Smart city for developing countries, Algiers, September 2015

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Smart City for developing countries: Why ? and How ? Professor Isam Shahrour, University Lille1 – Science and Technology www.isamshahrour.com Summer School on Nanostructures and Applica4ons SSNA’2015, Algiers, September 10, 2015

Transcript of Smart city for developing countries, Algiers, September 2015

Smart  City  for  developing  countries:  Why  ?  and  How  ?  

 Professor  Isam  Shahrour,    

University  Lille1  –    Science  and  Technology  www.isamshahrour.com  

 Summer  School  on  Nanostructures  and  

Applica4ons  SSNA’2015,  Algiers,  September  10,  2015  

Developing  countries  

Challenges  

Smart  City  

Innova7ve  solu7on    

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

4  ques7ons    

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

4  ques7ons    

•  Popula7on  growth    •  Urban  services  •  Infrastructures    •  Building  capacity    

Major  challenge  for  developing  countries  :    

 PopulaGon  Growth  (UN,  July  2014)  

ASIA  

AFRICA  3  Billions    

6  Billions    

Urban    Developing  countries  

Urban  –    Developed    countries  

Rural    Developing  countries  

PopulaGon  growth  in  urban  area  

By  2030  :  •  Nearly  2  billion  of  new  urban  residents  •  Urban  popula7ons  of  South  Asia  and  Africa  

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

use  (doubling  the  world’s  built  urban  area)  

World  map  of  mega-­‐ciGes  in  2030  

ConcentraGon  in  large  metropolis  

In  perspec7ve,  megaci7es  with  more  than  50  millions  of  inhabitants  

•  Popula7on  growth    •  Urban  services  •  Infrastructures    •  Building  capacity    

Developing  countries  challenge.    

1  billion  do  not  have  access  to  drinking  water  service  Leakage  :  50%  water  lost  in  some    ci7es  Water  quality  (water  pollu7on,  sea  water  intrusion)    

Water  Challenges  :  Drinking  water    

•  2.4  billion  do  not  have  access  to  sewage  water  service  •  Flood,  public  Health  •  Soil  and  water  pollu7on  

Water  Challenges:  sewage  service    

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

Energy  Challenges  :  Electrical  service  

TransportaGon  :  The  largest  world  challenge        

Air  polluGon  7  million  premature  deaths  annually  linked  to  air  pollu7on  (WHO)  

Slums  issue  

The  slum  popula7on  is  projected  to  increase  from  780  million  (in  2000)to  somewhere  between  900  and  1,500  million  (in  2020).    

 Mumbai’s  Slum  More  than  one  million  

Lack  of  basic  services  for:  •  Educa7on  •  Health  •  Culture,  entertainment,  sport  •  People  with  disabili7es  

•  Popula7on  growth    •  Urban  services  •  Infrastructures    •  Building  capacity    

Developing  countries  challenge.    

Urban infrastructures description

Electrical  Grid  in  France  Line  high  tension  :600  000  km  Line  low  tension  :  670  000  km  Transformer  :  726  000    Water  network  in  France  •  Pipes  :  906  000  km  

Developing  countries  :  investment  needs  in  Infrastructures    

Annual  need  :  1.8  to  2.3  Trillion  

Transport    

Electricity  

Water  

Telecom  

Annual  need  :  1.8  to  2.3  Trillion  

East  Asia  Pacific        Europe  and  Central  Asia  La7n  America  and  Caribbean  Middle  East  and  Northern  Africa    South  Asia;    Sub-­‐Saharan  Africa  

9/9/2015  

80%  (France)  

In  developed  countries  :  infrastructures  aging  challenges    

France  

Buildings  

Railway  

10  mars  2015  

France  :    A  bridge  is  closed  every  day      

United  States    (ASCE,  2013  report):  CriGcal  state  of  infrastructure    $3.6  trillions  for  infrastructure  update  

hbp://www.forbes.com/sites/williampentland/2013/08/30/blackout-­‐risk-­‐tool-­‐puts-­‐price-­‐tag-­‐on-­‐power-­‐reliability/  

“Our  grids  are  old  and  our  equipment  is  aging,”    said  Robin  Luo,  vice  president  and  blackout  model  project  manager  at  Harford  Steam  Boiler.    

US,  the  yeraly  cost  of  electrical  outages  =  $  150B    

•  Popula7on  growth    •  Urban  services  •  Infrastructures    •  Building  capacity    

Developing  countries  challenge.    

