The path toward smart cities: the approach of a local utility in Italy

Global urbanization trends and the idea of sustainability represent two major challenges for cities. The concept of Smart City has been developed as a strategy to drive economic growth, improve quality of life of people and enable cities to use technology, information and data to improve infrastructure and services. This research thesis is organized to provide a synopsis of the various elements which compose a smart grid, and it focuses especially on technologies and system configurations that can be used for converting a Microgrid in a "Smart Microgrid". Once described the context that characterizes the Smart Cities and the Microgrids, the thesis will concentrate on two of the main improvements planned for a harmonious development of the Microgrid examined. The first study concerns the development of a plan for sustainable mobility conducted in cooperation with a local utility (industrial partner of the present Ph.D.). It was submitted to local municipalities Osimo and Recanati, both located in Marche Region (Italy), in order to start a project that envisages the installation of several charging stations starting from 2014. The second part of the study, illustrates the possible technical developments of the CHP-District Heating located in Osimo Town. On the basis of the experience reported by the local utility Astea, some critical aspects in its management and design were put into evidence such as the over-sizing of the gas turbine of the CHP unit, the reduction of the marginal profit due to the variation of the pattern condition in the energy sector, low users density along the network and absence of "smart users energy meters". Regarding the abovementioned aspects, some possible modifications of the existing plant configuration will be analysed, in order to improve the system efficiency and manage the variable heat demand during the year in a smart way.

La sostenibilità ambientale e il processo di urbanizzazione, rappresentano due grandi sfide per uno sviluppo armonico delle città odierne. Il concetto di Smart City si configura come una strategia volta a coniugare i fabbisogni del cittadino con l'evoluzione del contesto urbano caratterizzato sempre più da una stretta interconnessione tra tecnologie dell'informazione, trasporto e produzione. Il presente lavoro ha lo scopo di fornire un quadro sinottico dei vari elementi che compongono una "Smart Grid", focalizzando la propria attenzione su tecnologie e possibili configurazioni da impiegare per la conversione di una "Microgrid" in una "Smart Microgrid". Una volta descritto il contesto generale che caratterizza le nuove "città intelligenti", la tesi sofferma la propria attenzione su due dei possibili miglioramenti previsti per uno sviluppo armonico delle "Microgrid" nell'ambito del contesto territoriale esaminato. Il primo studio riguarda lo sviluppo di un piano per la mobilità sostenibile, condotto in collaborazione con la Multiutiliy Astea Spa (partner industriale del presente dottorato di ricerca). Il progetto consiste in uno studio di fattibilità tecnico-economica, che prevede l'installazione di diverse stazioni di ricarica a partire dall'anno 2014. La seconda parte della presente tesi, riguarda i possibili sviluppi tecnologici della centrale di cogenerazione e teleriscaldamento situata nella città di Osimo. Da una analisi tecnico-economica della centrale sono emersi alcuni aspetti critici legati alla gestione e progettazione dell'impianto come: il sovradimensionamento della turbina a gas, la riduzione del profitto marginale dovuto al profondo mutamento del contesto energetico nazionale, la bassa densità degli utenti lungo la rete e l'assenza di sistemi di misura meglio noti come "smart meters" per una gestione intelligente del calore. Sulla base di quanto anzidetto, saranno analizzati alcune possibili interventi da applicare alla configurazione esistente, al fine di migliorare l'efficienza del sistema e consentire una migliore gestione della richiesta di calore.