182
Deliverable D2.1 Final Report about Energy, ICT and Physical Systems of the CIVIS Pilot Sites Work Package 2 Responsible Unit: KIT Authors: FBK, KTH, IST

2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

  • Upload
    others

  • View
    2

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

Deliverable D2.1

Final Report about Energy, ICT and Physical Systems of

the CIVIS Pilot Sites

Work Package 2

Responsible Unit: KIT

Authors: FBK, KTH, IST 

Page 2: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 2 / 182    

 

 

   

 

 

 

2 of 182 

Document technical details

Document Number D2.1b

Document Title Final Report about Energy, ICT and Physical Systems

of the CIVIS Pilot Sites

Version V2.0

Status Reviewed final draft

Work Package 2

Deliverable Type Report

Contractual Date of delivery 1st Oct 2014

Actual Date of Delivery 31st Aug 2015

Responsible Unit KIT

Authors KIT: Russell McKenna, Erik Merkel, Jan Müller

FBK: Diego Viesi, Shahriar Mahbub, Luigi Crema

KTH: Omar Shafqat, Björn Palm

IST: Raquel Segurado, Sandrina Pereira

Keywords List CIVIS, Community energy system, ICT system

Dissemination Level PU

Page 3: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 3 / 182    

 

 

   

 

 

 

3 of 182 

CIVIS Consortium 

CIVIS (Grant Agreement contract No. 608774) is a Collaborative Project within the 7th Framework 

Programme, theme FP7‐SMARTCITIES‐2013, ICT‐2013.6.4. As defined in the Consortium Agreement, 

members of the Consortium are: 

No.  Beneficiaries 

1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI TRENTO, established in VIA CALEPINA, 14 38122 TRENTO ‐ ITALY, represented by Mr. Paolo Collini, Rector, or his authorised representative, the beneficiary acting as coordinator of the consortium (the "coordinator" ). 

2 AALTO‐KORKEAKOULUSAATIO established  in OTAKAARI 1, 00076 AALTO  ‐ FINLAND, represented by Mr  Ilkka NIEMELÄ, Deputy President and/or Mr Martti RAEVAARA, Vice President, or their authorised representative. 

3 FONDAZIONE CENTRO STUDI ENEL established  in VIALE REGINA MARGHERITA 137, 00198  ROMA  ‐  ITALY,  represented byMr Francesco STARACE,  President,  or  his authorised representative. 

IMPERIAL  COLLEGE  OF  SCIENCE,  TECHNOLOGY  AND  MEDICINE  established  in Exhibition Road, South Kensington Campus, SW7 2AZ LONDON ‐ UNITED KINGDOM, represented  by Ms  Carole MEADS,  Senior Negotiator,  European  Policy  and/or Mr James LLOYD, Contracts Administrator (Europe), or their authorised representative. 

5 INSTITUTO  SUPERIOR  TECNICO  established  in  Avenida  Rovisco  Pais  1,  1049‐001 LISBOA ‐ PORTUGAL, represented by Mr Arlindo OLIVEIRA, President, or his authorised representative. 

Karlsruher Institut fuer Technologie established in Kaiserstrasse 12, 76131 Karlsruhe ‐ GERMANY,  represented  by  Mr  Bernhard  DASSELAAR,  Head  of  Cost  and  Fund Management  and/or  Mr  Wolf  FICHTNER,  Head  of  IIP,  or  their  authorised representative. 

7  KUNGLIGA  TEKNISKA  HOEGSKOLAN  established  in  BRINELLVAGEN  8,  100  44 STOCKHOLM ‐ SWEDEN, represented by Mr Peter GUDMUNDSON, President and/or 

Page 4: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 4 / 182    

 

 

   

 

 

 

4 of 182 

Mr Kenneth BILLQVIST, Head of Research Office, or their authorised representative. 

8  SANTER REPLY  SPA  established  in VIA ROBERT KOCH  1/4,  20152 MILANO  ‐  ITALY, represented by Mr Luigi CICCHESE, Partner, or his authorised representative. 

NEDERLANDSE  ORGANISATIE  VOOR  TOEGEPAST  NATUURWETENSCHAPPELIJK ONDERZOEK  ‐  TNO  established  in  Schoemakerstraat  97,  2600  JA  DELFT  ‐  THE NETHERLANDS, represented by Ms Suzanne VAN KOOTEN, Director of Innovation, or her authorised representative. 

10 TECHNISCHE UNIVERSITEIT DELFT established  in Stevinweg 1, 2628 CN DELFT  ‐ THE NETHERLANDS, represented by Mr Theo TOONEN, Dean and/or Mr Jeroen VAN DEN HOVEN, Vice‐Dean, or their authorised representative. 

11 

CREATE‐NET  (CENTER  FOR  RESEARCH  AND  TELECOMMUNICATION EXPERIMENTATION  FOR  NETWORKED  COMMUNITIES)  established  in  VIA  ALLA CASCATA  56/D,  38123  TRENTO  ‐  ITALY,  represented  by  Mr  Imrich  CHLAMTAC, President, or his authorised representative. 

12 FONDAZIONE BRUNO KESSLER established in VIA SANTA CROCE 77, 38122 TRENTO ‐ ITALY,  represented  by Mr Andrea  SIMONI, General  Secretary  and/or Mr Massimo EGIDI, President, or their authorised representative. 

Page 5: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 5 / 182    

 

 

   

 

 

 

5 of 182 

Table of Contents 

Preface ............................................................................................................................................... 16 

Executive Summary ............................................................................................................................ 17 

1  Introduction and overview ....................................................................................................... 21 

1.1  Objectives of Work Package 2 ............................................................................................. 21 

1.2  Objectives and methodology of this report ......................................................................... 22 

1.3  Target audience ................................................................................................................... 24 

2  Updated overview of the pilot sites ......................................................................................... 25 

2.1  Italian pilot sites ................................................................................................................... 25 

2.1.1  CEIS consortium .......................................................................................................... 25 

2.1.1.1  Location ............................................................................................................. 25 

2.1.1.2  Electrical energy production and consumption ................................................ 26 

2.1.1.3  Thermal energy demand ................................................................................... 37 

2.1.1.4  Energy demand for transport ........................................................................... 42 

2.1.1.5  General overview of the CEIS Energy System (“Current Scenario”) ................. 44 

2.1.2  CEDIS Consortium ....................................................................................................... 47 

2.1.2.1  Location ............................................................................................................. 47 

2.1.2.2  Electrical energy production and consumption ................................................ 48 

2.1.2.3  Thermal energy demand ................................................................................... 57 

2.1.2.4  Energy demand for transport ........................................................................... 61 

Page 6: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 6 / 182    

 

 

   

 

 

 

6 of 182 

2.1.2.5  General overview of the CEDIS Energy System “Current Scenario” ................. 61 

2.2  Swedish pilot sites ................................................................................................................ 64 

2.2.1  Hammarby Sjöstad ..................................................................................................... 64 

2.2.1.1  Data availability ................................................................................................. 65 

2.2.1.2  Additional sensors ............................................................................................. 67 

2.2.1.3  Actions planned ................................................................................................ 69 

2.2.2  Fårdala ........................................................................................................................ 69 

2.2.2.1  Data availability ................................................................................................. 69 

2.2.2.2  Additional sensors ............................................................................................. 70 

2.2.2.3  Actions planned ................................................................................................ 70 

3  Energy system modelling addressing optimisation and storage in the test sites .................... 71 

3.1  Italian test sites .................................................................................................................... 71 

3.1.1  Use  of  EnergyPLAN  for  modelling  “Current  Scenario”  and  “Future  Optimised 

Scenarios” in CIVIS pilot sites energy systems ......................................................................... 71 

3.1.2  Modelling “Current Scenario” .................................................................................... 77 

3.1.3  Modelling “Future Optimised Scenarios” ................................................................... 79 

3.1.3.1  Introduction ...................................................................................................... 79 

3.1.3.2  Assessment of additional  local sustainable energy resources: wood and solar

  79 

3.1.3.3  Decision variables, constraints and objectives ................................................. 81 

3.1.3.4  Results for CEIS Consortium .............................................................................. 85 

Page 7: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 7 / 182    

 

 

   

 

 

 

7 of 182 

3.1.3.5  Results for CEDIS Consortium ........................................................................... 97 

3.1.4  Summary and conclusions ........................................................................................ 107 

3.2  Swedish test sites ............................................................................................................... 110 

3.2.1  Methodology ............................................................................................................ 110 

3.2.2  Definition of use cases.............................................................................................. 116 

3.2.3  Results ...................................................................................................................... 119 

3.2.4  Summary and conclusions ........................................................................................ 131 

4  Individual appliances analysis ................................................................................................. 134 

4.1  Discussion of relevant literature ........................................................................................ 134 

4.2  Electricity profile of the domestic sector for the test sites ............................................... 140 

4.2.1  Italy ........................................................................................................................... 140 

4.2.2  Sweden ..................................................................................................................... 141 

4.3  Energy reduction potential by demand side measure ...................................................... 143 

4.3.1  Storo, Italy ................................................................................................................ 145 

4.3.1.1  Electricity consumption by appliance in Storo ............................................... 145 

4.3.1.2  Thermal energy consumption in Storo ........................................................... 148 

4.3.2  San Lorenzo, Italy ..................................................................................................... 149 

4.3.2.1  Electricity consumption by appliance in San Lorenzo .................................... 149 

4.3.2.2  Thermal energy in San Lorenzo ...................................................................... 151 

4.3.3  Fårdala and Hammarby Sjöstad, Sweden ................................................................. 153 

Page 8: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 8 / 182    

 

 

   

 

 

 

8 of 182 

4.3.3.1  Electricity consumption by appliance in the Swedish test sites ..................... 153 

4.3.3.2  Thermal energy consumption in the Swedish test sites ................................. 155 

4.4  Energy demand – potential for load shifting ..................................................................... 156 

4.5  Baseload energy demand and stand‐by ............................................................................ 157 

4.6  Summary and conclusions ................................................................................................. 162 

5  Summary and conclusions ...................................................................................................... 165 

6  Appendix ................................................................................................................................. 171 

6.1  Pilot site description .......................................................................................................... 171 

6.2  Investment cost, Lifetime, Fixed O&M cost ...................................................................... 172 

6.3  Variable O&M cost ............................................................................................................. 172 

6.4  Generation efficiency ......................................................................................................... 172 

6.5  Fuel price and additional cost ............................................................................................ 173 

6.6  Modelling CEIS “Future Optimised Scenarios” .................................................................. 175 

6.7  Modelling CEDIS “Future Optimised Scenarios” ................................................................ 176 

7  References .............................................................................................................................. 177 

LIST OF FIGURES

Figure 1: The Province of Trento and the area of Giudicarie Esteriori served by CEIS ...................... 26 

Figure 2: CEIS electrical production plants (hydro and PV) ............................................................... 27 

Figure 3: CEIS electric grid: production vs consumption (monthly, 2013) ........................................ 29 

Figure 4: CEIS electric grid: production vs consumption (Mon 04/02/2013 – Wed 06/02/2013) .... 30 

Page 9: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 9 / 182    

 

 

   

 

 

 

9 of 182 

Figure 5: CEIS electric grid: production vs consumption (Mon 13/05/2013 – Wed 15/05/2013) .... 30 

Figure 6: CEIS electric grid: power purchased from the national Grid (hourly, 2013) ...................... 32 

Figure 7: CEIS electric grid: power sold to the national Grid (hourly, 2013) ..................................... 32 

Figure 8: Thermal energy demand in CEIS area (monthly, 2013) ...................................................... 40 

Figure 9: Thermal energy demand in CEIS area (Mon 04/02/2013 – Wed 06/02/2013) .................. 41 

Figure 10: Primary Energy Demand in the CEIS area (2013) ............................................................. 45 

Figure 11: Overview of the CEIS Energy System – “Current Scenario” (2013) .................................. 46 

Figure 12: The Province of Trento and the area of Chiese Valley served by CEDIS ........................... 48 

Figure 13: CEDIS electrical production plants (Hydro and PV) .......................................................... 49 

Figure 14: CEDIS electric grid: production vs consumption (monthly, 2013) .................................... 51 

Figure 15: CEDIS hydro storage reservoir .......................................................................................... 52 

Figure 16: CEDIS electric grid: production vs consumption (Mon 04/02/2013 – Wed 06/02/2013) 52 

Figure 17: CEDIS electric grid: production vs consumption (Mon 13/05/2013 – Wed 15/05/2013) 53 

Figure 18: CEDIS electric grid: power purchased from the national Grid (hourly, 2013) .................. 54 

Figure 19: CEDIS electric grid: power sold to the national Grid (hourly, 2013) ................................. 55 

Figure 20: Thermal energy demand in the CEDIS area (monthly, 2013) ........................................... 59 

Figure 21: Thermal energy demand in the CEDIS area (Mon 04/02/2013 – Wed 06/02/2013) ....... 59 

Figure 22: Primary Energy Demand in the CEDIS area (2013) ........................................................... 62 

Figure 23: Overview of the CEDIS Energy System – “Current Scenario” (2013) ................................ 63 

Figure 24: Hourly heating data for 2014 & 2013 (green line: energy, grey line: outdoor temperature)

 ............................................................................................................................................................ 66 

Page 10: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 10 / 182    

 

 

   

 

 

 

10 of 182 

Figure 25: Daily electricity load profile from installed energy monitor with 5 min resolution ......... 68 

Figure 26: Detected appliances from household ............................................................................... 68 

Figure 27: Heating control system for Fårdala test site. .................................................................... 70 

Figure 28: Structure of the EnergyPLAN ............................................................................................ 73 

Figure 29: Energy System Optimisation Model ................................................................................. 74 

Figure 30: Night‐charging (NC) profile for electric car batteries ....................................................... 83 

Figure 31: Overview of the CEIS and CEDIS Energy System – “Future Optimised Scenarios” ........... 84 

Figure 32: CEIS: Pareto‐front and comparison “Current Scenario”/”Future Optimised Scenarios ... 86 

Figure 33: CEIS: best 15 scenarios in terms of AC (2‐16), comparison with “Current Scenario” (1) . 89 

Figure 34: CEIS: “Future Optimised Scenarios” (blue) and correlation between annual cost and CO2‐

emission reduction (%). In red “Current Scenario” ........................................................................... 90 

Figure 35: CEIS: best scenarios in terms of CO2‐emission, comparison with “Current Scenario” ..... 92 

Figure 36: CEIS: “Future Optimised Scenarios” (blue) and correlation between annual cost and ESD 

reduction. In red “Current Scenario” ................................................................................................. 93 

Figure 37: CEIS: best scenarios in terms of ESD, comparison with “Current Scenario” .................... 95 

Figure 38: CEDIS: Pareto‐front and comparison “Current Scenario”/”Future Optimised Scenarios”

 ............................................................................................................................................................ 97 

Figure 39: CEDIS: best 15 scenarios in terms of AC (2‐16), comparison with “Current Scenario” (1)

 .......................................................................................................................................................... 100 

Figure 40: CEDIS: “Future Optimised Scenarios” (blue) and correlation between annual cost and CO2‐

emission reduction (%). In red “Current Scenario” ......................................................................... 101 

Page 11: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 11 / 182    

 

 

   

 

 

 

11 of 182 

Figure 41: CEDIS: best scenarios in terms of CO2‐emission, comparison with “Current Scenario” 103 

Figure 42: CEDIS: “Future Optimised Scenarios” (blue) and correlation between annual cost and ESD 

reduction. In red “Current Scenario” ............................................................................................... 104 

Figure 43: CEDIS: best scenarios in terms of ESD, comparison with “Current Scenario” ................ 106 

Figure 44: Overview of the methodology of the optimisation of the energy system of the pilot sites 

(source: own illustration based on [39]) .......................................................................................... 111 

Figure 45: Overview of the consumption for space heat and hot water in the buildings in Fårdala in 

the period from September 2012 to September 2013 .................................................................... 117 

Figure 46: Technology selection and capacity for the three use cases of decentralised heat supply 

and the (average) case of centralised supply .................................................................................. 121 

Figure  47:  Comparison  of  the  total  annual  system  cost  per  household  for  the  three  cases  of 

decentralised heat supply and the case of centralised heat supply ................................................ 122 

Figure 48: Comparison of the total annual primary energy consumption per household for the three 

cases of decentralised heat supply and the case of centralised heat supply .................................. 123 

Figure 49: Comparison of the total annual emission of CO2 per household  for the  three cases of 

decentralised heat supply and the case of centralised heat supply ................................................ 125 

Figure 50: Comparison of the degree of self‐sufficiency with respect to energy and electricity supply 

for the three cases of decentralised heat supply and the case of centralised heat supply ............ 126 

Figure 51: Comparison of the self‐consumption rate with respect to energy and electricity supply for 

the three cases of decentralised heat supply and the case of centralised heat supply .................. 127 

Figure  52:  Thermal  demand  and  energy  dispatch  of  technologies  for  the minimum  case  for  an 

example week in winter ................................................................................................................... 129 

Page 12: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 12 / 182    

 

 

   

 

 

 

12 of 182 

Figure 53:  Distribution of electricity demand in the domestic sector by appliance in Italy, in 2008

 .......................................................................................................................................................... 141 

Figure 54:  Distribution of electricity demand in the domestic sector by appliance in Sweden, in 2008

 .......................................................................................................................................................... 142 

Figure 55: Average hourly energy demand for families between 26‐64 years old [40] .................. 158 

Figure 56: Average summer baseload electricity demand .............................................................. 159 

Figure 57: Daily load profile of the domestic sector members of CEDIS and CEIS in 2013 ............. 160 

Figure 58: Typical values of standby power of some appliances [49] ............................................. 161 

Figure 59: Trend of the Italian electricity market in 2013 [59] ........................................................ 174 

Figure 60: CEIS: best 15 scenarios in terms of AC, comparison between “Current Scenario” (0) and 

“Future AC Optimised Scenarios” (1‐15) in terms of AC, CO2‐emission, LFC, ESD .......................... 175 

Figure 61: CEDIS: best 15 scenarios in terms of AC, comparison between “Current Scenario” (0) and 

“Future AC Optimised Scenarios” (1‐15) in terms of AC, CO2‐emission, LFC, ESD .......................... 176 

LIST OF TABLES

Table 1: CIVIS Deliverables and Test Sites Information ..................................................................... 24 

Table 2: Number of plants, installed power (kW) and peak power on CEIS grid, divided by renewable 

energy source (2013) ......................................................................................................................... 27 

Table 3: CEIS electric grid: production vs consumption (monthly, 2013) ......................................... 29 

Table 4: CEIS grid LFC (monthly, 2013) .............................................................................................. 31 

Table 5: Primary energy source (PES) mix for Italian, Trenta and CEIS/CEDIS grid (2013) ................ 36 

Table 6: CEIS electric grid: conversion FEC to PEC (2013) ................................................................. 36 

Page 13: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 13 / 182    

 

 

   

 

 

 

13 of 182 

Table 7: Space heating demand in CEIS area (2013).......................................................................... 38 

Table 8: Thermal energy demand in CEIS area, (monthly, 2013) ...................................................... 40 

Table 9: Energy  source mix  for  thermal energy  in  the CEIS area  (Final Energy Demand  FED and 

Primary Energy Demand PED) (2013) ................................................................................................ 42 

Table 10: Energy and environmental characteristics of the Italian fleet (2013) ............................... 43 

Table 11: Energy demand and CO2‐emission for transport in the CEIS area (2013) ......................... 43 

Table 12: Number of plants and installed power (kW) and peak power on the CEDIS grid, divided by 

renewable energy source (2013) ....................................................................................................... 49 

Table 13: CEDIS electric grid: production vs consumption (monthly, 2013) ..................................... 51 

Table 14: CEDIS grid LFC (monthly, 2013) .......................................................................................... 54 

Table 15: CEDIS electric grid: conversion FEC to PEC (2013) ............................................................. 56 

Table 16: Space heating demand in CEDIS area (2013) ..................................................................... 57 

Table 17: Thermal energy demand in the CEDIS area, (monthly, 2013) ........................................... 58 

Table 18: Energy source mix for thermal energy in the CEDIS area (Final Energy Demand FED and 

Primary Energy Demand PED) (2013) ................................................................................................ 60 

Table 19: Energy demand and CO2‐emission for transport in CEDIS area (2013) ............................. 61 

Table 20: Housing association in Hammarby Sjöstad part of CIVIS ................................................... 65 

Table 21: CEIS “Current Scenario”: Economical, environmental, technical and political parameters

 ............................................................................................................................................................ 78 

Table 22: CEDIS “Current Scenario”: Economical, environmental, technical and political parameters

 ............................................................................................................................................................ 78 

Page 14: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 14 / 182    

 

 

   

 

 

 

14 of 182 

Table 23: Potential for a sustainable use of the wood resource in CEIS and CEDIS areas ................ 80 

Table 24: CEIS: Best 15 scenarios in terms of AC, comparison with “Current Scenario” .................. 87 

Table 25: CEIS: best scenarios in terms of CO2‐emission, comparison with “Current Scenario” ...... 91 

Table 26: CEIS: best scenarios in terms of ESD, comparison with “Current Scenario” ..................... 94 

Table 27: CEDIS: Best 15 scenarios in terms of AC, comparison with “Current Scenario” ................ 99 

Table 28: CEDIS: best scenarios in terms of CO2‐emission, comparison with “Current Scenario” . 102 

Table 29: CEDIS: best scenarios in terms of ESD, comparison with “Current Scenario” ................. 105 

Table 30: Overview of the technologies to be chosen in the optimisation approach .................... 111 

Table 31: Energy use  in subdivisions for three cases of decentralised heat supply and the case of 

centralised heat supply in Fårdala ................................................................................................... 118 

Table 32: Key parameters as assumptions for the optimisation runs (Source: own calculations based 

on [42]) ............................................................................................................................................. 119 

Table 33: Technology selection and capacity for the use cases of centralised heat supply ........... 122 

Table 34: Energy reduction by demand side measure [51,52,53,54] .............................................. 144 

Table 35: Electricity consumption by appliance in Storo in 2013 .................................................... 145 

Table 36: Electricity reduction in Storo for the conservative and optimistic scenarios .................. 146 

Table 37: Electricity reduction for the 150 families directly involved in CIVIS in Storo, ................. 147 

Table 38: Thermal energy reduction in Storo .................................................................................. 148 

Table 39: Thermal energy reduction for the 150 families  directly involved in CIVIS in Storo ........ 148 

Table 40: Electricity consumption by appliance in San Lorenzo, in 2013 ........................................ 149 

Table 41: Electricity reduction in San Lorenzo for the conservative and optimistic scenarios ....... 150 

Page 15: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 15 / 182    

 

 

   

 

 

 

15 of 182 

Table 42: Electricity reduction for the 150 families directly involved in CIVIS in San Lorenzo ....... 151 

Table 43: Thermal energy reduction in San Lorenzo ....................................................................... 152 

Table 44: Thermal energy reduction for the 150 families ............................................................... 152 

Table 45: Electricity consumption by appliance  for  the 300  families    that will be  involved  in  the 

Swedish test sites ............................................................................................................................. 154 

Table 46: Electricity reduction for the families directly involved in CIVIS in the Swedish test sites for 

the conservative and optimistic scenarios ...................................................................................... 155 

Table 47: Thermal energy reduction for the families ...................................................................... 156 

Table 48: Potential of demand shifting by appliance/activity [54] .................................................. 156 

Table 49: Ecodesign requirements related to standby and off mode ............................................. 162 

Table 50: Possible total energy reduction envisaged in CIVIS project by the direct involvement of 600 

families ............................................................................................................................................. 164 

Table 51: CEIS area: Number of dwellings  for age of construction and dwelling  renovations with 

energy upgrading in the periods 1982‐1991 and >1991 ................................................................. 171 

Table 52: CEDIS area: Number of dwellings for age of construction and dwelling renovations with 

energy upgrading in the periods 1982‐1991 and >1991 ................................................................. 171 

Table 53: Investment cost, lifetime, fixed O&M cost ...................................................................... 172 

Table 54: Variable O&M cost ........................................................................................................... 172 

Table 55: Generation efficiency ....................................................................................................... 172 

Table 56: Fuel price and additional cost .......................................................................................... 173 

Page 16: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 16 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16 of 182 

Preface

The review process of the CIVIS deliverable D2.1a highlighted a lack of attention regarding storage 

and supply‐side flexibilities within the CIVIS test beds. As shown in the presentation of the pilot sites 

in the proposal and the Description of Work (DoW), there are few distributed renewable energy 

resources in the Stockholm test site, as well as little or no energy storage within any of the test sites. 

There are no investments or financial means in energy infrastructure foreseen in the project apart 

from metering devices. Therefore, empirical questions of the optimal superstructure of the energy 

supply  of  the  test  site  are  out  of  the  project  scope. The  authors  understand  the  limitation  of 

excluding storage and supply‐side options  from the projects completely, even  if  it  is beyond the 

scope  to  fully  implement  them.  Hence  modelling  work  was  carried  out  in  the  scope  of  this 

deliverable (D2.1b), in order to identify the optimum energy supply system and investigate the use 

of energy  storage  for each of  the  test  sites,  in  the  context of WPs 2  and 7.  In particularly,  the 

following work was carried out: 

1. For the Trento test sites: 

a. Energy system modelling with the Hybrid Optimisation of Multiple Energy Resources 

(HOMER) in order to investigate the scope for load balancing, optimal location and 

charging strategies for electric vehicles. This work was led by FBK. 

b. Energy system modelling in EnergyPLAN to investigate the potential for using solid 

oxide and PEM fuel cells within the test sites for cogeneration of heat and electricity. 

