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As soluções BABLE são projectos de cidades inteligentes, selecionados por especialistas, que podem ser implementados de forma eficiente. Cada Solução para Cidades Inteligentes contém informação detalhada e relevante, ao mesmo tempo que estabelece ligações a Casos de Utilização e Produtos Inovadores relevantes.
Solução
A gestão inteligente da água tem como objetivo orientar a utilização da água de forma a promover a eficiência, a suficiência e a sustentabilidade. Para atingir este objetivo, as abordagens de gestão contemporâneas são sustentadas pela integração de tecnologias inovadoras, como sensores, contadores de água inteligentes, sistemas de informação, aquisição de dados e sistemas de apoio à decisão. De acordo com o Statista (2021) , até 2050, dois terços da população mundial poderão viver em regiões com acesso limitado a recursos de água doce, argumentando ainda que a escassez de água também se fará sentir nos países industrializados, uma vez que as alterações climáticas estão a conduzir a catástrofes meteorológicas mais frequentes e que a crescente procura industrial de água deverá exercer uma enorme pressão sobre a acessibilidade da água doce. Por conseguinte, para alcançar a segurança da água, são necessárias formas inovadoras de garantir um abastecimento limpo e constante de água, optimizando simultaneamente o funcionamento, a manutenção e a gestão das empresas de abastecimento de água. Os sistemas inteligentes de gestão da água são uma das intervenções mais fortes para alcançar a segurança da água.
Solução
A Internet das Coisas (IoT) é uma inovação tecnológica contínua e em rápido crescimento, destinada a tornar as nossas actividades diárias mais ligadas digitalmente. Através de uma maior interligação e de uma melhor análise de dados, a IoT permite uma capacidade de tomada de decisões mais eficiente e mais bem informada. Para tal, os objectos físicos do quotidiano são activados pela Internet, através da sua combinação com sensores, capacidades de processamento e outro software que permite a partilha e o intercâmbio de dados. Este processo promete "transformar a forma como trabalhamos, vivemos e nos divertimos" (Singhania, 2015). Esta fusão entre o físico e o virtual permite a apresentação de soluções mais inovadoras de cidades inteligentes para problemas urbanos do mundo real. Na vanguarda da transformação digital, a IoT pode ajudar em todo o tipo de cenários, desde o congestionamento do tráfego à monitorização de casas inteligentes, à eficiência energética e a uma vasta gama de questões de segurança. Atualmente, no entanto, embora exista uma grande variedade de dispositivos compatíveis com a IoT no mercado, muitos dos quais foram implementados para ajudar a melhorar as infra-estruturas municipais, o potencial da tecnologia não é muitas vezes alcançado. Isto deve-se ao facto de existirem várias normas de rede e de dispositivos, que limitam a capacidade de os dispositivos que não partilham estas normas se interligarem, falarem uns com os outros e, assim, partilharem dados para otimizar a capacidade da rede. A resposta a esta questão é a IoT melhorada ou interoperável, que permite a integração e a interconectividade perfeitas dos dispositivos compatíveis com a IoT, expandindo enormemente o potencial de utilização desta tecnologia na resolução de problemas das cidades inteligentes. Muitas soluções tecnológicas urbanas podem funcionar melhor e mais eficazmente quando trabalham em conjunto num sistema ligado. Por exemplo, os trabalhadores pendulares beneficiariam de saber qual o melhor caminho a seguir com informações de trânsito actualizadas, ao mesmo tempo que saberiam o estado atual dos lugares de estacionamento. Sem o feedback de dados de todos os dispositivos envolvidos, essas informações não podem ser fornecidas de forma fiável. No entanto, não existe uma norma universal para os dispositivos compatíveis com a IdC devido à relativa novidade da tecnologia. Isto reduz a capacidade dos dispositivos para se ligarem entre si e partilharem dados, limitando essencialmente a capacidade das soluções IoT. Este problema tem de ser resolvido para aproveitar o verdadeiro potencial das tecnologias ligadas à Internet. Uma das vantagens da IdC é o controlo da utilização dos dispositivos através da análise de dados. Isto pode ajudar a limitar a ineficiência energética dos dispositivos utilizados numa grande variedade de actividades. Sem dispositivos ligados à Internet, ou sem aqueles que podem comunicar entre si, a partilha de dados importantes para a análise da infraestrutura da cidade é severamente limitada. Sem essa análise, não se saberá ao certo se as infra-estruturas urbanas e as soluções de cidades inteligentes estão a funcionar bem. Fonte: Vasilov, L. (2021) Knowledge byte: Building blocks of IOT architecture , Cloud Credential Council . Disponível em: www.cloudcredential.org/blog/knowledge-byte-building-blocks-of-iot-architecture/ (Acedido em: 1 de novembro de 2022).
