Valutazione del risparmio energetico conseguibile negli impianti di condizionamento estivo con l'adozione del free-cooling

Per la valutazione dei consumi energetici attribuiti alla climatizzazione estiva di un sistema edificio-impianto, operante in condizioni di regime termico dinamico, è stato realizzato un modello di simulazione, sviluppato in Excel, che si avvale del metodo delle funzioni di trasferimento per la determinazione dei carichi termici. Nel modello sono state implementate numerose varianti all'impianto di condizionamento di base, permettendo rapidi confronti sui risparmi enegetici conseguibili, in funzione delle diverse caratteristiche del sistema.

Buone pratiche e Tecnologie Appropriate per la gestione delle risorse idriche ed il risparmio energetico in ambito urbano e rurale

Questa tesi di dottorato tratta il tema delle Tecnologie Appropriate e delle Buone Pratiche per la gestione delle risorse idriche ed il risparmio energetico nell’ambito dell’abitato urbano e rurale. Viene fatta una breve panoramica sulle principali teorie e metodologie che fino ad oggi hanno fatto da linee guida per la progettazione sostenibile e il corretto utilizzo delle risorse. Questa visione d'insieme servirà per esprimere delle valutazioni e trovare dei comuni dominatori per proporre una nuova metodologia d'approccio alla gestione delle risorse con particolare attenzione rivolta alla condizione presente e alla zona d’intervento. Site specific sustainability Approach (S3A). I casi studio: • Un progetto di approvvigionamento idrico e di desalinizzazione delle acque per un’oasi del Sahara marocchino. • Un progetto di ricerca della Columbia University e della NASA legato alla sostenibilità urbana di New York che analizza i benefici apportati dall'installazione di coperture verdi nell'area di Manhattan da un punto di vista della gestione delle risorse idriche, energetiche e delle componenti ambientali. • Un progetto di verde verticale e giardino pensile a Milano. • Un progetto di approvvigionamento idrico sostenibile e gestione del verde per la città di Porto Plata in Repubblica Domenicana. Approfondimenti e sperimentazioni. • E’ stato approfondito il tema della distillazione solare per la dissalazione e potabilizzazione delle acque in zone rurali desertiche ed isolate. • E’ stato progettato e realizzato un prototipo innovativo di distillatore tubolare con collettore solare parabolico. Il prototipo è stato testato nei laboratori della Columbia University di New York. • Sono state approfondite le Khettaras o Qanat, tunnel sotterranei per l’approvvigionamento idrico nelle zone aride. • Infine sono stati approfonditi i benefici apportati dalle coperture a verde (tetti verdi) e dal verde verticale nelle zone urbane dal punto di vista della gestione delle risorse idriche ed il risparmio energetico.

Dematerializzazione e risparmio energetico in Hera spa: Analisi LCA e titoli di efficienza energetica.

Il seguente lavoro di tesi è stato svolto in Hera S.p.A. Il caso di studio riguarda il passaggio dalla bolletta cartacea alla bolletta elettronica. In particolare, sono stati messi a confronto i due modelli di bollettazione attraverso l'analisi LCA. In seguito sono stati calcolati i risparmi energetici conseguiti, misurati in tep, attraverso i quali è stato possibile creare una proposta di scheda tecnica per la quantificazione dei risparmi di energia primaria.

Scienza della sostenibilita' e regolazione: Il caso studio della politica europea in materia di risparmio energetico