This work was led by FBK. 

2. For the Stockholm test sites: Optimisation of capacities and operation of multi‐generation 

systems consisting of combined heat power (CHP), boiler, PV as well as thermal and battery 

storage to be carried out for individual buildings and district within the Stockholm test sites. 

This work was led by KIT and KTH. 

 

Page 17: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 17 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17 of 182 

In addition, appliance‐level data was acquired  from  literature  reviews and  from data availability 

from the test sites  in order to assess energy reduction potential by demand‐side measures. This 

work was led by IST. 

A timeframe to complete this work has been set at six months from the end of February 2015, i.e. 

by the end of August 2015. The work will be documented in joint publications in academic journals. 

This approach has been explicitly endorsed by the Project Officer during February 2015.  

 

Executive Summary

It is the main objective of CIVIS project work package 2 to assess the potential for distributed energy 

management and energy efficiency measures in the pilot sites in order to reach CIVIS main goals: 

the  increase  in energy efficiency and  flexibility and  the  reduction of CO2‐emissions. The present 

report therefore provides a framework for the energy and ICT system analysis for the CIVIS project.  

This deliverable has significantly updated previous results for the pilot sites as well as applied the 

methods  previously  developed  in D2.1a. Due  to  severe  constraints  on  data  availability  for  the 

Stockholm pilot sites, the updated overview is much less detailed for these than the Italian test sites. 

From the updated analysis of the pilot sites based on the latest available date several new insights 

relating  to  the potential  for energy and CO2‐saving measures  through  the application of energy 

storage, as well as through specific measures on a household and appliance  level, are gained as 

summarised in this section.  

The energy systems in the Italian and Swedish test sites were analysed using energy system models 

and  their  latest  available  data.  Thereby  a  particular  emphasis was  placed  on  the  potential  for 

optimising the energy systems by employing thermal and electrical storage devices. To this end, 

energy  system  analysis  tools  including  optimisation  and  simulation‐based  approaches  were 

employed to three of the four test sites.  

Page 18: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 18 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18 of 182 

Starting from the “Current Scenario” additional local sustainable energy resources are investigated, 

in particular wood and solar PV. Both in CEIS and in CEDIS the local forest is managed in a sustainable 

way. There is an additional margin (+ 30.4% in CEIS and + 35.5% in CEDIS) to increase the use of local 

wood. Local PV availability is considerable both in CEIS and in CEDIS areas. 

Using EnergyPLAN + a multi‐objective evolutionary algorithm, several “Future Optimised Scenarios” 

are analysed, in order to identify possible solutions able to: 

Reduce annual energy cost (AC); 

Reduce the environmental impact (CO2‐emission); 

Allow a satisfactory technical regulation for the electric grid (Load Following Capacity, LFC); 

Increase local security through a greater energy independency (Energy System Dependency, 

ESD) 

As decision variables both the additional  implementation of existing technologies  (PV,  individual 

wood boiler) and the introduction of new ones (in CEIS&CEDIS: GSHP, electric cars; in CEIS: wood 

ORC  CHP;  in  CEDIS:  gas  SOFC mCHP,)  are  addressed,  as well  as  the  possibility  to  involve  local 

renewable resources (reducing fossil fuels). 

In terms of annual cost this study suggests consistent economical savings both in CEIS (from ‐4.8 % 

to ‐11.9%) and in CEDIS (from ‐4.4% to ‐8.6%). It is also possible to both minimise energy cost while 

reducing CO2‐emission (from ‐28.1% to  ‐70.9%  in CEIS, from ‐24.3% to ‐29.9%  in CEDIS).  In other 

words, several energy scenarios that are greener and cheaper than the current one are possible. 

Also ESD is highly improved, these scenarios are able to import from ‐14% to ‐20% in CEIS and from 

‐16% to ‐19% in CEDIS fewer energy resources from outside. LFC in most cases is very close to the 

value of the "Current Scenario", ensuring electrical grid stability.  In CEIS and CEDIS the electrical 

resource mix of “Current Scenario” (local production + import) maintains its competitiveness also in 

“Future AC Optimised Scenarios”. While  the  introduction of wood CHP  in CEIS and gas mCHP  in 

Page 19: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 19 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19 of 182 

CEDIS  appears  often  negligible,  increasing  PV  capacity  is  suggested  in  several  of  the  proposed 

scenarios. 

What  instead  is deeply transformed  is the thermal sector, first of all  individual oil and LPG boiler 

reach approximately zero capacity. In other words it is suggested to dismiss the actual oil and LPG 

individual boilers because  fuels cost are  too high compared  to other alternative energy carriers. 

What  gains  importance  is  instead  the  use  of  local  wood  (individual  wood  boiler  capacity  is 

maximised) and the electrification of the thermal sector (wide introduction of GSHP guarantee very 

cost effective scenarios).  In the proposed “CEIS Future AC Optimised Scenarios”  individual wood 

boiler covers 56‐73% of heat demand (from 53% of “Current Scenario”) while GSHP 20‐41%; in the 

proposed  “CEDIS  Future AC Optimised  Scenarios”  individual wood  boiler  cover  44‐49%  of  heat 

demand (from 32% of “Current Scenario”) while GSHP 37‐50%. 

For the Swedish test sites, the focus was on Fårdala because for Hammarby Sjöstad no data was 

available at the time of producing this deliverable. An existing mixed integer linear program (MILP) 

for the optimisation of the capacity and dispatch of multi‐energy systems consisting of CHP, PV, 

boilers, thermal and electrical storage, was employed for this task. The main input parameters for 

the model, especially  the electricity and gas prices as well as  the demand profiles  for heat and 

electricity in households, were adapted to the Swedish case as far as possible. Furthermore, three 

typical residential buildings in Fårdala were differentiated based on their annual heat demand for 

space heating and hot water, a minimum, average and maximum case respectively. These three 

cases were optimised with the model with respect to the total annual costs for energy,  including 

heat and electricity, per household. In addition, a centralised case of heat supply was investigated, 

corresponding to one large centralised CHP unit, which provides all of the heat and electricity for 

the whole site (178 buildings). This roughly corresponds to the actual situation, the main difference 

being that the capacity and dispatch of the CHP unit is optimised by the model in this case and is 

Page 20: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 20 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20 of 182 

not predetermined. In addition, the methodology developed in D2.1 for energy, CO2 and flexibility 

potential determination was applied to Fårdala. 

These  results  of  the  optimisation  for  Fårdala  indicate  that,  based  on  the  employed  data  and 

methodology,  the  current  system  is  the most optimal  in  terms of energy  supply  costs, primary 

energy consumption and CO2‐emissions. However, several  limitations of the methodology should 

be borne in mind, which could strongly affect this conclusion. Most importantly, it is recommended 

to devote further attention to the households within the buildings and their behaviour, which has a 

strong but varied impact on energy consumption. Further work should also focus on modelling the 

demand  side  within  the  households,  including  the  occupants  and  measures  such  as  building 

insulation that may reduce the overall demand of the building fabric.   

A brief overview of some of the literature in the field of energy saving interventions and dynamic 

pricing  tariffs  highlighted  the  difficulties  in  generalising  results  from  different  studies.  Some 

common themes include the importance of targeted, as opposed to general, information, as well as 

its  combination  with  other  measures  in  order  to  be  effective.  This  especially  applies  to  the 

installation of smart meters and the required supervision of the affected households in using them. 

Appliance  ownership  and  use within  households  varies  largely,  especially  but  not  only  due  to 

socioeconomic  factors within  the household  such as  income, household  structure and age, and 

tenancy type (owner occupier, rented or other). In addition, a significant proportion of the energy 

demand in households is often unknown, i.e. cannot be allocated to specific appliances or energy 

service demands, which makes  influencing  it very difficult. Dynamic pricing trials have also found 

partly  diverging  results, with  indications  that  a  reduction  in  peak  demand  of  5‐10 % might  be 

possible with the right incentives.  

To  overcome  the  lack  of  data  regarding  energy  consumption  by  appliance  in  each  test  site, 

estimations were carried out based on the energy profiles within Italian and Swedish households. 

Two scenarios were considered: a conservative and an optimistic scenario. The optimistic scenario 

considers the adoption of more energy efficiency measures than the conservative scenario. For the 

Page 21: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 21 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21 of 182 

150 families of each test site that will be directly involved in CIVIS project, the implementation of 

the measures could result in an electricity consumption reduction of about 12% in the conservative 

scenario and about 18% in the optimistic scenario. At thermal energy level, the implementation of 

the energy efficiency measures could result in a decrease of about 14%. An analysis was also carried 

out on the energy consuming activities that have more potential to be shifted in order to assess the 

potential for load shifting, an important measure for the Italian test sites. Stand‐by and off‐mode of 

appliances were also analysed and they can have an important weight in the energy demand of a 

household, namely in the base load period. 

Furthermore,  the  estimations  based  on  the  energy  profiles within  the  Italian  and  the  Swedish 

households  in two scenarios  ‐ considering that 150  families will be directly  involved  in the CIVIS 

project in each test site ‐ show that the implementation of the measures could result in an electricity 

consumption reduction of about 12 % in the conservative scenario and about 18 % in the optimistic 

scenario. At  thermal energy  level,  the  implementation of  the energy efficiency measures  could 

result in a decrease of about 14 %. 

 

1 Introduction and overview

1.1 Objectives of Work Package 2

The main objectives of Work Package 2 are the analysis of energy and ICT systems within the pilot 

sites. This involves particular focus on the potential for distributed energy management and energy 

efficiency measures  in  the pilot  sites,  in order  to  increase energy  efficiency  and  flexibility,  and 

reduce  CO2‐emissions.  Furthermore,  the  goal  is  to  analyse  the  utilisation  of  information  and 

communication  technology  (ICT)  systems  and  standards  for  integration  of  devices  to  enable 

distributed energy management at the individual peer and community levels. Moreover, this Work 

Page 22: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 22 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22 of 182 

Package aims at developing recommendations for future enhancements concerning energy and ICT 

systems  and  changes  in  the  use  of  existing  systems,  relying  also  on  the  impact  and  dynamics 

triggered at the social level. Finally, the objective is to analyse the utilisation and the social adoption 

of software tools used to connect consuming, producing and storing devices as distributed energy 

system in the pilot sites. 

1.2 Objectives and methodology of this report

This report is the second version of the deliverable D2.1, hence referred to as D2.1b. Whilst it builds 

on  and  extends  the work  reported  in  the  first  version,  D2.1a,  both  reports  can  be  read  and 

understood independently. However, as being necessary for independent readability of the report 

and for setting the context a certain degree of repetition of D2.1a is featured in this report. In the 

current report the focus  is on updating previous results for the pilot sites as well as applying the 

methods previously developed. The objectives are therefore to give an update relating to the status 

quo  in the pilot sites, to analyse the energy systems  in the pilot sites and, according to the data 

availability  allowing,  to  determine  the  potential  for  energy  efficiency  improvement  and  CO2‐

reduction  through  the application of energy  storage, as well as  through  specific measures on a 

household and appliance level. Several methods are employed to meet these objectives. Firstly, in 

chapter  two an overview of  the current  state of  the art  relating  to  the physical energy and  ICT 

systems  in  the pilot sites, based on  the  latest data  (July 2015),  is given, serving as an update  to 

chapter 2 in D2.1a. Then, in chapter three, simulation and optimisation methodologies for energy 

system analysis of the pilot sites in Sweden and Italy are presented and applied to three of the four 

pilot sites (due to lacking data for the fourth). In addition, the methodologies previously reported in 

chapter 3 of D2.1a for analysing primary energy, CO2 and flexibility aspects, are applied to one pilot 

site. In chapter 4, the results of the previous analysis of suitable measures for the CIVIS project in 

D2.1a are taken as a basis for analysing specific energy and power saving measures on the household 

Page 23: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 23 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23 of 182 

and appliance level. The report then closes with a summary and conclusions. 

For an overview of the contents of this report in relation to other work packages and deliverables, 

the reader is directed to Table 1 below.   

 

Deliverable  Test Sites Related Information  In particular, see  

D 2.1a ‐ Final Report about Energy, ICT 

and Physical Systems of the CIVIS Pilot 

Sites 

The  report provides an extended analysis 

of  the energy and  ICT  systems within  the 

pilot sites. 

Section  2  and 

Section 4 

D  4.1  ‐  Energy  ICT  Platform:  system 

requirements,  architecture  and 

interfaces 

This  report  includes  the  architecture 

specifications and system requirements for 

CIVIS  Decision  Support  System  (DSS) 

Platform. In particular, it includes the state 

of the art for the sensors in the pilot sites. 

Section 3 

D 5.1 – Current Context and State of 

the Art 

With regards to the pilot sites, the report 

provides  national  and  local  level 

descriptions of their current regulatory and 

institutional context. 

Section  3.2  and 

Section 3.8 

D  6.1  –  Description  of  New  Style 

Business  Models  for  an  Emerging 

Social Energy System 

With regards to the pilot sites, the report 

provides  national  and  local  level 

descriptions  of  key  market  stakeholders 

and  their  ‘position’  in  the  energy  value 

chain. 

Section  3  and 

Section 4 

D 7.1 – CIVIS Test Sites report 

It  is  the  main  reference  document  with 

regards  to CIVIS  test  sites descriptions.  It 

provides an overview of the test sites with 

Whole document 

Page 24: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 24 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24 of 182 

regards  to  all  CIVIS  dimensions  (Energy, 

ICT, Social) 

Table 1: CIVIS Deliverables and Test Sites Information 

1.3 Target audience

The dissemination level of this report is public. This report is aimed at providing decision support 

for various stakeholders. Local authorities and public utilities might have a deeper  interest  in the 

report’s  outcomes  as  they  can  draw  implications  from  the  implementation  of  a  project which 

considers both the field of smart metering and community  involvement. Also stakeholders  in the 

private sector such as private investors and energy service companies are likely to benefit from this 

report as inter alia issues of flexibility potential are investigated. 

 

Page 25: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 25 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25 of 182 

2 Updated overview of the pilot sites

In this chapter, we present an updated is overview of the four pilot sites and available data since 

the  previous WP2  deliverable  (D2.1a)  as  of  31st  July  2015. Due  to  severe  constraints  on  data 

availability for the Stockholm pilot sites, the updated overview is much less detailed for these than 

the Italian test sites. For more detailed test site specific information extending beyond this section 

the reader  is referred to CIVIS Deliverable D5.1 where the national and  local regulatory frame  is 

analysed, CIVIS Deliverable D6.1  in which  the main market actors  (national and  local)  from  the 

perspective of  the energy  value  chain  are  investigated, CIVIS Deliverable D7.1  that provides  an 

overall, condensed and comprehensive description of the pilot sites and to CIVIS Deliverable D2.1a. 

2.1 Italian pilot sites

2.1.1 CEIS consortium

2.1.1.1 Location

CEIS (Consorzio Elettrico Industriale di Stenico) is a cooperative established in 1905 with the aim of 

contributing,  through  the production  and distribution of electricity,  to  the economic  and  social 

improvement of the people living in the area of activity of the company.   

CEIS experience comes  from  the beginning of  Italian electrification, with a  specific action  in  the 

Alpine Region. It is an institutional enterprise focused on the mutual cooperation with a social and 

economic embedded relationship within local territory [1]. 

CEIS is one of the 77 Italian Electric Historical Cooperatives. Thanks to the ownership of electrical 

production  plants,  transport  and  distribution  grid  it  is  able  to  ensure  to  their  members  a 

considerable economic saving in the bill (up to 40 % comparing to the national average).  

The Consortium is located in the Province of Trento in the area named Giudicarie Esteriori (Figure 

Page 26: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 26 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26 of 182 

1).  It delivers  its services  in the territory of six municipalities: Bleggio Superiore, Comano Terme, 

Dorsino, Fiavè, San Lorenzo in Banale and Stenico. The supplied area has a surface area of 248 km2 

and  includes  8,426  citizens  and  3,536  families.  On  the  31st  December  2013,  the  shareholding 

structure was made up of 3,425 members who represented about 80 % of households served [2]. 

 

Figure 1: The Province of Trento and the area of Giudicarie Esteriori served by CEIS 

2.1.1.2 Electrical energy production and consumption

CEIS produces electricity using only renewable sources, it has the ownership of 1 hydropower plant 

and 5  centralised PV plants  (Figure 2).  In addition,  in  these  last 7 years,  the diffused electricity 

production on CEIS grid from PV panels has greatly increased (442 PV plants at 31st December 2013), 

driven by high national grants for PV. CEIS has directly promoted the local spread of PV installations 

both from the technical and legislative points of view. The third type of renewable electricity source 

is biogas (from cow waste), owned by two CEIS members with an installed power of 500 kW. Part of 

the electricity produced by diffused PV panels and biogas  is used  for  self‐consumption and  the 

remaining is injected into the CEIS grid and sells to "Gestore dei Servizi Energetici (GSE)". GSE is the 

state‐owned company which promotes and supports renewable energy sources (RES) in Italy; GSE 

purchase electricity generated by renewable‐energy plants connected to the national electric grid, 

reselling it in the electricity market [3]. Table 2 reports the number of plants, the installed power 

Page 27: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 27 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

27 of 182 

(kW) and the peak power (kW) on CEIS grid for the reference year 2013 [2]. 

   

Figure 2: CEIS electrical production plants (hydro and PV)  

Renewable energy 

source 

Number of 

plants 

Installed 

Power (kW) 

Peak Power 

2013 (kW) 

Biogas  2 500 452

PV  447 7,515 4,998 

Hydropower  1 4,000 3,959 

Total  450 12,015 9,409 

Table 2: Number of plants, installed power (kW) and peak power on CEIS grid, divided by 

renewable energy source (2013) 

The electrical distribution grid of medium voltage (MV) and low voltage (LV) is owned by CEIS. Two 

MV interconnection points with the national grid ensure the continuous, bidirectional, exchange of 

electrical energy between CEIS  local grid and national grid. CEIS sells excess production and buys 

lacking electricity from the regional company called Trenta S.p.A. 

At the end of 2013 the injection points have reached 450 units with a total installed power of about 

12 MW while the withdrawal points have reached 6,475 units with a peak demand power of about 

5.3 MW [2]. 

During the reference year 2013 the electrical consumption on CEIS grid was equal to 26,177,984 

kWh. This consumption includes all sectors: domestic sector, industry, services sector, agriculture 

Page 28: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 28 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28 of 182 

etc. [2]. As a stakeholder of CIVIS project, CEIS has made available to FBK the hourly data of electrical 

injection and electrical consumption.  

Table 3 and Figure 3 compare, at monthly  level, electrical  injection and consumption on the CEIS 

grid. Electrical consumption shows small variations at a monthly level: 

In winter season a slight increasing occurs due to less hours of light; 

The busiest holiday periods (like August) generate also an increase in consumption. 

Electrical  injection  shows  considerable  fluctuations  because  of  hydro  and  PV  variation  in 

productivity: 

Hydro production dominates the overall total production in the CEIS area; 

Hydro  productivity  is  characterised  by  a major  peak  in  spring  and  a  secondary  peak  in 

autumn while PV productivity is characterised by one major peak in summer.  

During the reference year 2013 total monthly  injection exceeds the electrical demand essentially 

between  April  and  November  while  between  December  and March  a  considerable  import  of 

electricity from national grid is required. 

Month  Hydro PV Biogas Consumption

Peak Power (kW) 

Injection (kWh) 

Peak Power (kW) 

Injection (kWh) 

Peak Power (kW) 

Injection (kWh) 

Peak Power (kW) 

Consumption (kWh) 

January   1,986  1,082,275  2,771 173,355 452 275,348 4,903  2,320,374

February   1,503  678,331  3,457 226,957 452 252,924 4,281  2,017,376

March  1,556  933,574  4,998 370,019 453 252,569 4,508  2,130,821

April  3,815  1,777,968  4,650 587,674 379 247,346 4,121  2,060,892

May  3,959  2,780,877  4,871 724,221 433 235,011 4,236  2,045,048

June  3,823  2,542,839  4,775 867,003 354 212,273 4,060  1,975,838

July  3,658  2,386,335  4,494 931,874 328 212,233 4,271  2,262,435

August  3,071  1,792,746  4,534 840,269 328 214,867 4,434  2,372,587

September  2,738  1,243,648  4,145 624,491 423 200,112 4,454  2,126,558

October  3,786  1,892,442  3,442 319,648 433 250,450 4,432  2,272,973

Page 29: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 29 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29 of 182 

November  3,556  1,989,212  2,892 219,326 421 255,011 4,469  2,139,946

December  2,680  1,348,186  2,508 226,543 432 229,142 5,307  2,453,139

TOTAL  3,959  20,448,432  4,998 6,111,381 453 2,837,286 5,307  26,177,984

Table 3: CEIS electric grid: production vs consumption (monthly, 2013) 

 

Figure 3: CEIS electric grid: production vs consumption (monthly, 2013) 

Problems of energy balancing or load following capacity are also visible at the daily level. In Figure 

4 and Figure 5 two examples in February (period of lower production) and May (period of greatest 

production) are shown.  Indeed production profiles do not match  the  two peaks of consumption 

(morning and evening). While hydro production is only moderately regulated during low‐production 

months (using a very small hydro storage reservoir), in order to have two major peaks (morning and 

evening, same as peaks of consumption), such activity is not possible for PV production. 

Considering February (Figure 4) most hours see a deficit of production (particularly during the two 

peaks of consumption) except midday hours (peak of PV production). On the other hand, during 

May (Figure 5), a large amount of excess production is present on the CEIS grid and exported to the 

national grid. Also in this case the maximum production is concentrated during the midday hours. 

0

500.000

1.000.000

1.500.000

2.000.000

2.500.000

3.000.000

3.500.000

4.000.000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CEIS electric grid: production vs consumption (kWh)

Hydro PV Biogas Consumption TOTAL injection

Page 30: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 30 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30 of 182 

 

Figure 4: CEIS electric grid: production vs consumption (Mon 04/02/2013 – Wed 06/02/2013) 

 

Figure 5: CEIS electric grid: production vs consumption (Mon 13/05/2013 – Wed 15/05/2013) 

Load following capacity (LFC) is a technical parameter that measure how electricity production can 

follow electricity demand in monthly or yearly basis: 

 

where: 

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

4.500

5.000

0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00

CEIS electric grid: production vs consumption (kW, Mon 04/02 ‐Wed 06/02)

Hydro PV Biogas Consumption TOTAL injection

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

9.000

10.000

0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00

CEIS electric grid: production vs consumption (kW, Mon 13/05 ‐Wed 15/05)

Hydro PV Biogas Consumption TOTAL injection

Page 31: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 31 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

31 of 182 

 : Electrical import from national grid 

: Electrical export to national grid 

 : Electrical demand 

Using HOMER Microgrid Software [4], electricity exchange with the national Grid (import and export) 

and LFC are analysed and  illustrated  in Table 4, Figure 6 and Figure 7. During the reference year 

2013 CEIS imports about 4.6 GWh and export about 7.8 GWh, the maximum peak of purchasing is 

about 3.2 MW while the maximum peak of selling is about 7 MW. LFC is on average 0.48, with best 

value  in  November  (0.29)  and worst  in May  and  June  (0.83). Monthly  LC  values  can  provide 

information about which month the energy system  is more stable than other months. However, 

yearly LFC values provide overall load following capability of the system. 

CEIS GRID 2013

Month  Energy Purchased (kWh) 

EnergySold (kWh) 

NetPurchased (kWh) 

EnergyDemand (kWh) 

LFC 

January  829,861  40,465 789,396 2,320,374 0.38 

February  921,920  62,755 859,165 2,017,376 0.49 

March  730,170  155,511 574,659 2,130,821 0.42 

April  230,628  782,724 ‐552,096 2,060,892 0.49 

May  0  1,695,062 ‐1,695,062 2,045,048 0.83 

June  667  1,646,945 ‐1,646,278 1,975,838 0.83 

July  27,119  1,295,126 ‐1,268,006 2,262,435 0.58 

August  224,299  699,594 ‐475,295 2,372,587 0.39 

September  467,723  409,417 58,306 2,126,558 0.41 

October  296,912  486,478 ‐189,566 2,272,973 0.34 

November  149,297  472,901 ‐323,604 2,139,946 0.29 

December  751,381  102,114 649,267 2,453,139 0.35 

TOTAL  4,629,977  7,849,092 ‐3,219,115 26,177,984  0.48 

Table 4: CEIS grid LFC (monthly, 2013) 

Page 32: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 32 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

32 of 182 

 

Figure 6: CEIS electric grid: power purchased from the national Grid (hourly, 2013) 

 

Figure 7: CEIS electric grid: power sold to the national Grid (hourly, 2013) 

It should be noted that when  import and export are  low, LFC  is also  low. In addition,  import and 

Page 33: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 33 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

33 of 182 

export  are  low when  an  energy  system  can  produce  electricity  as  required.  This  parameter  is 

particularly relevant in energy systems with a high fraction of renewable energy sources (RES). In 

these cases the production profiles depend on natural factors (solar radiation, wind speed, rainfall) 

and not on human planning (as in conventional thermal power plants). 

