La gestione intelligente dell’energia nelle città sostenibili

Le città europee sono un polo di attività di ogni tipo, una via verso opportunità di studio, lavoro e servizi grazie alle loro importanti infrastrutture e attività economiche. Oltre tre quarti della popolazione dell’UE vive in aree urbane e tale cifra dovrebbe salire a quasi l’85% entro il 2050.

A causa della loro grande concentrazione di popolazione, le aree urbane consumano anche i maggiori volumi di energia e presentano i livelli più elevati di emissioni di gas a effetto serra. Poiché la lotta contro i cambiamenti climatici comporta sempre più la diffusione di soluzioni a tutti i livelli, compresa la partecipazione dei cittadini, le città si trovano nella posizione ideale per mettersi all’avanguardia della transizione verso l’energia pulita e possono ottenere benefici significativi attraverso l’adozione tempestiva di politiche volte a conseguire la neutralità climatica.

Comprendiamo perchè la Commissione europea si sia concentrata sul tema città intelligenti per conseguire gli obiettivi del Green Deal europeo e rendere l’Europa climaticamente neutra entro il 2050.

Cos’è una città intelligente?

La nuova smart city è un nuovo paradigma che consente di gestire in modo più efficiente i sistemi urbani e vivere meglio e in modo sostenibile.

I vari domini, i vari sistemi che compongono una città, come la pianificazione e gestione urbanistica, l’energia, i servizi pubblici, i trasporti, la sanità, l’istruzione, l’economia industriale, cc. possono oggi  essere gestiti in modo efficiente e sostenibile attraverso l’uso di approcci, soluzioni  intelligenti, ossia integrate, interdisciplinari, che utilizzano tecnologie avanzate digitali.

Una città sostenibile e smart utilizza le tecnologie informatiche avanzate (cloud computing, big data, intelligenza artificiale, ecc.) nel processo di gestione urbana e costruzione dei servizi ai cittadini.

Una città intelligente è un luogo che integra i sistemi fisici, digitali e umani nelle reti e nei servizi tradizionali per utilizzare meglio le risorse energetiche e ridurre le emissioni a vantaggio dei cittadini e delle imprese.

La definizione di “città intelligente” va oltre l’uso delle tecnologie digitali, le città intelligenti si basano su un impegno politico, smart governance, e su un impegno ampio e inclusivo dei cittadini, smart people, per fornire soluzioni sostenibili e inclusive per rendere le città più resilienti.

Foto da “Challenges and opportunities in European smart buildings energy management: A critical review- José L. Hernández, Ignacio de Miguel, Fredy Vélez, Ali Vasallo- Elsevier”.

Energia e città intelligenti, Iniziative dell’UE in materia di energia

La gestione sostenibile dell’energia nelle città è il campo che può e deve consentire maggiormente il raggiungimento degli obiettivi di decarbonizzazione, di efficienza urbana, di democratizzazione dell’energia e di inclusione sociale.

Sono già in atto diverse politiche, proposte e iniziative dell’UE sul tema “energia”, ricordiamo il Patto dei Sindaci per il Clima e l’Energia, lo Smart Cities Marketplac (partenariato europeo per l’innovazione su città e comunità intelligenti), la missione “Climate Neutral and Smart Cities by 2030”, 100 città a impatto climatico zero entro il 2030, e una miriade di progetti europei finanziati da Horizon 2020 e Horizon Europe.

Il nuovo sistema energetico urbano intelligente

Un approvvigionamento energetico affidabile, efficiente e a basse emissioni di carbonio è uno dei requisiti chiave per le città intelligenti di prossima generazione e richiede un nuovo concetto di sistema energetico urbano, lo “smart energy system”.

Il sistema energetico “intelligente” a livello urbano consente l’approvvigionamento di energia primaria, la conversione, la distribuzione, lo stoccaggio, l’uso finale tramite una crescente integrazione, pianificazione, e gestione, con interazioni tra un numero maggiore di componenti e attori.

Smart grids, smart buildings, smart metering, digitalizzazione, tecnologie ICT e IoT, sono gli elementi e le tecnologie che consentono la gestione della produzione decentralizzata e  la distribuzione, della domanda e dell’offerta di energia a livello urbano e nazionale e fornisce servizi integrati e interconnessi.