Entro l’approccio concettuale e metodologico transdisciplinare della Scienza della Sostenibilità, la presente tesi elabora un background teorico per concettualizzare una definizione di sostenibilità sulla cui base proporre un modello di sviluppo alternativo a quello dominante, declinato in termini di proposte concrete entro il caso-studio di regolazione europea in materia di risparmio energetico. La ricerca, attraverso un’analisi transdisciplinare, identifica una crisi strutturale del modello di sviluppo dominante basato sulla crescita economica quale (unico) indicatore di benessere e una crisi valoriale. L’attenzione si concentra quindi sull’individuazione di un paradigma idoneo a rispondere alle criticità emerse dall’analisi. A tal fine vengono esaminati i concetti di sviluppo sostenibile e di sostenibilità, arrivando a proporre un nuovo paradigma (la “sostenibilità ecosistemica”) che dia conto dell’impossibilità di una crescita infinita su un sistema caratterizzato da risorse limitate. Vengono poi presentate delle proposte per un modello di sviluppo sostenibile alternativo a quello dominante. Siffatta elaborazione teorica viene declinata in termini concreti mediante l’elaborazione di un caso-studio. A tal fine, viene innanzitutto analizzata la funzione della regolazione come strumento per garantire l’applicazione pratica del modello teorico. L’attenzione è concentrata sul caso-studio rappresentato dalla politica e regolazione dell’Unione Europea in materia di risparmio ed efficienza energetica. Dall’analisi emerge una progressiva commistione tra i due concetti di risparmio energetico ed efficienza energetica, per la quale vengono avanzate delle motivazioni e individuati dei rischi in termini di effetti rebound. Per rispondere alle incongruenze tra obiettivo proclamato dall’Unione Europea di riduzione dei consumi energetici e politica effettivamente perseguita, viene proposta una forma di “regolazione per la sostenibilità” in ambito abitativo residenziale che, promuovendo la condivisione dei servizi energetici, recuperi il significato proprio di risparmio energetico come riduzione del consumo mediante cambiamenti di comportamento, arricchendolo di una nuova connotazione come “bene relazionale” per la promozione del benessere relazionale ed individuale.

Smart meter privacy by suprression of low power frequency components

This paper focuses on the problems associated with privacy protection in smart grid. We will give an overview of a possible realization of a privacy-preserving approach that encompasses privacy-utility tradeoff into a single model. This approach proposes suppression of low power frequency components as a solution to reduce the amount of information leakage from smart meter readings. We will consider the applicability of the procedure to hide the appliance usage with respect to the type of home devices.

Specification of a smart meter/actuator description mechanism & development of a mobile application

Home Automation holds the potential of realizing cost savings for end users while reducing the carbon footprint of domestic energy consumption. Yet, adoption is still very low. High cost of vendor-supplied home automation systems is a major prohibiting factor. Open source systems such as FHEM, Domoticz, OpenHAB etc. are a cheaper alternative and can drive the adoption of home automation. Moreover, they have the advantage of not being limited to a single vendor or communication technology which gives end users flexibility in the choice of devices to include in their installation. However, interaction with devices having diverse communication technologies can be inconvenient for users thus limiting the utility they derive from it. For application developers, creating applications which interact with the several technologies in the home automation systems is not a consistent process. Hence, there is the need for a common description mechanism that makes interaction smooth for end users and which enables application developers to make home automation applications in a consistent and uniform way. This thesis proposes such a description mechanism within the context of an open source home automation system – FHEM, together with a system concept for its application. A mobile application was developed as a proof of concept of the proposed description mechanism and the results of the implementation are reflected upon.

Improving load forecast accuracy by clustering consumers using smart meter data

Utility companies provide electricity to a large number of consumers. These companies need to have an accurate forecast of the next day electricity demand. Any forecast errors will result in either reliability issues or increased costs for the company. Because of the widespread roll-out of smart meters, a large amount of high resolution consumption data is now accessible which was not available in the past. This new data can be used to improve the load forecast and as a result increase the reliability and decrease the expenses of electricity providers. In this paper, a number of methods for improving load forecast using smart meter data are discussed. In these methods, consumers are first divided into a number of clusters. Then a neural network is trained for each cluster and forecasts of these networks are added together in order to form the prediction for the aggregated load. In this paper, it is demonstrated that clustering increases the forecast accuracy significantly. Criteria used for grouping consumers play an important role in this process. In this work, three different feature selection methods for clustering consumers are explained and the effect of feature extraction methods on forecast error is investigated.

