Smart energy regions : cost and value

Ever since the landmark Earth Summit in Rio in 1992, global awareness of sustainability has come a long way in terms of reduction of carbon emissions and increasing energy eɉciency in the conte_t of environmental issues. 4oreover, in view of our limited land resource and the realisation of finite earth resources, there is currently an ever-growing thrust in favour of retrofitting and reusing existing buildings for re-use. Underpinning all this, perhaps stemmed from the aftermath of the financial crisis in 2008, there has been an eXually important financial sensitivity to the cost of a project. An investment in retrofitting a building may take various forms, including its fasade restoration, indoor refurbishment for a designated re-use. These inherently bring with them an added value to the building in its new state, for the given capital cost. EXually in today»s energy-conscious, carbon-reduction era, such a retrofit would typically include upgrading the building fabric to improve the building»s energy eɉciency, through passive design, complemented with RES, without compromising the general comfort and well-being of its occupants. Today the latter is considered to be higher on the owner»s agenda, given evidence that it increases productivity. This is perhaps one way of ºdoing more with less» ¶ a smarter way towards building design. This COST Action, purports to do just that. It promotes smarter use of energy at both building and regional levels. Workgroup 3 focuses e_plicitly on demonstrating the link between cost and value of such retrofitting, applicable to both new and old buildings, as well as infrastructure and energy systems, at regional and national levels. Chapters collate papers from different member states covering aspects related to cost and value, covered under four principal chapter headings, namely Environmental Design, Sustainable Retrofitting, Energy Systems and Technologies as well as Smart energy Regions, touching on strategies for a top-down versus a bottom-up approach. The book starts with an introduction to the subject area by the Action Chairman and ends with a concise set of Conclusions by the workgroup chair. This publication covers the deliverable of Working .roup 3 for COST Action TU1104, better known by the acronym, Smart-ER

μGIM - Microgrid intelligent management system based on a multi-agent approach and the active participation of end-users

