Comunicación presentada al II Congreso Ciudades Inteligentes:
Autoras
- Cristina Bello, Responsable de Marketing, Xeridia
- María Luisa Mirantes, Jefe de proyecto, Xeridia
Resumen
La falta de información real, actualizada y comparable sobre los activos energéticos de una ciudad impide la identificación temprana de los problemas existentes en materia de eficiencia energética. Disponer de estos datos permitiría mejorar significativamente el desempeño de esos activos, evitando consumos, costes y emisiones innecesarios. SCEPA (Smart City Energy Performance Analysis) está permitiendo a las ciudades en las que se ha implantado categorizar y monitorizar el consumo de sus activos energéticos. SCEPA es la única herramienta basada en tecnologías FIWARE que sirve a las Smart Cities como estándar para visualizar la evolución de diversos indicadores de eficiencia energética de sus activos y obtener comparaciones y rankings dentro de una ciudad o entre varias, promoviendo la mejora continua de su rendimiento energético.
Introducción
Vista la tendencia actual hacia la urbanización, se estima que para el año 2050 el 70% de la población mundial vivirá en ciudades, siendo el pronóstico para Europa que lo haga más de un 80% (World Urbanization Prospects [Revisión 2014]) . En España, el Ministerio de Fomento calcula que esta cifra ya se ha alcanzado, lo que supone una serie de retos sociales, económicos y de sostenibilidad para las ciudades y las Administraciones Públicas, cuyo compromiso hacia sus habitantes es cada vez más exigente. Las ciudades han de estar preparadas para ofrecer servicios que satisfagan las necesidades de la creciente población, al mismo tiempo que persigan un desarrollo económico sostenible y la gestión de los recursos disponibles de la manera más eficiente posible.
En este contexto surge el concepto de Ciudad Inteligente como el proyecto integral de una ciudad que hace uso de las TICs como factor disruptivo para mejorar la seguridad, el transporte, los servicios públicos, las construcciones, el medio ambiente y la energía, con el objetivo último de incidir positivamente en la calidad de vida de los ciudadanos.
El reto: eficiencia energética en las Ciudades Inteligentes
Históricamente se comenzó a hablar de Smart Cities en programas europeos de eficiencia energética, en los que se estableció como primordial la consecución del objetivo 20-20-20. Desde entonces el contexto regulatorio relativo a la Eficiencia Energética está favoreciendo la creación de un marco armonizado para disminuir la dependencia energética, reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y mejorar la competitividad de países y empresas. Cada vez son más las normativas y obligaciones existentes, siendo una de la más importantes la Directiva de Eficiencia Energética (EED) europea, a partir de la cual los estados miembro han comenzado a implantar sus propias políticas.
En la actualidad las medidas inteligentes en las ciudades ya son una realidad, especialmente en España (líder en programas europeos de Ciudades Inteligentes) donde es común ver infraestructuras dotadas de soluciones tecnológicas avanzadas para hacerlas más sencillas, eficientes y menos costosas. De hecho, no se puede hablar de Ciudades Inteligentes sin hacerlo de elementos inteligentes. Los conocidos como IoT (Internet of Things) son objetos que se conectan a Internet para ser analizados de forma automática, pudiendo referirse en el caso de las Ciudades Inteligentes (donde se prevé que existan 9.7 billones en 2020 [Gartner.com (marzo de 2015)]) a cualquier activo, desde mobiliario urbano (señalización, iluminación, contenedores, etc.) a edificios públicos. Surge de este modo la necesidad de procesar y manejar los ingentes volúmenes de información generados por estos objetos, de forma que se pueda sacarles el máximo valor y obtener análisis de utilidad.