Solar photovoltaics (PV) production is subject to both seasonal as well as hourly weather variability. 

Significant amounts of excess renewable energy emerge, with surpluses characterised by periods of 

high power output far in excess of demand. These periods alternate with times when solar PV only 

generates at a fraction of its capacity. In addition, the large intermittent power flows put strain on 

the  transmission  and  distribution  network  and  make  it  more  challenging  to  ensure  that  the 

electricity supply matches demand at all times. 

In order to better match electrical production and electrical demand, in a CEIS grid that has seen a 

recent  considerable  rise  in  the  share  of  PV  variable  renewable  energy  production  (VRE),  three 

different types of interventions are possible/suggested: 

1) A different regulation of hydro production, using the existing small hydro storage reservoir 

or enlarging it. The hydro production should be flexible in order to follow the gap between 

electrical demand and PV production: when this gap is maximum (morning and evening) also 

hydro power should reach  its maximum daily power. Such management  interventions are 

really interesting and have no additional cost for CEIS.      

2) A different regulation of the demand profile (Demand Side Management), promoting a load 

shifting  from morning and evening peaks to midday hours. Such  load shifting need to be 

economically encouraged by an hourly tariff that currently does not exist but that can be 

introduced and  tested by  the CIVIS project  (TOU  tariff). Nowadays at  the domestic  level, 

programmable electrical loads are not so prevalent, examples are the washing machine and 

dishwasher.  In  future  scenarios, where  the use of heat pumps  for  space heating  (space 

cooling) and hot sanitary water (HSW) and charging of electric car batteries could become 

Page 34: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 34 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34 of 182 

significant, an efficient and smart regulation of domestic demand profiles could really have 

a considerable role in the overall CEIS grid balancing (and correlated cost of electricity).  

3) Introduction of energy storage solutions [5]. Energy storage fulfils three functions: to charge, 

to  hold  and  to  discharge  energy.  It  is  possible  to  subdivide  three  types  of  storage 

technologies: 

P2P: where  the  energy  carrier  that  is  charged  and  discharged  is  electricity  (e.g. 

pumped  hydro,  compressed  and  liquid  air,  Li‐ion,  flow  and  lead‐acid  batteries, 

electrolytic hydrogen production and re‐electrification); 

Conversion of power to heat and storage of heat for final consumption; 

Conversion of power to hydrogen for use outside the power sector (e.g. power to gas, 

use as fuel for mobility or in the industry). 

Storage can provide a range of services to the energy sector, in order to mitigate the effects 

of VRE: 

a. Electricity time shift: charging electric power at times of high supply and low demand, 

storing  it  and discharging  as electricity  at  times of  low  supply  and high demand. 

Electricity time shift contributes to a better use of local production, reducing export 

and costly import to and from the national grid. 

b. Conversion to other energy carriers: transforming electric power (preferably at times 

of high supply and/or low demand) into a different energy carrier, storing this carrier 

and using it outside the electric power sector. The alternative energy carriers are heat 

and  hydrogen.  Heat  is  used  for  space  and  water  heating,  in  residential  and 

commercial buildings as well as  in many  industrial processes. The use of hydrogen 

outside  the electric power  sector  includes mobility applications  (e.g. cars, buses), 

industrial applications (e.g. refineries, chemical industry) or injecting into the natural 

gas grid.  

Page 35: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 35 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

35 of 182 

c. Provision of frequency reserve and grid services: ensuring the necessary continuous 

balance between power supply and demand  in the electric power grid. To provide 

the  reserve,  storage  commits  capacity  to  charging when  there  is  an  unexpected 

excess in power supply and to discharging when there is unexpected excess in power 

demand. 

d. Transmission and distribution  infrastructure  investment deferral: using  storage  to 

absorb power that exceeds the capacity of a T&D  line or another component and 

releasing it at a later time when sufficient T&D capacity is available. T&D upgrades 

usually have high fixed costs (permitting, construction work, etc.), which have to be 

incurred even when the required additional capacity is limited.  

Promoting  balancing  between  electrical  production  and  demand  by  CEIS  can  also  have  an 

environmental impact. While CEIS electrical production comes completely from renewable sources 

(zero emission), the electricity imported from the national grid implies primary energy source and 

correlated emissions indicated by the vendor Trenta S.p.A. [6] (Table 5). The energy mix used for 

the  production  of  electricity  sold  by  Trenta  S.p.A.  in  2013  is  characterised  by  a  considerable 

percentage of fossil fuels (natural gas 38.4 %, coal 20.8 % and petroleum products 1.2 %).  

  En. mix used for the 

production of el. sold 

by Trenta S.p.A. in 

2013 

En. mix used for the 

production of el. 

injected in the Italian 

electrical grid in 2013 

En. mix used for the 

production of el. 

injected in 

CEIS/CEDIS electrical 

grid in 2013 

PES  SEF 

(tCO2/MWh) 

% % % 

Renewable 

sources 

0 29.5 37.5 100 

Coal  0.354  20.8 18.5  

Page 36: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 36 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

36 of 182 

Natural gas  0.202  38.4 33.7  

Petroleum 

products 

0.267  1.2 1  

Nuclear  0 4.9 4.7  

Other 

sources 

0 5.2 4.6  

Table 5: Primary energy source (PES) mix for Italian, Trenta and CEIS/CEDIS grid (2013) 

In order to convert Final Energy Consumption (FEC) to Primary Energy Consumption (PEC) for the 

CEIS electrical sector (Table 6) the following formula is considered: 

∗  

Primary energy factors (PEF) are defined in this way: 

Physical energy content method (as applied by Eurostat and  IEA) for  local production mix 

(hydro, PV and biogas); 

EEN 3/08 for imported electricity. 

Type  of consumption/losses 

FEC (kWh) PEF PEC (kWh) 

Local  RE  production (hydro, PV, biogas) 

21,548,007 1.27 27,406,162 

Imported electricity  4,629,977 2.17 10,047,050 

Total  26,177,984 37,453,212 

Table 6: CEIS electric grid: conversion FEC to PEC (2013) 

Summarising,  the sustainability and environmental performances of  the CEIS “Current Scenario” 

could be improved by: 

Reducing  the  import of electricity  from Trenta  trough a better match between electrical 

production  and  electrical  demand  (regulation  of  hydro  production,  demand  side 

management, energy storage); 

Page 37: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 37 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

37 of 182 

Increasing local RE production (e.g. PV, biomass cogeneration, mini‐hydro). 

2.1.1.3 Thermal energy demand

The  production  of  thermal  energy  for  space  heating  and  hot  sanitary water  is  guaranteed  by 

individual plants at building level (wood boilers, oil boilers, liquid petroleum gas (LPG) boilers). CEIS 

area is not provided with a gas grid. It has not been possible to obtain real consumption data. 

Process heat for the industrial sector is not evaluated. 

The yearly space heating demand   (kWh/year) (Table 7) is evaluated at municipality level by the 

following formula: 

∗ ∗ ∗  

where: 

:Number of dwellings within a period  in time  (FBK elaboration on data  from  ISTAT  [7]). The 

number of dwelling renovations with energy upgrading in the periods 1982‐1991 and >1991 (FBK 

elaboration on data from Servizio Statistica PAT [8]) (Table 51 in the Appendix) are also considered; 

∶Average dwelling space heating demand for age of construction (in the city of Trento, FBK 

elaboration considering law 373/76 [9], law 10/91 [10], DPR 59/09 [11]) (Table 7); 

 : Local degree days (considering D.P.R. 412/93 [12]) (Table 7); 

∶City of Trento degree days (equal to 2567, considering D.P.R. 412/93 [12]) (Table 7);   

 : Average living area of dwellings (FBK elaboration on data from ISTAT [7]) (m2) (Table 7).   

 

 

 

Page 38: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 38 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

38 of 182 

 

Table 7: Space heating demand in CEIS area (2013) 

The demand for space heating is considered variable throughout the year, according to the outdoor 

temperature. For the CEIS area, the weather station “Meteotrentino T0414 San Lorenzo in Banale 

(Pergoletti)” [14] and the conventional ambient temperature 20°C are considered. The hourly space 

heating demand  (kW) is evaluated at municipality level by the following formula: 

∗ 1

∑∗  

where: 

 : Yearly space heating demand (kWh/year); 

 : Conventional ambient temperature (20°C); 

 : Outdoor temperature (°C). 

The demand for HSW energy   (kWh/year) is considered constant throughout the year, with an 

average HSW usage of 65  l/(day*person) and  the necessity  to  increase  the  temperature of  the 

volume  identified  from  tap  water  temperature  (10°C)  up  to  40°C.  The  yearly  amount 

(kWh/year) is evaluated at the municipality level by the following formula: 

Degree  

days  (DD)

< 1982 1982 ‐ 1992 > 1992 (loca l ) av. S (m2) < 1982 < 1992 > 1992 TOTAL

Bleggio 

Superiore165 105 60 3,349 92.03 5,283,037 1,583,531 1,431,384 8,297,952

Comano 

Terme165 105 60 3,180 99.36 10,726,966 3,032,939 2,814,875 16,574,780

Dors ino 165 105 60 3,381 86.61 1,425,887 512,736 399,962 2,338,586

Fiavè 165 105 60 3,434 97.68 3,534,944 928,367 943,761 5,407,072

S.Lorenzo in 

Banale165 105 60 3,573 89.73 5,810,589 1,465,097 1,396,229 8,671,915

Stenico 165 105 60 3,411 97.55 4,815,909 1,433,009 1,318,571 7,567,489

TOT CEDIS 

municipal i ties165 105 60 31,597,333 8,955,679 8,304,782 48,857,793

Municipal i ty

av. space  heating demand 

(Trento) (kWh/m2y)

Space  heating demand (kWh/year)

Page 39: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 39 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

39 of 182 

∗ ∗ ∗ ∗ ∗  

where : 

 : Volumetric mass of water, 1000 kg/m3; 

 : Specific heat of water, 1.162*10‐3 kWh/(kg*K); 

 : Volume of daily HSW required, 65 l/(m3*day) – estimate; 

 : Temperature HSW, 40°C; 

 : Temperature tap water, 10°C – average value; 

 : Number of days in a year (days/year); 

 : Number of inhabitants. 

Table 8 and  Figure 8  show, at monthly  level,  space heating and HSW demand  in  the CEIS area 

(reference  year  2013). HSW  is  considered  constant  throughout  the  year while  space heating  is 

considered variable  throughout  the  year, according  to  the outdoor  temperature.  Space heating 

demand dominates the overall thermal energy demand  in the CEIS area, reaching  its peak  in the 

middle of winter (December – March). During summer (July – August) almost only HSW demand is 

remaining.   

Month  Space heating  HSW TOT thermal energy 

Peak Power (kW) 

Demand (kWh) 

Peak Power (kW) 

Demand (kWh) 

Peak Power (kW) 

Demand (kWh) 

January   14,918  8,489,290 796 591,867 15,713  9,081,157 

February   17,222  8,104,216 796 534,589 18,018  8,638,805 

March  15,100  7,434,549 796 591,867 15,895  8,026,416 

April  11,946  3,955,657 796 572,774 12,742  4,528,431 

May  10,430  2,896,914 796 591,867 11,226  3,488,781 

June  7,459  766,450 796 572,774 8,254 1,339,224 

July  5,033  9,945 796 591,867 5,829 601,812 

August  5,155  25,348 796 591,867 5,950 617,215 

September  8,429  742,133 796 572,774 9,225 1,314,907 

October  11,037  2,702,072 796 591,867 11,832  3,293,939 

Page 40: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 40 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

40 of 182 

November  14,433  6,159,619 796 572,774 15,228  6,732,393 

December  13,887  7,571,600 796 591,867 14,682  8,163,466 

TOTAL  17,222  48,857,793 796 6,968,753 18,018  55,826,546

Table 8: Thermal energy demand in CEIS area, (monthly, 2013) 

 

Figure 8: Thermal energy demand in CEIS area (monthly, 2013) 

With a daily level focus (Figure 9) the interconnection between space heating demand and outdoor 

air temperature  is well  illustrated. Actually space heating consumption could be decoupled from 

outdoor temperature as well as HSW consumption could be differently modulated, simply using a 

buffer as thermal storage. Also the building itself has a certain thermal inertia that decouples space 

heating consumption and outdoor temperature and can have a role of thermal storage (increasing 

the conventional indoor ambient temperature). 

Page 41: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 41 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

41 of 182 

 

Figure 9: Thermal energy demand in CEIS area (Mon 04/02/2013 – Wed 06/02/2013) 

Energy source mix and generation technologies for thermal energy  in the CEIS area (Table 9) are 

outlined considering the municipality level: 

Number of dwellings that use solid, liquid and gas fuel [15]; 

Interviews and questionnaires elaborated in the context of CIVIS project. 

Different types of building level system produce the necessary thermal energy for heating and HSW, 

the main are: wood boilers (56 % of PED), oil boilers (33 % of PED) and LPG boilers (11 % of PED). 

The use of solar thermal panels and electric heaters for HSW production are considered negligible. 

Use of wood  individual boilers  is highly widespread, thanks to the  large  local surface covered by 

forest and the low cost of the wood in the market. 

Compared to the electrical part, there is a lower, but still considerable share of RES (wood 56 %) and 

a large use of imported fossil fuels (oil and LPG). 

 

 

Page 42: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 42 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

42 of 182 

Thermal energy source 

Thermal energy demand (FED, 

kWh) 

Peak Power 2013 (kW) 

Generation eff. (%) 

Thermal energy demand (PED, 

kWh) 

SEF (t CO2/MWh) 

Individual wood boiler 

29,694,971  9,549 75 39,593,295  0 

Individual oil boiler 

19,004,782  6,126 80 23,755,977  0.267 

Individual LPG boiler 

7,126,793  2,342 90 7,918,659  0.202 

TOT  55,826,546  18,018 71,267,931   

Table 9: Energy source mix for thermal energy in the CEIS area (Final Energy Demand FED and 

Primary Energy Demand PED) (2013) 

The sustainability and environmental performances of the CEIS Current Scenario could be improved 

reducing the use of fossil fuels individual boilers, which requires: 

Reduction  of  local  consumption  (higher  efficiency  of  the  building  envelope  and  heat 

generation, behavioural change etc.); 

Increasing of  local RE production through wood  individual boilers and cogeneration, solar 

thermal panels, heat pumps. 

2.1.1.4 Energy demand for transport

The analysis of transport energy demand  in the CEIS area, at municipality  level,  is based on data 

collected from ACI [16] and from Unione Petrolifera Italiana [17] for the reference year 2013 (Table 

10 and Table 11). 

On the basis of the local fleet characteristics, the following things are considered negligible: 

Energy demand from other types of vehicles with respect to car (e.g. motorcycles, tractors, 

special vehicles); 

Demand for other fuels with respect to diesel and petrol (in Italy in 2013 LPG cars were 5 %, 

Page 43: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 43 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

43 of 182 

natural gas cars 2 %, electric cars 0.1 % [16]). 

The transport energy demand   (kWh/year) is calculated by the following formula: 

∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗  

where: 

, : number of cars fuelled by petrol and diesel [16] (Table 11); 

, : average km/year for petrol car and diesel car [17] (Table 10);

, : average km/l for petrol car and diesel car [17] (Table 10);

, : lower calorific value for petrol and diesel (kWh/l) [17] (Table 10); 

Type  of fuel 

Km/year km/l LCV (kWh/l) 

SEF(tCO2/MWh) 

Petrol  7,250  15.5 8.86 0.249

Diesel  13,400 18.2 10.12 0.267

Table 10: Energy and environmental characteristics of the Italian fleet (2013) 

Municipality  n. inhabitants   petrol (kWh) 

 diesel (kWh) 

(PED, kWh) 

Bleggio Superiore 

1,576  898  511 387 2,117,683 2,883,533  5,001,216

Comano Terme  2,963  1,647 937 710 3,883,109 5,290,202  9,173,312

Dorsino  428  237  135 102 559,466 760,001  1,319,467

Fiavè  1,127  676  385 291 1,595,515 2,168,238  3,763,752

San  Lorenzo  in Banale 

1,168  677  385 292 1,595,515 2,175,689  3,771,203

Stenico  1,164  721  410 311 1,699,119 2,317,258  4,016,377

TOT CEIS area  8,426  4,856 2,762 2,094 11,446,263 15,602,371  27,048,634

Table 11: Energy demand and CO2‐emission for transport in the CEIS area (2013) 

Page 44: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 44 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

44 of 182 

The transport sector has a huge potential to improve its energy and environmental performance. 

EU Commission  [18] underline  that decarbonising  transport  is  likely  to be challenging given  that 

transport‘s greenhouse gas (GHG) emissions have continued to increase in recent years in spite of 

reductions  in most  other major  sectors  of  the  economy.  The  review  identified  that  there  are 

technical options that could reduce the GHG emissions of all modes of transport. These included: 

options to reduce the GHG  intensity of existing conventional fuels (through  increasing the 

use of biofuels); 

improvements to the energy efficiency of existing vehicles; 

increased use of alternative energy carriers, such as electricity and hydrogen. 

 

2.1.1.5 General overview of the CEIS Energy System (“Current Scenario”)

In previous chapters the “Current Scenario” of the CEIS Energy System has been analysed in detail 

in terms of local production and local demand (electricity, thermal, transport). 

Figure 11 gives a general overview in terms of Primary Energy: 

A consistent renewable electricity production from hydro, PV and Biogas characterises the 

CEIS study area, part of this electricity is used locally, part is in excess and exported; 

Thermal energy for space heating and HSW is the main source of demand (52.49 %) followed 

by electricity (27.59 %) and transport (19.92 %) (Figure 10); 

Page 45: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 45 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

45 of 182 

 

Figure 10: Primary Energy Demand in the CEIS area (2013) 

In order to cover missing electricity import from the national grid is necessary; 

Use of fossil fuels dominate both the thermal sector and in particular the transport sector; 

Local wood is an important resource for thermal energy. 

Page 46: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 46 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

46 of 182 

 

Figure 11: Overview of the CEIS Energy System – “Current Scenario” (2013) 

Page 47: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 47 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

47 of 182 

2.1.2 CEDIS Consortium

2.1.2.1 Location

The Consorzio Elettrico di Storo (CEDIS) is a cooperative founded in 1904 in the lower Chiese Valley 

(Province  of  Trento,  Italy)  (Figure  12) with  the  aim  to  produce  and  distribute  electricity  in  the 

municipalities of Storo  (villages: Storo, Darzo, Lodrone, Riccomassimo), Ledro  (villages: Tiarno di 

Sopra, Tiarno di Sotto, Bezzecca) and Bondone (Bondone, Baitoni) [19]. 

Nowadays CEDIS activities follow three main business areas: 

Energy: production, transport and distribution of electricity; 

Telecommunications: fast  Internet, telephony and  IPTV thorough property fiber‐optic and 

Hiperlan network; 

Gas: collaboration with Trenta S.p.A. for the supply of gas (local gas grid is owned by Italgas).  

CEDIS is one of the 77 Italian Electric Historical Cooperatives: thanks to the ownership of electrical 

production plants, transport and distribution grid it is able to ensure to its members a considerable 

economic saving in the bill (up to 40 % comparing to the national average). 

The supplied area (electric energy) has a surface area of 148 km2, includes 7,805 citizens and 3,136 

families. 

On  the  31st of December  2013,  the  shareholding  structure  is made up of  3,259 members who 

represent about 76 % of households served [20]. 

Page 48: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 48 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

48 of 182 

 

Figure 12: The Province of Trento and the area of Chiese Valley served by CEDIS 

 

2.1.2.2 Electrical energy production and consumption

CEDIS produces electricity using only  renewable  sources,  it has  the ownership of 3 hydropower 

plants  and  3  centralised  PV  plants  (Figure  13).  In  addition,  in  these  last  7  years,  the  diffused 

electricity production on the CEDIS grid from PV panels has greatly increased (374 PV plants at 31st 

December 2013), driven by high national grants for PV. CEDIS has directly promoted the local spread 

of PV  installations both  from  the  technical and  legislative points of  view. Part of  the electricity 

produced by diffused PV panels is used for self‐consumption and the remaining is injected into the 

CEDIS grid and sold to "Gestore dei Servizi Energetici (GSE)".  

Page 49: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 49 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

49 of 182 

 

Figure 13: CEDIS electrical production plants (Hydro and PV) 

Table 12 reports the number of plants and the installed power (kW) and the peak power (kW) on 

the CEDIS grid for the reference year 2013 [20]. 

Renewable  energy 

source 

Number of 

plants 

Installed 

Power (kW) 

Peak Power 

2013 (kW) 

PV  377 8,563 5,567 

Hydropower  3 4,679 4,592 

Total 380 13,242 10,159 

Table 12: Number of plants and installed power (kW) and peak power on the CEDIS grid, divided by 

renewable energy source (2013) 

The electrical distribution grid of medium voltage (MV) and low voltage (LV) is owned by CEDIS. One 

MV interconnection point with the national grid ensures the continuous, bidirectional, exchange of 

electrical energy between the CEDIS local grid and national grid. CEDIS sells excess production and 

buys lacking electricity from the regional company called Trenta S.p.A. 

At the end of 2013 the injection points have reached 380 units with a total installed power of about 

Page 50: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 50 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

50 of 182 

13.2 MW while the withdrawal points have reached 4,601 units with a peak demand power of about 

10.4 MW [20]. 

During the reference year 2013 electrical consumption on the CEDIS grid is equal to 42,521,789 kWh. 

This  consumption  includes  all  sectors  of  the  society,  domestic  sector,  industry,  services  sector, 

agriculture etc. [20]. As a stakeholder of CIVIS project, CEDIS has made available to FBK the hourly 

data of electrical injection and electrical consumption.  

Table 13 and Figure 14 compare, at a monthly  level, electrical  injection and consumption on the 

CEDIS grid. Electrical consumption shows small variations at monthly level: 

In general, the winter season a slight increasing is stated due to less hours of light; 

In August a fall reflects the stop of the majority of industries.  

Electrical  injection  shows  considerable  fluctuations  because  of  hydro  and  PV  variation  in 

productivity: 

Hydro production dominates the overall total production in the CEDIS area.  

Hydro  productivity  is  characterised  by  a major  peak  in  spring  and  a  secondary  peak  in 

autumn while PV productivity is characterised by one major peak in summer.  

During the reference year 2013 total monthly injection exceeded the electrical demand only in April 

and May, all other months  required a  considerable  import of electricity  from  the national grid, 

particularly winter months (from December to March) and early autumn September ‐ October. 

Month  Hydro  PV Consumption

Peak Power (kW) 

Injection (kWh) Peak Power (kW) 

Injection (kWh) Peak Power (kW) 

Consumption (kWh)

January   3,532  1,117,900  3,021 190,771 9,726  4,273,684

February   2,181  714,992  3,798 253,729 9,791  3,815,370

March  4,258  1,444,000  5,026 439,093 10,422  4,089,832

April  4,592  2,799,202  5,148 550,049 8,201  3,288,408

May  4,588  2,849,248  5,567 668,771 8,730  3,504,152

Page 51: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 51 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

51 of 182 

June  4,276  2,041,763  5,419 857,412 7,123  2,977,837

July  3,815  1,053,391  4,993 933,189 8,359  3,544,852

August  1,983  668,841  4,991 849,736 4,040  1,763,923

September  1,786  508,326  4,507 602,081 8,066  3,477,212

October  4,551  1,398,877  4,099 267,340 9,685  3,901,127

November  4,493  1,930,978  3,143 181,789 8,765  3,758,966

December  4,527  1,408,524  2,426 163,943 8,704  4,126,426

TOTAL  4,592  17,936,042  5,567 5,957,902 10,422  42,521,789

Table 13: CEDIS electric grid: production vs consumption (monthly, 2013) 

 

Figure 14: CEDIS electric grid: production vs consumption (monthly, 2013) 

Problems of energy balancing or load following capacity are also visible at the daily level. In Figure 

16 and Figure 17 two examples in February (period of lower production) and May (period of greatest 

production) are shown.  Indeed production profiles do not match  the  two peaks of consumption 

(morning and evening). While Hydro production is partially regulated (using a small hydro storage 

reservoir, Figure 15), in order to have a major peak between 8 pm and 20 pm (period in which the 

electricity  consumption  and  cost  in  the market  are higher),  such  activity  is not possible  for PV 

production. 

0

500.000

1.000.000

1.500.000

2.000.000

2.500.000

3.000.000

3.500.000

4.000.000

4.500.000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CEDIS electric grid: production vs consumption (kWh)

Hydro PV Consumption TOTAL injection

Page 52: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 52 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

52 of 182 

 

Figure 15: CEDIS hydro storage reservoir 

Considering February (Figure 16) almost each hour sees a deficit of production, particularly during 

the  two peaks of  consumption.  Instead during  the midday hours  the  increase of PV production 

matches local supply and local demand. On the other hand, during May (Figure 17), a large amount 

of excess production is present on the CEDIS grid and exported to the national grid. Also in this case 

the maximum production is concentrated during the midday hours. 

