Smart city Shahrour AUST Beirut april 2015 sh

Smart  City  for  developing  countries:  Utopia  or  a  real  opportunity?    Professor  Isam  Shahrour,    University  Lille1  –    Science  and  Technology      AUST  Seminar  “Smart  City”,  Beirut,  April,  28  

Q1  :  What  are  the  main  challenges  of  developing  countries  ?    Q2  :    What  is  the  smart  city  concept  ?    Q3  :  Why  this  concept  should  be  implemented  in  developing  countries  ?    Q4:    How  to  implement  the  smart  city  concept  ?    (Case  study  :  SunRise  project)    

Urban    Developing  countries  

Urban  –    Developed    countries  

Rural    Developing  countries  

Challenge  of  the  populaDon  growth  

By  2030  :  •  Nearly  2  billion  of  new  urban  residents  •  Urban  populaHons  of  South  Asia  and  Africa  

will  double  •  400,000  km2  will  be  constructed  for  urban  

use  (doubling  the  world’s  built  urban  area)  

ConcentraDon  in  mega-­‐ciDes  

World  map  of  mega-­‐ciDes  in  2030  

Challenge  of  the  Energy  

By  2035  (InternaDonal  Energy  Agency    -­‐  IEA):  •  One  billion  without  access  to  the    electricity    •  2.7  billion  without  access  to  clean  cooking  fuels  

TransportaDon  :  The  largest  world  challenge        

Air  polluDon  •  7  million  premature  deaths  annually  linked  

to  air  polluHon  (WHO)  

 •  80  %  of  the  greenhouse  emission  •  Global  warming  –  climate  change  

•  1  billion  do  not  have  access  to  drinking  water  service    •  2.4  billion  do  not  have  access  to  sewage  water  service  •  Leakage  :  50%  water  lost  in  some    ciHes  •  Water  contaminaHon  •  Flood  …  

Water  Chalenges  

Social  challenges  :  •  Access  to  services  (administraHve,  educaHon,  

health,  transport,…)  •  Security  (supply,  operaHng,..)  •  CiHzen    implicaHon  in  the  city  development  

and  gouvernance  

Economic  challenges  :  •  Job  opportunity    •  Running  cost  savings  •  Industrial  and  services  compeHHveness  

Q1  :  What  are  the  main  challenges  of  developing  countries  ?    Q2  :    What  is  the  smart  city  concept  ?    Q3  :  Why  this  concept  should  be  implemented  in  developing  countries  ?    Q4  How  to  implement  the  smart  city  concept  ?    (Case  study  :  SunRise  project)    

Digital  RevoluDon  •  Social  network    •  Mobile  •  Internet  of  things  

Could  operate:    •   Measurement  (state)    •   Data  storage  (?)    •   Analysis  (intelligence  /  knowledge)    •   CommunicaHon  with  other  “Things”  

Each  “Thing”  

•  Unique  idenDfier  •  Localized  

The  Internet  of  Things  

Smart  Sensors  and  actuators  

Smart  Technology   Smart  governance  

Health,  EducaHon  Art,  Culture  

BIG  DATA  digital,  images,  movies,  audios  

More  data    

Smart  city  technology  allows  •  Real-­‐Hme  monitoring  (Urban  systems  as  well  

•  Rapid  acHon  in  the  case  of  abnormal  event  (security,  leakage,  contaminaHon,....)  

•  OpHmal  management  

•  Stakeholders  implicaHon  •  New  services    

Smart  Grid  –  NEMA  Report  (2011)  Associa=on  of  electrical  and  medical  imaging  equipment  manufacturers  (US)    

Electrical  Grid  Network  (SunRise  Project,  PhD  D.  Sakr)    

A2  

M6  

HT:  20  kV  LT:  380  V  Supply  

FAULT!!  

A2  

Smart  Energy  :  opDmal    management  

ProducDon  

Storage   Smart  Grid    

Energy  ConsumpDon  

Smart  City  market  by  2020  :  $408  billion  

www.forbes.com,  June  2014  

Q1  :  What  are  the  main  challenges  of  developing  countries  ?    Q2  :    What  is  the  smart  city  concept  ?    Q3  :  Why  this  concept  should  be  implemented  in  developing  countries  ?    Q4:    How  to  implement  the  smart  city  concept  ?    (Case  study  :  SunRise  project)    

Different  scales  of  implementaDon  

City     Campus  

Focus  on  CiDzens,  Users,  

Environment  

In  a  smart  soluDon,  we  

Technology    Social  Science    CollecDve    intelligence    

Improve  Life  quality  Security  

Environment    

opDmized  cost    

OpportuniHes  in  developing  countries  

We  have  to  build  or  to  update  the  infrastructures  (urban  networks,  transportaHon,  buildings,..  