Solução
Um sistema de partilha de bicicletas pretende fornecer a uma comunidade uma frota partilhada de bicicletas. Assim, os utilizadores individuais não têm de possuir uma bicicleta, mas todos podem utilizar a frota de forma flexível. As opções flexíveis de utilização de bicicletas em diferentes locais podem aumentar a atratividade da bicicleta - e, por conseguinte, a quota modal da bicicleta numa cidade - ao proporcionar opções mais convenientes para os utilizadores pendulares e recreativos. Para cada sistema de partilha de bicicletas, é necessário garantir a acessibilidade das bicicletas e gerir a localização e o funcionamento das bicicletas. Os sistemas europeus de partilha de bicicletas utilizam sobretudo um conceito baseado em docas, em que as bicicletas podem ser levantadas e deixadas em locais específicos. Os novos operadores estão também a perturbar o mercado europeu com sistemas flutuantes e híbridos. Os sistemas de partilha de bicicletas são mais vantajosos como parte dos sistemas de Mobilidade como Serviço (MaaS). Através da colaboração com outras empresas de mobilidade partilhada, bem como com os transportes públicos, o bike sharing pode ser convenientemente encaixado nas plataformas de mobilidade existentes através da integração de bilhetes e preços. Problemas a resolver Congestionamento Qualidade do ar Alterações climáticas Colisão Espaço de estacionamento Atividade física inadequada O congestionamento, a qualidade do ar, as alterações climáticas, as colisões, os lugares de estacionamento e a atividade física inadequada são todos males que afectam a qualidade de vida dos cidadãos. A partilha de bicicletas reduz o consumo de solo e as emissões poluentes ao permitir que as viagens que de outra forma seriam feitas em carros particulares sejam feitas através do transporte partilhado de bicicletas. Mesmo em áreas urbanas que já têm níveis mais elevados de ciclismo e caminhadas, a investigação sustenta que o aumento de viagens activas substitutas das viagens motorizadas - incluindo ciclismo e e-biking - pode reduzir substancialmente as emissões de CO2 do ciclo de vida relacionadas com a mobilidade (Brand et al., 2021 ). As bicicletas partilhadas alugadas percorrem até 10.000 quilómetros por ano e são, por isso, utilizadas com mais frequência do que a maioria das bicicletas privadas.
Solução
De acordo com a Diretiva relativa ao desempenho energético dos edifícios (EPBD), os edifícios são responsáveis por cerca de 40% do consumo de energia e 36% das emissões de CO2 na UE. Atualmente, cerca de 35% dos edifícios da UE têm mais de 50 anos e quase 75% do parque imobiliário é ineficiente do ponto de vista energético. Os edifícios são, por conseguinte, o maior consumidor de energia na Europa e têm um vasto potencial de ganhos de eficiência energética. Atualmente, apenas cerca de 1% do parque imobiliário é renovado todos os anos. A renovação dos edifícios existentes pode conduzir a poupanças de energia significativas, uma vez que poderia reduzir o consumo total de energia da UE em 5-6% e diminuir as emissões de CO2 em cerca de 5%. Uma forma de aumentar a eficiência energética dos edifícios é a implementação de um sistema de gestão energética de edifícios (BEMS). Os BEMS são sistemas centralizados, baseados em computador, que fornecem monitorização em tempo real e controlo integrado dos serviços e equipamentos do edifício para otimizar a utilização de energia. Normalmente, controlam os sistemas de iluminação, eletricidade, água quente e AVAC (aquecimento, ventilação e ar condicionado). O sistema monitoriza as informações recebidas de vários sensores no edifício (contadores inteligentes, sensores de ocupação, temperatura, dióxido de carbono e humidade, etc.) e optimiza o consumo de energia, mantendo a segurança e o conforto. Estes sistemas podem também ser utilizados para melhorar a saúde e a segurança dos habitantes, controlando e monitorizando o ambiente, as respostas a emergências e os planos de manutenção regulares. A tecnologia pode ser aplicada tanto a edifícios residenciais como comerciais e a várias escalas, desde pequenos edifícios independentes a sítios complexos com vários edifícios. (Comissão Europeia) Problemas a resolver Consumo de energia Custo da energia Emissões de gases com efeito de estufa Faltas de eletricidade
