un'infrastruttura molto interessante per l'implementazione di servizi è sicuramente quella basata sulla illuminazione pubblica. Attraverso la tecnologia di trasmissione elettrica è possibile avvalersi della linea di alimentazione elettrica per trasmettere o ricevere dati ed informazioni. In questa prospettiva il lampione può diventare un nodo locale di una rete di trasmissione dati diffusa sul territorio. L'illuminazione pubblica, del resto, ha una presenza capillare su tutto il territorio, in particolare quello urbano. Quindi una rete di trasmissione dati poggiata su questa infrastruttura permette di raggiungere gran parte delle utenze domestiche.
La soluzione oggi ritenuta più efficace è quella di utilizzare l'illuminazione pubblica per dialogare con l'utenza. Ciò è possibile grazie a un'apposita architettura di rete posizionata sui punti luce della rete di illuminazione pubblica che consente d'interrogare gli smart meters installati nelle singole abitazioni. I domicili privati, inoltre, possono essere dotati di un energy hub, vale a dire un sistema di controllo dell'efficienza energetica. L'emergi hub comprende una serie di interfacce hardware e software per la gestione dell'energia su scale che vanno dalla singola abitazione fino al distretto energetico. L'ottimizzazione deriva dalla necessità di gestire, all'interno dell'edificio, sia la produzione di energia da fonte rinnovabile con quella prelevata dalla rete integrata per ridurre l'impatto ambientale e risparmiare energia.
Come si vedrà meglio nel terzo capitolo, lo smart agent è un sistema che permette di migliorare l'efficienza energetica negli usi finali dell'energia del settore domestico di una o più zone della smart city. In particolare, questa piattaforma dà all'utente informazioni di diagnostica sullo stato e la gestione degli utilizzatori energetici, suggerisce comportamenti virtuosi per ridurre i consumi e di conseguenza la bolletta energetica. Lo smarrì agent può essere pensato, quindi, come un servizio di consulenza al cittadino. L'informazione riguarda:

• l'efficienza del singolo prodotto, inteso sia come utilizzatore finale di energia elettrica (elettrodomestici, lampade,..), di energia termica (caldaia) o come involucro (struttura, isolamento, infissi …);

• l'efficienza energetica della singola unità abitativa.

In realtà, il progetto di utilizzo della rete elettrica pubblica per la gestione energetica delle abitazioni private non intende seguire la logica tradizionale del rapporto individuale tra il gestore ed il cliente. L'obiettivo è quello di arrivare ad un miglioramento dell'efficienza energetica dell'intera area in cui l'unità abitativa è inserita (condominio, strada, quartiere). In questo senso lo "smart agent", ha una visione completa dei consumi energetici dell'area monitorata e potrà quindi avere, in futuro, un ruolo rilevante nell'ottimizzazione dei carichi energetici di quella che potrà essere vista dalle reti energetiche (gas, elettricità, acqua,…) come una mèta-utenza sulla quale poter intervenire (per esempio) con l'utilizzo di sistemi di generazione distribuita da fonte rinnovabile.