The  cost  of  smart  monitoring  is  low  regarding  the  infrastructure  cost.  

The  smart  “design”  reduces  the  cost  of  construcDon  

Global  vision  of  the  cost:  Life  cycle  cosHng  

Design  

ConstrucDon  

OperaDng  cost    

Maintenance  

Impact  on  the  environment  

Recycling    

Stakeholders  •  Users,  technical    staff  

•  AdministraHve  staff  

•  Improves  the  asset  management    •  Reduces  the  running  and  maintenance  costs    

The  smart  technology    

Savings  in  the  construcDon  and  running  costs  largely  funds  the  smart  system    

Other  opportuniDes  for  developing  countries      

•  High  mobile  penetraHon  •  High  use  of  the  social  media  •  Good  skills  in  informaHon  technology  •  Job  opportunity..  

Barriers  to  the  smart  city  implementaDon    

•  Cultural    (policy  makers,  administraHon,  private  sector,  individual…)    

 •  OrganizaHon  (in  silos)  •  RegulaHons  •  Economic  model    

How  to  start  ??    

We  can  start  by  «  demonstrators  in  order  to  learn  how  to  :  -­‐  Design,  build  and  use  the  smart  technology  -­‐  Establish  cooperaHon  between  services  and  

stakeholders  (work  together)  

-­‐  Update  the  regulaHon    -­‐  Establish  an  economic  model  -­‐  Educate  to  live  in  a  “smart  world”    

July  18,  2014    

•  100  Smart  City  projects  •  Government  investment  (2015):  $  1.2  billion    

India  :    

China  :    

$322  billion  

August  13,  2014  :      200  Smart  City  projects  

Africa   2014  

CombinaHon  of  :  •  Rapid  urbanizaHon  •   Increasing  demand  for  urban  services  •  Telecoms  growth  

Africa  :  Huge  perspecHve  for  the  implementaHon  of  the  Smart  City  

Q1  :  What  are  the  main  challenges  of  developing  countries  ?    Q2  :    What  is  the  smart  city  concept  ?    Q3  :  Why  this  concept  should  be  implemented  in  developing  countries  ?    Q4:    How  to  implement  the  smart  city  concept  ?    (Case  study  :  SunRise  project)    

Smart  City    How  did  we  start  ?    

Large  academic    project    «  City  of  the  Future)  ?  

2010  -­‐  2011  

CiDes   Metropolis   Social  Housing  Eco-­‐District  

Energy    (Elecrical,  Gaz,    District  heaDng)  

Water    (Drinking,    Sewage)  

ConstrucDon  companies  

TelecommunicaDon  

IT  SoluDon  Engineering  

Research  

EducaDon  

InnovaDon  

Combine  3  issues:  •  City    •  Sustainability  •  Digital    

Smart  and    Sustainable  

Smart  Grid  implementaDon  ?  

 Large  ExperimentaDon  (Demonstrator)    

ScienDfic  Campus  

Small  town:  •  25  000  users  •  140  Buildings          (320  000  m2  )    

ConstrucDon  Year  

44  

C1  –  Chimie  (1966)   Polytech’Lille  (2000)  

IUT      (2006)  

100  km  of  Urban  Networks  

•  Drinking  Water  •  Sewage  •  District  HeaDng  •  Gas    •  Electrical  (  HV,  LV)  •  Public  light  •  Roads    

InnovaDon  operators    •  Pole  Ubiquitaire  •  CITC  –EURARFID  •  PRN  

Local  government  •  AMGVF  (Large  

CiHes  associaHon)  •  Lille  Metropolis  •  Region  •  ArtoisComm  

InternaDonal:  •  W-­‐Smart  (Int.  Ass.  for  

water  Security)  •  US  •  Netherland,  UK,  Spain  •  Lebanon,  Morocco  

Water/Energy/Buildings  operators  •  Dalkia  •  Eaux  du  Nord  (Suez)  •  Eau  de  Paris  •  ERDF    •  Lille  Métropole  Habitat    

Research  Laboratories:  •  Engineering  •  InformaHon  technology    •  Social  Science  

EducaDon  :  •  Master  programs  •  PhD  programs  

Starts-­‐ups  :    Stereograph,  Noolioc,    Inodesign,  Calmwater,  Planete  oui,  Ixsane,  Projex,    

