Smart Metering ed

Efficienza Energetica

Giorgio Ficco

Università degli Studi di Cassino

e del Lazio Meridionale

Napoli, 2015-04-09

• Smart Metering

• Quadro normativo

• Potenzialità

• Benefici attesi

• Accuratezza delle Misure e Tutela della Fede Pubblica

• Conclusioni

SOMMARIO

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Smart Metering

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WHAT’S THE MEANING FOR SMART?

Il concetto di “intelligenza” associata ad un misuratore è una qualità generica che implica la capacità elaborativa del misuratore.

I primi smart meter prevedevano solo funzioni di telelettura e auto-diagnostica oltre a quelle classiche di misura (e.g. smart transmitter).

Successivamente a queste capacità si sono aggiunte altre quali:

• comunicazione bidirezionale,

• memorizzazione del dato,

• post-eleborazione, ecc.

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MA I CONSUMATORI SONO “SMART”?

SMART METERING

• Gli smart meters sono strumenti che misurano e trasmettono in tempo reale i consumi (energia elettrica, termica, gas, acqua, acqua calda sanitaria) interagendo in modo bidirezionale anche nelle funzioni di erogazione.

• In realtà gli smart meters rappresentano molto di più della possibilità di misurare in tempo reale perché aprono la strada in un prossimo futuro per:

– la visualizzazione in tempo reale dei consumi;

– la gestione delle tariffe;

– Il controllo da remoto (e.g. elettrovalvola gas);

– la post-elaborazione locale o remota dei consumi (i.e. diagnosi, benchmarking, curve di consumo);

– smart home, smart grids, smart cities.

Quindi non solo quanto, ma anche: quando (orario),

come (check-allarmi) perché (diagnosi)

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SMART METER + (SMART BUILDING, SMART GRID, SMART CITY)

Integrazione tra smart meter: – servizi multiutility (acqua, gas, calore, elettricità) Integrazione servizi domotici: – antifurto/antintrusione – antincendio – gestione rifiuti Integrazione servizi di rete: – produzione/consumo – previsione dinamica consumi – telegestione Integrazioni servizi cittadini: – illuminazione pubblica – telesorveglianza – monitoraggio traffico – monitoraggio ambientale

Smart City

Smart Grid

Smart Building

Smart Meter

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SMART CITY - SMART GRID

Gestione rete Esempio

Bilanciamento delle reti Migliore gestione dei flussi e della pressione di fornitura

Bilancio delle reti ricerca perdite riduzione del non contabilizzato e tampering

Previsione dei consumi profilazione tipologie di utenze e curve di consumo

Gestione remota utenza blocco erogazione, limitazione picchi e blackout

Demand Side Management spostando o riducendo il consumo di energia

Ottimizzazione produzione gestione micro-generazione (consumatore =>produttore)

Ottimizzazione stoccaggio Utilizzo ottimale delle FER e degli stoccaggi

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Gestione utenze Esempio

Programmazione della manutenzione

Gestione manutenzione impianti sulla base dell’uso

Mobilità sostenibile Gestione efficiente parcheggi

Decongestione del traffico Gestione efficiente della comunicazione

Efficienza trasporto pubblico Comunicazione orari bus

Gestione efficiente rifiuti Gestione conferimento

SMART METERING

Power (Battery)

Modulo trasmissione

Dati

Modulo Visualiz. (in home display)

Modulo pre- elaborazione/

correzione

Modulo memorizzazione

dati

Sensore 1

UNITA’ DI ELABORAZIONE/ TRASMISSIONE

UNITA’ DI MISURA

A/D

Condizionamento/ compensazione

del segnale Clock

M

U

X

Sensore N

Counter

Concentratore (SAC)

Servizio Multiutility

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Quadro Normativo

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Delibera

n.292/06

Direttiva

2012/27/UE

Direttive

2009/72/CE

2009/73/CE TERZO PACCHETTO

ENERGIA

Delibera

631/2013/R/gas (Ex ARG/gas 155/08)

Delibera

334/2014/R/gas

D. Lgs. n.102 2014

Definiscono a livello Nazionale gli obblighi di messa in servizio degli smart meter nonchè le caratteristiche dei misuratori da installare

SMART METERING: QUADRO NORMATIVO

Il Terzo Pacchetto Energia e la Direttiva Efficienza Energetica rafforzano l’integrazione dei sistemi al fine di promuovere : 1. efficienza energetica e demand-side management (DSM) 2. la partecipazione attiva dei consumatori al mercato

dell’energia (Consumers->Prosumers)

In particolare gli stati membri sono tenuti a promuovere: – una maggiore concorrenza – la trasparenza e chiarezza nella fatturazione (dei

consumi effettivi); – assistenza e risarcimenti (in caso di disservizi);

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DEMAND SIDE MANAGEMENT

Per evitare problemi di sovraccarico e migliorare l’efficienza delle reti, molte utilities adottano una strategia di gestione della rete orientata alla domanda al fine di:

ridurre i picchi;

spostare i consumi dai periodi di picco;

ridurre i consumi.

