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Cours« Villeetterritoiresintelligents »Cycle« DirecteursGénéraux »
« L’innovationauservicedel’actionpubliquelocale»INETdeStrasbourg,7Juin2016
ProfesseurIsamShahrourUniversitéLille1– SciencesetTechnologies
https://www.linkedin.com/in/ishahrourhttps://www.facebook.com/isam.shahrour
INET Strasbourg
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Ville
• Quartier• ParcdeBâtiments• Bâtiment• Réseau(eau,électricité,gaz,..)• Service(transport,déchet,..)
Intelligente
Solution«innovante »Intérêt«collectif »
• Usager• Environnement• Société
Défis,difficultés,ambitions
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Plan• Défisdelaville• Conceptde« VilleIntelligente»• EtatdelieudeprojetsSmartCitydanslemonde• Démarchepourdémarrerunprojetdeville
intelligente• Projetdedémonstrateur– SunRiseSmartCity
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Plan• Défisdelaville• Conceptde« VilleIntelligente»• EtatdelieudeprojetsSmartCitydanslemonde• Démarchepourdémarrerunprojetdeville
intelligente• Projetdedémonstrateur– SunRiseSmartCity
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Démographie:Croissanceurbaine
UrbanDevelopingcountries
Urban–Developedcountries
RuralDevelopingcountries
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En2030:• Prèsde2milliardsdenouveauxcitadins• Lapopulationurbainedel'AsieduSudeten
Afriquevadoubler• Besoinde400.000km2 deconstructionsensite
urbain(doublementdelasurfaceconstruitedanslemonde)
Paysenvoiededéveloppement:
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Concentration dans des grandes villes
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Enperspective,desvillesdeplusde50millions
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Vieillissementdelapopulation
50à70%
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Laville:• 70%duPIBmondial...• 600métropolesgénèrent60%duPIBmondial• 95%delacroissancedelapopulationdanslespaysenvoiededéveloppement
Concentrationdel'activitééconomique
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Conséquencesdelacroissancedémographique
Augmentationde:• Pressionsurlesservicesetlesinfrastructures• Pressionsurlesressourcesnaturelles(énergie,
eau,matériauxdeconstruction...)Pr• Pollution(air,sol,eau,..)• Tensionssociales,…
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Augmentationdelademandepour:• Nouvellesconstructions(logements,services,
industrie,...)• Infrastructures(routes,énergie,eau,
communication,collecteettraitementdesdéchets,..)
• L'adaptationdesinfrastructuresexistantesauxbesoinsd'aujourd'hui.
Conséquencesdelacroissancedémographique
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Infrastructures Urbaines
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Electricité:• Lignes haute et basse tensions: 1 300 000 km
(32 fois la circonférence de la terre)• Transformateur:726000
BâtimentetinfrastructuresenFrance
Eau:• Réseaud’eauportable:1050000km• Réseaud’assainissement :370000km(unpatrimoinedeprèsde200milliardsd'euros)
Logement:Prèsde34millionsd’unités
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Laville:unsystèmevivant
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InfrastructuresenFrance
80%(France)
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Vieillissementdesinfrastructures
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10mars2015
Vieillissementdesinfrastructures
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Infrastructuresfortementdégrées(D+)
EtatsUnis:
(ASCE,2013)
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Eaupotable• 1milliardsansaccèsauxservicesd'eaupotable• Fuite:50%d'eauperduedanscertainesvilles• Grandedégradationdelaqualitédel'eau
Paysenvoiededéveloppement
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Assainissement:• 2,4milliardssansaccèsauserviced’assainissement• inondation,santépublique• Pollutiondessolsetdel'eau
Paysenvoiededéveloppement:
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Besoinannuel:1,8à2,3trillions
Transport
Electricity
Water
Telecom
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PollutionPollutiondel’airtueprèsde7millionchaqueannée(OMS)
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Gazàeffetdeserre
Laville:70%delaconsommationd’énergie80%del’émissiondugazàeffetdeserre
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Plan• Défisdelaville• Conceptde« VilleIntelligente»• EtatdelieudeprojetsSmartCitydanslemonde• Démarchepourdémarrerunprojetdeville
intelligente• Projetdedémonstrateur– SunRiseSmartCity
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• Réduirelesconsommationd’énergie• Réduirel’émissiondugazàeffetdeserre• Préserverlesressourcesnaturelles• Améliorerlecadredevie(patrimoine,services,…)
Transformerlaville
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Transformerlaville:versunevilledurable
Transformer lesinfrastructures:• Trèslargesinvestissements• Temps« long »
Transformer lesméthodesdegestion:• Desinvestissementsmodérés• Temps« court/moyen»
Rôlededel’innovationtechnologiqueetnontechnologique?