Public/private/InternaDonal  partners:  

SunRise  Community  :  Faculty  members,  PhD,  Master  Degree  Students,  engineers,    

SunRise  Plamorm  InformaDon  Sytem  

Asset  Data  (GIS)  

AnalyDcs  

Wb  servor    communicaDon  

•  Users  •  Management  staff  •  Technical  staff  •  Academic  Staff  •  Public  

CommunicaDon  :    •  Réseaux  filaires    •  Réseaux  sans  fils    

Monitoring    •  Buildings  •  Water  Network  •  Energy  network  •  Others    

Sensors  data    

Users    -­‐  Alert    -­‐  InformaHon  

Users  data    

Open  data    •  Weather  •  Traffic    •  Emergency    

Open  data    

•  Drinking  Water  •  Sewage  •  District  HeaDng  •  Gas    •  Electrical  (  HV,  LV)  •  Public  light  •  Roads    

Drinking  water    

Concerns:    • Leakage  • Real-­‐Hme  contaminaHon  detecHon  • Users  awareness  • Energy  opHmizaHon  

Partners  :      •  W-­‐Smart  •  Eaux  du  Nord  (Suez  Environment),  Eaux  de  Paris,  CEA-­‐LIST  

•  KWR,  SmrtWater4Europe  (Acciona,  Vitens,  Thames  water,…)  

TWUL  Demo  site  London  

Smart  Caceres  Caceres  

VIP  Leeuwarden  

Sunrise  Demo  site  Lille    

ü  Project  Budget:  12M€  ü  EU  funding:  FP7  INNO  DEMO    ü  Project  duraDon:  4  year  ü  Project  Management:  Vitens  N.V.  

ü  12  innovaDve  SMEs  ü  3  water  uDliDes  ü  3  research  insDtutes  ü  1  company  ü  2  plamorm  organizaDons  

European  Project  SmartWater4Europe  

•  16 Km de pipes

•  49 fire hydrant s

•  250 valves

•  90 ARM

•  5 pressure cells

VHF 169 MHz

Portail de restitution de données

GPRS

Data  transfer  

Consommation d’eau - Weekend (m3/j)

Water  consumpDon  (week  –  end)  

Water  quality    

Real  Dme  detecDon  of  the  

water  contaminaDon  ?  

Intellisonde  (UK)  

Event  Lab  (Netherland)  

S::scan  (Austria  )  

Contaminant  InjecDon  

Phase  1  :  Devices  qualificaHon  in  a  large  scale  pilot    

OpDca  response  to  chemical  injecDon    

1,5  

2  

2,5  

3  

3,5  

4  

4,5  

5  

5,5  

6  

10:33   11:02   11:31   12:00   12:28   12:57   13:26   13:55   14:24  

108    UFC/ml  

108    UFC/ml  

107      UFC/ml  107  

UFC/ml  

 S::can  response  to  bacteria  injecDon  

Time  

District  heaDng  

Concerns:    • Data-­‐based  DiagnosHc    • ReducHon  of  energy  looses  (primary,  secondary,  buildings)  

• Demand-­‐  based  energy  producHon  (usage,  historical  data,…)  

• Users  awareness  

SunRise Site pilote de la ville intelligente et durable

Réseau  d'eau  

District  heaDng  system  

HeaDng    Center  

HeaDng  Sub-­‐StaDon  

•  Temperature  •  Flow  •  Pressure  •  ConsumpHon  

RegulaHon  System  (Valve  Controllers)  

Old  regulaDon  system  

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Data  :  Building  «  M1  »  

Heat  ConsumpDon   External  Temperature  

Heat    ConsumpDon  

External  Temperature  

Analysis  showed  a  high  potenDal  of  energy  savings  (up  to  40  %  in  some  buildings)  

University  Decision  :  Large  investment  in  -­‐  Upgrading  the  district  heaHng  network  to  a  smart  network  

-­‐  Co-­‐generaHon  staHon      

Funded  by  :  •  Energy  savings  •  Public  –  private  partnership    

Under  Progress:    

•  Public  lighHng  •  Sewage    •  Cyber  security    

 •  SunRise  social  network  •  SunRise  Wikipedia    

SunRise  today  (4  years)      •  Major  Smart  City  project    •  Large  private-­‐public  partnership  •  CreaHon  of  a  start-­‐up,  others  in  perspecHve  •  Several  implementaHons  (social  housing,  eco-­‐

district,  park  of  technology,  town,..)  

Priority  in  the  6-­‐years  regional  development  plan  (state  –  region  agreement)  with  significant  public  funding