Adicionalmente, si se tiene en cuenta que la actualidad viene marcada por la austeridad presupuestaria de las Administraciones, se entiende por qué la eficiencia energética se ha convertido en una prioridad en las ciudades. Conscientes de que la mayoría de los recursos son limitados y de que las urbes ya emplean más de dos tercios de la energía mundial y el 70% de todas las emisiones de gases de efecto invernadero (ONU-habitat.org [2015]), las Administraciones Locales hacen cada vez más esfuerzos por ganar en eficiencia y conseguir ahorrar en las energías empleadas y reducir las emisiones de CO2.
En este sentido, el modelo de Ciudad Inteligente permite a las AA.LL. avanzar hacia una “Eficiencia Inteligente”. Desde hace ya unos años estamos experimentando un acercamiento a sistemas de ahorro de energía que unen las medidas tradicionales de eficiencia con tecnologías Cloud, promoviendo así la manera en la que se puede recoger, interpretar y gestionar los datos de energía para mejorar el desempeño y alcanzar niveles de ahorro que antes eran impensables.
Sin embargo, la falta de información real, actualizada y equiparable de los activos energéticos existentes en las ciudades está impidiendo que los Ayuntamientos puedan identificar de forma temprana los problemas en materia de eficiencia energética. Disponer de esta información a escala ciudad y poder generar análisis comparativos les ayudaría enormemente a mejorar el desempeño energético de esos activos y evitar consumos, costes y emisiones innecesarias.
Ante esta carencia se desarrolla SCEPA, la plataforma para el análisis y comparación de la eficiencia energética de las Ciudades Inteligentes.
SCEPA. Smart Cities Energy Performance Analysis
Marco del proyecto
Promovido por Soul-Fi, aceleradora fundada por la UE dentro del programa ‘Future Internet PPP’ para crear soluciones web innovadoras que fomenten hábitos y estilos de vida más inteligentes entre los ciudadanos europeos, SCEPA fue desarrollada para dar a las Ciudades Inteligentes la posibilidad de controlar su consumo energético de una forma sencilla y eficaz.
Con SCEPA ya es posible clasificar los activos energéticos de una ciudad en categorías, y asociar cada una de estas categorías a un determinado número de atributos. En otras palabras, que los Ayuntamientos dispongan de las herramientas necesarias para:
- Definir y categorizar sus activos energéticos (ej. edificios sanitarios, edificios educativos, sistema de alumbrado, etc.).
- Definir indicadores de eficiencia energética de los activos según su categoría (ej. consumo de energía por aula, consumo de energía por quirófano, etc.).
- Visualizar y comparar de forma sencilla la clasificación de cada activo para cada indicador, a nivel local (dentro del municipio) y global (entre diferentes localidades).
Es precisamente en este último punto donde reside el verdadero valor de SCEPA, en crear un modelo estándar para la gestión de la eficiencia energética, inexistente hasta el momento. Con SCEPA, las ciudades ya disponen de un programa común para clasificar los Indicadores de Eficiencia Energética (IDENs) y establecer así comparativos y rankings (internos y externos) basados en criterios objetivos.
A nivel tecnológico SCEPA destaca por ser la única herramienta desarrollada sobre el estándar abierto Fiware que permite gestionar y clasificar los activos energéticos de una ciudad. Como se explicará posteriormente, Fiware es un elemento clave en la arquitectura del sistema, ya que funciona como motor del proceso, interviniendo de dos maneras:
- Recibe los datos de consumo procedentes de los activos energéticos.
- Tras un complejo proceso de convertir esos datos en indicadores, muestra los resultados a los usuarios.
En definitiva, son dos los factores que definen a SCEPA como una plataforma única en el mercado: por una parte el uso de tecnologías Fiware como base de la plataforma, por otra, el desarrollo de un modelo universal para la creación de ránkings de eficiencia energética en Ciudades Inteligentes.