Improving the quality of load forecasts using smart meter data

For the operator of a power system, having an accurate forecast of the day-ahead load is imperative in order to guaranty the reliability of supply and also to minimize generation costs and pollution. Furthermore, in a restructured power system, other parties, like utility companies, large consumers and in some cases even ordinary consumers, can benefit from a higher quality demand forecast. In this paper, the application of smart meter data for producing more accurate load forecasts has been discussed. First an ordinary neural network model is used to generate a forecast for the total load of a number of consumers. The results of this step are used as a benchmark for comparison with the forecast results of a more sophisticated method. In this new method, using wavelet decomposition and a clustering technique called interactive k-means, the consumers are divided into a number of clusters. Then for each cluster an individual neural network is trained. Consequently, by adding the outputs of all of the neural networks, a forecast for the total load is generated. A comparison between the forecast using a single model and the forecast generated by the proposed method, proves that smart meter data can be used to significantly improve the quality of load forecast.

Progetto di un nodo sensore wireless ultra low-power per rilevazione del movimento

Negli ultimi anni il tema del risparmio energetico nei sistemi elettronici ha suscitato sempre maggiore interesse, poiché grazie allo sviluppo tecnologico è stato possibile creare dispositivi in grado di operare a bassa potenza. Sempre più applicazioni elettroniche richiedono di funzionare tramite fonti di energia limitata, come per esempio le batterie, con un’autonomia in alcuni casi anche di 15-20 anni, questo è il motivo per il quale è diventato fondamentale riuscire a progettare sistemi elettronici in grado di gestire in modo intelligente l’energia a disposizione. L’utilizzo di batterie però spesso richiede costi aggiuntivi, come per esempio il semplice cambio, che in alcune situazioni potrebbe essere difficoltoso poiché il sistema elettronico si potrebbe trovare in luoghi difficilmente raggiungibili dall’uomo; ecco perché negli ultimi anni il tema della raccolta di energia o anche chiamato Energy Harvesting, sta suscitando sempre più interesse. Con l’Energy Harvesting si possono catturare ed accumulare per poi riutilizzare, piccole quantità di energia presenti nell’ambiente. Attraverso sistemi di Energy Harvesting è quindi diventato possibile trasformare energia cinetica, differenze di temperatura, effetto piezoelettrico, energia solare ecc.. in energia elettrica che può essere utilizzata per alimentare semplici applicazioni elettroniche, nel caso di questa tesi un nodo sensore wireless. I vantaggi dei sistemi di Energy Harvesting rispetto a sistemi alimentati a batteria sono i seguenti: - Costi di manutenzione ridotti; - Fonte di energia idealmente inesauribile e con un impatto ambientale negativo nullo. La potenza fornita da sistemi di Energy Harvesting si aggira intorno a qualche centinaia di uW, perciò è chiaro che il sistema da alimentare deve essere ottimizzato il più possibile dal punto di vista energetico, per questo motivo il progettista si deve impegnare per evitare qualsiasi spreco energetico e dovrà utilizzare dispositivi che permettono una gestione intelligente dell’energia a disposizione, al fine di ottenere la migliore efficienza possibile.