[ES] Los sistemas de potencia y energía están cambiando su paradigma tradicional, de sistemas centralizados a sistemas descentralizados. La aparición de redes inteligentes permite la integración de recursos energéticos descentralizados y promueve la gestión inclusiva que involucra a los usuarios finales, impulsada por la gestión del lado de la demanda, la energía transactiva y la respuesta a la demanda. Garantizar la escalabilidad y la estabilidad del servicio proporcionado por la red, en este nuevo paradigma de redes inteligentes, es más difícil porque no hay una única sala de operaciones centralizada donde se tomen todas las decisiones. Para implementar con éxito redes inteligentes, es necesario combinar esfuerzos entre la ingeniería eléctrica y la ingeniería informática. La ingeniería eléctrica debe garantizar el correcto funcionamiento físico de las redes inteligentes y de sus componentes, estableciendo las bases para un adecuado monitoreo, control, gestión, y métodos de operación. La ingeniería informática desempeña un papel importante al proporcionar los modelos y herramientas computacionales adecuados para administrar y operar la red inteligente y sus partes constituyentes, representando adecuadamente a todos los diferentes actores involucrados. Estos modelos deben considerar los objetivos individuales y comunes de los actores que proporcionan las bases para garantizar interacciones competitivas y cooperativas capaces de satisfacer a los actores individuales, así como cumplir con los requisitos comunes con respecto a la sostenibilidad técnica, ambiental y económica del Sistema. La naturaleza distribuida de las redes inteligentes permite, incentiva y beneficia enormemente la participación activa de los usuarios finales, desde actores grandes hasta actores más pequeños, como los consumidores residenciales. Uno de los principales problemas en la planificación y operación de redes eléctricas es la variación de la demanda de energía, que a menudo se duplica más que durante las horas pico en comparación con la demanda fuera de pico. Tradicionalmente, esta variación dio como resultado la construcción de plantas de generación de energía y grandes inversiones en líneas de red y subestaciones. El uso masivo de fuentes de energía renovables implica mayor volatilidad en lo relativo a la generación, lo que hace que sea más difícil equilibrar el consumo y la generación. La participación de los actores de la red inteligente, habilitada por la energía transactiva y la respuesta a la demanda, puede proporcionar flexibilidad en desde el punto de vista de la demanda, facilitando la operación del sistema y haciendo frente a la creciente participación de las energías renovables. En el ámbito de las redes inteligentes, es posible construir y operar redes más pequeñas, llamadas microrredes. Esas son redes geográficamente limitadas con gestión y operación local. Pueden verse como áreas geográficas restringidas para las cuales la red eléctrica generalmente opera físicamente conectada a la red principal, pero también puede operar en modo isla, lo que proporciona independencia de la red principal. Esta investigación de doctorado, realizada bajo el Programa de Doctorado en Ingeniería Informática de la Universidad de Salamanca, aborda el estudio y el análisis de la gestión de microrredes, considerando la participación activa de los usuarios finales y la gestión energética de lascarga eléctrica y los recursos energéticos de los usuarios finales. En este trabajo de investigación se ha analizado el uso de conceptos de ingeniería informática, particularmente del campo de la inteligencia artificial, para apoyar la gestión de las microrredes, proponiendo un sistema de gestión inteligente de microrredes (μGIM) basado en un enfoque de múltiples agentes y en la participación activa de usuarios. Esta solución se compone de tres sistemas que combinan hardware y software: el emulador de virtual a realidad (V2R), el enchufe inteligente de conciencia ambiental de Internet de las cosas (EnAPlug), y la computadora de placa única para energía basada en el agente (S4E) para permitir la gestión del lado de la demanda y la energía transactiva. Estos sistemas fueron concebidos, desarrollados y probados para permitir la validación de metodologías de gestión de microrredes, es decir, para la participación de los usuarios finales y para la optimización inteligente de los recursos. Este documento presenta todos los principales modelos y resultados obtenidos durante esta investigación de doctorado, con respecto a análisis de vanguardia, concepción de sistemas, desarrollo de sistemas, resultados de experimentación y descubrimientos principales. Los sistemas se han evaluado en escenarios reales, desde laboratorios hasta sitios piloto. En total, se han publicado veinte artículos científicos, de los cuales nueve se han hecho en revistas especializadas. Esta investigación de doctorado realizó contribuciones a dos proyectos H2020 (DOMINOES y DREAM-GO), dos proyectos ITEA (M2MGrids y SPEAR), tres proyectos portugueses (SIMOCE, NetEffiCity y AVIGAE) y un proyecto con financiación en cascada H2020 (Eco-Rural -IoT)

Sustainable consumption: towards action and impact. : International scientific conference November 6th-8th 2011, Hamburg - European Green Capital 2011, Germany: abstract volume

This volume contains the abstracts of all oral and poster presentations of the international scientific conference „Sustainable Consumption – Towards Action and Impact“ held in Hamburg (Germany) on November 6th-8th 2011. This unique conference aims to promote a comprehensive academic discourse on issues concerning sustainable consumption and brings together scholars from a wide range of academic disciplines. In modern societies, private consumption is a multifaceted and ambivalent phenomenon: it is a ubiquitous social practice and an economic driving force, yet at the same time, its consequences are in conflict with important social and environmental sustainability goals. Finding paths towards “sustainable consumption” has therefore become a major political issue. In order to properly understand the challenge of “sustainable consumption”, identify unsustainable patterns of consumption and bring forward the necessary innovations, a collaborative effort of researchers from different disciplines is needed

Steering urban growth: governance, policy and finance

We live in an urban age. Over half the world’s population now lives in urban areas, while the urban population is expected to reach 60% by 2030. At the same time, the importance of cities for national economic growth and climate change continues to increase. Three groups of cities will be particularly important for the global economy and climate: Emerging Cities, Global Megacities and Mature Cities. When combined, these 468 cities are projected to contribute over 60% of global GDP growth and over half of global energy-related emissions growth between 2012 and 2030 under business as usual. However, not all countries and cities will benefit from the potential economic gains of urban growth under business as usual. The winners and losers of urban expansion will depend on the policy decisions that national and sub-national governments make over the next few years. Evidence suggests that urban growth that is poorly managed by governments can lead to a range of economic, social and environmental costs, such as traffic congestion, inefficient public transport, air pollution with associated health impacts, and inadequate infrastructure for basic services such as energy, water and waste