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Um gateway inteligente, como parte essencial do sistema, liga a casa inteligente ao mundo exterior. Isto permite o controlo móvel dos dispositivos da casa a partir de locais remotos, muitas vezes através de smartphones e microcontroladores. Os sistemas e serviços externos podem ser utilizados para uma melhor regulação da utilização da energia. Além disso, o sistema pode ser ligado à rede inteligente, bem como à infraestrutura de carregamento elétrico, para permitir uma melhor eficiência energética e planos de faturação, por exemplo, de acordo com o consumo de energia em horas de ponta ou o conteúdo de energia renovável (Comissão Europeia, 2019 ). Problemas a resolver Ineficiência Insegurança Falta de conforto Dependência das pessoas idosas Custos energéticos elevados A ineficiência energética é um enorme problema nos edifícios residenciais. Na Europa, 26% do consumo final total de energia é consumido em casas particulares. Os sistemas domésticos inteligentes podem reduzir as perdas de energia e aumentar a segurança e o conforto geral dos ocupantes, melhorando especificamente a independência das pessoas idosas. Existem várias soluções no contexto dos sistemas domésticos inteligentes para resolver estes problemas (Eurostat, 2018 ). Alguns resultados comercializáveis que os sistemas domésticos inteligentes fornecem são: Serviços baseados em subscrição que podem gerar um fluxo constante de receitas Grandes grupos-alvo : Pode ser vendido a hospitais e lares de idosos e pessoas com deficiência, mas também a pessoas que queiram aumentar o seu conforto num ambiente doméstico inteligente Os gateways podem tornar os dados anónimos e fornecê-los a plataformas de dados, para implementar análises eficazes e melhorias a longo prazo, bem como a conceção de produtos. Os dados podem ser cobrados, e os serviços analíticos e os seus resultados podem também ser vistos como resultados comercializáveis.
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A evidência clara de técnicas utilizadas para a recolha de água da chuva remonta a cerca de 4000 anos atrás. No entanto, o conceito de recolha de água da chuva pode remontar a quase 6000 anos na China Antiga (Che-Ani et al., 2009 ). É evidente que a recolha de água da chuva tem feito parte da história e da identidade humanas. Com a modernização e a urbanização maciça, a recolha de água da chuva tornou-se agora parte da identidade da cidade. Para aumentar a eficiência, o conceito de Recolha Inteligente de Água da Chuva está a ser introduzido nas principais cidades. A recolha inteligente de água da chuva é caracterizada pela recolha de dados em tempo real através de sensores em fontes de água, fases de recolha, fases de armazenamento e fases de aplicação (Behdazian et al., 2018). Os dados são recolhidos numa unidade centralizada de recolha de dados, onde são monitorizados e processados. Os dados processados são depois utilizados para tomar decisões e adaptar-se a circunstâncias específicas. Os sistemas inteligentes de recolha de águas pluviais através de métodos automatizados podem libertar as águas pluviais antes da ocorrência de precipitação para aumentar os níveis de catividade da água (Behdazian et al., 2018 ). O principal objetivo dos sistemas de recolha de águas pluviais é recolher e armazenar a água da chuva durante os eventos de precipitação para utilização em aplicações de água não potável (Pradhan & Sahoo, 2019 ). A parte inteligente deste conceito consiste no desenvolvimento de activos comunicantes integrados no sistema global (Xu et al., 2020 ). O sistema utiliza sensores de baixo custo combinados com tecnologias de comunicação inovadoras. O enfoque tecnológico permite várias novas possibilidades para a gestão das infra-estruturas urbanas de água num quadro de cidade inteligente. O desempenho do sistema está fortemente dependente e interligado com a qualidade da previsão meteorológica. A quantidade de precipitação e os padrões de precipitação são integrados na estratégia de controlo para determinar o volume de descarga e a hora de fecho, respetivamente (Pradhan & Sahoo, 2019 ). .