A tal fine strumenti utili sono:

tariffe multiorarie;

introduzione di incentivi;

maggiore disponibilità di informazioni;

decentramento del controllo della rete;

educazione del consumatore.

Real-Time Pricing

Critical Peak Pricing

Critical Peak Rebate

Time of Use

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DIR. 2012/27/UE - EFFICIENZA ENERGETICA DLgs 102/2014

Comma 5

Comma 3

Comma 1

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Potenzialità e Sviluppi futuri

13

A

Architettura di riferimento UNI/TS 11291

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L’Italia è nel gruppo dei "dynamic movers" con:

circa 37 milioni di misuratori elettrici installati

circa 13-15 milioni di misuratori del gas da installare entro il 2018

0

2,000,000

4,000,000

6,000,000

8,000,000

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14,000,000

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SMART METERING: A CHE PUNTO SIAMO?

Funzionalità nelle SMART HOME

a Misura, registrazione e trasmissione dati

b Correzione locale del dato di misura

c Gestione dei dati sulla qualità della fornitura

d Diagnosi del misuratore

e Tariffazione multioraria

f Fatturazione sui consumi effettivi

g Diagnosi energetica e benchmark

h Miglioramento della sicurezza

i Integrazione con altri sensori e sistemi di controllo e regolazione

SMART HOME

Gestione utenze Esempio

Miglioramento Sicurezza rete domestica

Rilevazione fughe

Miglioramento regolazione e controllo ambientale

Interfacciamento a sensori e sistemi di controllo

Miglioramento sistemi di produzione e da FER (nZEB)

Gestione efficiente degli impianti FER e dei sistemi energetici

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FEEDBACK DIRETTO, IN HOME DISPLAY

La caratteristica principale di un feedback diretto è che il consumatore abbia un informazione immediata (in tempo reale) e locale (dove il consumo viene effettuato). L’informazione deve essere accessibile: – direttamente sul misuratore o – associata ad esso attraverso un display separato in-house (IHD)

Inoltre dovrebbero essere notificati agli utenti eventi di “allarme” (estremamente influenti sui cambiamenti di comportamento). In ogni caso il feedback diretto dovrebbe sempre includere informazioni per: – distinguere facilmente tra i livelli alti e bassi di consumo; – distinguere tra ore di punta e di vuoto nella fornitura (con indicazione della tariffa attiva),

Una ricerca negli US sull’uso degli IHD mostra che:

circa un terzo dei consumatori non vuole IHD; circa due terzi dei consumatori ha usato IHD e tra questi: • il 76 % ha abbassato la temperatura del termostato; • il 74 % ha posto più attenzione all’apertura delle

finestre; • il 65 % ha posto più attenzione alla manutenzione dei

sistemi energetici; • Il 43% ha effettuato un retrofit energetico.

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FEEDBACK INDIRETTO

Contenuti I consumatori finali non hanno accesso diretto ai dati di consumo in tempo reale e qualsiasi retroazione è basata su elaborazioni di dati differiti nel tempo e nello spazio;

Il feedback indiretto consente:

– Analisi dettagliata dei consumi energetici;

– Analisi delle opzioni di risparmio energetico sulla base dei consumi effettivi (in un fissato periodo;

– Benchmark storici;

– Diagnosi dei sistemi energetici e degli stili di consumo;

– Simulazione dei sistemi energetici.

Strumenti I due principali strumenti di feedback indiretto sono i report informativi ed il web interattivo.

- i report informativi dovrebbero sempre contenere un’analisi, un confronto, una diagnosi ed una informazione agli utenti finali sulle potenzialità di risparmio.

- il web interattivo* con interfaccia grafica e servizi offerti simili a quelli dei servizi bancari on-line con possibilità di e-billing e e-payment e di modificare interattivamente lo stato di utilizzo dei sistemi energetici.

* circa l'85% degli utenti finali possiede un PC ed il 77% ha

accesso ad Internet mediante smartphone o tablet.

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Benefici attesi

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L’ analisi costi-benefici è controversa: a) il feedback indiretto potrebbe comportare una riduzione media dei consumi energetici del 3-5%; b) il feedback diretto potrebbe incrementare notevolmente questo risparmio dal 6% al 15% (più prudentemente 5-6%).