Sustainability of Urban Sprawl: Environmental-Economic Indicators for the Analysis of Mobility Impact in Italy

Sound empirical and quantitative analysis on the relationship between different patterns of urban expansion and environmental or social costs of mobility are still very rare in Europe and the few studies available provide only a qualitative discussion on this. Recently, Camagni et al. (2002) have performed an empirical analysis on the metropolitan area of Milan, aimed at establishing whether different patterns of urban expansion generate different levels of land consumption and heterogeneous impacts of urban mobility. Results confirm the expectation that higher environmental impact of mobility is associated with more extensive and sprawling urban development, more recent urbanisation processes and residential specialisation. The present paper enlarges further the empirical analysis to seven Italian metropolitan areas (namely, Bari, Florence, Naples, Padua, Perugia, Potenza and Turin) to corroborate previous results for the Italian context. The novelty of the present paper is threefold. Firstly, we are interested in exploring the changes occurred to the intensity of the mobility impact across a ten-year period, from 1981 to 1991, corresponding to the Italian economic boom years. Secondly, using an econometric analysis in cross-section, we consider several metropolitan areas at once, being therefore able to explore whether there are significant differences in the way the model explains variations in the mobility impact across various Italian urban areas. Finally, we propose a conceptual interpretation of the causal chain in the explanation of the mobility impact intensity and we test it using Causal Path Analysis.Urban mobility, Sprawl, Environmental sustainability, Collective costs

Ontologies for the Interoperability of Heterogeneous Multi-Agent Systems in the scope of Energy and Power Systems

Tesis por compendio de publicaciones[ES]El sector eléctrico, tradicionalmente dirigido por monopolios y poderosas empresas de servicios públicos, ha experimentado cambios significativos en las últimas décadas. Los avances más notables son una mayor penetración de las fuentes de energía renovable (RES por sus siglas en inglés) y la generación distribuida, que han llevado a la adopción del paradigma de las redes inteligentes (SG por sus siglas en inglés) y a la introducción de enfoques competitivos en los mercados de electricidad (EMs por sus siglas en inglés) mayoristas y algunos minoristas. Las SG emergieron rápidamente de un concepto ampliamente aceptado en la realidad. La intermitencia de las fuentes de energía renovable y su integración a gran escala plantea nuevas limitaciones y desafíos que afectan en gran medida las operaciones de los EMs. El desafiante entorno de los sistemas de potencia y energía (PES por sus siglas en inglés) refuerza la necesidad de estudiar, experimentar y validar operaciones e interacciones competitivas, dinámicas y complejas. En este contexto, la simulación, el apoyo a la toma de decisiones, y las herramientas de gestión inteligente, se vuelven imprescindibles para estudiar los diferentes mecanismos del mercado y las relaciones entre los actores involucrados. Para ello, la nueva generación de herramientas debe ser capaz de hacer frente a la rápida evolución de los PES, proporcionando a los participantes los medios adecuados para adaptarse, abordando nuevos modelos y limitaciones, y su compleja relación con los desarrollos tecnológicos y de negocios. Las plataformas basadas en múltiples agentes son particularmente adecuadas para analizar interacciones complejas en sistemas dinámicos, como PES, debido a su naturaleza distribuida e independiente. La descomposición de tareas complejas en asignaciones simples y la fácil inclusión de nuevos datos y modelos de negocio, restricciones, tipos de actores y operadores, y sus interacciones, son algunas de las principales ventajas de los enfoques basados en agentes. En este dominio, han surgido varias herramientas de modelado para simular, estudiar y resolver problemas de subdominios específicos de PES. Sin embargo, existe una limitación generalizada referida a la importante falta de interoperabilidad entre sistemas heterogéneos, que impide abordar el problema de manera global, considerando todas las interrelaciones relevantes existentes. Esto es esencial para que los jugadores puedan aprovechar al máximo las oportunidades en evolución. Por lo tanto, para lograr un marco tan completo aprovechando las herramientas existentes que permiten el estudio de partes específicas del problema global, se requiere la interoperabilidad entre estos sistemas. Las ontologías facilitan la interoperabilidad entre sistemas heterogéneos al dar un significado semántico a la información intercambiada entre las distintas partes. La ventaja radica en el hecho de que todos los involucrados en un dominio particular los conocen, comprenden y están de acuerdo con la conceptualización allí definida. Existen, en la literatura, varias propuestas para el uso de ontologías dentro de PES, fomentando su reutilización y extensión. Sin embargo, la mayoría de las ontologías se centran en un escenario de aplicación específico o en una abstracción de alto nivel de un subdominio de los PES. Además, existe una considerable heterogeneidad entre estos modelos, lo que complica su integración y adopción. Es fundamental desarrollar ontologías que representen distintas fuentes de conocimiento para facilitar las interacciones entre entidades de diferente naturaleza, promoviendo la interoperabilidad entre sistemas heterogéneos basados en agentes que permitan resolver problemas específicos de PES. Estas brechas motivan el desarrollo del trabajo de investigación de este doctorado, que surge para brindar una solución a la interoperabilidad de sistemas heterogéneos dentro de los PES. Las diversas aportaciones de este trabajo dan como resultado una sociedad de sistemas multi-agente (MAS por sus siglas en inglés) para la simulación, estudio, soporte de decisiones, operación y gestión inteligente de PES. Esta sociedad de MAS aborda los PES desde el EM mayorista hasta el SG y la eficiencia energética del consumidor, aprovechando las herramientas de simulación y apoyo a la toma de decisiones existentes, complementadas con las desarrolladas recientemente, asegurando la interoperabilidad entre ellas. Utiliza ontologías para la representación del conocimiento en un vocabulario común, lo que facilita la interoperabilidad entre los distintos sistemas. Además, el uso de ontologías y tecnologías de web semántica permite el desarrollo de herramientas agnósticas de modelos para una adaptación flexible a nuevas reglas y restricciones, promoviendo el razonamiento semántico para sistemas sensibles al contexto