Arquitectura de SCEPA
El siguiente gráfico muestra la arquitectura de la plataforma SCEPA:
Esta arquitectura tiene dos pilares fundamentales:
- Un Sistema de Gestión Energética que lee de forma remota y automática la información almacenada en los equipos de medida de consumo de los activos a monitorizar. Cualquier SGEn capaz de recoger y analizar dispositivos multi-energía, multi-fabricante y multi-protocolo es susceptible de ser integrado en SCEPA. En las implantaciones de SCEPA realizadas hasta el momento, se optó por Smarkia Monitor como plataforma Cloud de telemedida por su capacidad para monitorizar infraestructuras IoT muy heterogéneas.
- Fiware, que en el proyecto SCEPA tiene cuatro funcionalidades: sirve como entorno en el que modelar las entidades dentro de una estructura predefinida, como plataforma capaz de almacenar toda la información recogida, aporta una serie de servicios que agilicen el procesamiento de los datos y, por último, muestra una interface que facilita la visualización de los indicadores.
Para conocer con más detalle el funcionamiento del sistema y los beneficios prácticos para las Ciudades Inteligentes, se expondrá posteriormente el proceso de implantación de SCEPA.
Beneficios de SCEPA
Beneficios de SCEPA para las Ciudades Inteligentes
SCEPA está dirigido a aquellas ciudades que persiguen la eficiencia energética, al mismo tiempo que promueven la reducción del impacto medioambiental y la alineación con las regulaciones europeas.
Como queda dicho, la implantación de SCEPA permite a las ciudades monitorizar el consumo de sus activos energéticos, categorizar estos activos y, lo que es más impo rtante, obtener rankings en función de su desempeño energético. Desde un punto de vista interno, esto permite a una ciudad conocer cuáles de esos activos están funcionando de manera óptima y cuantificar su rendimiento, para luego podar tomar las medidas oportunas para fomentar la eficiencia energética. Por otro lado, el hecho de disponer de un modelo estándar para todas las Ciudades Inteligentes favorece una comparación de sus activos basada en criterios objetivos y neutrales, algo inexistente hasta el momento.
Resumimos a continuación los beneficios de SCEPA para las Ciudades Inteligentes, según su naturaleza:
1. Beneficios económicos
1.1. Reducción de costes por consumos innecesarios
1.2. Mayor productividad y rentabilidad de los recursos empleados
1.3. Fomenta las economías de conocimiento
1.4. Minimiza la dependencia de los proveedores
1.5. Acelera la adopción de medidas innovadoras procedentes de Europa
1.6. Creación de empleo
2. Beneficios sociales
2.1. Descenso del número de desempleados
2.2. Mejora de la calidad de vida de los ciudadanos
3. Beneficios medioambientales
3.1. Reducción del consumo energético
3.2. Reducción de las emisiones de CO2
3.3. Aumento de la concienciación medioambiental
4. Beneficios tecnológicos
4.1. Escalabilidad
4.2. Reducción de costes de licencias
4.3. Mejor rendimiento
4.4. Gran capacidad de almacenamiento y procesamiento
4.5. Recogida de datos multienergía, multifabricante, multiprotocolo
Beneficios para los usuarios de la plataforma
Los usuarios logran sacar el máximo partido a la plataforma no sólo por su facilidad de uso, sino también por las siguientes funcionalidades:
- Visualización sencilla de rankings de eficiencia energética.
- Dashboard personalizable con gráficos de ranking por intervalos de fechas, por ámbito, por indicador, etc.
- Actualización diaria de los indicadores y de los rankings.
- Análisis real, tanto de consumos como de costes.
- Diferentes indicadores según las necesidades de cada categoría (Kwh/m2, Kwh/número de quirófanos, Kwh/nº de plantas, etc.).
- Posibilidad de obtener alertas asociadas a los rankings de activos (variación en la posición, tendencia, etc.).
Proceso de implantación de SCEPA en una Ciudad Inteligente
En primer lugar se verifica que los activos públicos cuentan con equipos de medida de consumo compatibles con el sistema de gestión energética que se vaya a integrar en SCEPA, en este caso Smarkia. De no ser así, se proporcionaría a la Administración Local las pautas requeridas para la implantación del equipo apropiado.