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Composantes(Physique)?Contenusetusage?Desexemples?
Lavilleconnectée,c’estquoi?
Innovation« majeure»pourlaville
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TechnologieNumérique
Internet
RéseauxSociaux
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Capteursintelligents• Mesurer• Analyser• Communiquer• Fairedesactions
Technologie NumériqueInternetdesobjets
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Capteursintelligents
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VoirAnalyserComprendreAméliorer
Tempsréel
Technologienumériquedanslaville
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Technologie IntelligenceCollective
NouveauxServices:Education,santé,culture,tourismes,mobilité
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Améliorer:• Lesperformances• Lasécuritédefonctionnement• L’organisationdessecours• L’Information/implicationdesusagers• Larésilience
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DévelopperdenouveauxServices:• Education,santé,culture,• Administration• Mobilité/logistique• Télétravail• « Ubersisés »
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Plan• Défisdelaville• Conceptde« VilleIntelligente»• EtatdelieudeprojetsSmartCitydanslemonde• Démarchepourdémarrerunprojetdeville
intelligente• Projetdedémonstrateur– SunRiseSmartCity
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1er projet:Italie,2005,projetTeleogestore
1er réseauSmartGrid :• Compteurélectronique,• PLCCommunications• LVconcentrateur• Coût2,1billionsd’Euros• Economieannuelle500millionsd’euros
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SmartCityenEUROPE
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Lesvillesjouentdeplusenplusunrôleimportantdanslasociétéetl’économies,enraisonde:• Uneurbanisationcroissante• Lerenforcementdel’économiedesavoir• Lapartcroissantedelavilledansla
consommationdesressourcesetémissiondepollutions.
Pourquoi?
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Pouratteindrelesobjectifsdelapolitiquepublique:• Lesvillesdoiventchangerdemodèlede
développement,• Entempsdebudgetsserrés,cechangementdoitêtre
réaliséd’unemanièreintelligente:
Nosvillesdoiventdevenirdes«villesintelligentes».
Pourquoi?
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EU’s 20/20/20energy andclimate targetsIn2020(compared to1990):
• 20%reduction inCO2emissions• 20%coming from renewables• 20%increase inenergy efficiency.
Contributionà3objectifsdel'Europe:• Améliorationsignificativedelaqualitédevie
descitoyens,• Renforcementdelacompétitivitédel'industrie• Objectif20/20/20del’Europe
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Cetobjectifpeutêtreatteintparlacréationd’unmodèleintégrant:- Laproduction,letransportetlaconsommationde
l’énergie.- Lamobilitéetletransport- Latechnologiedel’informationetdela
communication.quisontintimentliées
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Stockholm:TrafficCongestion
Citytrafficdecreaseby18%CO2emissiondecrease14-18%
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SmartCityinUnitedStates
SmartGrid– NEMAReport(2011)
NEMA:Associationofelectricalandmedicalimagingequipmentmanufacturers(US)
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Infrastructuresfortementdégrées(D+)
EtatsUnis:
(ASCE,2013)
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SmartGrid– NEMAReport(2011)
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SmartGrid– NEMAReport(2011)
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RiodeJaneiroSmartCityIBM,January2011
RioOperationsCenter(controlroom)• Initialfocuswasfloods,soilslidingandemergency• Thescopeconsiderablyextendedto:transportation,water,weatherandenergy
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SmartCityinAfrica
2014
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OrientationStratégique
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OrientationStratégique
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AMSTERDAM– SmartCity(ASC)
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Amsterdam:Prixdel’innovation2016delaCommissionEuropéennes
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SmartCity:8Catégories• Mobilité• Vie• Société• Aires• Economie• Big Data• Infrastructure• IivingLab•
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SmartCity:Partenaires
- EntitésgouvernementalestelsqueAEB(déchets),Alliander NV(Energie)
- Organisationnon-gouvernementales- Citoyens
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Audémarrage(2009):leprojetportaitsuruneapprocheécologiquedesinfrastructures
Avec16projets,réductiondel’énergiede13%.
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CréationenAvril2013de«InternationalTechnology Institute »avecnotammentuninstitutderecherchesurlessolutionsurbaines(50millions€)
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AudémarragedelamissiondeBaron,lavaillea• 32départementsavecleurspropres« domaines »• 1200Basesdedonnées
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CréationdudépartementrechercheetStatistiques• 50chercheurs• 20à30tempspartiels
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Baron:• «Les« prestataires »quiproposentdesservices
« SmartCity »,neconnaissentpasbienlaville.