 

 

Figure 16: CEDIS electric grid: production vs consumption (Mon 04/02/2013 – Wed 06/02/2013) 

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

9.000

10.000

0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00

CEDIS electric grid: production vs consumption (kW, Mon 04/02 ‐Wed 06/02)

Hydro PV Consumption TOTAL injection

Page 53: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 53 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

53 of 182 

 

Figure 17: CEDIS electric grid: production vs consumption (Mon 13/05/2013 – Wed 15/05/2013) 

Using HOMER Microgrid Software [4], electricity exchange with the national Grid (import and export) 

and LFC are analysed and illustrated in Figure 14, Figure 18 and Figure 19. During the reference year 

2013  CEDIS  imported  about  21.1  GWh  and  exported  about  2.5  GWh,  the maximum  peak  of 

purchasing is about 9 MW while the maximum peak of selling is about 7 MW. LFC is on average 0.55, 

with the best value in May (0.29) and the worst in February (0.75).  

CEDIS GRID 2013

Month  Energy Purchased (kWh) 

EnergySold (kWh) 

NetPurchased (kWh) 

EnergyDemand (kWh) 

LFC 

January   2,965,013  0 2,965,013 4,273,684 0.69 

February   2,847,764  1,115 2,846,649 3,815,370 0.75 

March  2,266,202  59,463 2,206,739 4,089,832 0.57 

April  484,282  545,125 ‐60,843 3,288,408 0.31 

May  502,948  516,815 ‐13,867 3,504,152 0.29 

June  624,202  545,539 78,663 2,977,837 0.39 

July  1,735,507  177,236 1,558,271 3,544,852 0.54 

August  691,567  446,221 245,346 1,763,923 0.65 

September  2,391,331  24,525 2,366,806 3,477,212 0.69 

October  2,311,880  76,970 2,234,910 3,901,127 0.61 

November  1,702,918  56,718 1,646,199 3,758,966 0.47 

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

9.000

10.000

0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00

CEDIS electric grid: production vs consumption (kW, Mon 13/05 ‐Wed 15/05)

Hydro PV Consumption TOTAL injection

Page 54: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 54 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

54 of 182 

December  2,566,989  13,030 2,553,960 4,126,426 0.63 

TOTAL  21,090,604  2,462,758 18,627,846 42,521,789  0.55 

Table 14: CEDIS grid LFC (monthly, 2013) 

 

Figure 18: CEDIS electric grid: power purchased from the national Grid (hourly, 2013) 

Page 55: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 55 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

55 of 182 

 

Figure 19: CEDIS electric grid: power sold to the national Grid (hourly, 2013) 

In order to better match electrical production and electrical demand, in a CEDIS grid that have seen 

a recent considerable rise in the share of PV variable renewable energy production (VRE), similarly 

as  for CEIS,  three  different  types  of  interventions  are  possible/suggested  (for more  details  see 

chapter 2.1.1.2): 

1) A different regulation of hydro production, using the existing small hydro storage reservoir 

or enlarging  it. The one major peak between 8 pm and 20 pm should be modified with a 

more  flexible  profile  that  better  follows  the  gap  between  electrical  demand  and  PV 

production: when  this gap  is maximum  (morning and evening) also hydro power  should 

reach its maximum daily power. Indeed it does not make sense to maintain the peak of hydro 

production also during midday hours. Such management interventions are really interesting 

and have no additional costs for CEDIS.      

2) A different  regulation of demand profile  (Demand  Side Management), promoting  a  load 

shifting from morning and evening peaks to midday hours. Such  load shifting needs to be 

Page 56: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 56 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

56 of 182 

economically encouraged by an hourly tariff that currently does not exist but that can be 

introduced and tested by the CIVIS project (TOU tariff).  

3) Introduction of energy storage solutions [21].  

Promoting  CEDIS  balancing  between  electrical  production  and  demand  can  also  have  an 

environmental  impact.  While  CEDIS  electrical  production  comes  completely  from  renewable 

sources  (zero  emission),  the  electricity  imported  from  the national  grid  implies primary energy 

source and correlated emissions indicated by the vendor Trenta S.p.A. [6] (Table 5). Energy mix used 

for the production of electricity sold by Trenta S.p.A. in 2013 sees a considerable percentage of fossil 

fuels (natural gas 38.4 %, coal 20.8 % and petroleum products 1.2 %).  

In Table 15 the conversion from Final Energy Consumption (FEC) to Primary Energy Consumption 

(PEC) is reported for CEDIS electrical sector.  

Type  of consumption/losses 

FEC (kWh) PEF PEC (kWh) 

Local  RE  production (hydro, PV) 

21,431,185 1.00 21,431,185 

Imported electricity  21,090,604 2.17 45,766,611 

Total  42,521,789 67,197,796 

Table 15: CEDIS electric grid: conversion FEC to PEC (2013) 

Summarising, the sustainability and environmental performances of the CEDIS “Current Scenario” 

could be improved by: 

Reducing  the  import of electricity  from Trenta  trough a better match between electrical 

production  and  electrical  demand  (regulation  of  hydro  production,  demand  side 

management, energy storage); 

Increasing local RE production (e.g. PV, biomass cogeneration, mini‐hydro). 

 

Page 57: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 57 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

57 of 182 

2.1.2.3 Thermal energy demand

The  production  of  thermal  energy  for  space  heating  and  hot  sanitary water  is  guaranteed  by 

individual plants at the building level (gas boilers, wood boilers, oil boilers). Two (Storo and Bondone) 

of the three municipalities within the CEDIS area are provided with a gas grid (Italgas is the company 

owner of the local gas grid). It has not been possible to obtain real consumption data. 

Process heat for the industrial sector is not evaluated. 

The  yearly  space heating demand   (kWh/year)  is evaluated  at municipality  level  in Table 52 

(Appendix) and Table 16 following the same methodology of CEIS (chapter 2.1.1.3). 

 

Table 16: Space heating demand in CEDIS area (2013) 

The demand of space heating is considered variable throughout the year, according to the outdoor 

temperature. For the CEDIS area, the weather station “Meteotrentino T0393 Storo” [14] and the 

conventional ambient temperature 20°C are considered. The hourly space heating demand  (kW) 

is evaluated at municipality level following the same methodology of CEIS (chapter 2.1.1.3). 

The  demand  for  HSW   (kWh/year)  is  evaluated  at municipality  level  following  the  same 

Degree  

days  (DD)

< 1982 1982 ‐ 1992 > 1992 (loca l ) av. S (m2) < 1982 < 1992 > 1992 TOTAL

Storo  165 105 60 3029 101.03 14,071,152 5,045,743 3,959,970 23,076,865

Bondone 165 105 60 3514 84.15 2,647,049 1,249,084 798,108 4,694,241

Ledro (Tiarno 

di  Sotto)165 105 60 3526 92.87 3,238,063 1,110,746 1,053,184 5,401,993

Ledro (Tiarno 

di  Sopra)165 105 60 3551 92.87 3,946,382 2,125,373 1,472,867 7,544,622

Ledro 

(Bezzecca)165 105 60 3478 92.87 2,317,724 1,002,886 804,830 4,125,440

TOT CEDIS 

municipa l i ties165 105 60 26,220,370 10,533,833 8,088,959 44,843,163

Municipa l i ty

av. space  heating demand 

(Trento) (kWh/m2y)

Space  heating demand (kWh/year)

Page 58: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 58 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

58 of 182 

methodology of CEIS (chapter 2.1.1.3). 

Table 17 and Figure 20 show, at a monthly  level, space heating and HSW demand  in CEDIS area 

(reference  year  2013). HSW  is  considered  constant  throughout  the  year while  space heating  is 

considered variable  throughout  the  year, according  to  the outdoor  temperature.  Space heating 

demand dominates the overall thermal energy demand in the CEDIS area, reaching its peak in the 

middle of winter (December – February). During summer (June – August) almost only HSW demand 

remains.   

Month  Space heating  HSW TOT thermal energy 

Peak Power (kW) 

Demand (kWh) 

Peak Power (kW) 

Demand (kWh) 

Peak Power (kW) 

Demand (kWh) 

January   15,649  8,570,986 737 548,246 16,385  9,119,232 

February   16,449  7,652,032 737 495,190 17,186  8,147,222 

March  14,232  6,441,978 737 548,246 14,968  6,990,224 

April  11,274  3,112,527 737 530,560 12,011  3,643,088 

May  9,734  2,107,137 737 548,246 10,471  2,655,383 

June  7,578  477,651 737 530,560 8,315 1,008,212 

July  5,606  10,658 737 548,246 6,343 558,904 

August  6,222  81,693 737 548,246 6,959 629,939 

September  9,118  775,590 737 530,560 9,855 1,306,151 

October  11,274  1,517,111 737 548,246 12,011  2,065,357 

November  15,402  5,360,871 737 530,560 16,139  5,891,431 

December  15,895  8,734,927 737 548,246 16,632  9,283,172 

TOTAL  16,449  44,843,163 737 6,455,153 17,186  51,298,315

Table 17: Thermal energy demand in the CEDIS area, (monthly, 2013) 

Page 59: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 59 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

59 of 182 

 

Figure 20: Thermal energy demand in the CEDIS area (monthly, 2013) 

With a daily level focus (Figure 21) the interconnection between space heating demand and outdoor 

air temperature is well illustrated, therefore the same consideration as for Figure 9 remains valid.  

 

Figure 21: Thermal energy demand in the CEDIS area (Mon 04/02/2013 – Wed 06/02/2013) 

Energy source mix and generation  technologies  for  thermal energy  in CEDIS area  (Table 18) are 

outlined considering at municipality level: 

Page 60: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 60 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

60 of 182 

Number of dwellings that use solid, liquid and gas fuel [15]; 

Interviews and questionnaires elaborated in the context of CIVIS project. 

Different types of building level systems produce the necessary thermal energy for heating and HSW, 

the main types are: gas boilers (49 % of PED), wood boilers (35 % of PED) and oil boilers (15 % of 

PED).  The use of  solar  thermal panels  and  electric heaters  for HSW production  are  considered 

negligible. 

Use of biomass individual boilers is highly widespread, thanks to the large local surface covered by 

forest and low cost of the wood in the market. 

Compared  to  the electrical part,  there  is a  lower  share of RES  (wood 35 %) and  a  large use of 

imported fossil fuels (gas, oil). 

Thermal energy source 

Thermal energy demand (FED, 

kWh) 

Peak Power 2013 (kW) 

Generation eff. (%) 

Thermal energy demand (PED, 

kWh) 

SEF (t CO2/MWh) 

Individual gas boiler 

27,286,338  9,109 90 30,318,154  0.202 

Individual wood boiler 

16,371,803  5,500 75 21,829,071  0 

Individual oil boiler 

7,640,175  2,578 80 9,550,218  0.267 

TOT  51,298,316  17,186 61,697,443   

Table 18: Energy source mix for thermal energy in the CEDIS area (Final Energy Demand FED and 

Primary Energy Demand PED) (2013) 

The sustainability and environmental performances of CEDIS “Current Scenario” could be improved 

by reducing the use of fossil fuels individual boilers, this requires: 

Reduction  of  local  consumption  (higher  efficiency  of  the  building  envelope  and  heat 

generation, behavioural change etc.); 

Page 61: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 61 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

61 of 182 

Increasing of  local RE production through wood  individual boilers and cogeneration, solar 

thermal panels, heat pumps. 

2.1.2.4 Energy demand for transport

The analysis of transport energy demand  (kWh/year) in CEDIS area, at municipality level (Table 

19), follows the same methodology of CEIS (chapter 2.1.1.4).   

Municipality  n. inhabitants   petrol (kWh) 

 diesel (kWh) 

(PED, kWh) 

Storo  4,700  2,690 1,530 1,160 6,340,616 8,643,147  14,983,763

Ledro (Tiarno di Sotto) 

757  433  246 187 1,019,472 1,393,335  2,412,807

Ledro (Tiarno di Sopra) 

1,074  619  352 267 1,458,756 1,989,414  3,448,170

Ledro (Bezzecca) 

595  340  194 147 803,974 1,095,295  1,899,269

Bondone  679  377  214 163 886,857 1,214,511  2,101,369

TOT CEDS area  7,805  4,460 2,537 1,923 10,513,819 14,328,252  24,842,071

Table 19: Energy demand and CO2‐emission for transport in CEDIS area (2013) 

The demand for transport   (kWh/year) is considered constant throughout the year at hourly level. 

The transport sector has a huge potential to  improve  its energy and environmental performance 

(see chapter 2.1.1.4).   

 

2.1.2.5 General overview of the CEDIS Energy System “Current Scenario”

In previous chapters the “Current Scenario” of the CEDIS Energy System has been analysed in detail 

Page 62: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 62 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

62 of 182 

in terms of local production and local demand (electricity, thermal, transport). 

Figure 23 gives a general overview in terms of Primary Energy: 

A consistent renewable electricity production  from hydro and PV characterises the CEDIS 

study area, part of this electricity is used locally, part is in excess and exported; 

Electricity is the main source of consumption (43.71 %) followed by thermal energy for space 

heating and HSW (40.13 %) and transport (16.16 %) (Figure 22); 

 

Figure 22: Primary Energy Demand in the CEDIS area (2013) 

In order to cover missing electricity import from the national grid is necessary; 

Use of fossil fuels dominates both the thermal sector and in particular the transport sector; 

Local wood is an important resource for thermal energy. 

Page 63: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 63 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

63 of 182 

 

Figure 23: Overview of the CEDIS Energy System – “Current Scenario” (2013) 

Page 64: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 64 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

64 of 182 

2.2 Swedish pilot sites

2.2.1 Hammarby Sjöstad

In Hammarby Sjöstad test site, two use cases are being implemented. The first one involves building 

level energy efficiency and creation of social network around that, while the second one focuses on 

apartment level energy efficiency. For the building level use case 13 housing associations have been 

recruited and their data is being collected. For the apartment level use case, 5 housing associations 

are being considered and deployment of additional sensors is underway. Table 20 lists the housing 

associations being included. 

 

Housing association  Building  level  heating 

data 

Apartment level data (electricity & 

hot water) 

Sickla Kanal  X X

Älven  X X

Båtbyggaren  X X

Sjöstaden 1  X X1

Seglatsen  X X

Grynnan  X

Holmen  X

Slusstornet  X

Hammarby Ekbacke  X

Strandkanten  X

                                                       

1 System upgrade is currently underway by the housing association. 

Page 65: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 65 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

65 of 182 

Sjöstadsviken  X

Sjöportalen  X

Redaren  X

Table 20: Housing association in Hammarby Sjöstad part of CIVIS 

2.2.1.1 Data availability

Heating: Hourly  data  at  building  level  is  available  for  13  housing  associations  at  building  level. 

Historical (up to 2010) and normalised data (for each year) is also available. The data from the 13 

housing associations is currently being connected to the CIVIS servers using the Energimolnet cloud 

service. Figure 24 shows the hourly energy usage for heating for Housing associations Strandkanten 

and Älven for 2014 and 2013. Outdoor temperature is also provided for reference. In addition, more 

detailed  data  such  as  flow  rates,  supply  and  return  temperatures  are  also  available  for  each 

association. Heating and hot water are provided through district heating which has a very high share 

of renewables as discussed in D2.1. Heating demand also has the highest share in terms of overall 

energy use with significant possibilities for savings. 

Page 66: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 66 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

66 of 182 

Figure 24: Hourly heating data for 2014 & 2013 (green line: energy, grey line: outdoor 

temperature) 

Domestic Hot water:  For domestic hot water consumption data, apartment level data is available 

in at least 3 of the five housing associations and is being connected to the CIVIS servers.  

 

Building  services  electricity:  Hourly  and  historical  data  for  the  building  services  electricity  is 

available through the DSO from the energy accounts. It is being connected to the CIVIS servers using 

Energimolnet.   

 

Household electricity: The five selected housing associations in Table 20 have household electricity 

Page 67: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 67 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

67 of 182 

data available at hourly  resolution.  Installation of additional sensors  is  in progress  to get higher 

resolution (5 min) data for household electricity. 

 

2.2.1.2 Additional sensors

In Hammarby Sjöstad 50 households are being equipped with smart energy monitors (SMAPPEE2) 

to provide high resolution (5 min) electricity usage data. The device recognises the main appliances 

in  the  household  and  allows  the  users  to  label  them  and  keep  track  of  their  consumption. 

Additionally each household is being provided with 7 smart plugs that allow control of appliances 

remotely. Figure 25 shows the load profile for one day from one of the Smappee units installed in 

the test site and Figure 26 shows some of the appliances labelled by the user.  

                                                       

2 www.smappee.com 

 

Page 68: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 68 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

68 of 182 

Figure 25: Daily electricity load profile from installed energy monitor with 5 min resolution 

Figure 26: Detected appliances from household 

Page 69: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 69 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

69 of 182 

2.2.1.3 Actions planned

In Hammarby Sjöstad test site the key actions planned include: 

Completion of sensor deployment in 50 households (10 per housing association). 

Connection of data streams from housing associations and DSO to CIVIS servers. 

Deployment of CIVIS apps for both household level and building level. 

Implementation of feasible measures suggested in Chapter 4 in test sites.  

2.2.2 Fårdala

In Fårdala test site the focus is at the household level. There is only one housing association and the 

area is divided into 3 sub‐areas with a total of 178 houses.  

 

2.2.2.1 Data availability

Heating: At present historical data until 2008  is available  for monthly heating energy use. New 

master units have been installed in the area with two out of three online and the last one expected 

to be online  in September 2015. With this hourly data for heating along with hot and cold water 

consumption is now available. The data streams are being connected to the CIVIS servers.  

 

Hot water: Similar to the heating data, hot water data on runtime hourly basis will be available after 

the installation of the new Master units. Historical data is also available. 

 

Electricity: Since each household has a contract with the DSO and is individually metered, electricity 

data is available through the DSOs. This will be managed through the Energimolnet service and the 

work is ongoing in this regard. 

Page 70: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 70 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

70 of 182 

2.2.2.2 Additional sensors

In Fårdala 10 households have been equipped with Smappee smart energy monitors and smart plugs 

(as discussed in Chapter 2.2.1.2). Additionally, in 45 households a smart heating control system is 

being deployed enabling users  to control  the  indoor  temperature by offering control of radiator 

thermostat valves  (MAX eq3)  through a  smart phone or web portal. The  installation of heating 

controls will be completed before the start of heating season by the end of September. The heating 

control system can be used for thermal load shifting as well as reduction of energy use. Figure 27 

shows the heating control system being installed in Fårdala.  

 

Figure 27: Heating control system for Fårdala test site. 

 

2.2.2.3 Actions planned

In Fårdala test site the key actions planned include: 

Completion of sensor deployment in 45 households.  

Connection of data streams for hot water and heating sensors to CIVIS servers. 

Deployment of CIVIS apps for both households. 

Implementation of feasible measures suggested in Chapter 4 in test sites. 

Page 71: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 71 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

71 of 182 

3 Energy system modelling addressing optimisation and

storage in the test sites

3.1 Italian test sites

3.1.1 Use of EnergyPLAN for modelling “Current Scenario” and “Future

Optimised Scenarios” in CIVIS pilot sites energy systems

This section we focus on the Italian test sites energy network layer, i.e. the energy system of CEIS 

and CEDIS Consortium and on the modelling and optimisation of this system. The process can be 

divided into two parts. In the first part, the current scenario of the consortiums are modelled and 

analysed and in the second part, future optimised scenarios are identified. 

The modelling and analysis of the current energy system is done using EnergyPLAN. EnergyPLAN is 

developed  and  maintained  by  the Sustainable  Energy  Planning  Research  Group at Aalborg 

University, Denmark.  The model  is  used  by many  researchers,  consultancies,  and  policymakers 

worldwide. The main purpose of EnergyPLAN is to analyse the energy, environmental and economic 

impact of various energy systems. The model has been used in a number of studies ranging in size 

from national systems [22], [23], [24] to small villages or in studies focusing on the performance of 

a single technology [25], [26], [27] or complex energy systems [28], [29]. The model is described in 

[30], [31] and is freely available at www.energyplan.eu.  

The  model  is  a  deterministic  input/output  model  (Figure  28).  General  inputs  are  demands, 

renewable  energy  sources,  energy  station  capacities,  costs  and  a  number  of  optional  different 

regulation  strategies  emphasising  import/export  and  excess  electricity  production. Outputs  are 

energy balances and resulting annual productions, fuel consumption, import/export of electricity, 

CO2‐emission and total costs including income from the exchange of electricity. 

Page 72: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 72 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

72 of 182 

It  is an hour‐simulation model as opposed to a model based on aggregated annual demands and 

production. Consequently, the model can analyse the influence of fluctuating RES on the system as 

well as weekly and seasonal differences in electricity and heat demands and water inputs to large 

hydropower systems. For each hour, the model ensures a balance between demand of electricity, 

thermal and transport and production plus import. 

Identification of future scenarios will be described in the second part of this section. A completed 

framework that integrates a multi‐objective evolutionary algorithm and EnergyPLAN is used to find 

out future scenarios.  

As opposed to a single‐objective optimisation problem, most the real‐world problems are complex 

enough to be considered as multi‐objective optimisation problems. Most real‐world problems have 

more than one objective that needs to be optimised simultaneously. Generally, these objectives are 

contradictory to each other. Therefore, researchers are interested to develop algorithms for solving 

multi‐objective optimisation problems. Evolutionary algorithms mimic  the  idea of evolution and 

natural selection for solving problems. As evolutionary algorithms deal with multiple solutions at 

the  same  time,  researchers  are  interested  to  develop multi‐objective  versions  of  evolutionary 

algorithms. As  a  result, multiple multi‐objective  evolutionary  algorithms  are  developed  such  as 

NSGA‐II [32], SPEA2 [33], MOEA/D [34]. 

Page 73: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 73 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

73 of 182 

 

Figure 28: Structure of the EnergyPLAN 

In this work, the optimisation framework is based on the integration of SPEA2 with EnergyPLAN. The 

choice of  SPEA2  among  several  available  algorithms  is made because  SPEA2  is preferable  than 

NSGA‐II when more than three objectives are optimised (here, we are considering to optimise four 

objectives). SPEA2 is also preferable over MOEA/D because of less algorithmic parameters settings 

and more used in solving practical problems. Figure 29 illustrates the basic steps of the framework. 

The  first  step of  the process  is  initialisation.  In  this phase,  a number of  individuals  (i.e. energy 

scenarios in terms of decision variables) are randomly initialised. EnergyPLAN model is integrated 

within the “evaluate individuals” step of the algorithm. Therefore, each scenario is evaluated using 

EneryPLAN. The evaluated metrics (values for different objectives) are fed back to the algorithm. In 

the ranking stage,  individuals are ranked according to the dominance relation. Afterwards, some 

natural  evolutionary  processes  (i.e.  parent  selection,  crossover  and  mutation)  are  applied. 

Crossover  is an operator that generates new  individuals by somehow combining the  information 

contained within  a  pair  of  parents. Mutation  is  instead  a  random  change  that  happens  in  an 

Page 74: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 74 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

74 of 182 

individual. In the next step, the concept of ‘survival of the fittest’ is implemented to ensure that only 

the best individuals have the chance to reproduce to the next generation. The loop continues until 

stopping criteria are met. When the loop ends, the algorithm provides a Pareto‐optimal front3. 

 

Figure 29: Energy System Optimisation Model 

In this report, starting from the “Current Scenario” and using EnergyPLAN + SPEA2, several “Future 

Optimised Scenarios” are analysed, in order to identify possible solutions able to: 

Reduce annual energy cost (AC, €/year); 

Reduce the environmental impact (CO2‐emission, t/year); 

Allow a satisfactory technical regulation for the electric grid (Load Following Capacity, LFC); 

                                                       

3 The Pareto‐optimal front of a multi‐objective optimisation problem consists of the function values representing the 

different trade‐off with respect to the given objective functions. 

Page 75: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 75 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

75 of 182 

Increase local security through a greater energy independency (Energy System Dependency, 

ESD) 

Four parameters describe the economic behaviour of the CEIS/CEDIS systems, their sum defines the 

annual cost (AC) (see also the Appendix): 

1) Investment cost: cost needed for the introduction of a new technology in the energy system or 

the  increasing  of  an  existing  one.  Annual  investment  cost  (AIC,  €/year)  for  a  particular 

technology can be formulated as follows: 

∗1 1

 

where: 

 : is the total investment cost (multiplying the number of units by the unitary cost); 

n : is the lifetime (in year) of a given technology; 

 : is the interest rate (4 % for CEIS/CEDIS case). 

Annual  investment cost  is the summation of all the  investment costs  for all technologies. Please 

note that for the “Current Scenario” no annual investment cost is considered. 

2) Variable O&M cost: cost associated with production of plants (such as fuel cost) and electricity 

exchange  cost.  Electricity  exchange  cost  is  the  cost  related  to  import  and  export with  the 

national grid. To calculate the cost, an hourly cost data for electricity market is included into the 

model, as provided by CEIS/CEDIS. 

3) Fixed O&M cost: cost  related  to a plant  regardless of how often  the plant operates  such as 

service charge in each year. 

4) Additional  cost:  all  the  electricity  consumed  inside  the  consortium  has  to  have  extra  cost 

(general system charges, grid and metering cost, taxes). The average additional electricity cost 

is 106.27 €/MWh.  

Page 76: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 76 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

76 of 182 

CO2‐emission  is  the most  important  parameter  in  terms  of  environmental  aspect.  Total  CO2‐

emission  in  tons  is defined  through  the  specific  standard emission  factor  (SEF) of  the different 

energy sources. In line with the IPCC principles [35] SEF covers all the CO2‐emissions that occur due 

to energy consumption within a territory, either directly due to fuel combustion within the territory 

or indirectly via fuel combustion associated with electricity and heat/cold usage within the area. The 

standard emission factors are based on the carbon content of each fuel. In this approach, CO2 is the 

most  important  greenhouse  gas.  Furthermore,  the  CO2‐emissions  from  the  sustainable  use  of 

biomass/biofuels, as well as emissions of certified green electricity, are considered to be zero. 