Impatto della propagazione elettromagnetica sulle prestazioni delle reti M3N

Con il termine Smart Grid si intende una rete urbana capillare che trasporta energia, informazione e controllo, composta da dispositivi e sistemi altamente distribuiti e cooperanti. Essa deve essere in grado di orchestrare in modo intelligente le azioni di tutti gli utenti e dispositivi connessi al fine di distribuire energia in modo sicuro, efficiente e sostenibile. Questo connubio fra ICT ed Energia viene comunemente identificato anche con il termine Smart Metering, o Internet of Energy. La crescente domanda di energia e l’assoluta necessità di ridurre gli impatti ambientali (pacchetto clima energia 20-20-20 [9]), ha creato una convergenza di interessi scientifici, industriali e politici sul tema di come le tecnologie ICT possano abilitare un processo di trasformazione strutturale di ogni fase del ciclo energetico: dalla generazione fino all’accumulo, al trasporto, alla distribuzione, alla vendita e, non ultimo, il consumo intelligente di energia. Tutti i dispositivi connessi, diventeranno parte attiva di un ciclo di controllo esteso alle grandi centrali di generazione così come ai comportamenti dei singoli utenti, agli elettrodomestici di casa, alle auto elettriche e ai sistemi di micro-generazione diffusa. La Smart Grid dovrà quindi appoggiarsi su una rete capillare di comunicazione che fornisca non solo la connettività fra i dispositivi, ma anche l’abilitazione di nuovi servizi energetici a valore aggiunto. In questo scenario, la strategia di comunicazione sviluppata per lo Smart Metering dell’energia elettrica, può essere estesa anche a tutte le applicazioni di telerilevamento e gestione, come nuovi contatori dell’acqua e del gas intelligenti, gestione dei rifiuti, monitoraggio dell’inquinamento dell’aria, monitoraggio del rumore acustico stradale, controllo continuo del sistema di illuminazione pubblico, sistemi di gestione dei parcheggi cittadini, monitoraggio del servizio di noleggio delle biciclette, ecc. Tutto ciò si prevede possa contribuire alla progettazione di un unico sistema connesso, dove differenti dispositivi eterogenei saranno collegati per mettere a disposizione un’adeguata struttura a basso costo e bassa potenza, chiamata Metropolitan Mesh Machine Network (M3N) o ancora meglio Smart City. Le Smart Cities dovranno a loro volta diventare reti attive, in grado di reagire agli eventi esterni e perseguire obiettivi di efficienza in modo autonomo e in tempo reale. Anche per esse è richiesta l’introduzione di smart meter, connessi ad una rete di comunicazione broadband e in grado di gestire un flusso di monitoraggio e controllo bi-direzionale esteso a tutti gli apparati connessi alla rete elettrica (ma anche del gas, acqua, ecc). La M3N, è un’estensione delle wireless mesh network (WMN). Esse rappresentano una tecnologia fortemente attesa che giocherà un ruolo molto importante nelle futura generazione di reti wireless. Una WMN è una rete di telecomunicazione basata su nodi radio in cui ci sono minimo due percorsi che mettono in comunicazione due nodi. E’ un tipo di rete robusta e che offre ridondanza. Quando un nodo non è più attivo, tutti i rimanenti possono ancora comunicare tra di loro, direttamente o passando da uno o più nodi intermedi. Le WMN rappresentano una tipologia di rete fondamentale nel continuo sviluppo delle reti radio che denota la divergenza dalle tradizionali reti wireless basate su un sistema centralizzato come le reti cellulari e le WLAN (Wireless Local Area Network). Analogamente a quanto successo per le reti di telecomunicazione fisse, in cui si è passati, dalla fine degli anni ’60 ai primi anni ’70, ad introdurre schemi di rete distribuite che si sono evolute e man mano preso campo come Internet, le M3N promettono di essere il futuro delle reti wireless “smart”. Il primo vantaggio che una WMN presenta è inerente alla tolleranza alla caduta di nodi della rete stessa. Diversamente da quanto accade per una rete cellulare, in cui la caduta di una Base Station significa la perdita di servizio per una vasta area geografica, le WMN sono provviste di un’alta tolleranza alle cadute, anche quando i nodi a cadere sono più di uno. L'obbiettivo di questa tesi è quello di valutare le prestazioni, in termini di connettività e throughput, di una M3N al variare di alcuni parametri, quali l’architettura di rete, le tecnologie utilizzabili (quindi al variare della potenza, frequenza, Building Penetration Loss…ecc) e per diverse condizioni di connettività (cioè per diversi casi di propagazione e densità abitativa). Attraverso l’uso di Matlab, è stato quindi progettato e sviluppato un simulatore, che riproduce le caratteristiche di una generica M3N e funge da strumento di valutazione delle performance della stessa. Il lavoro è stato svolto presso i laboratori del DEIS di Villa Grifone in collaborazione con la FUB (Fondazione Ugo Bordoni).