• Grandedifférenceentrelaperceptiondufonctionnementdelavilleetsonfonctionnementréel
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Processus• Travailparitérations• DéploiementdeLivingLab• Desdéceptionsetdequestionnement
Leprojet« SmartAmsterdam»asurvécuauchangementduconseilmunicipal
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Eclairagepublic:unprojetprometteur• Accordentrelavilleetplusieursopérateurssignéen2016• Démonstrateur prèsdeAren Astadium• Eclairageadaptatif,WI-FIpublicetsuividelaqualitédel’air
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Untravailintéressantsurleparking:• Payementpartéléphone• Partaged’informationentempsréel
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Baron:• Après7ans,onafaitungrandtravailaveclesdonnées,maisnoussommesq’au débutdelatransformation.
• Denombreusesvillesnesontpasencoredanslaphasedetransformation
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Desdifficultés:• Lesvillesontdesdifficultéspourcontrôlerlesdonnées• Lesvillesontdescitoyenspasdeconsommateurs• Lesvillesopèrentdansuncontextepolitique,quipeutréduirelesoptionsoupousseràdeschoixdecourtterme
• Ellessontconfrontéesàdesproblèmesderéglementations,bureaucratie,découpage,
Ilesttrèsdifficilededevenirsmartdanscesconditions
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Plan• Défisdelaville• Conceptde« VilleIntelligente»• EtatdelieudeprojetsSmartCitydanslemonde• Démarchepourdémarrerunprojetdeville
intelligente• Projetdedémonstrateur– SunRiseSmartCity
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Phase1:Identifierlesbesoins,établirunestratégie:- Comprendrelesbesoinsetlesdéfis- Définirlespriorités- Etablirunmodèledegouvernance
Construireunprojet“SmartCity”
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Phase2:Construireunsystèmed’information• Collecterlesdonnéesdepatrimoine(infrastructures,
bâtiments,..)etlesstockerdansunebaseSIG• Instrumenter lessystèmesurbainsconcernés (
infrastructures,bâtiments,espacepublic,..)• Collectiondesdonnées concernantl’environnement
urbainetlesusages.
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Phase3:SystèmedecommunicationAssurerlacommunication:
• Entrelesobjets• Entrelesusagers(publicsconcernés)• Entrelesusagersetlesobjets• Entreles(usagersetlesobjets)etdesserveurs• Entrelesserveursetlespublicsconcernés
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Phase3:SystèmedecommunicationEngénéral,lesystèmedoit:• Combinerdesréseauxfilairesetnonfilaires• Intégrerunediversitédecapteursetde
protocolesdecommunication• Fiable(assurerlatransmissiondesdonnéeset
leursécurité)• Afaibleconsommationd’énergie
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Phase4:AnalysedesdonnéesDévelopperdeslogicielsetunsavoir-fairepouranalyserunegrandequantitédedonnées:
² Tempsréel² Donnéeshistoriques² Donnéesspatiales² Apprentissage
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Phase5:Développerdesprocéduresetprotocolespour:
• Lagestionoptimale• Lasécuritédefonctionnement• Impliquerlesusagers• Développerdenouveauxservices
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Stratégiepourlesdécideurs:• Utiliserlesdonnéesetlesanalysespourétablir
unmodèle(stratégie)pourledéveloppementurbain(investissement,…)
• Innoverdanslemodèlesocio-économique(impôts,incitations,partenariatpublic– privé..)
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• Amélioration• Elargissement• Nouveauxservices
Procedureitérative
Implémentation
Vérification
Retourd’usage
Usage
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Plan• Défisdelaville• Conceptde« VilleIntelligente»• EtatdelieudeprojetsSmartCitydanslemonde• Démarchepourdémarrerunprojetdeville
intelligente• Projetdedémonstrateur– SunRiseSmartCity
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Expérimentation(Démonstrateur)
Implémenterdanslaville?