The 2nd Objective we consider is Load Following Capacity (LFC). LFC is described before, however, 

in the optimisation phase, electricity import and export and the demand are considered on a yearly 

basis. 

 

where: 

 : Electrical import from national grid in a year 

: Electrical export to national grid in a year 

 : Electrical demand in a year 

It should be noted that when  import and export are  low, LFC  is also  low. In addition,  import and 

export  are  low when  an  energy  system  can  produce  electricity  as  required.  This  parameter  is 

particularly relevant  in energy systems with a high fraction of RES. In these cases the production 

profiles depend on natural factors (solar radiation, wind speed, rainfall) and not on human planning 

(as in conventional thermal power plants). 

The  last  considered  parameter,  Energy  System Dependency  (ESD),  is  a  ratio  between  primary 

energy supply from outside of the system (i.e., import) and total primary demand of the system. In 

another  word  ESD  reveals  how  much  an  energy  system  depends  on  foreign  energy  import. 

Page 77: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 77 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

77 of 182 

Minimizing  ESD  implies  that  less  energy  is  imported  in  terms  of  local  demand.  Being  energy 

independent  is an  important target for a community  like CEIS and CEDIS (CEIS and CEDIS are the 

owner  of  the  grid)  and  its  policy makers,  it  could  indeed  reduce  energy  costs,  increase  local 

employees, create independence from external sources and markets not directly controllable.  The 

following is the formulation of ESD: 

where: 

 : total primary energy imported in a year 

 : total primary energy demand in a year 

For CEIS, the following formulation is used: 

. ∗ _

. . ∗ _ . ∗ _

For CEDIS, the following formulation is used: 

. ∗ _

. . ∗ _ . ∗ _

 is  the  local  primary  energy  factor,   is  the  primary  energy  factor  for  importing 

electricity. 

3.1.2 Modelling “Current Scenario”

After collecting all the data about CEIS and CEDIS, as described in Chapter 2.1.1 and in Chapter 2.1.2, 

it is now possible to model the “Current Scenario” using EnergyPLAN, in order to evaluate the four 

identified parameters characterising the energy system. It is mentioned earlier that no investment 

is  considered  for  current  scenario.  All  other  related  costs  including  fuel,  fixed  operational  and 

maintenance, variable operational and maintenance cost can be found in appendix (Table 53, Table 

54 and Table 56). 

Page 78: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 78 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

78 of 182 

Table 21 and Table 22 summarise economical, environmental, technical and political parameters 

identified for the “Current Scenario”. With this baseline characterisation it is therefore possible to 

propose and compare “Future Optimised Scenarios” in which the EnergyPLAN + Evolutionary Multi‐

objective allow to optimise for each one of the selected parameter and to quantify the resulting 

benefits. 

Economic parameter

Variable cost  11,782 kEuro

Fixed operational cost 713 kEuro

Additional cost  2,780 kEuro

Investment cost  0 kEuro

Total annual cost  15,275 kEuro

Environmental parameter

CO2 emission  13.092 kt

Technical parameter (electric grid)

Import  4.63 GWh

Export  7.87 GWh

Load Following Capacity (LFC) 0.48

Political parameter

Energy System Dependency (ESD) 0.51

Table 21: CEIS “Current Scenario”: Economical, environmental, technical and political parameters 

Economic parameter

Variable cost  10,101 KEuro

Fixed operational cost 653 KEuro

Additional cost  4,518 KEuro

Investment cost  0 KEuro

Total annual cost  15,272 KEuro

Environmental parameter

CO2 emission  21.63 kt

Technical parameter (electric grid)

Import  21.08 GWh

Export  2.48 GWh

Load Following Capacity (LFC) 0.55

Political parameter

Energy System Dependency (ESD) 0.72

Table 22: CEDIS “Current Scenario”: Economical, environmental, technical and political parameters 

 

Page 79: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 79 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

79 of 182 

3.1.3 Modelling “Future Optimised Scenarios”

3.1.3.1 Introduction

The Power System of the Future will be radically different, with high penetration of unpredictable 

variable  output  of  renewables  [36].  There  are  a  lot  of  potential  new  technologies  and  control 

mechanisms to utilise. We need to determine what combination of generation, storage, distributed 

resources  management,  interconnection  trading,  ancillary  services  provision  and 

transmission/distribution management will deliver the goods as regards safe, secure, efficient, and 

economic operation with reduced fossil fuel burn. The three sectors (Power, Heat, Transport) will 

interact to a far greater extent than currently. 

In order  to plan possible  future  interventions  to  improve  the  sustainability and efficiency of an 

energy system it is important for policy makers to have access to specific studies that identify future 

scenarios, which optimise in terms of economic, environmental, technical and political perspectives. 

However, these perspectives are often contradictory to each other’s. If someone wants to minimise 

CO2‐emission, the annual cost could increase because of additional investment cost (i.e. investment 

on new technologies). At the same time, intermittent behaviour of renewable sources are difficult 

to handle and there are constraints regarding electric grid capacity. 

A detailed analysis has been developed and here illustrated based on EnergyPLAN + Evolutionary 

Multi‐objective to  identify “Future Optimised Scenarios” for decision makers. The framework will 

identify a set of scenarios, comparable with “Current Scenario”, some may be good in one objective, 

others may be better in another objective.  

3.1.3.2 Assessment of additional local sustainable energy resources: wood

and solar

In order to verify the potential for a sustainable use of the wood resource  in the CEIS and CEDIS 

Page 80: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 80 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

80 of 182 

areas (Table 23) a specific calculation is performed. It follows the indications of the recent “Energetic 

and Environmental Plan of  the Province of Trento  (PEAP 2013‐2020)”  [37]  considering  the  local 

surface covered by forest and the potential for sustainable wood use (compatible with the annual 

forest growing): 

∗  

where: 

 : Sustainable wood resource (GWh/year); 

 : Surface covered by forest (ha); 

 : Potentiality for a sustainable use of the biomass resource (MWh/(ha*year)). 

Area   (ha) 

 

(%)  (ha)  (MWh/(ha*year))   

(GWh/year) 

CEIS  24,857 55  13,671.35 4.16 56.873 

CEDIS  14,785 55  8,131.75 4.16 33.828 

Table 23: Potential for a sustainable use of the wood resource in CEIS and CEDIS areas 

In terms of wood sustainability it can be considered that in the CEIS area the local forest is managed 

in a  sustainable way, meaning  that on average  forest growth  (56.873 GWh/year)  is higher  than 

harvesting (39.593 GWh/year). In other word it is possible to harvest 56.873 GWh/year of wood in 

the CEIS area without harming the environment, there is an additional margin (+ 30.4 %) to increase 

the use of local wood. 

The same considerations can be done in the CEDIS area: the local forest is managed in a sustainable 

way,  forest growth  (33.828 GWh/year)  is higher than harvesting  (21.829 GWh/year). There  is an 

additional margin (+ 35.5 %) to increase the use of local wood. 

Moving to the solar resource, considering the data of PV peak power   (CEIS 2013, CEDIS 2013) 

and PV injection   (CEIS 2013, CEDIS 2013), the following local PV producibility (PVLP) indicating 

Page 81: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 81 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

81 of 182 

the full load hours or the capacity factor is defined: 

6,111,3814,998

1,223 /  

5,957,9025,567

1,070 /  

 

3.1.3.3 Decision variables, constraints and objectives

In the following different technologies describing the possibility to be a decision variable in the CEIS 

and CEDIS energy system are addressed: 

There are  still possibilities  to  increase  the capacity of PV both  in CEIS and  in CEDIS.  It  is 

decided  to  limit  the maximum capacity dividing  the annual electrical consumption   

(assuming that all the energy system  is electrified  in this way: existing electrical demand, 

existing thermal demand covered by GSHP, existing transport demand covered by electric 

car) for the local PV producibility  . : 

26,177,984 55,826,546

3.2 48,084,100 ∗ 0.168

1,223 /

51,701,9081,223 /

42.275  

Page 82: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 82 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

82 of 182 

42,521,789 51,298,315

3.2 44,161,450 ∗ 0.168

1,070 /

65,971,6361,070 /

61.656  

Please note that   is around 42 MW and    is 61 MW. These are 

the maximum possible PV capacities for the communities. Specifying maximum capacity is 

necessary because the optimiser will find the optimal scenario within the specified maximum 

limit. We specify a large maximum limit to let the optimiser find optimal scenarios within the 

range.  

Since the study in Chapter 3.1.3.2 shows the potentiality to increase the use of wood, it is 

interesting to investigate a further diffusion of individual wood boiler in CEIS and in CEDIS  

and the introduction of wood ORC combined heat and power (wood ORC CHP) in CEIS. It is 

necessary to respect the limit of 56.873 GWh/year of wood consumption in CEIS area and 

33.828 GWh/year in CEDIS area; 

Diffused gas SOFC mCHP could be a viable option in CEDIS thanks to the availability of a gas 

grid and low gas price; 

An  interesting solution for the thermal sector (space heating and HSW) of CEIS and CEDIS 

could be the use of ground source heat pump  (GSHP). Heat pump  is a well consolidated 

technology  that can use ground, water or air as  sources of heat or cold,  the need of an 

electric  compressor  for  running  the  thermodynamic  process  implies  an  electrical 

consumption. If local produced electricity (from hydro, PV, biogas) is used the GSHP could 

operate with zero emission (SEF methodology). In CEIS and CEDIS it is decided to investigate 

the use of ground because it guarantees high performance (high coefficient of performance 

(COP)) even in cold climate; 

Page 83: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 83 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

83 of 182 

Transport sector of CEIS and CEDIS could be radically transformed increasing the use of an 

alternative energy carrier such as electricity. This transition, from fossil fuel cars to electric 

cars could lead to very high benefits in terms of CO2‐emission and ESD. In this report a night 

charging modality is considered: it is assumed that from 21 pm to 4 am all electric cars will 

be charged  (Figure 30).  It also means  that  in  these hours new electricity demand will be 

introduced to charge cars.  

 

Figure 30: Night‐charging (NC) profile for electric car batteries 

Other existing  technologies  as hydro  and biogas  are not  considered  as decision  variables,  their 

capacity will be maintained the same as in “Current Scenarios”. 

In Figure 31 the above identified technologies outlining an overview of the CEIS and CEDIS “Future 

Optimised Scenarios” are introduced. 

Page 84: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 84 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

84 of 182 

 

Figure 31: Overview of the CEIS and CEDIS Energy System – “Future Optimised Scenarios” 

 

 

 

Page 85: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 85 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

85 of 182 

3.1.3.4 Results for CEIS Consortium

3.1.3.4.1 Introduction 

After  completion  of  the  simulation,  401  “Future  Optimised  Scenarios”  are  found.  Having  four 

objectives  to  optimise  is  a  difficult  task  to  visualise  the  Pareto‐front. However,  using  a  three‐

dimensional  view with  different  colours  (4th  objective  is  presented  as  colour)  it  is  possible  to 

visualise the front (Figure 32). In Figure 32 x, y and z‐axis correspond respectively to CO2‐emission 

(kt/year), annual cost (KEuro) and LFC, the different colours represent different values of ESD. Figure 

32 also visualises the comparison between “Current Scenario” (in grey cube) and “Future Optimised 

Scenarios”. It is very difficult to study all the scenarios individually from the Pareto‐front. Z‐axis of a 

point can be seen by the height of a point and x, y –axis value can be identified by the projection of 

the point in xy plain. The colour is of a point present ESD value. However, it may not require to study 

all  the  scenario  from  the  Pareto‐front.  For  this  purpose, we  have  identified  some  interesting 

scenarios which is discussed below. 

Please note that some of the “Future Optimised Scenarios” have negative emissions because not 

only do we consider emission  for electricity generation within but also outside the  local system. 

When electricity that has less emission factor than outside is exported the difference is subtracted 

from internal emission. 

 

Page 86: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 86 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

86 of 182 

 

Figure 32: CEIS: Pareto‐front and comparison “Current Scenario”/”Future Optimised Scenarios 

It  is not practical  to discuss all of  the 401 “Future Optimised Scenarios”. Therefore, we want  to 

present some significant scenarios and their trends in three different categories. In the first category, 

some best scenarios  in terms of annual cost are presented. Afterwards, we present some target 

scenarios in term of CO2‐emission and ESD. Target scenarios in terms of CO2‐emission or EDS involve 

a specific range of percentage reduction of CO2‐emission or ESD (e.g. ‐40 % to ‐45 % reduction); we 

present the 3 least costly scenarios for each target range. Finally, we present a general discussion 

about the implementation possibility for the different addressed technologies (decision variables). 

3.1.3.4.2 Best scenarios in terms of Annual Cost 

The most  interesting  parameter  is  definitely  annual  cost  (AC),  cheaper  scenarios  are  the most 

attractive  for  policy makers  (and  their  communities).  In  Table  24  and  in  Figure  33  the  best  15 

Page 87: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 87 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

87 of 182 

scenarios  in  terms  of  AC  are  identified.  Figure  60Figure  60  in  appendix  also  illustrates  the 

comparison of different objective values  for  these best 15  scenarios with current  scenario. This 

study suggests consistent economical savings (from  ‐4.8 % to  ‐11.9 %).  It  is also possible to both 

minimise energy cost while reducing CO2‐emission (from ‐28.1 % to ‐70.9 %). In other words several 

energy scenarios greener and cheaper than the current one are possible. Also ESD is highly improved, 

these scenarios are able to import from ‐14% to ‐20% less energy resources from outside, mainly 

thanks  to  the  increase  in  the use of  local wood and partial electrification of  the  thermal  sector 

(through heat pumps powered by local hydro, PV and biogas electricity). LFC in most cases is very 

close  to  the  value  of  the  "Current  Scenario",  ensuring  electrical  grid  stability.  Electrical  import 

increases  from 4.63 GWh of “Current Scenario” to a range of 6.76 – 9.68 GWh, electrical export 

moves from 7.87 GWh to a range of 6.48 – 14.87 GWh. 

 

Table 24: CEIS: Best 15 scenarios in terms of AC, comparison with “Current Scenario” 

The  electrical  resource  mix  of  “Current  Scenario”  (local  production  +  import)  maintains  its 

Scn.AC

(KEuro)

Imp 

(%)

CO2 

Emission

(Kt)

LFC ESD PV (kWe)

Wood 

CHP 

(kWe)

GSHP 

(kWth)

Oil  boiler 

(kWth)

LPG 

boiler 

(kWth)

Wood 

boiler 

(kWth)

Petrol  

Cars

Diesel  

Cars

Electr 

Cars

Curr 15,275 0.0 13.092 0.48 0.51 5,000 0 0 9,155 3,431 14,306 2,762 2,094 0

AC1 13,456 ‐11.9 9.162 0.49 0.36 5,261 151 7,008 97 406 15,657 2,759 2,091 6

AC2 13,800 ‐9.7 9.409 0.48 0.37 5,224 110 5,558 1,579 412 16,404 2,761 2,093 2

AC3 13,829 ‐9.5 8.480 0.49 0.34 5,363 320 6,195 139 280 16,706 2,693 2,042 121

AC4 13,836 ‐9.4 8.509 0.48 0.34 5,015 44 5,216 597 132 18,278 2,669 2,023 164

AC5 14,041 ‐8.1 6.351 0.62 0.36 9,765 82 7,334 67 732 14,973 2,759 2,092 5

AC6 14,047 ‐8.0 7.991 0.47 0.33 5,057 204 3,523 621 1,020 19,665 2,760 2,092 4

AC7 14,079 ‐7.8 5.388 0.60 0.32 8,786 30 3,949 860 48 20,021 2,755 2,089 12

AC8 14,145 ‐7.4 7.420 0.47 0.32 5,204 773 3,661 559 441 19,244 2,761 2,093 2

AC9 14,196 ‐7.1 5.198 0.60 0.32 8,786 211 3,738 860 48 20,066 2,755 2,089 12

AC10 14,243 ‐6.8 7.819 0.47 0.33 5,023 687 3,654 646 831 18,908 2,757 2,090 9

AC11 14,296 ‐6.4 3.813 0.72 0.35 12,819 87 7,072 97 161 15,903 2,759 2,091 6

AC12 14,372 ‐5.9 7.274 0.47 0.31 5,170 592 3,738 257 464 19,679 2,657 2,014 185

AC13 14,398 ‐5.7 7.674 0.47 0.32 5,158 1,269 4,970 101 522 16,918 2,721 2,063 72

AC14 14,458 ‐5.3 8.262 0.47 0.34 5,092 1,114 4,739 590 1,037 16,492 2,757 2,090 9

AC15 14,546 ‐4.8 7.401 0.46 0.31 5,015 1,175 4,042 597 132 18,345 2,669 2,023 164

Page 88: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 88 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

88 of 182 

competitiveness  also  in  “Future AC Optimised  Scenarios”. While  the  introduction of wood CHP 

appears  often  negligible  (30  –  1,269  kWel  for  a  yearly  production  of  0.02  –  0.89  GWhel),  the 

increasing of PV capacity is suggested in several of the proposed scenarios from 5,015 kWel (+0.3 %, 

yearly production of 6.13 GWh) to 12,819 kWel (+156.38 %, yearly production of 15.68 GWh). 

What instead is deeply transformed is the thermal sector, first of all individual oil and LPG boilers 

reach approximately zero capacity. In other words it is suggested to dismiss the actual oil and LPG 

individual boiler  capacity because  fuel  costs are  too high  compared  to other alternative energy 

carriers. What  gains  importance  is  instead  the use of  local wood  and  the  electrification of  the 

thermal  sector.  Individual wood  boiler  capacity  is maximised  in  almost  all  of  the  15  proposed 

scenarios, wood consumption move from 39.59 GWh of “Current Scenario” to a range of 41.75 – 

56.76 GWh (close to the constrain of 56.873 GWh). While wood CHP appears economically not so 

attractive it is observed that to have a very cost effective scenario a wide introduction of GSHP is 

interesting. GSHP  thermal  capacity  ranges  between  3,523  kW  and  7,334  kW.  In  the  proposed 

“Future AC Optimised Scenarios” individual wood boilers cover 56 – 73 % of the heat demand (from 

53% of “Current Scenario”) while GSHP 20 – 41 %. 

Concerning the transport sector, the number of introduced electric cars is almost negligible (from 2 

to  185).  Indeed,  the  investment necessary  to  replace oil  cars with  electric  cars  is  economically 

unattractive in the current market condition.  

Page 89: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 89 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

89 of 182 

 

Figure 33: CEIS: best 15 scenarios in terms of AC (2‐16), comparison with “Current Scenario” (1) 

3.1.3.4.3 Target scenarios in terms of CO2‐emission reduction 

However  annual  cost  is not  always  the only parameter  considered.  Indeed, many  communities 

commit themselves to reach environmental targets (see for example the Convenant of Majors [38]): 

this study suggests several scenarios with ambitious CO2‐emission reduction (Table 25 and Figure 

35). In particular three less costly scenarios for targets between ‐30 % to ‐35 % and ‐100% to ‐105% 

are proposed. In order to reach the highest values it is necessary to progressively increase the use 

of greener technologies, which leads to AC growth (Figure 34).  

Page 90: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 90 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

90 of 182 

 

Figure 34: CEIS: “Future Optimised Scenarios” (blue) and correlation between annual cost and CO2‐

emission reduction (%). In red “Current Scenario”  

ESD is deeply improved in all proposed scenarios through the reduction of fossil fuel imports, the 

increasing in the use of local wood and local PV production. LFC is close to the value of the "Current 

Scenario" only  for  lower “CO2‐emission reduction targets”.  In all other cases the high  fraction of 

non‐programmable RES production  (PV)  leads  to poor  load  following  capacity, electrical  export 

increases and may require an expensive adaption of the grid transmission capacity. Electrical import 

moves from 4.63 GWh of “Current Scenario” to a range of 2.58 – 9.68 GWh, electrical export from 

7.87 to a range of 6.51 – 20.44 GWh. 

Page 91: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 91 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

91 of 182 

 

Table 25: CEIS: best scenarios in terms of CO2‐emission, comparison with “Current Scenario” 

The electrical resource mix sees the gradual PV capacity increasing, in particular the highest targets 

make widely use of this technology. Wood CHP is an alternative but appears more expensive. 

As expected in the thermal sector individual oil and LPG boilers reach approximately zero capacity. 

Individual wood boiler capacity is maximised from the lower targets. GSHP is widely introduced, it 

is not only a cheap technology, as seen previously, but also a green technology. 

Target scenarios  from  ‐30.0 % to  ‐103.8 % do not  introduce a significant number of electric cars 

(from 2 to 371):  it  is more cost effective to  invest  in other technologies such as wood  individual 

boiler, GSHP, PV, wood CHP. 

Scn.

CO2 

Emission

(Kt)

Imp 

(%)

AC 

(KEuro)LFC ESD

PV 

(kWe)

Wood 

CHP 

(kWe)

GSHP 

(kWth)

Oil  

boiler 

(kWth)

LPG 

boiler 

(kWth)

Wood 

boiler 

(kWth)

Petrol  

Cars

Diesel  

Cars

Electr 

Cars

Curr 13.092 0.0 15,275 0.48 0.51 5,000 0 0 9,155 3,431 14,306 2,762 2,094 0

EM30A 9.162 ‐30.0 13,456 0.49 0.36 5,261 151 7,008 97 406 15,657 2,759 2,091 6

EM40A 7.819 ‐40.3 14,243 0.47 0.33 5,023 687 3,654 646 831 18,908 2,757 2,090 9

EM40B 7.420 ‐43.3 14,145 0.47 0.32 5,204 773 3,661 559 441 19,244 2,761 2,093 2

EM40C 7.274 ‐44.4 14,372 0.47 0.31 5,170 592 3,738 257 464 19,679 2,657 2,014 185

EM50A 6.454 ‐50.7 15,114 0.52 0.32 7,380 2,618 6,902 91 76 12,449 2,738 2,076 42

EM50B 6.360 ‐51.4 15,827 0.44 0.28 5,123 3,323 4,166 364 172 15,128 2,632 1,995 229

EM50C 6.351 ‐51.5 14,041 0.62 0.36 9,765 82 7,334 67 732 14,973 2,759 2,092 5

EM60A 5.198 ‐60.3 14,196 0.60 0.32 8,786 211 3,738 860 48 20,066 2,755 2,089 12

EM60B 4.727 ‐63.9 15,400 0.57 0.30 8,625 2,414 4,678 56 737 15,467 2,755 2,089 12

EM60C 4.620 ‐64.7 16,426 0.51 0.28 7,612 4,671 5,094 276 123 11,851 2,754 2,088 14

EM70A 3.813 ‐70.9 14,296 0.72 0.35 12,819 87 7,072 97 161 15,903 2,759 2,091 6

EM70B 3.654 ‐72.1 15,078 0.61 0.29 9,765 1,865 4,282 67 146 17,463 2,754 2,088 14

EM70C 3.501 ‐73.3 15,588 0.64 0.31 10,768 2,201 5,053 427 253 15,337 2,711 2,055 90

EM80A 2.414 ‐81.6 16,918 0.61 0.27 10,039 3,628 3,626 44 566 15,407 2,577 1,954 325

EM80B 2.149 ‐83.6 17,058 0.60 0.27 10,053 4,806 3,843 44 506 13,374 2,717 2,060 79

EM80C 2.128 ‐83.7 18,225 0.53 0.24 8,612 6,582 3,683 147 75 11,276 2,609 1,978 269

EM90A 0.989 ‐92.4 16,235 0.74 0.29 13,095 2,632 3,533 773 28 16,847 2,718 2,060 78

EM90B 0.796 ‐93.9 18,792 0.62 0.25 11,545 7,429 5,411 20 270 7,349 2,718 2,060 78

EM90C 0.735 ‐94.4 18,224 0.70 0.28 12,754 3,893 3,872 315 902 14,032 2,407 1,825 624

EM100A ‐0.022 ‐100.2 19,813 0.59 0.22 10,067 9,488 3,670 42 110 7,009 2,719 2,062 75

EM100B ‐0.231 ‐101.8 15,875 0.86 0.32 17,414 1,090 6,602 83 19 15,259 2,663 2,019 174

EM100C ‐0.500 ‐103.8 15,966 0.88 0.31 16,709 52 4,064 392 283 20,046 2,551 1,934 371

Page 92: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 92 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

92 of 182 

 

 

Figure 35: CEIS: best scenarios in terms of CO2‐emission, comparison with “Current Scenario” 

 

3.1.3.4.4 Target scenarios in terms of ESD reduction 

ESD suggests which technologies can optimise the use of local energy resources and in which entity 

we can rely on them. This study suggests several scenarios with ambitious ESD reduction (Table 26 

and Figure 37). In absolute terms the best identified scenario has an ESD of 0.11, this means that it 

needs only  11%  of  external  energy  resources  to  cover  all  the  local  energy demand  (electricity, 

thermal, transport). Afterwards, the three less costly scenarios for targets between ‐0.15 to ‐0.17 

and  ‐0.35  to  ‐0.37 are proposed  in detail. As  for CO2‐emission  reduction,  in order  to  reach  the 

highest values it is necessary to progressively increase the use of costly technologies, this leads to 

AC growth (Figure 36).  