Sviluppo di una interfaccia per l'integrazione della piattaforma inerziale X-Nucleo con una rete di sensori wireless

Questo elaborato presenta il progetto di una interfaccia per l'aggiunta di sensori inerziali ad un nodo di una WSN (Wireless Sensor Network) �finalizzato al monitoraggio delle frane. Analizzando i vantaggi che avrebbe portato l'utilizzo di ulteriori sensori, si �e cercato di fornire un valido approccio di progettazione; in particolare l'idea �e quella di integrarli con un giroscopio ed un accelerometro aventi applicazioni in altri settori. Con questo particolare utilizzo, essi possono portare ad un miglior monitoraggio riuscendo a rilevare i movimenti in modo dettagliato ed a riconoscere i falsi allarmi. Nell'approccio che si intende suggerire verranno sfruttate schede per la prototipazione rapida, user-friendly e con costi decisamente accessibili, adatte alla sperimentazione elettronica e per lo sviluppo di nuovi dispositivi. Attraverso l'utilizzo di ambienti di sviluppo appositamente creati, si sono simulate le comunicazioni tra nodo e scheda di sensori, mettendo in evidenza i vantaggi ottenuti. Buona parte del progetto ha riguardato la programmazione in linguaggio C/C++, con una particolare attenzione al risparmio energetico.

Smart Grid Test Bed Design and Implementation

Given there is currently a migration trend from traditional electrical supervisory control and data acquisition (SCADA) systems towards a smart grid based approach to critical infrastructure management. This project provides an evaluation of existing and proposed implementations for both traditional electrical SCADA and smart grid based architectures, and proposals a set of reference requirements which test bed implementations should implement. A high-level design for smart grid test beds is proposed and initial implementation performed, based on the proposed design, using open source and freely available software tools. The project examines the move towards smart grid based critical infrastructure management and illustrates the increased security requirements. The implemented test bed provides a basic framework for testing network requirements in a smart grid environment, as well as a platform for further research and development. Particularly to develop, implement and test network security related disturbances such as intrusion detection and network forensics. The project undertaken proposes and develops an architecture of the emulation of some smart grid functionality. The Common Open Research Emulator (CORE) platform was used to emulate the communication network of the smart grid. Specifically CORE was used to virtualise and emulate the TCP/IP networking stack. This is intended to be used for further evaluation and analysis, for example the analysis of application protocol messages, etc. As a proof of concept, software libraries were designed, developed and documented to enable and support the design and development of further smart grid emulated components, such as reclosers, switches, smart meters, etc. As part of the testing and evaluation a Modbus based smart meter emulator was developed to provide basic functionality of a smart meter. Further code was developed to send Modbus request messages to the emulated smart meter and receive Modbus responses from it. Although the functionality of the emulated components were limited, it does provide a starting point for further research and development. The design is extensible to enable the design and implementation of additional SCADA protocols. The project also defines an evaluation criteria for the evaluation of the implemented test bed, and experiments are designed to evaluate the test bed according to the defined criteria. The results of the experiments are collated and presented, and conclusions drawn from the results to facilitate discussion on the test bed implementation. The discussion undertaken also present possible future work.

Overvoltage prevention in LV smart grid using customer resources coordination

Voltage rise is one of the main factors which limits the capacity of Low Voltage (LV) network to accommodate more Renewable Energy (RE) sources. This paper proposes a robust and effective approach to coordinate customers’ resources and manage voltage rise in residential LV networks. PV is considered as the customer RE source. The suggested coordination approach in this paper includes both localized control strategy, based on local measurement, and distributed control strategy based on consensus algorithm. This approach can completely avoid maximum permissible voltage limit violation. A typical residential LV network is used as the case study where the simulated results are shown to verify the effectiveness of the proposed approach.

Multi-agent modelling for the simulation of a simple smart microgrid

The smart grid is a highly complex system that is being formed from the traditional power grid, adding new and sophisticated communication and control devices. This will enable integrating new elements for distributed power generation and also achieving an increasingly automated operation so for actions of the utilities as for customers. In order to model such systems a bottom-up method is followed, using only a few basic elements which are structured into two layers: a physical layer for the electrical power transmission, and one logical layer for element communication. A simple case study is presented to analyse the possibilities of simulation. It shows a microgrid model with dynamic load management and an integrated approach that can process both electrical and communication flows.