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A agricultura mundial tem um elevado impacto ambiental (30% das emissões globais). Este facto deve-se principalmente às longas cadeias de abastecimento. Atualmente, a distância média percorrida pelos produtos agrícolas é superior a 2400 km (Urban Farming in the City of tomorrow, 2018) . Utilizando uma abordagem de Agricultura Urbana, esta distância pode idealmente ser reduzida para menos de 10 km. Isto oferece uma nova opção atractiva para um sistema de distribuição alimentar descarbonizado. Além disso, garantir o abastecimento urbano de alimentos e recursos está a tornar-se cada vez mais um desafio, especialmente em cidades densamente povoadas com acesso limitado às áreas agrícolas circundantes. Assim, os alimentos produzidos em áreas urbanas oferecem várias oportunidades para as cidades. Existem diferentes tipos de explorações agrícolas urbanas, por exemplo, diferenciadas pela localização da exploração (como telhado, janela, estufa, varanda, contentor, interior ou agricultura vertical), diferenciadas pelo método de cultivo (como agricultura hidropónica, aeropónica ou misofónica) ou diferenciadas pelas pessoas que cultivam as plantas (como explorações comunitárias, institucionais, comerciais ou pessoais). As informações que se seguem dão-lhe uma panorâmica geral, mas centram-se principalmente na agricultura vertical e de interior.
Solução
O conceito de Centrais Eléctricas Virtuais (VPPs) derruba a ideia mais tradicional de depender de centrais eléctricas centralizadas (frequentemente emissoras de CO2) para obter uma produção de energia previsível e fiável. Com a entrada em cena de cada vez mais pequenos e grandes produtores independentes de energia, a energia solar, eólica e outras fontes de energia renováveis (FER) penetraram na rede eléctrica em toda a Europa, abrindo a transição para uma infraestrutura energética limpa e sustentável. No entanto, a integração destes recursos energéticos distribuídos (DER) na rede está a colocar vários desafios relacionados com o congestionamento da transmissão e/ou a estabilidade da tensão e da frequência; as energias renováveis, em particular, estão a criar problemas de fiabilidade devido à sua natureza incerta e intermitente. Esta energia limpa perturbou a rede de energia e criou a necessidade de novos modelos e soluções para a sua integração. Uma VPP agrega muitos DERs dispersos e independentes num único agente operacional que actua como uma central eléctrica tradicional, com uma capacidade de produção de dimensão semelhante, permitindo-lhe participar nos mercados do sistema de energia (tanto grossista como retalhista) ou vender serviços ao operador. Uma VPP representa, assim, um portfólio flexível de DERs para permitir que agentes mais pequenos do sistema elétrico (ou seja, consumidores, produtores, prosumidores ou qualquer mistura destes) participem nos mercados de eletricidade e prestem serviços à rede. Central eléctrica virtual (IRENA, 2019) As centrais eléctricas virtuais podem ajudar a integração das FER, fornecendo serviços de flexibilidade do lado da procura e do lado da oferta à rede principal. As centrais virtuais podem agregar recursos de resposta à procura ou unidades de armazenamento de energia que respondam aos requisitos da rede (flexibilidade do lado da procura), bem como incorporar unidades de resposta rápida, como condensadores e baterias, juntamente com centrais de produção combinada de calor e eletricidade e centrais de biogás para otimizar a produção de energia (flexibilidade do lado da oferta). Através destes dois tipos de serviços essenciais, as VPP podem proporcionar benefícios tangíveis, tais como (IRENA, 2019): Apoio ao funcionamento da rede através de vários serviços auxiliares Gestão do lado da procura e transferência de carga em tempo real com base em sinais de preço para reduzir o pico de procura - criando um caso de negócio para investimentos diferidos em infra-estruturas de rede de transmissão e distribuição Serviços de equilíbrio e fornecimento de requisitos de rampa através de plataformas de otimização para compensar as flutuações de qualquer produção variável de FER Aumento da flexibilidade local a nível do sistema de distribuição, caso exista um mercado local regional para a flexibilidade Diminuição do custo marginal da eletricidade Reduzindo ou transferindo a carga durante os picos de procura para evitar a utilização de grandes centrais eléctricas (a combustíveis fósseis) para satisfazer uma pequena quantidade de procura de eletricidade a um custo elevado, ou Substituindo completamente a central eléctrica de pico pelo despacho dos DERs agregados e das baterias carregadas Otimização do investimento em infra-estruturas do sistema elétrico Poupando nos custos de novas adições de capacidade e/ou reforço da rede com o fornecimento de capacidade de reserva operacional em tempo real a partir de DER já ligados, proporcionando-lhes simultaneamente receitas adicionais através da sua participação em mercados auxiliares quando necessário. Problemas a resolver Aumentar a estabilidade e a fiabilidade da rede Aumento da procura de integração de fontes renováveis Mercado restrito Aumento e alteração da procura de energia Aumento dos custos e das emissões do atual aprovisionamento energético Procura de maior resiliência e flexibilidade da rede
Solução
Especialmente em zonas menos densamente povoadas ou para pessoas com menos mobilidade, um sistema de videoconferência pode facilitar o acesso a muitos serviços de aconselhamento, educação, governamentais ou jurídicos. Todos estes serviços podem ser utilizados sem sair de casa quando um sistema de comunicação por vídeo doméstico inteligente é implementado com êxito. As possíveis vantagens de um sistema de videoconferência incluem a possibilidade de autenticação das partes participantes, serviços públicos mais facilmente acessíveis para pessoas com deficiência, evitar longas filas de espera em edifícios públicos e cuidados mais abrangentes do que os que podem ser prestados por telefone. Uma vez instalado, este sistema pode também ser utilizado para fins educativos, para comunicar com a família ou para permitir a vigilância dos seus bens.