Le tecnologie digitali e dell’informazione e della comunicazione forniscono gli strumenti necessari per una gestione efficace dell’energia in ambito urbano e ne consentono la digitalizzazione (COM(2022) 552 final, “Digitalizzare il sistema energetico – Piano d’azione dell’UE”). La digitalizzazione è, inoltre, un driver fondamentale per sfruttare appieno il potenziale dei clienti con un consumo energetico flessibile in diversi settori così da contribuire a un’integrazione efficiente di un maggior numero di energie rinnovabili.

Nei sistemi energetici di nuova generazione, sono richieste caratteristiche, funzionalità, approcci, soluzioni e tecnologie intelligenti e innovative per soddisfare le esigenze dei consumatori, migliorare la resilienza e l’efficienza energetica, raggiungere la decarbonizzazione.

Il raggiungimento degli obiettivi di decarbonizzazione europei e nazionali comporta interventi non solo sugli edifici ma ad un livello di scala più elevato, emergono i concetti di comunità energetica e di distretto.

Lo sviluppo di sistemi energetici distrettuali, District Energy Systems (DES) è una delle soluzioni meno costose e più efficienti per ridurre le emissioni di gas serra e la domanda di energia primaria, è necessario definire strategie basate su applicazioni ICT.

Il nuovo sistema energetico intelligente, multidirezionale, comprenderà generatori a livello centrale, generatori a livello meso, quali distretti energetici e reti di heating and cooling, e a livello di singolo edificio (autoconsumo singolo e collettivo) e servizi di flessibilità.

In tal modo il ruolo dei cittadini e degli edifici dei cittadini assume un particolare rilievo, i cittadini diventano consumatori, produttori e venditori di energia, riuniti in comunità energetiche, gli edifici interagiscono in termini di flussi energetici e di informazioni, a formare  i distretti energetici.

Le comunità energetiche e i distretti energetici rappresentano dunque i nuovi sottosistemi energetici a livello urbano, che, integrati con i sistemi energetici nazionali, possono contribuire alla sostenibilità dell’uso dell’energia, verso gli obiettivi di transizione energetica e decarbonizzazione dettati dall’Unione Europea.

In particolare, ricordiamo il concetto di Positive Energy District, come elemento del sistema energetico urbano delle città intelligenti e sostenibili, dello smart energy system.

L’Unione Europea nel Set Plan ha introdotto con JP Urban Europe il programma “100 Positive Energy Districts e quartieri” al 2025, cui aderiscono a livello sperimentale almeno 61 città.

I distretti a energia positiva sono aree urbane efficienti e flessibili dal punto di vista energetico o gruppi di edifici collegati che producono emissioni nette pari a zero di gas serra e gestiscono attivamente una produzione annuale in eccesso locale o regionale di energia rinnovabile. Richiedono l’integrazione di diversi sistemi e infrastrutture e l’interazione tra gli edifici, gli utenti e i sistemi regionali di energia, l’integrazione tra fonti di energia rinnovabile, le Distributed Energy Resources (DER), l’efficienza energetica, i sistemi di produzione di energia da distretto (ad es. teleriscaldamento), le tecnologie di accumulo, le tecnologie smart e digitali, gli smart buildings e le smart home, mobilità sostenibile e intelligente, la smart grid, ecc. garantendo al tempo stesso l’approvvigionamento energetico e una sostenibilità sociale, economica e ambientale.

Il contributo della normazione tecnica nazionale

Numerose sono le iniziative di standardizzazione da parte degli organismi internazionali, IEC Syc Smart City, ISO TC 268, a livello nazionale per i suddetti sub elementi dei sistemi energetici urbani intelligenti si rende necessario costruire una terminologia, un’ontologia e metodologie di approccio comuni per i suddetti sub elementi dei sistemi energetici urbani intelligenti.

L’UNI, ente nazionale della normazione, ha istituito una specifica commissione,  la commissione UNI 058 “Città, comunità e infrastrutture sostenibili”, che si occupa proprio della normazione nel campo delle città, delle comunità e delle infrastrutture sostenibili, e dunque si sta occupando degli approcci metodologici alla progettazione dei nuovi edifici (norma UNI1610383 di prossima pubblicazione) e dei componenti del nuovo sistema energetico intelligente,  attraverso lo sviluppo di requisiti, quadri di riferimento, strumenti e tecniche di guida e di supporto, per il raggiungimento dello sviluppo sostenibile.