Page 93: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 93 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

93 of 182 

 

Figure 36: CEIS: “Future Optimised Scenarios” (blue) and correlation between annual cost and ESD 

reduction. In red “Current Scenario” 

CO2‐emission is highly improved in all proposed scenarios (from ‐30 % to ‐155.9 %): reducing import 

of fossil fuels (and electricity from the national grid) means reducing CO2‐emission in parallel. LFC in 

most cases  is very close  to  the value of  the "Current Scenario", ensuring electrical grid stability. 

Electrical  import moves  from  4.63 GWh  of  “Current  Scenario”  to  a  range  of  1.92  –  9.68 GWh, 

electrical export from 7.87 to a range of 6.48 – 22.65 GWh. 

Page 94: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 94 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

94 of 182 

 

Table 26: CEIS: best scenarios in terms of ESD, comparison with “Current Scenario” 

The electrical resource mix sees a moderate PV capacity increase for lower targets (‐0.15 to ‐0.26) 

while most of the highest targets (‐0.30 to ‐0.36) make widely use of this technology. Wood CHP is 

negligible only for ‐0.15 to ‐0.17 target instead for ‐0.20 to ‐0.37 and is preferred to individual wood 

boiler in the use of local limited wood resources (reaching a significant maximum capacity of 13,125 

kWel). 

In the thermal sector individual oil and LPG boilers move to zero capacity. Individual wood boiler is 

maximised  for  ‐0.15 to  ‐0.22 targets,  leaving space to wood CHP  for the highest values. GSHP  is 

always widely introduced, it is not only cheap and green but also allows for an optimal use of local 

resources. 

Target scenarios ‐0.15 to ‐0.27 do not introduce a significant number of electric cars (from 3 to 314): 

it  is more cost effective to  invest  in other technologies such as wood  individual boiler, GSHP, PV, 

wood CHP. Instead in order to reach the highest targets ‐0.30 to ‐0.32 and in particular ‐0.35 to ‐

Scn. ESD ΔAC

(KEuro)

CO2 

Emission

(Kt)

LFC PV (kWe)

Wood 

CHP 

(kWe)

GSHP 

(kWth)

Oil  

boiler 

(kWth)

LPG 

boiler 

(kWth)

Wood 

boiler 

(kWth)

Petrol  

Cars

Diesel  

Cars

Electr 

Cars

Curr 0.51 0.000 15,275 13.092 0.48 5,000 0 0 9,155 3,431 14,306 2,762 2,094 0

ESD15A 0.36 ‐0.150 13,456 9.162 0.49 5,261 151 7,008 97 406 15,657 2,759 2,091 6

ESD15B 0.34 ‐0.166 13,829 8.480 0.49 5,363 320 6,195 139 280 16,706 2,693 2,042 121

ESD15C 0.34 ‐0.169 13,836 8.509 0.48 5,015 44 5,216 597 132 18,278 2,669 2,023 164

ESD20A 0.30 ‐0.202 15,400 4.727 0.57 8,625 2,414 4,678 56 737 15,467 2,755 2,089 12

ESD20B 0.30 ‐0.210 15,429 6.665 0.46 5,462 2,789 4,554 278 434 15,171 2,684 2,035 137

ESD20C 0.29 ‐0.212 15,078 3.654 0.61 9,765 1,865 4,282 67 146 17,463 2,754 2,088 14

ESD25A 0.25 ‐0.253 17,112 4.572 0.45 6,007 6,066 4,013 277 109 11,394 2,752 2,086 18

ESD25B 0.25 ‐0.258 16,812 4.945 0.42 5,182 5,923 3,843 90 4 12,156 2,760 2,093 3

ESD25C 0.25 ‐0.261 17,793 4.326 0.44 6,007 6,168 3,910 277 109 11,394 2,583 1,959 314

ESD30A 0.20 ‐0.304 23,238 ‐2.958 0.68 12,868 12,489 4,010 34 693 1,425 2,467 1,870 519

ESD30B 0.20 ‐0.306 23,533 ‐5.477 0.81 17,254 9,937 4,128 202 47 5,550 2,075 1,573 1,208

ESD30C 0.19 ‐0.320 23,521 ‐3.216 0.66 12,303 13,125 3,859 105 25 1,292 2,407 1,825 624

ESD35A 0.15 ‐0.352 30,718 ‐7.312 0.82 17,663 9,036 3,875 78 397 7,058 10 8 4,838

ESD35B 0.15 ‐0.353 30,556 ‐6.601 0.79 16,648 9,036 3,875 78 397 7,058 10 8 4,838

ESD35C 0.15 ‐0.359 26,934 0.304 0.43 6,504 10,485 3,482 63 133 5,753 830 629 3,397

Page 95: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 95 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

95 of 182 

0.37 it is necessary to involve a deep transformation also in the transport sector moving from fossil 

fuels engines to electric engines.  

 

Figure 37: CEIS: best scenarios in terms of ESD, comparison with “Current Scenario” 

3.1.3.4.5 Final overview of addressed technologies 

We  are  now  ready  to  provide  an  overview  of  the  implementation  possibility  for  the  different 

addressed technologies:   

There are still possibilities to increase the capacity of PV (it is decided to limit the maximum 

capacity  to  42.275 MW):  this  technology  is  suggested  to  be  increased  in  several  of  the 

proposed  “best AC  scenarios”  and  “best  ESD  scenarios”,  allows  considerable benefits  in 

terms of CO2‐emission reduction (in particular for the highest targets); 

Since the study  in Chapter 3.1.3.2 shows the potentiality to  increase the use of wood,  it  is 

interesting investigate a further diffusion of individual wood boilers and the introduction of 

wood ORC combined heat and power (wood ORC CHP) (it is necessary to respect the limit of 

Page 96: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 96 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

96 of 182 

56.873  GWh/year  of  wood  consumption):  wood  resources  appear  economically  very 

attractive for individual boilers but not for CHP. Maximum exploitation of wood induces also 

benefits  in  terms of CO2‐emission  reduction  and  ESD. Wood mCHP  is  a more expensive 

alternative of PV for the “highest CO2‐emission targets” while the “highest ESD reduction 

targets” make widely use of this technology; 

An interesting solution for the thermal sector (space heating and HSW) could be the use of 

ground source heat pump (GSHP): this technology is always widely introduced, it is cheap, 

green and also allowed an optimal use of local resources; 

The  transport  sector  could  be  radically  transformed  increasing  the  use  of  an  alternative 

energy carrier such as electricity: the investment necessary to replace oil cars with electric 

cars  is  economically  unattractive  in  the  current market  condition.  Target  CO2‐emission 

scenarios from ‐30.0 % to ‐103.8 % and ESD from ‐0.15 to ‐0.27 do not introduce a significant 

number of electric cars: it is more cost effective to invest in other technologies such as wood 

individual boilers, GSHP, PV, wood CHP. Instead in order to reach the highest ESD targets ‐

0.30 to ‐0.32 and in particular ‐0.35 to ‐0.37 it is necessary to involve a deep transformation 

also in the transport sector moving from fossil fuels engines to electric engines. 

Page 97: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 97 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

97 of 182 

3.1.3.5 Results for CEDIS Consortium

3.1.3.5.1 Introduction 

In the simulation 385 “Future Optimised Scenarios” are found. In Figure 38 the Pareto‐front with 

the four optimised objectives (AC, CO2 emission, ESD, LFC) is visualised. Figure 38 also visualises the 

comparison between “Current Scenario” (in grey cube) and “Future Optimised Scenarios”.  

 

 

Figure 38: CEDIS: Pareto‐front and comparison “Current Scenario”/”Future Optimised Scenarios” 

It is not possible to discuss all of the 385 “Future Optimised Scenarios”. As for CEIS also for CEDIS 

some significant scenarios and their trends will be presented in three different categories: “best AC 

scenarios”, “target CO2‐emission reduction scenarios” and “target ESD reduction scenarios” in terms 

Page 98: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 98 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

98 of 182 

of  CO2‐emission  and  ESD.  Finally,  we  present  a  general  discussion  about  the  implementation 

possibility for the different addressed technologies (decision variables). 

3.1.3.5.2 Best scenarios in terms of Annual Cost 

The most  interesting  parameter  is  definitely  annual  cost  (AC),  cheaper  scenarios  are  the most 

attractive  for  policy makers  (and  their  communities).  In  Table  28  and  in  Figure  39  the  best  15 

scenarios  in  terms of AC are  identified. Figure 61  in appendix also  illustrates  the comparison of 

different objective values  for  these best 15  scenarios with current  scenario. This  study  suggests 

consistent economical savings (from ‐4.4 % to ‐8.6 %). It is also possible to both minimise energy 

cost while reducing CO2‐emission (from ‐24.3 % to ‐29.9 %). In other words several energy scenarios 

greener and cheaper than the current one are possible. Also ESD is highly improved, these scenarios 

are able  to  import  from  ‐16%  to  ‐19%  less energy  resources  from outside, mainly  thanks  to  the 

increase  in  the use of  local wood and partial electrification of  the  thermal sector  (through heat 

pumps powered by  local hydro, PV and biogas electricity). LFC  in most cases  is very close to the 

value of the "Current Scenario", ensuring electrical grid stability. Electrical  import  increases from 

21.08 GWh of “Current Scenario” to a range of 24.17 – 27.41 GWh, electrical export moves from 

2.48 GWh to a range of 2.10 – 4.75 GWh.  

Page 99: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 99 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

99 of 182 

 

Table 27: CEDIS: Best 15 scenarios in terms of AC, comparison with “Current Scenario” 

The  electrical  resource  mix  of  “Current  Scenario”  (local  production  +  import)  maintains  its 

competitiveness  also  in  “Future AC Optimised  Scenarios”. While  the  introduction  of  gas mCHP 

appears often limited (1 – 787 kWel for a yearly production of 0.01 – 3.49 GWhel), the increase of PV 

capacity  is  suggested  in  several  of  the  proposed  scenarios  from  5,631  kWel  (+1.2  %,  yearly 

production of 6.03 GWh) to 9,380 kWel (+68.55 %, yearly production of 10.05 GWh). 

Instead, the thermal sector is deeply transformed. While individual oil boiler reach approximately 

zero capacity, individual gas boilers are greatly reduced but maintain a not negligible capacity, this 

is due to  less expensive fuel cost of gas than oil (86 €/MWh vs 145 €/MWh). In other words  it  is 

suggested to dismiss almost all actual oil and most gas individual boiler capacity, because fuel costs 

are too high compared to other alternative energy carriers. What gains importance is instead the 

use of  local wood and the electrification of the thermal sector. Individual wood boiler capacity  is 

maximised  in  almost  all  15 proposed  scenarios, wood  consumption moves  from  21.83 GWh of 

Scn.AC

(KEuro)

Imp 

(%)

CO2 

Emission

(Kt)

LFC ESD PV (kWe)

Gas  

mCHP 

(kWe)

GSHP 

(kWth)

Oil  boiler 

(kWth)

Gas  

boiler 

(kWth)

Wood 

boiler 

(kWth)

Petrol  

Cars

Diesel  

Cars

Electr 

Cars

Curr 15,272 0.0 21.630 0.55 0.72 5,565 0 0 3,688 13,175 7,903 2,537 1,923 0

AC1 13,963 ‐8.6 16.363 0.60 0.56 5,631 1 6,912 289 1,993 12,117 2,536 1,922 2

AC2 14,030 ‐8.1 16.373 0.59 0.56 5,793 46 6,410 3 2,917 12,165 2,526 1,915 19

AC3 14,138 ‐7.4 16.262 0.58 0.55 5,803 194 6,669 289 1,993 12,191 2,530 1,918 12

AC4 14,159 ‐7.3 16.092 0.61 0.56 6,929 24 7,555 585 1,533 11,279 2,537 1,923 0

AC5 14,195 ‐7.0 16.362 0.58 0.56 5,987 230 6,176 3 3,110 12,045 2,525 1,914 21

AC6 14,261 ‐6.6 16.257 0.58 0.55 5,655 304 8,240 123 1,047 10,782 2,491 1,888 81

AC7 14,311 ‐6.3 16.052 0.59 0.56 7,182 183 6,618 128 2,923 11,516 2,525 1,914 21

AC8 14,351 ‐6.0 15.902 0.57 0.54 6,574 439 7,872 520 471 11,310 2,537 1,923 0

AC9 14,369 ‐5.9 16.306 0.55 0.55 5,633 543 6,320 289 1,993 12,191 2,530 1,918 12

AC10 14,407 ‐5.7 15.283 0.60 0.55 8,596 195 6,342 42 2,675 12,243 2,536 1,922 2

AC11 14,460 ‐5.3 15.639 0.59 0.55 7,322 329 8,214 122 1,047 10,782 2,491 1,888 81

AC12 14,462 ‐5.3 16.162 0.55 0.54 5,926 694 7,699 520 484 11,172 2,537 1,923 0

AC13 14,515 ‐5.0 15.175 0.61 0.55 9,380 154 6,419 0 3,130 11,779 2,525 1,914 21

AC14 14,588 ‐4.5 15.152 0.59 0.54 8,729 327 6,669 48 2,260 11,964 2,511 1,903 46

AC15 14,601 ‐4.4 15.889 0.54 0.53 6,574 787 7,523 520 484 11,298 2,537 1,923 0

Page 100: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 100 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100 of 182 

“Current Scenario” to a range of 29.78 – 33.81 GWh (close to the constraint of 33.828 GWh). While 

gas mCHP appears economically not so attractive it is observed that to have a very cost effective 

scenario a wide introduction of GSHP is interesting. GSHP thermal capacity ranges between 6,176 

kW and 8,240 kW. In the proposed “Future AC Optimised Scenarios” individual wood boiler covers 

44 – 49 % of the heat demand (from 32% of “Current Scenario”) while GSHP 37 – 50 %. 

Concerning the transport sector, the number of introduced electric cars is almost negligible (from 0 

to  81).  Indeed,  the  investment  necessary  to  replace  oil  cars with  electric  cars  is  economically 

unattractive in the current market condition.  

 

Figure 39: CEDIS: best 15 scenarios in terms of AC (2‐16), comparison with “Current Scenario” (1) 

 

3.1.3.5.3 Target scenarios in terms of CO2‐emission reduction 

However  annual  cost  is not  always  the only parameter  considered.  Indeed, many  communities 

commit  themselves  to  reach  environmental  targets:  this  study  suggests  several  scenarios with 

Page 101: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 101 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

101 of 182 

ambitious CO2‐emission reduction (Table 28 and Figure 41). In particular three less costly scenarios 

for targets between ‐30 % to ‐35 % and ‐100 % to ‐105 % are proposed. In order to reach the highest 

values  it  is necessary  to progressively  increase  the use of greener  technologies,  this  leads  to AC 

growth (Figure 40).  

 

Figure 40: CEDIS: “Future Optimised Scenarios” (blue) and correlation between annual cost and 

CO2‐emission reduction (%). In red “Current Scenario”  

ESD is deeply improved in all proposed scenarios through the reduction of fossil fuels import, the 

increasing in the use of local wood and local PV production. LFC is close to the value of the "Current 

Scenario" only  for  lower “CO2‐emission reduction targets”.  In all other cases the high  fraction of 

non‐programmable RES production  (PV)  leads  to poor  load  following  capacity, electrical  export 

increases and may require an expensive adaption of the grid transmission capacity. Electrical import 

moves from 21.08 GWh of “Current Scenario” to a range of 6.57 – 24.90 GWh, electrical export from 

2.48 to a range of 4.60 – 45.49 GWh. 

Page 102: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 102 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

102 of 182 

 

Table 28: CEDIS: best scenarios in terms of CO2‐emission, comparison with “Current Scenario” 

The electrical resource mix sees the gradual PV capacity increasing, in particular the highest targets 

make widely use of this technology. Gas mCHP is an alternative but appears more expensive. 

As expected  in the thermal sector  individual oil and  (to a  less extent) gas boilers reach marginal 

capacity.  Individual wood  boiler  capacity  is maximised  from  the  lower  targets. GSHP  is widely 

introduced, it is not only a cheap technology, as seen previously, but also a green technology. 

Most target scenarios from ‐30.1 % to ‐104.4 % do not  introduce a significant number of electric 

Scn.

CO2 

Emission

(Kt)

Imp 

(%)

AC

(KEuro)LFC ESD

PV 

(kWe)

Gas  

mCHP 

(kWe)

GSHP 

(kWth)

Oil  

boiler 

(kWth)

Gas 

boiler 

(kWth)

Wood 

boiler 

(kWth)

Petrol  

Cars

Diesel  

Cars

Electr 

Cars

Curr 21.630 0.0 15,272 0.55 0.72 5,565 0 0 3,688 13,175 7,903 2,537 1,923 0

EM30A 15.110 ‐30.1 15,298 0.53 0.52 8,729 1,070 5,926 305 2,003 11,964 2,475 1,876 109

EM30B 14.489 ‐33.0 15,109 0.57 0.52 9,367 743 7,062 76 975 12,006 2,453 1,859 148

EM30C 14.214 ‐34.3 14,853 0.60 0.52 10,291 465 8,077 120 370 11,463 2,491 1,888 81

EM40A 12.698 ‐41.3 15,369 0.66 0.52 15,145 495 8,314 563 28 10,963 2,524 1,913 23

EM40B 12.581 ‐41.8 15,431 0.68 0.53 15,920 331 8,310 197 1,128 10,482 2,491 1,888 81

EM40C 12.488 ‐42.3 15,488 0.69 0.54 16,465 198 6,378 0 3,130 11,773 2,481 1,881 98

EM50A 10.813 ‐50.0 19,333 0.57 0.47 18,166 4,532 3,139 62 1,118 12,080 2,307 1,749 404

EM50B 10.732 ‐50.4 21,600 0.55 0.48 16,026 2,690 6,147 126 1,555 9,830 1,274 965 2,221

EM50C 10.542 ‐51.3 19,874 0.65 0.50 22,456 5,257 4,966 105 1,671 7,654 2,442 1,851 167

EM60A 8.473 ‐60.8 18,687 0.68 0.47 25,613 3,308 5,514 52 542 10,941 2,459 1,864 137

EM60B 8.315 ‐61.6 18,038 0.81 0.51 28,858 2,015 4,598 1 4,042 10,805 2,525 1,914 21

EM60C 8.030 ‐62.9 18,075 0.79 0.50 27,648 1,576 7,594 6 1,165 9,840 2,354 1,784 322

EM70A 6.221 ‐71.2 18,959 0.85 0.48 32,718 2,611 4,925 16 2,151 11,298 2,482 1,882 96

EM70B 5.552 ‐74.3 19,494 0.88 0.48 34,450 3,081 4,454 16 2,151 11,298 2,480 1,880 100

EM70C 5.521 ‐74.5 19,411 0.88 0.48 34,434 2,967 4,454 16 2,141 11,479 2,480 1,880 100

EM80A 4.241 ‐80.4 17,884 1.05 0.50 38,432 416 8,218 32 1,288 10,497 2,507 1,900 53

EM80B 3.797 ‐82.4 18,643 1.04 0.49 39,126 1,073 6,586 174 1,611 11,496 2,462 1,866 132

EM80C 3.655 ‐83.1 18,567 1.05 0.49 38,432 501 8,320 61 475 10,996 2,327 1,764 369

EM90A 1.948 ‐91.0 18,911 1.17 0.50 44,023 389 7,165 294 1,520 11,622 2,409 1,826 225

EM90B 1.892 ‐91.3 19,881 1.07 0.47 44,070 2,515 6,691 141 311 10,504 2,535 1,921 4

EM90C 1.708 ‐92.1 18,766 1.18 0.50 45,495 457 8,240 89 1,386 10,247 2,491 1,888 81

EM100A ‐0.313 ‐101.4 19,367 1.29 0.50 50,960 457 8,240 89 1,386 10,247 2,491 1,888 81

EM100B ‐0.760 ‐103.5 19,410 1.29 0.49 51,833 634 9,149 33 338 9,722 2,523 1,912 25

EM100C ‐0.952 ‐104.4 19,632 1.30 0.49 51,725 463 8,109 591 107 11,213 2,457 1,862 141

Page 103: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 103 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

103 of 182 

cars: it is more cost effective to invest in other technologies such as wood individual boilers, GSHP, 

PV, gas mCHP. 

 

 

Figure 41: CEDIS: best scenarios in terms of CO2‐emission, comparison with “Current Scenario” 

3.1.3.5.4 Target scenarios in terms of ESD reduction 

ESD suggests which technologies can optimise the use of local energy resources and in which entity 

we can rely on them. This study suggests several scenarios with ambitious ESD reduction (Table 29 

and Figure 43). In absolute terms the best identified scenario has an ESD of 0.42, this means that it 

needs 42 % of external energy resources to cover all the local energy demand (electricity, thermal, 

transport). Afterwards, three less costly scenarios for targets between ‐0.15 to ‐0.17 and ‐0.30 to ‐

0.32 (for  last target  ‐0.30 to  ‐0.32 there  is only one scenario) are proposed  in detail. As for CO2‐

emission reduction, in order to reach the highest values it is necessary to progressively increase the 

Page 104: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 104 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

104 of 182 

use of costly technologies, this leads to AC growth (Figure 42).  

 

Figure 42: CEDIS: “Future Optimised Scenarios” (blue) and correlation between annual cost and 

ESD reduction. In red “Current Scenario” 

CO2‐emissions are highly improved in all proposed scenarios (from ‐24.3 % to ‐135.6 %): reducing 

import of fossil fuels (and electricity from national grid) means reducing CO2‐emission  in parallel. 

LFC in most cases (except target ‐0.30 to ‐0.32) is very close to the value of the "Current Scenario", 

ensuring electrical grid stability. Electrical import moves from 21.08 GWh of “Current Scenario” to 

a range of 8.09 – 27.35 GWh, electrical export from 2.48 to a range of 2.10 – 55.98 GWh. 

Page 105: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 105 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

105 of 182 

 

Table 29: CEDIS: best scenarios in terms of ESD, comparison with “Current Scenario” 

The electrical resource mix sees a negligible PV capacity increasing for the lower target (‐0.15 to ‐

0.17) while most of  the highest  targets  (‐0.20  to  ‐0.32) make widely use of  this  technology. Gas 

mCHP is negligible only for ‐0.15 to ‐0.17 target instead in the interval ‐0.20 to ‐0.32 is increasingly 

introduced.  

In the thermal sector individual oil and gas boiler move to zero capacity, in particular for the highest 

targets. Individual wood boiler is always maximised. GSHP is always widely introduced, it is not only 

cheap and green but also allows for an optimal use of local resources. 

Target scenarios ‐0.15 to ‐0.27 do not introduce a significant number of electric cars: it is more cost 

effective to invest in other technologies such as wood individual boiler, GSHP, PV, gas mCHP. Instead 

in order to reach the highest target ‐0.30 to ‐0.32 it is necessary to involve a deep transformation 

also in the transport sector moving from fossil fuels engines to electric engines.  

Scn. ESD ΔAC

(KEuro)

CO2 

Emission

(Kt)

LFC PV (kWe)

Gas  

mCHP 

(kWe)

GSHP 

(kWth)

Oil  

boiler 

(kWth)

Gas  

boiler 

(kWth)

Wood 

boiler 

(kWth)

Petrol  

Cars

Diesel  

Cars

Electr 

Cars

Curr 0.72 0.000 15,272 21.630 0.55 5,565 0 0 3,688 13,175 7,903 2,537 1,923 0

ESD15A 0.56 ‐0.156 14,030 16.373 0.59 5,793 46 6,410 3 2,917 12,165 2,526 1,915 19

ESD15B 0.56 ‐0.158 13,963 16.363 0.60 5,631 1 6,912 289 1,993 12,117 2,536 1,922 2

ESD15C 0.55 ‐0.165 14,138 16.262 0.58 5,803 194 6,669 289 1,993 12,191 2,530 1,918 12

ESD20A 0.52 ‐0.200 15,109 14.489 0.57 9,367 743 7,062 76 975 12,006 2,453 1,859 148

ESD20B 0.52 ‐0.200 15,369 12.698 0.66 15,145 495 8,314 563 28 10,963 2,524 1,913 23

ESD20C 0.51 ‐0.206 15,256 15.336 0.49 7,719 1,457 5,686 196 1,645 12,213 2,520 1,910 30

ESD25A 0.47 ‐0.253 18,687 8.473 0.68 25,613 3,308 5,514 52 542 10,941 2,459 1,864 137

ESD25B 0.47 ‐0.253 18,514 12.835 0.45 12,585 4,661 4,102 4 135 11,484 2,371 1,797 292

ESD25C 0.46 ‐0.262 19,011 12.464 0.44 12,670 3,733 5,466 21 19 10,928 2,056 1,558 846

ESD30A 0.42 ‐0.302 31,097 ‐7.690 1.29 58,717 3,430 5,360 72 78 11,432 87 66 4,307

Page 106: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 106 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

106 of 182 

 

Figure 43: CEDIS: best scenarios in terms of ESD, comparison with “Current Scenario” 

3.1.3.5.5 Final overview on addressed technologies 

We  are  now  ready  to  provide  an  overview  of  the  implementation  possibility  for  the  different 

addressed technologies:   

There are still possibilities to increase the capacity of PV (it is decided to limit the maximum 

capacity  to  61.656 MW):  this  technology  is  suggested  to  be  increased  in  several  of  the 

proposed  “best AC  scenarios”  and  “best  ESD  scenarios”,  allows  considerable benefits  in 

terms of CO2‐emission reduction (in particular for the highest targets); 

Since the study  in Chapter 3.1.3.2 shows the potentiality to  increase the use of wood,  it  is 

interesting  to  investigate a  further diffusion of  individual wood boiler  (it  is necessary  to 

respect  the  limit  of  33.828  GWh/year  of  wood  consumption):  wood  resources  appear 

economically very attractive for individual boilers. Maximum exploitation of wood induces 

also benefits in terms of CO2‐emission reduction and ESD; 

Diffused gas SOFC mCHP could be a viable option in CEDIS thanks to the availability of gas 

Page 107: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 107 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

107 of 182 

grid and a  low gas price: gas mCHP appears  limited  in  “best AC  scenarios”,  it  is a more 

expensive alternative of PV for the “highest CO2‐emission targets” while the “highest ESD 

reduction targets” make widely use of this technology; 

An interesting solution for the thermal sector (space heating and HSW) could be the use of 

ground source heat pump (GSHP): this technology is always widely introduced, it is cheap, 

green and also allowed an optimal use of local resources; 

The  transport  sector  could  be  radically  transformed  increasing  the  use  of  an  alternative 

energy carrier such as electricity: the investment necessary to replace oil cars with electric 

cars  is  economically  unattractive  in  current  market  conditions.  Target  CO2‐emission 

scenarios from ‐30.1 % to ‐104.4 % and ESD from ‐0.15 to ‐0.27 do not introduce a significant 

number of electric cars: it is more cost effective to invest in other technologies such as wood 

individual boiler, GSHP, PV, gas mCHP. Instead in order to reach the highest ESD target ‐0.30 

to ‐0.32 it is necessary to involve a deep transformation also in the transport sector moving 

from fossil fuels engines to electric engines. 