IHD

Altro

Carta

Web

8,7%

6,0%

5,9%

5,1%

Risparmio energetico

ANALISI COSTI-BENEFICI

450,000 residential households

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Babus’Haq, R. F., Overgaard, G., & Probert, S. D. (1996). Heat meter developments for CHP-DH networks. Applied Energy, 53(1–2), 193–207. doi:10.1016/0306-2619(95)00062-3 Bird, S.,& Hernandez, D. (2012). Policy options for the split incentive: Increasing energy efficiency for low-income renters. Energy Policy, 48,506-514. doi:10.1016/j.enpol.2012.05.053 Darby, S. (2006).The effectiveness of feedback on energy consumption – A review for Defra of the literature onmetering, billing and direct displays. Oxford: Environmental Change Institute. Goettling, D. R., & Zaworski, J. R. (1984). Heating cost allocation in multifamily housing. ASHRAE Transactions, 90(1A), 124–138. Hiller, C. (2012). Influence of residents on energy use in 57 Swedish houses measured during four winter days. Energy and Buildings, 54, 376–385. doi:10.1016/j.enbuild.2012.06.030 Felsmann, C. and J. Schmidt, (2013). Effects of consumption-basedbilling with reference to buildings‘ energy-saving qualities. E.V.V.E. Henryson,J.,Håkansson,T.,Pyrko,J.,2000. Energy efficiency in buildings through information—Swedish perspective. EnergyPolicy, 28(3),169–180. Gullev, L., & Poulsen, M. (2006). The installation of meters leads to permanent changes in consumer behaviour. News from DBDH, 3, 20–24. Berndtsson, L. (2003), “Individuell va¨rmema¨tning i svenska flerbostadshus – en la¨gesrapport”, Project Number: P11835-2, Swedish Energy Agency, Eskilstuna Siggelsten, S., Olander, S. (2010). Individual heat metering and charging of multi-dwelling residential housing. Structural Survey, 28(3), 207–214. doi:10.1108/02630801011058933

ANALISI COSTI BENEFICI

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DIAGNOSI ENERGETICA

Asset Rating Operational Rating

Misura energia elettrica

Misura di gas naturale /olio comb.

Misura Consumi di

calore

Stima Ventilazione

Stima Condizionam.

Stima Riscaldamento

Stima ACS

Stima illuminazione

Stima altri consumi

Stim

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Mis

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ffet

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FAULT DETECTIONS AND ISOLATION

Diagnosi dei sistemi energetici sulla base dei bilanci energetici sui componenti e la correlazione con le variabili ambientali e di processo del sistema edificio-impianto

Diagnosi degli stili di consumo sulla base di studi correlativi tra consumi energetici e modalità di utilizzo dell’immobile

Metodologie di diagnosi: – Benchmark storici, comparativi e normativi – Profilazione dei consumi – Correlazioni tra dati di misura – Fault detection and isolation

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Accuratezza delle misure e Tutela della Fede Pubblica

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Accertamento conformità e Verifica

Prima

Verifica Successiva in servizio

(MI-001) contatori dell'acqua Direttiva MID 2004/22/CE

Modulo (B+D) Modulo (B+F)

Modulo H1

NB conforme EN 17065:2012

DM 155/2013 OdI EN 17020

(MI-002) contatori del gas e dispositivi di conversione del volume

DM 75/2012 Dir. MISE 12/05/14

OdI EN 17020

(MI-003) contatori di energia elettrica

In fase di pubblicazione

(MI-004) contatori di energia termica

DM 155/2013 OdI EN 17020

CONSAPEVOLEZZA E CERTEZZA DEI CONSUMI DIRETTIVA 2004/22/CE MID

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PRINCIPIO DI MISURA AD ULTRASUONI Vantaggi

Assenza di perdite di carico Assenza di parti meccaniche in movimento Ampio campo di misura (fino a 150:1) Lettura digitalizzata

Svantaggi

Tecnologia non completamente matura per la misura domestica del gas naturale Necessità di un tratto rettilineo di tubazione a monte di lunghezza opportuna Prestazioni in corrispondenza di portate bassissime o nulle

SMART METERS ACQUA, GAS E CALORE LE NUOVE TECNOLOGIE

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PRINCIPIO MASSICO TERMICO Vantaggi

Consentono la misura della portata massica Permettono la misura diretta della temperatura del gas per poter riportare il volume nelle condizioni standard La misura non dipende dalla pressione del gas Ampio campo di misura (fino a 150:1) Lettura digitale

Svantaggi

Tecnologia assolutamente nuova per la misura del gas in ambito domestico Perdite di carico importanti Sensibilità alla polvere ed ai contaminanti presenti nel gas Sensibilità alla variazione delle caratteristiche del gas (potere calorifico, densità,…)

sensor

capillary

laminar flow conditioner

flow

SMART METERS ACQUA, GAS E CALORE LE NUOVE TECNOLOGIE

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Laboratorio di Taratura EN 17025

Laboratorio di Taratura Laboratorio di Prova

EN 17025

Organismo Notificato MID 2213

EN 17065 (in corso)

RIFERIBILITA’ METROLOGICA E LABORATORI ACCREDITATI

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MULTI-UTILITY SMART METERING

Bando MISE “Progetto Industria 2015 - NuoveTecnologie per il Made in Italy” Systems for the efficient management of energy consumptions

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MULTI-UTILITY SMART METERING

29 29

Courtesy Genova Reti Gas: Museo del Gas, Genova Loc. Gavette

Misuratore con tariffa bioraria (anno 1956)

Misuratore con sistema di pre-payment (anno 1916)

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CURIOSITA’, UNO SGUARDO AL PASSATO

GRAZIE PER L’ATTENZIONE

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