Solução
A melhoria da eficiência energética do parque imobiliário de uma cidade exige um pensamento estratégico e de longo prazo. A complexidade das estruturas de propriedade, os obstáculos do mercado, a diversidade das tipologias de edifícios, as preferências dos consumidores e as múltiplas partes interessadas envolvidas na construção e reabilitação de um edifício tornam os edifícios eficientes do ponto de vista energético um desafio, mesmo com os desenvolvimentos tecnológicos avançados. No entanto, para realizar distritos energéticos positivos e atingir os ambiciosos objectivos climáticos estabelecidos pelas cidades, os edifícios de energia zero e positiva desempenham um papel fundamental. Várias iniciativas em todo o mundo provaram que, apesar de ser um desafio complexo, a reabilitação energética de edifícios é possível e tem um enorme impacto em cidades mais ecológicas e resilientes. Problemas a resolver Perdas de energia nos edifícios Utilização de materiais inadequados Pobreza energética Transição dos combustíveis fósseis Disponibilizar tecnologias Procura de energia nos edifícios
Solução
Os sistemas de aquecimento e arrefecimento urbano distribuem energia térmica sob a forma de vapor, água quente ou líquidos refrigerados, a partir de fontes de produção centrais ou descentralizadas, através de uma rede, a vários edifícios ou locais, para utilização no aquecimento ou arrefecimento de espaços ou processos. Para um menor impacto ambiental, os sistemas de aquecimento urbano centram-se numa combinação de calor reciclado e renovável. Na sequência do Acordo de Paris de 2015 e do objetivo da UE de reduzir as emissões em, pelo menos, 40% abaixo dos níveis de 1990 até 2030, tem havido um esforço acrescido dos Estados-Membros para promover o aquecimento e a refrigeração urbanos utilizando fontes de combustível alternativas e tecnologias de produção de calor neutras em termos de carbono. Esta transição constitui um desafio, uma vez que o aquecimento urbano fornece apenas 12% do abastecimento de calor da UE, sendo a maior parte da energia produzida em centrais de PCCE alimentadas a gás natural e a combustíveis sólidos como a lenhite. Problemas a resolver Emissões de carbono Fornecimento de calor pouco eficiente Dependência de combustíveis fósseis Emissões de gases com efeito de estufa
Solução
O objetivo do comércio de energia peer-to-peer (P2P) é tornar as energias renováveis mais acessíveis e, ao mesmo tempo, dar aos consumidores a possibilidade de utilizarem melhor os seus recursos energéticos. Funciona através da criação de um mercado em linha onde os prossumidores que produzem a sua própria eletricidade através de recursos energéticos distribuídos (também chamados autoconsumidores) podem negociar eletricidade a um preço acordado com os consumidores. O comércio P2P ajuda a rede ao diminuir os requisitos de reserva, fornecendo serviços auxiliares e reduzindo os picos de procura, ao mesmo tempo que poupa dinheiro aos cidadãos nas suas facturas de eletricidade. O comércio de energia a nível local elimina a maior parte dos custos de transmissão e permite que os prossumidores vendam energia com um lucro maior do que se esta fosse vendida de volta à rede, como é atualmente o padrão. Ao limitar o envolvimento dos serviços públicos nas transacções, os modelos P2P permitem que os compradores poupem custos e que os vendedores obtenham um maior lucro. Permitem também que os clientes escolham a origem da sua eletricidade. Problemas a resolver Aumento do consumo de energia Elevado custo da energia Elevados custos de transmissão e de infra-estruturas Aumento da procura de energias renováveis Acesso limitado à energia