3.1.4 Summary and conclusions

The purpose of the analysis  in Trento was to determine the optimisation potential  in the Italian 

pilot sites, starting from the existing energy  infrastructure,  including generation, distribution and 

demand aspects for electrical, thermal and transport sectors. A detailed energy flow model for the 

“Current Scenario”  is set up, based on hourly data received from  local stakeholder or specifically 

calculated for the CIVIS project.  

Starting from the “Current Scenario” additional local sustainable energy resources are investigated, 

in particular wood and solar PV. Both in CEIS and in CEDIS the local forest is managed in a sustainable 

way. There is an additional margin (+ 30.4 % in CEIS and + 35.5 % in CEDIS) to increase the use of 

local wood. Local PV availability is considerable both in CEIS and in CEDIS areas. 

Page 108: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 108 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

108 of 182 

Using EnergyPLAN + a multi‐objective evolutionary algorithm, several “Future Optimised Scenarios” 

are analysed, in order to identify possible solutions able to: 

Reduce annual energy cost (AC); 

Reduce the environmental impact (CO2‐emission); 

Allow a satisfactory technical regulation for the electric grid (Load Following Capacity, LFC); 

Increase local security through a greater energy independency (Energy System Dependency, 

ESD) 

As decision variables both the additional  implementation of existing technologies (PV,  individual 

wood boiler) and the introduction of new ones (in CEIS&CEDIS: GSHP, electric cars; in CEIS: wood 

ORC  CHP;  in  CEDIS:  gas  SOFC mCHP,)  are  addressed,  as well  as  the  possibility  to  involve  local 

renewable resources (reducing fossil fuels). 

In terms of annual cost this study suggests consistent economical savings both in CEIS (from ‐4.8 % 

to ‐11.9 %) and in CEDIS (from ‐4.4 % to ‐8.6 %). It is also possible to both minimise energy cost while 

reducing CO2‐emission (from ‐28.1 % to ‐70.9 % in CEIS, from ‐24.3 % to ‐29.9 % in CEDIS). In other 

words, several energy scenarios that are greener and cheaper than the current one are possible. 

Also ESD is highly improved, these scenarios are able to import from ‐14 % to ‐20 % in CEIS and from 

‐16 % to ‐19 % in CEDIS fewer energy resources from outside. LFC in most cases is very close to the 

value of the "Current Scenario", ensuring electrical grid stability.  In CEIS and CEDIS the electrical 

resource mix of “Current Scenario” (local production + import) maintains its competitiveness also in 

“Future AC Optimised Scenarios”. While  the  introduction of wood CHP  in CEIS and gas mCHP  in 

CEDIS  appears  often  negligible,  increasing  PV  capacity  is  suggested  in  several  of  the  proposed 

scenarios. 

What  instead  is deeply transformed  is the thermal sector, first of all  individual oil and LPG boiler 

reach approximately zero capacity. In other words it is suggested to dismiss the actual oil and LPG 

Page 109: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 109 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

109 of 182 

individual boilers because  fuels cost are  too high compared  to other alternative energy carriers. 

What  gains  importance  is  instead  the  use  of  local  wood  (individual  wood  boiler  capacity  is 

maximised) and the electrification of the thermal sector (wide introduction of GSHP guarantee very 

cost effective scenarios).  In the proposed “CEIS Future AC Optimised Scenarios”  individual wood 

boiler covers 56‐73 % of heat demand (from 53 % of “Current Scenario”) while GSHP 20‐41 %; in the 

proposed  “CEDIS Future AC Optimised Scenarios”  individual wood boiler  cover 44‐49 % of heat 

demand (from 32 % of “Current Scenario”) while GSHP 37‐50 %. 

Concerning the transport sector, the number of introduced electric cars is almost negligible both in 

CEIS  and  CEDIS.  Indeed,  the  investment  necessary  to  replace  oil  cars  with  electric  cars  is 

economically unattractive in the current market conditions.  

However, annual  cost  is not always  the only parameter  considered.  Indeed, many  communities 

commit themselves to reach environmental targets (see for example the Covenant of Mayors): this 

study suggests several target scenarios with ambitious CO2‐emission reductions. In order to reach 

the highest values it is necessary to progressively increase the use of greener technologies (mainly 

PV, individual wood boiler, GSHP, electric cars), this leads to AC growth. 

Finally, ESD suggests which technologies can optimise the use of local energy resources and in which 

entity  we  can  rely  on  them.  This  study  suggests  several  target  scenarios  with  ambitious  ESD 

reduction. As  for CO2‐emission  reduction,  in order  to  reach  the highest values  it  is necessary  to 

progressively  increase the use of costly technologies (mainly PV, wood CHP, GSHP, electric cars), 

which leads to AC growth.  

The results could be further studied by the policy makers of the specific communities and finally an 

optimum scenario could be chosen. 

   

Page 110: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 110 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

110 of 182 

3.2 Swedish test sites

One of the objectives of work package 2 is the determination of the optimal energy system of the 

pilot sites. This issue was touched upon in D2.1a but not addressed in detail. Thus, in this section a 

model‐based optimisation approach is presented which can be applied to the pilot sites in the CIVIS 

project. It is the overarching aim of the model approach to determine the optimal energy system of 

the pilot sites in a way that the aspects of optimisation and storage are addressed in an appropriate 

way. 

Complementary to the methodological approach set out in section 3.1 the underlying reasoning in 

this section focusing on the Swedish test sites investigates in‐depth the aspects of optimisation and 

storage. The analysis of the Italian test sites in section 3.1 is carried out in EnergyPLAN and includes 

hydro, PV and individual boilers in the current scenario, and gas‐driven micro‐CHP units as well as 

ground source heat pumps  in the future scenarios. The analysis  in this section further comprises 

thermal and battery storage. It can thus be considered as an extension and an enlargement of detail 

of the approach in the previous section. At the same time, the optimisation objective of the total 

annual cost coincides  for both approaches. However, other  than  for CO2‐emission  the approach 

presented in this section is not subject to the remaining objectives investigated in section 3.1, i.e. 

load following capacity and energy system dependency. 

3.2.1 Methodology

In the energy modelling in this section, the energy system of the pilot sites is modelled in an abstract 

way  focusing  on  its  key  components,  i.e.  the  supply  and  demand  structure.  For  this,  a  set  of 

technologies is defined that serves as potential energy conversion units for the supply of electricity 

and heat in the optimal energy superstructure. Table 30 gives an overview of the technologies that 

can be chosen in the optimisation.  

Page 111: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 111 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

111 of 182 

  Gas boiler  Micro‐CHP PV Thermal storage  Battery storage

Capacity unit  kWth  kWel kWel l kWhel

Table 30: Overview of the technologies to be chosen in the optimisation approach 

In  addition, electricity  can be  sourced  from  the electricity  grid which  is model‐endogenous but 

neither represents a technology nor an  investment decision. Likewise, the building objects which 

constitute  the  consumption  side  in  the energy  system under  investigation are  integrated  in  the 

model using their total annual levels of electricity and heat consumption as well as their distribution 

over time implemented as load profiles. In the modelling approach, investment as well as dispatch 

decision are taken, i.e. the optimal energy supply technologies are selected as well as their operation 

determined. Figure 44 gives an overview of  the methodology of  the optimisation of  the energy 

system of the pilot sites. 

 

Figure 44: Overview of the methodology of the optimisation of the energy system of the pilot sites 

(source: own illustration based on [39]) 

Data from pilot sites

Building

Monitoring data

Technology 

Design data

Optimisation model of the capacity and dispatch (MILP) 

Total annual cost

Data processing

Output

Annual emission of CO2

Capacity

Dispatch

Building

Page 112: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 112 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

112 of 182 

It can be seen that the model relies on data input which is gained from the pilot sites. The data from 

the field trial is further differentiated between design data and monitoring data. This is to say that 

metered  data  is  taken  as  well  as  data  which  is  known  beforehand,  e.g.  techno‐economic 

characteristics of energy plants or fuel prices also based on external sources. The data is processed 

to be appropriate for the data format the model requires. The technologies are described in their 

techno‐economic properties. At the core of the methodological approach the optimisation model 

of  the  capacity  and  dispatch  is  situated  in  Figure  44.  It  is  based  on  Mixed‐Integer  Linear 

Programming (MILP). As for the model output several model results are obtained. Among them the 

capacity and dispatch of  technologies can be  found as well as  the  total annual cost and annual 

emission of CO2. For a detailed qualitative description as well as energetic characterisation of the 

building stock in the pilot sites the reader is referred to section 2 in D2.1a. 

The model horizon is 20 years with the base year being 2015. The temporal resolution amounts to 

15 minutes. The year is further not modelled in full chronology based on 52 weeks but partitioned 

into representative segments meaning that 3 weeks from the summer, winter and spring/autumn 

season constitute the time base in the model respectively. This amounts to 9 weeks considered in 

the model which are extended to the full year scale applying a weight factor. Thus results refer to a 

full year. 

The objective function f of the optimisation model of the capacity and dispatch is defined according 

to equation 3‐1. It can be seen that the total system cost summed over every energy supply unit 

over the planning horizon is incurred. 

min ∑ , , ∝∙ ∑ , , , ,          (3‐1)

where 

,  … Capital‐related annual cost of energy supply unit p 

, … Fixed annual cost of energy supply unit p 

Page 113: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 113 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

113 of 182 

, , … Variable operation cost of p in time step t 

, ,  … Revenue from p in time step t 

∝ … Weight factor for aggregation to a full calendrical year  

 

As for the constraints of the optimisation model, the description is limited to a selection of only the 

most relevant ones. Therefore, the fulfilment of the demand for electricity is formulated in equation 

3‐2. There it can be seen, that the demand can be met by either by the generation of electricity‐

producing units, i.e. a CHP and a PV unit, the battery storage or by the sourcing from the electricity 

grid.  

, , 1 ∙ , ∀ ∈        (3‐2)

where 

,  … Electricity output of the CHP unit for internal use (self‐consumption) in time step t 

,  … Electricity output of the PV unit for internal use (self‐consumption) in time step t 

,  … Electricity output of the battery storage in time step t 

 … Electricity input from the grid in time step t 

 … Battery storage loss 

 

To meet the thermal demand induced by space heat and domestic hot water use at every point in 

time the equation 3‐3 ensures that the thermal demand is covered by the heat output of the thermal 

(water) storage in time step t. According to the assumption, every unit of heat generated by the CHP 

unit and the gas boiler is passed through the thermal storage in the first place. 

, ∀ ∈  (3‐3)

Page 114: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 114 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

114 of 182 

where 

,  … Heat output of the thermal storage in time step t 

 … Demand for space heat and domestic hot water in time step t 

The balance equations for the thermal storage are described in the equations 3‐4 and 3‐5. Thus the 

storage level of the successive time step equals the one of the preceding time step diminished by a 

loss and augmented by the storage inflow and reduced by the storage outflow. 

, 1 ∙ , 1 , , ∀ ∈ (3‐4)

where 

,  … Storage level of the thermal storage in time step t 

,  … Heat input of the thermal storage in time step t 

   … Thermal loss of the storage in time interval 

 

The inflow of the thermal storage is therefore comprised of the heat output of the gas boiler and 

the CHP unit as can be seen from the equation 3‐5. 

, ∀ ∈ (3‐5)

where 

 … Heat output of the gas boiler in time step t 

 … Heat output of the CHP unit in time step t 

 

The balance equations for the battery storage are described in the equations 3‐6 and 3‐7. Again, the 

Page 115: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 115 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

115 of 182 

storage level of the successive time step equals the one of the preceding time step augmented by 

the storage inflow and reduced by the storage outflow. 

, , 1 , , ∀ ∈ (3‐6)

where 

,  … Storage level of the battery storage in time step t 

,  … Electricity input of the battery storage in time step t 

 

The inflow of the battery storage is therefore comprised of the electricity output of the CHP and the 

PV unit for internal use as can be seen from the equation 3‐7. 

, 1 ∙ , , ∀ ∈ (3‐7)

 

For a more detailed mathematical description of the presented optimisation model with regard to 

e.g. the operation characteristics of the CHP unit the reader is referred to [39]. 

It is important to highlight that the approach set out is a “greenfield” approach, i.e. it does not take 

into account the energy supply structure prevalent at the time of investigation. It thus refers to a 

situation where either investment decisions for the energy infrastructure for the pilot sites are firstly 

taken which originally occurred in the past or in which investment for substitution has to be made. 

It should thus be borne in mind that the model logic does not fully represent the real case in the 

first place. However, to address the question of the optimal energy system one has to consider the 

case of the highest degree of freedom which is given in the “greenfield” case. 

The methodological approach  is  rooted  in  the  theory of mathematical optimisation.  In order  to 

describe the energy system of the pilot sites, an objective function has to be declared as well as 

Page 116: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 116 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

116 of 182 

constraints defined. Therefore, a criterion has to be found which has to be cardinal scaled and can 

thus  be  maximised  or  minimised.  Second,  restrictions  have  to  be  defined  that  account  for 

constraints of the energy system such as the availability of fuels or demand for energy services and 

operation constraints. 

The criterion deemed most appropriate for the optimisation problem in the present context is found 

to be the total system cost  incurred for energy supply. Thus a  least‐cost approach  is chosen that 

takes into account all relevant cost that are incurred throughout the period under consideration. In 

particular  that means  that  capital‐related  cost as well as  cost  that are demand‐ and operation‐

related are part of the objective function to be minimised.  

3.2.2 Definition of use cases

For the application of the methodology a data framework has to be defined. Use cases prove to be 

a means to validate the methodology using a bandwidth of parameter variation. Therefore, several 

use  cases  are  defined  in  this  section.  The  pilot  site  of  Fårdala  provides  historic  data  for  the 

consumption  of  space  heat  and  domestic  hot  water  in  the  period  from  September  2012  to 

September 2013 for a total of 178 buildings (cf. Figure 45). For Hammarby Sjöstad still no data could 

be retrieved at the time of compiling the deliverable D2.1b. Thus, the use cases are limited to the 

pilot site of Fårdala. Figure 45 gives an overview of the consumption for space heat and hot water 

in the 178 buildings in Fårdala. It can be seen that there exists a great bandwidth of consumption 

values. 

Page 117: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 117 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

117 of 182 

   

Figure 45: Overview of the consumption for space heat and hot water in the buildings in Fårdala in 

the period from September 2012 to September 2013 

It would be a cumbersome task to perform model runs for all existent buildings in Fårdala. Therefore, 

the runs are limited to a selection of cases. It is deemed appropriate to focus on extreme cases, i.e. 

minimum and maximum as well as the average performers in terms of heat consumption. Therefore, 

altogether three cases for decentralised heat supply are defined that reflect the minimum, average 

and maximum consumption of space heat and hot water  in the metering period. In addition, the 

community of Fårdala is investigated considering the option of centralised heat supply, i.e. energy 

supply units that are dimensioned and dispatched in a way to cover the electricity and heat demand 

of the entire community.  

Contrary to heat data,  for electricity a  lack of metered data  for the Swedish test sites has to be 

stated also as for the date of 31st July 2015 which is the reference date for data collection. Every 

0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

1 7

13

19

25

31

37

43

49

55

61

67

73

79

85

91

97

103

109

115

121

127

133

139

145

151

157

163

169

175

Consumption for space heating an

d domestic hot 

water [kWh/a]

Building

Space heat Domestic hot water

Page 118: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 118 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

118 of 182 

data  that  is  retrieved  thereafter  cannot  be  integrated  in  the  analysis  anymore.  To  be  able  to 

integrate mandatory  electricity  data  nevertheless,  a  literature  study was  conducted  to  identify 

appropriate  data  comparable  to  the  present  use  case.  [40] We  performed  a  study  among  400 

households  in  Sweden  examining  houses  and  apartments which  differ  amongst  other  things  in 

occupancy and electricity‐based heating systems. As a result, the therein cited situation of a house 

which is occupied by a family with members aged between 26 and 64 years and no electricity‐based 

heating  is found to be representative also for the situation  in Fårdala. The cited total amount of 

annual electricity consumption is thus also assumed for the three cases of decentralised supply and 

as a multiple  in  the case of centralised  supply  investigated  in Fårdala. Due  to  the  lack of also a 

temporal pattern of electricity consumption a  load curve  is derived from hourly  load values from 

[41]. Table 31 summarises the annual energy consumption for the respective energy forms and the 

use cases. 

  heat supply [kWh/(year HH)] 

  Decentralised Centralised 

  Minimum Average Maximum

Space heat and domestic hot water  8,574 14,657 26,274 2,609,027

Electricity  4,143 4,143 4,143 737,454

Table 31: Energy use in subdivisions for three cases of decentralised heat supply and the case of 

centralised heat supply in Fårdala 

In addition, the relevant key parameters for the results of the optimisation runs to be presented in 

section 3.2.3 are set out in Table 32. 

Parameter  Unit Value 

Electricity price (for households) EUR2015/kWh 0.187 

Page 119: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 119 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

119 of 182 

Gas price (for households)  EUR2015/kWh 0.114 

Interest rate % p.a. 5 

Time horizon a 20 

Table 32: Key parameters as assumptions for the optimisation runs (Source: own calculations 

based on [42]) 

3.2.3 Results

Figure 46 puts into context the technology selection and capacity dimension for the three use cases 

of decentralised heat supply the (average) case of centralised supply. Several observations can be 

made from this graph. All generating technologies as well as the storage options are solely chosen 

in  the minimum  case whereas  in  the average and maximum  case PV  is not part of  the optimal 

solution in comparison to the minimum case. On the contrary, thermal and battery storages are part 

of the optimised energy system in every case. In conclusion, cogeneration is a reasonable choice for 

every case from an economic point of view. 

Photovoltaic is only an option for the minimum case where the lowest thermal demand is accounted 

for. Its capacity is 0.39 kWel. Yet, according to the definition in Table 31 the minimum case has the 

same  electricity  consumption  as  the  other  cases.  Likewise,  the  capacities  of  the  CHP  unit,  the 

thermal and the battery storage are the lowest in this case, amounting to 0.42 kWel, 26.3 l and 0.41 

kWhel respectively. It can thus be concluded that PV as electricity‐only generating technology is a 

reasonable choice in an energy system with a relatively high electricity consumption compared to 

heat  consumption  and  substitutes  capacity  of  CHP,  the  other  on‐site  electricity  generating 

technology considered. This result is also due to the relative low power‐to‐heat‐ratio that amounts 

to 0.4 and which  in this case favours a comparatively high thermal demand  in order to achieve a 

high number of operating hours and therefore be profitable. By contrast, as can be seen from the 

Page 120: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 120 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

120 of 182 

technology  selection and  capacity dimension  in  the maximum  case, PV  is no  longer part of  the 

optimised energy system. Instead, the storage options are prevalent with the greatest dimensioning 

among the cases (120  l and 0.54 kWhel). This means that in this case a high number of operating 

hours is targeted for the CHP unit with an excess production of electricity and heat in times of lower 

demand being shifted to points in time of higher demand by electricity and heat storage. It can also 

be derived that the gas boiler has  its greatest capacity  in the maximum case (6.41 kWth). For the 

average case of electricity and heat consumption the optimal set of technologies consists of a CHP 

unit and a gas boiler as well as a thermal and battery storage. This is to say that PV is not part of the 

optimised system. The electricity demand is thus fully covered by the on‐site generation of the CHP 

unit with a capacity of 0.58 kWel and the sourcing from the electricity grid. Likewise, the thermal 

demand  is met by  the heat generated  from  the cogeneration unit and  the gas boiler. As  in  the 

maximum case, from an economic point of view this system requires storage options as the CHP 

unit  is not  intended  to be operating  in a continuously  flexible manner, according  to  the current 

demand. Therefore,  it  is complemented by a thermal storage (44.9  l) and a battery storage (0.54 

kWhel). Whereas the capacity of the CHP unit is the highest in this case the storage capacities rank 

average among the three cases.  

The average case of centralised heat supply relates the determined capacity of energy supply units 

for the entire community to the average housing unit. It can thus be seen that the optimal system 

is comprised of a CHP unit, a gas boiler and a thermal storage. PV and battery storage are not an 

option  anymore.  This  is  due  to mainly  two  reasons.  First, with  increasing  heat  demand  of  the 

building objects PV is outperformed by CHP with the capacity of PV being substituted by the capacity 

of CHP. This observation is also made for the case of decentralised supply where PV is not selected 

for  the average and maximum case anymore. Second, because of economies of scale CHP has a 

higher share in the total thermal capacity in the case of centralised supply as in the average case of 

decentralised heat supply. As a result, the electric capacity is also greater. This is why the battery 

Page 121: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 121 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

121 of 182 

storage is phased out of the optimal system in this case as a unit of electricity which is generated in 

times of non‐existing electricity demand is no longer a scarce commodity that is shifted to points in 

time of electricity demand. In summary, the overall electricity generation level is significantly higher 

in the centralised case.  

 

Figure 46: Technology selection and capacity for the three use cases of decentralised heat supply 

and the (average) case of centralised supply 

Table 33 further quantifies the selection and capacity dimension for the case of centralised heat 

supply. 

  CHP Gas boiler Thermal storage

Unit  kWel kWth l

Value  114 501 10,000

0 20 40 60 80 100 120 140

0 1 2 3 4 5 6 7

Min.

Avg.

Max.

Cen

tralised

supply

(avg.)

Decentralised supply

Thermal storage volume [l]

Capacity [kWel, kWth, kWhel] 

Battery storage PV Gas boiler CHP Thermal storage

Page 122: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 122 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

122 of 182 

Table 33: Technology selection and capacity for the use cases of centralised heat supply 

In Figure 47 the total annual system cost are compared for the three cases of decentralised heat 

supply and the case of centralised heat supply. The cost includes to the cost incurred for electricity 

and heat supply and refers to the individual household unit. It can be observed that for centralised 

heat supply the cost per household (HH) total up to 2,653 €/(a HH) whereas for decentralised supply 

they sum up to 2,267 €/(a HH), 3,262 €/(a HH) and 5,162 €/(a HH)  in the minimum, average and 

maximum case respectively. It can thus be concluded that on average centralised heat supply leads 

to total system costs that are lower by 18.7 %. 

 

Figure 47: Comparison of the total annual system cost per household for the three cases of 

decentralised heat supply and the case of centralised heat supply 

It is also possible to assess the energy system not only with respect to economic criteria but also 

with regard to different key indicators. In D2.1a the primary energy consumption and the emission 

0

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

Min. Avg. Max.

decentralised supply centralised supply

Total annual system cost [€/(a HH)]

Page 123: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 123 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

123 of 182 

of CO2 are defined as the key indicators for the ecological assessment of the test sites. Likewise, the 

evaluation  is complemented by  figures  indicating  the  flexibility potential,  i.e.  the degree of self‐

sufficiency and the rate of self‐consumption (cf. D2.1a). Therefore Figure 48 reports the total annual 

primary energy consumption per household for the three cases of decentralised heat supply and 

the case of centralised heat supply.  It can be derived that  it amounts to 10.1 MWh/(a HH), 17.9 

MWh/(a  HH)  and  33.4  MWh/(a  HH)  for  the  minimum,  the  average  and  the  maximum  case 

respectively.  In  comparison  for  the  centralised  supply  option  the  total  annual  primary  energy 

consumption per household is in the range of 16.2 MWh/(a HH). As a result, comparing the obtained 

figure of centralised heat supply  to  the one of  the average case  it  is  found  that primary energy 

consumption  can  be  reduced  by  9.6 %  if  the  centralised  supply  is  selected  over  the  average 

decentralised one. 

