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Smart City : innovative strategy for sustainable development

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Presentation by Isam Shahrour of the role of Smart Cities in the sustainable development. Conference IPEEC « Energy and Environmental Protection », Hebron, October 2013

Publié dans : Environnement, Technologie, Business
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Smart City : innovative strategy for sustainable development

  1. 1.  An  innova(ve  strategy  for  sustainable  development:   Smart  and  Sustainable  City     Professor  Isam  SHAHROUR   Laboratoire  Génie  Civil  et  géo-­‐Environnement  (LGCgE)   Université  Lille1/Polytech’Lille   Conference  «  Energy  and  Environmental  ProtecBon  »   Hebron,  October  2013  
  2. 2. Sustainability  :  major  Interna(onal  concerns  
  3. 3. Reduc(on  of  the  greenhouse  gas  emission  requires:   -­‐  Improve  the  quality  of  construcBon  and  infrastructure   -­‐  Use  proper  technology   -­‐  Use  more  and  more  renewable  energy   The  city  contributes  to  80%  of  the  greenhouse  gas  emission     Huge  investment    ??  
  4. 4. Could  the  Smart  City  contribute  to  raise  the  challenges  of   sustainability  in  the  City  (in  the  world)  ?   City   Challenges   ICT   Informa(on  and  communica(on  technology  (ITC)  Revolu(on:  
  5. 5. Q1  :  Why  the  city?     Q3  :  How  “Smart  City”  can  contribute  to  build  the   sustainable  City  ?           Q2  :  The  main  city  challenges?   3  Ques(ons    
  6. 6. Why  the  City  ?     W.E.  Webb,  former  mayer  of  Denver,  Colorado:   •  The  19th  century  was  a  century  of  empires   •  The  20th  was  a  century  of  naBon  states   •  The  21st  century  will  be  a  century  of  ciBes  
  7. 7. Concentra(on  in  large  ci(es   Mexico,  23  millions   Le  Caire,  16  Millions   PARIS,  12  millions   15  Ci(es   >  15  Millions   30  Ci(es   >  10  Millions   75  Ci(es   >  5  Millions   240  Ci(es   >  2  Millions  
  8. 8. 1950   2015   World population increase Rural   Urban  
  9. 9. The  City,  a  high  concentra(on  of  the:       •  PopulaBon,   •  AcBvity  (industry,  services,…)   •  ConsumpBon  (75  %  of  the  electrical  Energy)   •  ProducBon  of  polluBon  (80%  of  CO2)    
  10. 10. The  City:  transformaBon  system   Input   Ø  Energy   Ø  water   Ø  food   Ø  Raw  materials   Ø  Manufactured   goods   Ø  InformaBon   Output   Ø  Wastes   Ø  Air  polluBon   Ø  Water  polluBon   Ø  Greenhouse  gases   Ø  noise   Ø  brownfields   Reduc(on  ??   Reduc(on  ??     Recycling   Proper  technology   Op(mal  management  
  11. 11. •  Water  (distribu(on  and  sewage)   •  Energy  (gas,  electricity,  district  hea(ng)   •  Telecommunica(ons,   Urban  Networks:  the  vein  of  the  city   •  Buried  (invisible,  ...)   •  Mixed  (old  and  new,  some  more  than  150   years  old)   •  Huge  investment  and  opera(ng  costs   •   high  interdependence  
  12. 12. Networks  in  Jakarta  were  designed    for  one  million    In  2011,  the  city  has  more  than  18  million   Network  may  be  undersized:     In  some  ciBes,  water  leakage    could  reach  40%  
  13. 13. Water  network,  France   About  900  000  km  of  pipes   Yearly  investment  (billion  $)  
  14. 14. Q1  :  Why  the  city?     Q3  :  How  “Smart  City”  could  contribute  to  build  the   sustainable  City  ?           Q2  :  The  main  city  challenges?   3  Ques(ons    
  15. 15. Water   Housing   Energy   Pollu(on   City   Challenges   Transporta(on   Governance    Urban  challenges    
  16. 16. Energy  challenges   High  consumpBon  (transport,  industry,  domesBc,  )       But  with  limited  resources  
  17. 17. Energy  consump(on  (2005)   (%)  
  18. 18. Transport   Industrie   Buildings   Tokyo   (2005)   Mexico   (2006)   London   (1999)   Shanghai   (2007)  
  19. 19. Energy  :  Security  (Black  out)     Blackout:   •  Italy  2003,  55  Million   •  Indonesia  2005,  100  Million   United  States,  2003    50  Million  people     24  hours  for  full  recovery   Economic  Cost  :     $6  to  $10  billion  
  20. 20. ConsommaBon  journalière     Electrical  Network  :  reduce  the  peak  consumpBon    
  21. 21. Air  pollu(on  in  Europe  :  Cost  up  to  €  170  billion  in  2009   Impact  on  the  environment  :     Co2,  Climate  change,  global  Warming  
  22. 22. Access  to  drinking  water  :   Water  Quality  ?   Water  Chalenges  