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SunRiseCommunauté:chercheurs,doctorantsetétudiant,Avril2014
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Petiteville(110Hectares)• 25000usagers• 140bâtiments(320000m2)• 100kmderéseauxurbains
ProjetSunRise«CitéScientifique»
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C1– Chimie(1966) Polytech’Lille(2000)IUT(2006)
LearningCenter(2016)BâtimentD
(Rénovation/Extension,2019)
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100kmderéseaux
• Eaupotable• Assainissement• Chauffageurbain,• Gaz• Électricité(HT,BT)• Eclairagepublic• Voiries
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PlateformedepilotageSystèmed’information
• Donnéesdepatrimoine(SIG)
Outilsd’analyse
CommunicationServeurweb
• EquipesTechniques• Equipesdegestions• Usagers• EquipesAcadémiques
Architecturedusystème«SunRise»
Communication:• Réseauxfilaires• Réseauxsansfils
• Bâtiments• Réseauxurbains
Mesureetcontrôledesinfrastructures
• Mesurescapteurs
AutresDonnées
• Environnement• Transport• Secours
• Autresdonnées
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TravailRéalisé1)Systèmed’information:
• RéseauxurbainsetbâtimentsdansunSIG(80%dupatrimoine)• Instrumentationdesréseaux• Collectedesdonnéesdefonctionnement
2)Analysedesdonnées3)Premiersrésultatsetrecommandations
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Systèmed’informationOndisposed’unsystèmed’informationdigitalisée,vérifiéesurleterrain,comportantlesdonnéessurlesréseaux,leurséquipementsetlesdonnéesd’intervention
ElectricitéChauffage
AssainissementEaupotable
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Objectifs:• Détectionetlocalisationdesfuites• Contrôleentempsréeldelaqualitédel’eau
(contamination)• Informer,sensibiliseretinteragiraveclesusagers
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TWULDemositeLondon- UK
SmartBurgosBurgos-Spain
VIPLeeuwarden-Netherlands
SunriseLille- France
ProjetEuropéenSmartWater4Europe
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Présentationduréseau
• 15 km de conduites
• 100 compteurs télé-relevés
• 5 Capteurs de pression
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VHF169MHz
Portailderestitutiondesdonnées
GPRS
Systèmedecollectededonnées
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ConsommationbâtimentP2- Mai2014
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Intellisonde
Contrôleentempsréeldelaqualitéd’eau
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Piloteenlaboratoire
Injection
Pointdemesure
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108UFC/ml
107UFC/ml
108UFC/ml
108UFC/ml
107UFC/ml
107UFC/ml
InjectiondebactériesE.Coli
105 CFU/ml106 CFU/ml107 CFU/ml108 CFU/ml
Turbidity(S:Scan)
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Réseaud’assainissement
(Séparatif)
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Réseau de Chauffage
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PrésentationChaufferie
Conduites
Sous station P1automate
Télé relève
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• Réseauprimaire:4,5*2km• Réseausecondaire:4*2km• (galerietechnique)• 37sous-stationsprimaires
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37 sous stations primaires
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Echangeur
Electro- vanne
CapteursTempératurePression
Automate - Compteur
bâtiment P1
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ArchitecturedubâtimentM1
126
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Consommations&températuresjournalières(2009)
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CorrélationConsommation JournalièresM1Joursdelasemaine
RMSE=1.199R²=0.854
128
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CorrélationConso.JournalièresM1Joursdeweekend
RMSE=1.181R²=0.827
129
Page 130
Consommations– besointhéorique
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SuiteSunRise2016:Miseenplaced’unecogénérationFinancementprivé
Appeld’offrepouruneDSPavecpourobjectif:- Passageàunréseauintelligent- MixteEnergétiqueFinancementparleséconomies
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RéseauElectrique
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ElectricalGridNetwork
A2
M6
HT(20kV)
LT
Supply
FAULT
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Sous-StationsH.T(20kV)
• PassageMT- BT• Mesuredesconsommations et
desparamètresdepilotage• Pilotage
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CurrentLevels
MinimumOn Sun 9/7/2014 110 A
Average 213 A
MaximumOn Tue 10/21/2014 414 A
RésidenceBachelard
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Demandedecharge
0
1 000
2 000
3 000
4 000
5 000
6 000
Friday,March 01,
2013
Monday,April01,2013
Wednesday,May01,2013
Saturday,June 01,2013
Monday, July01, 2013
Thursday,August 01,
2013
Sunday,September01, 2013
Tuesday,October 01,
2013
Friday,November01, 2013
Sunday,December01, 2013
Wednesday,January01,
2014
Saturday,February 01,
2014
Saturday,March 01,
2014
Tuesday,April01,2014
Consum
ption]kWh]
Date
FixedDemandChargeV.S.RealDemandCharge
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Suites :• Analysedesréseauxsecondaires,vérificationdanslesbâtiments• Recommandations«travaux»• Programmationdufonctionnementdecertainséquipements??• Réduirelapuissanced’abonnement ??
Programmederénovationdel’éclairageextérieur(2016)(SmartSystème)
Economiede30à40%