The potential of Positive Energy Districts as energy governance tools for a Just Transition

The idea of PEDs as decarbonised urban areas that produce enough power to export an annual surplus is to be lauded, but it is not without problems. Indeed, PEDs have the potential to contribute to a more just transition – that is, only if their implementation is done in an equitable way that focuses on affordability across population segments. Most PED research focuses on technical aspects and neglects social issues. Furthermore,there are scant studies on the link between technologically innovative living spaces such as smart cities or PEDs and justice. There has been some prior use of the capability approach as the basis for energy justice research but it is also noted that there is a need for research into the adaptation of energy capabilities for smart technology districts such as PEDs. Moreover, the capability approach is normally operationalized based on adapted lists of core capabilities following Nussbaum while an approach which is more open to individual cultural interpretations of what is considered a valued life (more in line with Sen) has not received as much attention. Furthermore, there is currently no conceptual framework that links energy vulnerability overtly with SDG7 (access to clean and affordable energy). Providing such a link would provide a potential way of enhancing policymaker ability to directly target those that are energy vulnerable in more effective ways

Modelling of impacts of CO2 auctions on the district heating sector

This doctoral thesis is describing major aspects of district heating technology and its position within energy sector in the context of the Czech Republic and EU as well and the most important district heating features. According to acknowledged European methodology, district heating networks delivering heat from CHP process could be regarded as one of the most efficient solution for covering heat needs. The core of the thesis is devoted to description and modelling the factors influencing the heat market, legislation factors could be seen as most important with potential to severely influence the market conditions. Optimization model of differential NPV was chosen as optimal solution for comparing the development in business-as-usual situation and under the new requirements and each relevant legislation effect is transformed into risk factor influencing future heat prices. Model outcomes are formulated in the two legislation and three CO2 price scenarios and confirm non-symmetrical effects on the heat market participants arising from the size of installations. There are various approaches how this distortion could be addressed. Among possible solutions indirect carbon tax based tool was identified as the most appropriate way how to remedy distortions on the heat market towards inclusion of CO2 costs into price of fuels for installations outside EU ETS. This solution could be easily realized by using existing legislation tools and application of possible remedial tool on the heat market is described. Results of these analyses support the idea of necessity to introduce this type of tool as soon as possible in order to avoid undue competition distortions on the heat market in the Czech Republic.Katedra ekonomiky, manažerství a humanitních vě