  23. 23. Water  leakage  :   20%  of  the  water  supply     in  some  ci(es  about  40%    
  24. 24. Water  Sewage      
  25. 25. Par(cipatory  governance  challenges  
  26. 26. Q1  :  Why  the  city?     Q3  :  How  “Smart  City”  could  contribute  to  build  the   sustainable  City  ?           Q2  :  The  main  city  challenges?   3  Ques(ons    
  27. 27. Smart  City  Concept   •  Smart monotoring •  Communication •  Data storage and processing Smart  sensors  
  28. 28. Smart  city  allows   •  Real-time monitoring (see the invisible network) •  Rapid action in the case of an abnormal event (leakage, contamination, overload,..) •  Optimal management of resources •  Develop predictive models
  29. 29. Smart  Energy  system,  op(mal    management   Produc(on   Storage   Smart  Grid     Energy  Consump(on  
  30. 30. Smart  water  system:   •  Leakage  detec(on   •  Contamina(on  detec(on  (health,  ...)   •  Pipes  localiza(on     •  Evolu(on  of  physical  and  mechanical   proper(es  (deforma(on,  corrosion,   biofilm,  .....)   •  Op(miza(on  of  the  energy  consump(on  
  31. 31. Rio  :  Smart  system  to  prevent  landslides  disaster  
  32. 32. Stockholm  :  Traffic  Conges(on   City  traffic  decrease  by  18%   CO2  emission  decrease  14-­‐18  %  
  33. 33. Smart  City  Implementa(on    Objec(ves    Diagnos(c   •  Actors  –  Governing   •  DiagnosBc  of  infrastructures   •  Data  collecBon    (system  operaBng  data,…)   •  Funding,  economic  model     Needs   •  Governing   •  Monitoring   •  Sonware  (data  processing,  supervision,  learning   machine,  opBmizaBon,..)   ImplementaBon   calendar  :   Stage  N  (N  =1,  M)   •  Monitoring   •  Sonware  (data  processing,  supervision,  learning   machine,  opBmizaBon,   •  ValidaBon,  preliminary    ExploitaBon   Smart  System  Exploita(on  
  34. 34. Presenta(on  of  SunRise  Project    :   Smart  Urban  Network  Demonstrator  for  Sustainable  city    
  35. 35. I)  Methodology  –  History       CreaBon  of  an  academic,  professional  and  local  government   partnership  :  researches  and  innovaBon  on  «  Sustainable  City  »   1)  Interna(onal  Chair  posi(on  supported  by  the  Region   (2008  –  2011),  followed  by  an  industrial  chair  posiBon     (Eaux  du  Nord  /Suez)   2)  Three  interna(onal  workshops  (2010,  2011,  2012)  with   academic,  professional  and  local  authori(es  «InnovaBon  –   sustainable  urban  infrastructures  »  
  36. 36.  1)  The  opBmal  management  of  urban  networks  consBtutes  a   major  challenge  for  sustainable  ciBes:   •  Natural  Resources  saving  (energy,  water,  ..)   •  Safety,  public  health,  ..   •  AsracBveness  and  economic  development   •  RaBonalizaBon  of  investments  in  urban  infrastructures   Conclusions  and  recommenda(ons:   2)  The  "smart  city"    concept  is  per(nent   Technology  reached  a  level  of  maturity  to  deal    with  the  city  challenges  
  37. 37. Need  of    «Smart  City  »  demonstrators  at  per(nent  scale  to  check  :   •  The  governance  (operators,  authori(es,  users,  ..)   •  The  integra(on  of  'heterogeneous'  technology  and  services   •  The  per(nence  of    technological  and  non-­‐technological  innova(ons   •  The  networks  interdependence  (water,  electrical,  district  hea(ng,  gas,  ...)   •  The  economic  model  
  38. 38. Small  town:   •  110  Hectares   •  23  000  users   •  70  km  of  Urban  Network     •  140  Buildings    (300  000  m2  )     II:  Presenta(on   Scien(fic  Campus  (Lille1  University)    
  39. 39. C1  –  Chimie  Enseignement     (1966)   Polytech’Lille  Ens.  &  Rech.    (2000)  
  40. 40. Data  collec(on  :  3D  graphic  model    (network  and  buildings)   70  km  of  networks   •  Water   •  District  Hea(ng   •  Gas     •  Electrical  (  HV,  LV)   •  Public  light  
  41. 41. InnovaBon  centers     •  Pole  Ubiquitaire   §  CITC  –EURARFID   §  PRN   §  Image,…   Local  authority:   •  AMGVF     •  LMCU,     •  Region,     InternaBonal:   •  W-­‐Smart     •  Unites  states  (NYU)     •  Netherland  (KWR,   Vitens)   •  Great  Britain     •  Spain   SunRise   Operators  :     •  Eaux  du  Nord  (Suez  Environnement)   •  Eau  de  Paris   •  Dalkia   •  IBM   •  Lille  Métropole  Habitat  (LMH)   Starts-­‐up:    stereograph,  Nooliqc,  Madetech,   Effigenie,  E(neo,  Calm-­‐water   Research  laboratories   (IT,  Civil  Eng.  Economy,   InstrumentaBon,…)   EducaBon  programs:       Master  degree  in  urban  Engineering,   Smart  Gird,  Creacity,..  