Knowledge  

Time  

Knowledge  Society  

Capacity  to  use  this  knowledge  in  the  economy    

•  Global  •  Accessible    

InnovaGon,  Technology,    EducaGon,  Management  

Digital  technology  :  Driver  of  innovaGon  

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  this  concept  ?    (Case  study  :  SunRise  project)    

Infrastructure  

Housing  

Management    

   Eco-­‐  responsible      Socio  -­‐responsible      

Huge  economic  crisis  

We  have  to  transform  the  city    (design,  construcGon,  maintenance  management)      

Opportunity  :  use  the  digital  revoluGon  to  conduct  efficient  transformaGon  at  lower  cost  

 

Digital  RevoluGon  •  Social  network    •  Mobile  •  Internet  of  things  

Could  operate:    •   Measurement  (state)    •   Data  storage      •   Analysis  (intelligence  /  knowledge)    •   Communica7on  with  other  “Things”  

Each  “Thing”  •  Unique  idenGfier  •  Localized  

The  Internet  of  Things  

Smart  Sensors  and  actuators  

Smart  Technology   Smart  governance  

Store  Analyze  Learn  Real  7me  control  Op7mal  control    

Health,  Educa7on  Art,  Culture  

More  data    

Smart  city  technology  allows  •  Real-­‐7me  monitoring  

•  Rapid  ac7on  in  the  case  of  abnormal  event  (security,  leakage,  contamina7on,....)  

•  Op7mal  management  

•  Stakeholders  implica7on  •  New  services    

Example  :  Eclectricity  challenges  

11  August  2015  

49  900  MW  

33  300  MW  

Electricity  consumpGon  in  France    

1  February  2015  74  600  MW  

60  400  MW  

Cost  of  the  Electricity  Unit  (MWh)  

Power  generated  

Related  to  the  power  center  genera7on    

Smart  Energy  system,  opGmal    management  

ProducGon  

Storage   Smart  Grid      

Energy  ConsumpGon  

Smart  Grid  –  NEMA  Report  (2011)  Associa0on  of  electrical  and  medical  imaging  equipment  manufacturers  (US)    

Smart  City  market  by  2020  :  $408  billion  

www.forbes.com,  June  2014  

China  :    

$322  billion  

August  13,  2014  :      200  Smart  City  projects  

July  18,  2014    

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

India  :    

Smart  City  JAPAN    

Africa   2014  

Combina7on  of  :  •  Rapid  urbaniza7on  •   Increasing  demand  for  urban  services  •  Telecoms  growth  

Africa  :  Huge  perspec7ve  for  the  implementa7on  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)    

Focus  on  CiGzens,  Users,  

Environment  

In  a  smart  soluGon,  we  

Technology    Social  Science    CollecGve    intelligence    

Improve  Life  quality  Security  

Environment    

opGmized  cost    

Opportuni7es  in  developing  countries  

We  have  to  build  or  to  update  the  infrastructures  (urban  networks,  transporta7on,  buildings,..)  

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

The  smart  “design”  reduces  the  cost  of  construcGon  

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

The  smart  technology    

Savings  in  the  construcGon  and  running  costs  largely  funds  the  smart  system    implementaGon  

Other  opportuniGes  for  developing  countries      

•  High  mobile  penetra7on  •  High  use  of  social  media  •  Good  skills  in  informa7on  technology.  

Barriers  to  the  smart  city  implementaGon    

•  Cultural    (policy  makers,  administra7on,  private  sector,  individual…)    

 •  Organiza7on  (in  silos)  •  Regula7ons  •  Economic  model  

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)    

SunRise  :  Large-­‐scale  demonstrator  of  the  Smart  city  

Large  academic    project    «  City  of  the  Future)  ?  

2010  -­‐  2011  

CiGes   Metropolis   Social  Housing  Eco-­‐District  

Energy    (Elecrical,  Gaz,    District  heaGng)  

Water    (Drinking,    Sewage)  

ConstrucGon  companies  

TelecommunicaGon  

IT  SoluGon  Engineering  

Research  

EducaGon  

InnovaGon  

Develop  innovaGve  soluGon,  which    Combines  :  •  City    •  Sustainability  •  Digital  revolu7on  

Smart  Grid  –  Smart  City    

Smart  City  implementaGon  ?  

 Large  ExperimentaGon  (Demonstrator)    

ScienGfic  Campus  

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

Campus  Construit  en  1967    

C1  –  Chimie  (1966)   Polytech’Lille  (2000)  IUT      (2006)  

Learning  Center  (2016)  Bâ7ment  D    

(Rénova7on  /Extension,  2019)    

100  km  of  Urban  Networks  

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

InnovaGon  operators    •  Pole  Ubiquitaire  •  CITC  –EURARFID  •  PRN  

Local  government  •  AMGVF  (Large  

Ci7es  associa7on)  •  Lille  Metropolis  •  Region  •  ArtoisComm  

InternaGonal:  •  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  •  Informa7on  technology    •  Social  Science  

EducaGon  :  •  Master  programs  •  PhD  programs  

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

Public/private/InternaGonal  partners:  