El siguiente paso es recopilar del municipio toda la información necesaria para crear la estructura en las diferentes herramientas y componentes de SCEPA. Se trata de información general sobre la ciudad, así como sobre los diferentes activos públicos que se van a incorporar en el proyecto para el seguimiento del desempeño y la eficiencia energética, y los correspondientes equipos de medida que tienen conectados. Una vez que se dispone de toda la información necesaria, se lleva a cabo el siguiente proceso de definición y provisionamiento de la ciudad en la plataforma:
- En Smarkia
- Un administrador del sistema crea la cuenta del municipio y se configura la información anterior.
- Se crean todas las constantes e indicadores de eficiencia energética que se van a monitorizar en el municipio para los distintos activos. En este punto se establecen indicadores generales (que aplican a todos los tipos de activos) e indicadores específicos en base a la categoría de los activos (sanitarios, educativos, flota de vehículos, etc). Este provisionamiento lo crea un administrador de SCEPA en Smarkia para garantizar que se respetan ciertos aspectos en la nomenclatura de los indicadores definidos y que se siguen las pautas comunes de definición de datos en todos los municipios, que es lo que asegura la calidad de comparación entre los resultados de eficiencia energética obtenidos para los distintos municipios adheridos al proyecto y, por tanto, la correcta generación de los rankings. Los usuarios autorizados podrán consultar esta información en Smarkia, pero en modo de sólo lectura.
- En el lado de Fiware:
- Hay que crear el contexto en el Orion Context Broker, creando la estructura del municipio con sus activos. Este componente es el que recibe diariamente la información con los valores de los indicadores de todos los activos de todos los municipios dados de alta, generando la secuencia temporal con todo el histórico de información que permite la generación de los rankings.
- CEP (Complex Event Processing): es el módulo que identifica variaciones en los cambios de posición o tendencia en el ranking de un activo en relación a los distintos indicadores. Por ello, el municipio tiene que ser dado de alta en el CEP y realizar una configuración de reglas y alertas que permita monitorizar las variaciones en el ranking para los activos de dicho municipio y que alerte al usuario designado como responsable por parte del Ayuntamiento.
De cara al usuario, el resultado es una interface sencilla que puede personalizar y manejar según la información que más le interese visualizar:
Conclusión
La situación global actual de las ciudades está marcada por el creciente porcentaje de población que se instala en ellas, haciendo uso de unos recursos que desafortunadamente son limitados. Al mismo tiempo, se siguen apreciando ciertas consecuencias de la crisis económica vivida durante años, como es el generalizado comportamiento de austeridad y prudencia. En esta coyuntura las Administraciones Locales se encuentran ante el reto de satisfacer la creciente demanda empleando el menor número posible de recursos económicos y materiales. Como consecuencia, la eficiencia energética pasa a ser una de las principales responsabilidades de las ciudades, especialmente de aquellas consideradas como Ciudades Inteligentes, cuyo compromiso se está materializando en la aprobación de leyes y en la búsqueda de soluciones que ayuden a aplicar medidas preventivas y correctivas. En este sentido, surge la necesidad concreta de poder cuantificar el rendimiento energético de los activos que existen en una ciudad y de controlar su desempeño.
SCEPA (Smart City Energy Performance Analysis) es la herramienta para monitorizar los ‘IoT’ a escala ciudad y categorizarlos según la evolución de los IDENs que se les ha asociado, ayudando de esta forma a tomar las decisiones más apropiadas para promover la eficiencia energética. Desarrollada sobre el estándar tecnológico FIWARE, SCEPA cubre una carencia detectada en las Ciudades Inteligentes, y es la de disponer de un modelo estándar para equiparar el desempeño energético de sus activos. Llevar a cabo este benchmarking de Indicadores de Eficiencia Energética dentro de una ciudad o entre ciudades es un reclamo competitivo sin precedentes para las Ciudades Inteligentes que buscan ser más eficientes y sostenibles.