  42. 42. Water   -­‐  Leakage   -­‐  Quality   -­‐  Water/Energy   •  Commun  Laboratory  (CEA,   W-­‐Smart,  KWR)   •  Industrial  Chair     •  European  Project:   SmartWater4Europe  (GB,   Netherland,  Spain)   •  2  major  projects  :  Paris   Water,  North  Water,  W-­‐ Smart,  CEA,  KWR,…   Energy   -­‐  Op(mal  management   -­‐  Security     -­‐  Renewable  Energy   •  Dalkia  :  District  hea(ng   •   LMH  :  Social  housing   •  Eiffage  :  Electrical  Grid   Informa(on  system   and  sovware  tools   Start-­‐Ups  :   Stereograph,   Nooliqc,   Madetech,   Effigenie,   E(neo,    Calm-­‐water   Smart  Urban  networks  Demonstrator     (SunRise)  
  43. 43. SunRise  –  Energy   •  Analysis  of  the  energy  system  of  the  campus  :  consumpBon,   resources  and  distribuBon.   •  Building  consumpBon  profile   •  AdaptaBon  of  energy  producBon  to  energy  demand     •  IntegraBon  of  mulB-­‐energy  sources    
  44. 44. Smart Grid – District heating (20 km)
  45. 45. Distric  Hea(ng  network    
  46. 46. Building  P1   Real  Time  monotoring  :    Energy  heat  consump(on  
  47. 47. 43  %   61  %   EUDIL  G   C1,  C3  ,C4   IUT   M1   SN1,2,3   P5   P1  +  cul   EUDIL   G   IUT   M1   P 1   P5   C 1   SN  
  48. 48. External  Temperature  (°)     Energy  Consump(on  
  49. 49. Building    C1   Sector  control  according  to  the  use  and  internal  parameters     Control  at  the  Hea(ng  Exchange  sta(on  
  50. 50. SunRise  -­‐  Water   -­‐  Leakage   -­‐  Water  quality  –  Health  impact   Partnership •   Eaux  du  Nord,  Eaux  de  Paris,  CEA-­‐List     •  W-­‐Smart,     •  KWR,  Vitens,  Acciona,  Thames,  Calwater  (Calm-­‐  Energie)
  51. 51. 2013  :  European  Project  (FP7)  SmartWater4Europe     4  demonstrators    En  Europe  (10  M  €  )   4  European  demonstrators  (Smart  Water  network)     •  Leakage   •  Quality   •  Water  –  Energy   •  End-­‐users    
  52. 52. Drinking  water  network  –  16  m   About  50  years  old   Meshed  network     16  km   77  ARM   145  Buildings   Linear  loss  index  (m3/J/Km)   •  2011:    12.7     •  2012  :  8.12  
  53. 53. I)  Water  Consump(on  Analysis   The  Water  network  :  geometry  and  supply   !Cité!Scien*fique! (5)!!! 4!Cantons! ECL!! M5! Bachelard! Meshed  network     16  km   77  ARM   145  Buildings  
  54. 54. Analysis  of  the  water  Consump(on  by  sector   !
  55. 55. (I)  Working  Days   Daily    C7  Building  Consump(on:      
  56. 56. Hourly  C7  consump(on:       Registerd  data   Simplified  modeling  
  57. 57. Work  under  progress  :     1)  Monitoring     •    Water  :  flow,  pressure,  quality,  flow  and  pressure  controllers   •    HeaBng  :  Internal  parameters  (Temperature,  humidity,  air   quality,..),  controllers     2)  Sovware  development:     •  data  processing,  supervision,   •   learning  machine,  opBmizaBon,…     3)  ValidaBon,  exploitaBon          
  58. 58. The  concept  of  “smart  city”  offers  great  opportuniBes:   •  Recent,  with  low  experience  feedback   •  MulBdisciplinary,  mulB  actors   •  Need  of  pilot  projects  to  develop  “collec(ve”  experience   Conclusion  
  59. 59. Thank  you  

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