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

«  IT  DAYS  GRAND  NORD  2015  »  April,  16,  2015    

SunRise  Plaqorm  InformaGon  Sytem  

Asset  Data  (GIS)  

AnalyGcs  

Wb  servor    communicaGon  

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

CommunicaGon  :    •  Réseaux  filaires    •  Réseaux  sans  fils    

Monitoring    •  Buildings  •  Water  Network  •  Energy  network  •  Others    

Sensors  data    

Users    -­‐  Alert    -­‐  Informa7on  

Users  data    

Open  data    •  Weather  •  Traffic    •  Emergency    

Open  data    

Urban  InformaGon  system:  GIS  for  all  the  campus  infrastructures    

Electricité  Chauffage  

Assainissement  Eau  potable  

•  Drinking  Water  •  Sewage  •  District  HeaGng  •  Gas    •  Electrical  (  HV,  LV)  •  Public  light  •  Pavements    

Drinking  water    

Concerns:    • Leakage  • Real-­‐7me  contamina7on  detec7on  • Users  awareness  • Energy  op7miza7on  

Partners  :      •  W-­‐Smart  (Interna7onal  associa7on  for  Water  Security)  •  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    

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  

Water  quality    

 

Real  Gme  detecGon  of  the  

water  contaminaGon  ?  

Water  quality  :    Real  Gme  detecGon  of  water  contaminaGon  ?  

Intellisonde  (UK)  

S::scan  (Austria  )  

Event  Lab  (Netherland)  

Intellisonde  (UK)  

Event  Lab  (Netherland)  

S::scan  (Austria  )  

Contaminant  InjecGon  

Phase  1  :  Devices  qualifica7on  in  a  large  scale  pilot    

108      UFC/ml  

107      UFC/ml  

108      UFC/ml  

108      UFC/ml  

107      UFC/ml  

107      UFC/ml  

InjecGon  of  E.  Coli        

                                       105        CFU/ml                                        106        CFU/ml                                        107        CFU/ml                                          108        CFU/ml                      

Turbidity  (S:Scan)    

District  heaGng  

Concerns:    • Data-­‐based  Diagnos7c    • Reduc7on  of  energy  looses  (primary,  secondary,  buildings)  

• Demand-­‐  based  energy  produc7on  (usage,  historical  data,…)  

• Users  awareness  

SunRise Site pilote de la ville intelligente et durable

Réseau  d'eau  

District  heaGng  system  

HeaGng  Center  

HeaGng  Sub-­‐StaGon  

•  Temperature  •  Flow  •  Pressure  •  Consump7on  

Regula7on  System  (Valve  Controllers)  

Old  regulaGon  system  

88  

Data  :  Building  «  M1  »  

Heat  ConsumpGon   External  Temperature  

Heat    ConsumpGon  

External  Temperature  

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

University  Decision  :  Large  investment  in  -­‐  Upgrading  the  district  hea7ng  network  to  a  smart  network  

-­‐  Co-­‐genera7on  sta7on      

Funded  by  :  •  Energy  savings  •  Public  –  private  partnership    

Under  Progress:    

•  Public  ligh7ng  •  Sewage    •  Cyber  security    

 •  SunRise  social  network  

SunRise  :  relevant  model  for  other  universiGes  

Smart  Campus:  Une  nouvelle  approche  du  pilotage  immobilier  des  universités  

 Retour  d’expérience  du  projet  SunRise  –  Smart  City    

Isam  SHAHROUR,  Professeur  Université  Lille1    

COLLOQUE  ANNUEL  DES  DIRECTEURS  Généraux  des  Services    Strasbourg,  24  –  25  Juin  2015  

SunRise  :  Projet  Phare  de  la  3ème  RévoluGon  industrielle  –  Nord  Pas  de  

Calais  

SunRise  today  (4  years)      •  Major  Smart  City  project    •  Large  private-­‐public  partnership  •  Crea7on  of  a  start-­‐up,  others  in  perspec7ve  •  Several  implementa7ons  (social  housing,  eco-­‐

district,  park  of  technology,  town,..)  

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

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

Summary  -­‐  Conclusion  

When  see  things  we  make  progress  The  Smart  City  solu7on  allows  to  «  see»  the  city  components  (physical,  social,…)  and  their  interac7on  at  different  spa7al  and  7me  scales…    

It  is  a  major  step  to  make  progress  in  the  development  of  the    “Smart  city”,  the  city  which  takes  care  of    its  ci7zens  and  environment  

This  solu7on  is  relevant  for  both  developed  and  developing  countries,  the  ques7on  is  how  to  start  ?  

CreaGon  of    Lille1  «  Smart  City  »  consultant/experGse    center  

(This  year)