 

Figure 48: Comparison of the total annual primary energy consumption per household for the three 

cases of decentralised heat supply and the case of centralised heat supply 

0

5

10

15

20

25

30

35

Min. Avg. Max.

decentralised supply centralised supply

Primary en

ergy consumption [MWh/(a HH)]

Page 124: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 124 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

124 of 182 

Furthermore Figure 49 sets out the total annual emission of CO2 per household for the three cases 

of decentralised heat supply and the case of centralised heat supply. The tendency follows the one 

for  the primary energy  consumption. The emission of CO2  increases by  ascending  consumption 

object. In more concrete terms, the CO2‐emission adds to 2.39 tCO2/(a HH), 4.01 tCO2/(a HH) and 7.02 

tCO2/(a HH) for the three use cases of decentralised heat supply respectively. However, the emission 

of CO2 per household  is only 3.98  tCO2/(a HH)  in  the case of centralised heat  supply. Again,  this 

implies  a  reduction  and  thus  preference  for  the  centralised  solution.  However,  the  reduction 

amounts to only 0.6 %. The reduction can be attributed to the operation of the CHP unit which is 

greater  in  the centralised case compared  to  the decentralised case  in  relative  terms. Thus heat 

production  from  the  gas  boiler which  is  assumed  be  less  energy‐efficient,  given  the  lower  net 

efficiency, is substituted by the heat production from the high‐efficiency CHP. However, this effect 

is dampened by  the  low emission  factor of electricity  in Sweden, which causes  the CHP unit  to 

substitute only a comparatively low amount of CO2 by generating electricity which it is credited for. 

For electricity the emission factor  is only about 105.8 gCO2/kWhel which ranks  in the  lower range 

compared to the other European Member States. 

Page 125: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 125 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

125 of 182 

 

Figure 49: Comparison of the total annual emission of CO2 per household for the three cases of 

decentralised heat supply and the case of centralised heat supply 

With reference to the flexibility potential Figure 50 illustrates the degree of self‐sufficiency for three 

cases of decentralised heat supply and the case of centralised heat supply. It is differentiated for 

energy, which  integrates  heat  and  electricity,  and  for  electricity.  It  can  be  observed  that  the 

indicators  follow  an  ascending  order  with  increasing  energy  demand.  Therefore,  if  energy  is 

considered the degree of self‐sufficiency is 94.1 % for the minimum case, 97.9 % in the average case 

and 99.2 % in the maximum case of decentralised heat supply. This figure can even be augmented 

by a central provision of heat as is derivable by the indicator being 99.5 % in the central case. For 

electricity only the degree of self‐sufficiency  is considerably  lower and ranges between 81.4 %  in 

the minimum case and 96.6 % in the case of centralised heat supply. In the average and maximum 

case of decentralised heat supply the indicator is 90.2 % and 93.4 %. The overall lower performance 

can be explained by the heat demand making up the largest portion of energy demand and being 

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

Min. Avg. Max.

decentralised supply centralised supply

Emission of CO2[tCO2/(a HH)]

Page 126: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 126 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

126 of 182 

generated on‐site in any case by the CHP unit and the gas boiler. 

 

Figure 50: Comparison of the degree of self‐sufficiency with respect to energy and electricity supply 

for the three cases of decentralised heat supply and the case of centralised heat supply 

Finally, Figure 51 illustrates the self‐consumption rate with respect to energy and electricity supply 

for the three cases of decentralised heat supply and the case of centralised heat supply. For the 

minimum case of decentralised heat supply it can be inferred that almost all self‐generated energy 

is  also  self‐consumed  and  thus  remains  within  the  system  boundaries  of  the  building  object. 

Quantitatively, the rate of self‐consumption amounts to 99.8 % with respect to total energy and to 

99.3 % referred to electricity. In the average case the  indicators considerably decrease to 97.7 % 

and 89.8 % meaning that a significant amount of electricity is generated for external use. As opposed 

the maximum case reveals a high  level of self‐consumption as the figures total up to 99.5 % and 

96.1 % based on  total energy and electricity. The obtained  results  reflect  the differences  in  the 

80

82

84

86

88

90

92

94

96

98

100

Min. Avg. Max.

decentralised supply centralised supply

Degree of self‐sufficiency [%]

energy electricity

Page 127: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 127 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

127 of 182 

capacity of  the CHP unit  in  such a way  that an  increasing capacity brings about a  reduced  self‐

consumption rate. This is why this indicator is most elevated in the minimum case and dips in the 

average case. The results of the case of centralised heat supply are reminiscent of the ones of the 

average case, that is to say that the rate of self‐consumption is significantly less compared to the 

other cases. In total the rate of self‐consumption is 90.4 % referred to total energy and 60.4 % in 

terms of electricity. Thus a large amount of electricity is fed back to the grid which is in line with the 

above  findings  as  the  CHP  unit  is  relatively  over‐dimensioned  compared  to  the  decentralised 

solution with energy demand being greater yet in a proportionate way. Thus the excess electricity 

being cogenerated cannot be consumed on‐site but has to be fed‐back to the electricity grid in an 

economic operation mode. 

 

Figure 51: Comparison of the self‐consumption rate with respect to energy and electricity supply 

for the three cases of decentralised heat supply and the case of centralised heat supply 

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

Min. Avg. Max.

decentralised supply centralised supply

Self‐consumption rate [%

]

energy electricity

Page 128: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 128 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

128 of 182 

Figure  52  showcases  the  energy  dispatch  of  the  selected  technologies  and  the  thermal  and 

electricity demand for the minimum case for an example week in winter. According to the chart the 

CHP  unit  and  the  gas  boiler  contribute  to  the  provision  of  heat.  The  heat  demand  profile  is 

observable for the week. While it follows a pattern of an approximately constant mean throughout 

the weekdays it decreases significantly on the weekend. It is derivable from the chart that the CHP 

unit follows the thermal load, most notably on the weekend. Most of the time during weekdays in 

winter it operates at full capacity. The CHP unit is shut down only once in the course of the week. 

This happens on Sunday for two hours. During peak times it can be seen that the gas boiler provides 

additional capacity. This occurs in the morning three times and once in the evening. To complement 

the energy supply units, the energy conversion of the PV unit and the electricity generation of the 

CHP unit for direct use are also depicted  in the picture.  It can be seen that electricity from PV  is 

produced following a similar pattern every day, peaking at noon time. However, the patterns differ 

in  absolute  levels, which  is  due  to  varying  diurnal  irradiation  levels.  The  CHP  unit  dispatches 

electricity  for direct use,  i.e. on‐site consumption, diametrically. This means  that  the higher  the 

generation level by the PV unit is the more the electricity generation from the CHP unit is shifted 

towards external use, i.e. injection to the electricity grid. During the time interval of two hours on 

Sunday when the CHP unit  is not operated at all the PV unit  is able to  fully cover the electricity 

demand. It can also be derived that whereas the CHP unit generates electricity for external use in 

the course of the week there is no electricity fed‐back on the weekend. The thermal pattern and the 

temporal structure of the electricity for internal use perfectly correlate in this time interval. 

Page 129: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 129 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

129 of 182 

 

Figure 52: Thermal demand and energy dispatch of technologies for the minimum case for an 

example week in winter 

It is also important to critically appraise the methodological approach and to point to the limitations 

of the meaningfulness of the results. Several aspects have to be mentioned in this respect. Firstly, 

the model is so far only validated by domestic buildings taking into account the residential buildings 

in Fårdala. The  inclusion of buildings from the tertiary and/or the  industrial sector would have a 

significant  impact on  the  results as  the demand both  in  level and  structure would  considerably 

change. For instance, the thermal and electricity demand curve would be smoothed if an industrial 

or tertiary site which might show a uniform energy demand was part of the energy system under 

investigation.  In  this  context  the  analysis  of  the  pilot  site  in Hammarby  Sjöstad would  be  very 

beneficial and insightful once the data availability is sufficient. Secondly, it has to be stressed that 

the approach represents a “greenfield” approach which is apt to analyse the energy system under 

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

Monday Tuesday Wednesday Thursday Friday Saturday Sunday

Energy output [kW]

Thermal demand Electricity demand

Gas boiler CHP (thermal)

PV (internal use) CHP (electricity ‐ internal use)

Page 130: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 130 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

130 of 182 

the premise  that no  infrastructure already exists. On  the contrary, both Hammarby Sjöstad and 

Fårdala  are  already  built‐up  sites.  As  a  consequence,  the  determined  costs  are  likely  to  be 

overestimated as capital‐related costs for installation have to be incurred. In this regard it has to be 

stressed  that  the  model  determines  building‐specific  (decentralised)  and  community‐specific 

(centralised) solutions. Integrating also other consumers (e.g. industrial and tertiary sites) that are 

locally dispersed could bring about a more centralised optimal solution, e.g. a large‐sized CHP plant 

connected to a district heating network. This could bring about an improved solution with respect 

to  total  system  cost due  to economies of  scale. On  the other hand, by  applying  a  “greenfield” 

approach  the model  results give a  clear  implication of what  the  idealised energy  system of  the 

buildings would consist of. This provides decision support in case a full replacement of the energy 

infrastructure (e.g. due to aging reasons) or efforts towards energy autonomy are considered. 

Furthermore, the reliance of the model validation on 4 use cases represents a large approximation. 

However, as  can be  seen  from Figure 45,  the bandwidth of  consumption data  is  relatively  low, 

indicating  that  the  heat  consumption  of  the  buildings  in  Fårdala  is  in  a  similar  range.  Yet,  the 

definition of use cases based on the minimum, average and maximum values represents an attempt 

to exploit the variance in data to the best extent possible. Lastly, various aspects which are out of 

scope of the modelling context have to be highlighted. Thus, energy efficiency measures other than 

relating to the energy supply systems  like thermal  insulation measures, are not considered. Also, 

DSM measures as presented in the other sections are not included in the analysis. This is primarily 

due to two reasons. Firstly, DSM measures are analysed and assessed in the section 4 and can thus 

be  seen  as  a  complementary  element  to  the  work  in  this  section.  Secondly,  the  presented 

optimisation model has a focus on the decentralised energy conversion technologies for electricity 

and heat supply and storage which makes it challenging to include and elaborate other foci like DSM 

measures  in  an  adequate  level of detail  in  view of  the  already high model  complexity  and  the 

required model solvability. 

Page 131: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 131 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

131 of 182 

3.2.4 Summary and conclusions

For the Swedish test sites, the focus was on Fårdala because for Hammarby Sjöstad no data was 

available at the time of producing this deliverable. An existing mixed integer linear program (MILP) 

for the optimisation of the capacity and dispatch of multi‐energy systems consisting of CHP, PV, 

boilers, thermal and electrical storage, was employed for this task. The main input parameters for 

the model, especially  the electricity and gas prices as well as  the demand profiles  for heat and 

electricity in households, were adapted to the Swedish case as far as possible. Furthermore, three 

typical residential buildings in Fårdala were differentiated based on their annual heat demand for 

space heating and hot water, a minimum, average and maximum case respectively. These three 

cases were optimised with the model with respect to the total annual costs for energy,  including 

heat and electricity, per household. In addition, a centralised case of heat supply was investigated, 

corresponding to one large centralised CHP unit, which provides all of the heat and electricity for 

the whole site (178 buildings). This roughly corresponds to the actual situation, the main difference 

being that the capacity and dispatch of the CHP unit is optimised by the model in this case and is 

not predetermined. In addition, the methodology developed in D2.1 for energy, CO2 and flexibility 

potential determination was applied to Fårdala. 

The following conclusions can be drawn from the optimisation of these four cases: 

PV is only employed in the “minimum” case, which is thought to be due to the less favourable 

ratio of heat to power in this case 

Thermal  and  electrical  storage  devices  are  employed  in  all  decentralised  cases, with  a 

capacity broadly corresponding to the annual specific heat demand 

A CHP unit with approximately the same capacity is employed in all three centralised cases, 

the  extra  thermal  demand  in  the  “average”  and  “maximum”  cases  being  met  by  a 

combination of a (larger) gas boiler and thermal storage 

Page 132: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 132 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

132 of 182 

In the centralised energy supply case, a large CHP unit with thermal storage and gas boiler 

are employed, whereby the heat to power ratio and higher capacity of the CHP unit in this 

case leads to an absence of PV and battery storage capacities 

The resulting capacities are realistic for these sort of decentralised and centralised energy 

systems  

The total annual system costs for energy supply are 19 % cheaper in the centralised than the 

decentralised (average) case 

A similar trend is observed in terms of primary energy consumption and CO2‐emissions 

The  degree  of  self‐sufficiency,  defined  as  the  fraction  of  onsite  demand met  by  onsite 

generation, is: 

o Between 94 % and 99 % for all energy; 

o Between 81 % and 97 % for electricity; and 

o Increases across the cases minimum, average, maximum and centralised. 

The self‐consumption rate, defined as the fraction of onsite generation that is used onsite, 

is: 

o Between 90 % and 100 % for all energy; 

o Between 60 % and 100 % for electricity; 

o Highest in the minimum and maximum cases, due to generally smaller CHP capacities; 

and 

o Is  significantly  lower  in  the  cases average and centralised due  to  the  significantly 

larger CHP units employed in these cases. 

These results  indicate that, based on the employed data and methodology, the current system  is 

the most optimal in terms of energy supply costs, primary energy consumption and CO2‐emissions. 

However, several limitations of the methodology should be noted which could strongly affect this 

conclusion.  The model  takes  a  “greenfield”  perspective,  i.e.  it  does  not  consider  the  existing 

Page 133: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 133 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

133 of 182 

infrastructure such as boilers and/or district heating network. In addition, the approach focuses on 

the domestic sector and does not consider other, surrounding buildings and sectors, which could 

affect  the demand  structure.  Furthermore,  the diversity between  the households  could not  be 

considered because of a lack of data, but a large and growing literature on the social dimensions of 

energy use shows that the people living in the buildings can strongly influence the overall energy 

demand. Finally, this work focused only on the supply side options, again due to a lack of data, but 

any approach towards reducing energy consumption and related emissions should start with the 

demand side, according to the energy hierarchy.  It  is on the demand side that  large energy and 

emission savings can be made, often with no or only small capital investments. Hence further work 

should  focus on modelling the demand side as well as  in attempting to achieve a more detailed 

differentiation between the analysed households.  

 

  

Page 134: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 134 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

134 of 182 

4 Individual appliances analysis

This chapter is concerned with the potential for specific interventions within households in order to 

reduce  energy  consumption  and/or  shift  the  demand,  e.g.  away  from  peak  times.  These 

interventions  include providing consumers with more or better  information on their energy use, 

subjecting them to dynamic electricity tariffs and specific measures aimed at saving energy, as will 

be implemented within the CIVIS project. It begins with an over of recent literature on interventions, 

especially focussing on information provision and dynamic pricing.  

In the second part of the chapter, the potential of some measures on an appliance level is examined. 

An analysis of individual appliances used in the domestic sector is carried out in order to assess their 

influence on the overall energy consumption of each household in each test site. The objective is to 

determine the impact of that each energy efficiency measure can have in the decrease of the overall 

energy consumption. 

4.1 Discussion of relevant literature

There is a large and growing literature on the potential impacts that qualitative interventions can 

have on household energy consumption. These measures  include but are not  limited  to advice, 

feedback,  benchmarking,  smart  meters,  real  time  displays  (RTDs)  and  incentives  to  reduce 

consumption [43]. Many studies have found that advice alone has little or no effect, instead it must 

be combined with other measures in order to be effective. Savings for advice, when combined with 

other measures are  typically  in  the  range 0‐5 %. But  these  figures need  to be  interpreted with 

caution because often studies have small sample sizes and/or do not quote a  level of statistical 

significance, and in some cases the requirement to “opt‐in” to such schemes can bias the results in 

favour of participants who are more inclined to do so. Targeted advice seems to have the potential 

to have a higher impact, but this is also associated with a higher effort and thus cost, because for 

example a more extensive  intervention  in the form of an energy audit  is required. Feedback, for 

Page 135: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 135 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

135 of 182 

example  in  the  form of enhanced billing, can contribute 2‐3 %  savings on  the monthly bill.  It  is 

thought to be more cost‐effective because  it can be provided on an “opt‐out” basis. But a wide 

variability  in the findings, partly related to a wide variability  in the forms and nature of feedback 

itself, mean that also these figures are not necessarily applicable in all situations. For a more detailed 

discussion of the potential of qualitative measures for energy saving  in households the reader  is 

referred to the  literature review  in the context of the EDRP project (ibid.). The remainder of this 

section focusses on the scope of dynamic prices to invoke energy savings and load shifting. 

Two of the most recent trials to examine the potential  impacts of dynamic pricing on consumer 

behavior and potential peak  time  reductions are SmartCurrents  [44] and Low Carbon London & 

UKPN  [45]. SmartCurrents was a  study carried out  in 2012 and 2013, with approximately 1,915 

treatment and control groups, and 11  successful “event days”  that occurred  in 2013. The  study 

applied a three‐tiered TOU tariff on weekdays overlaid by a Critical Peak Price (CPP) on a maximum 

of 20 days per year. There were four main treatment groups depending upon whether they have in 

home displays (IHDs) and programmable communicating thermostats (PCTs): 1. Education and DPP, 

2. as 1. but with IHD, 3. as 1 but with PCT, 4. as 1. but with IHD and PCT. There were varied responses 

according to the group: groups 1 and 2 achieved between 12.6 % (1) and 17.5 % (2) load shifting, 

but no overall energy consumption reduction. Group 3 performed best with 44.5% reduction in peak 

hours and 14.3 % reduction on average during all hours and days. Group 3 also reduced overall 

energy consumption by 11.8 % and 9.1 % on hot and cold weather days respectively. Group 4 results 

were  not much  different  to  3,  despite  the  fact  that  they  had  a  combination  of  IHD  and  PCT. 

Similarities between 3 and 4 results show that the additional display (IHD) does not appear to bring 

many additional benefits. Overall  it was estimated  that customers  saved 10‐15 % during  the 11 

event days.  

Low Carbon London & UKPN  involved a trial of 5,533 households  in London with smart meters, 

including 1,119 with three‐tier TOU tariffs. Valid data are available for 2013 for 922 households on 

Page 136: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 136 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

136 of 182 

the TOUT and 3,437 on the non‐TOUT. The mid‐price was used as a baseline and “events” were 

created to incur the lower and higher prices. The events were “constraint management” (CM), to 

target peak demand and thus ease network constraints, and “supply following”, to investigate the 

demand response to low or high price signals of varying duration. The TOUT contained three price 

banks, low, medium and peak, and the non‐TOUT involved one standard flat‐rate tariff. Overall, 95 % 

of households  saved money  relative  to  the  flat  tariff, although  this cannot be generalized  to all 

households. In order to account and correct for the possibility that households respond “by chance”, 

they are ranked according  to  their  responsiveness  to  the TOUTs, and grouped  into  four quartile 

groups  according  to  this  ranking.  CM  events  consistently  reduced  demand  levels:  households 

reduced  their demand by around 10 %  in  the peak price periods, with  the most engaged ones 

showing a significantly  larger reduction. Robust  load reduction of about 0.05 kW/household was 

demonstrated,  obviously  higher  than  this  for  the  most  engaged  households.  The  ability  of 

households  to  increase  consumption  was  only  weakly  affected  by  the  time  of  year,  but  the 

reductions  were  strongest  during  the  colder  and  darker  winter months.  A  strong  correlation 

between  demand  reduction  potential  and  absolute  demand  levels was  also  found.  Hence  the 

demand response ability of households is biased towards increases in demand, and during the day, 

rather than decreases and/or at night. Interestingly, socio‐economic factors were found to hardly 

affect response magnitude. The load shift potential is in general directly proportional to the number 

of occupants in the household, with the exception in the “adversity” Acorn class, which has a more 

uniform distribution of DSR across different household sizes from 1‐3.  

The EDRP Project [43] involved 60,000 UK households from 2007 to 2010, and as such was one of 

the largest trials of its kind. Of these, about 18,000 had smart meters for electricity and gas installed. 

Four  electric  utilities  investigated  the  load  reduction/shifting  and  energy  saving  potential  of  a 

combination of measures including Real Time Displays (RTDs), TOUTs, increased information with 

bills, tips on energy efficiency etc. Results show no significant energy saving without a smart meter, 

Page 137: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 137 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

137 of 182 

the exception here being RTDs with benchmarking, which SSE  found  led to 1 % savings. RTDs  in 

combination with  smart meters  increased  the  achieved  savings.  For  gas  the  smart meter  itself, 

without additional measures, resulted  in savings of around 3%, though this may require support 

from  other  interventions  to  be  sustained  over  time.  One  important  finding  was  that  more 

engagement and supervision during the installation and operation of the smart meters would have 

been desirable. Advice was generic and not tailored to the customer. In particular customers need 

to know what to do with the additional information provided and this information needs to clear, 

attractive and distinct from other generic material sent from the supplier (quality). The information 

should  preferably  be  tailored  to  the  household  rather  than  generic,  and  the  quantity  is  also 

important. Finally, the dynamic nature of using smart meters is also stressed: rather than being a 

one‐off occurrence, households require guidance along the “journey”.  

The overall findings of the EDRP were that EDF found about 2.3 % savings in the first year, through 

a combination of smart meters and historical feedback and advice. Overall the savings of around or 

below 5 % confirmed results from the literature from other non‐UK concepts that this level could 

be expected through a combination of generic advice and historical feedback. Load shifting varied 

by  trial  (i.e.  utility  and  group)  but was  up  to  10 %,  and  the  effect was  stronger with  smaller 

households; neither of the trials involved automatic load shifting of appliances, but instead relied 

on customer intervention and hence it is not known what appliances were responsible for the load 

shifts (an insight that seems relevant to several studies); no overall reduction in energy consumption 

was found by EDRP. Some segmentation effects were observed but these are difficult to generalize.  

In  the  context  of  evaluating  the  potential  for  households  reduce  and  shift  their  demand,  the 

behavior  and  ownership  of  appliances  in  the  household  are  crucial  aspects  to  consider.  The 

Household Electricity Usage Survey (HEUS) [46] was the largest survey of electricity use ever in the 

UK and one of  largest  in Europe, carried out  in 251 owner‐occupied households selected on the 

basis of the life‐stage of the occupants in 2010/2011. Of these 251, 26 were monitored for 1 year, 

Page 138: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 138 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

138 of 182 

others for one month at intervals throughout the year. Dwellings were given Energy Performance 

Certificates (EPCs) and the occupants were surveyed about their environmental attitudes. During 

the survey period the occupants also completed diaries of use for some of the products they used. 

Annual consumption per dwelling, m2 and person were provided for all dwelling types, as well as 

average maximum power demand. Within the daily load curve it was possible to allocate 90 % of 

the  daily  energy  consumption  to  particular  products.  The  average  contribution  of  different 

appliances to the electric load are shown for households without and with electric heating, broken 

down by household type. The average annual energy consumption as well as the standby power 

consumption  for appliances were also determined. Finally, energy and power  savings potentials 

were  also  calculated,  based  on  assumptions  about  replacing  appliances,  lighting,  etc.  Cold 

appliances  account  for  the  largest determined  average  annual  saving of  310  kWh.  The  total  in 

England ranges from 491 to 677 kWh, depending on the type of household. Priority measures are 

cold appliances,  lighting, audiovisual devices and computers. A  later  report which evaluated  the 

potential  energy  efficiency  measures  within  the  investigated  households  by  focusing  on  the 

differentiation between households drew the following crucial insights [46]: 

1. There  is an enormous range  in the age of appliances owned, with some appliances being 

more likely in specific social demographic groups. 

2. Annual purchase and replacement rates: 2.7 % of households purchased a new fridge each 

year (the lowest mean purchase rate of all appliances), 21.4 % of households bought a new 

television (the highest mean purchase rate, partly driven by the Digital Switchover) 

3. Energy ratings and socio‐demographic indicators: no significant trend linking energy ratings 

to socio‐demographic groups, also no significant link between the environmental attitudes 

of the households and the appliances they own 

4. HEUS energy ratings and national sales data: most appliances are getting more efficient 

over time, but the exception here  is tumble dryers, e.g. between 2008 and 2010, and the 

penetration of fridges and freezers of A+ and above is very low – more information required 

etc. 

Page 139: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 139 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

139 of 182 

5. Electricity  use  in  single‐person  households:  these  HHs  own  significantly  fewer  cold 

appliances and TVs and watch fewer hours of TV, they use the washing machine less than 

others,  and  could  save  energy  by  using  a  half‐size  washing  machine  and,  as  with  all 

households, running at lower temps 

6. Appliance  use  associations:  strong  link  between  cooking  and  watching  TV,  as  well  as 

between TV, ICT, audiovisual and washing appliances, strong correlations between the use 

of related ICT and audiovisual appliances, lower social grades more likely to have TV on in 

the background whilst performing  other tasks 

7. Seasonality trends in non‐heating appliances: large seasonal variation in tumble dryer use 

but  not  for  dishwashers  or  washing machines,  seasonal  trend  for  cold  appliances  was 

reversed: greater use  in summer than winter, hardly any seasonal variation  in the use of 

most electric cooking equipment 

8. Electricity  demand  for  products  with  high  agency:  strong  links  between  demographic 

factors  like number of people  in the household and energy use for appliances, significant 

savings potentials, e.g. by persuading high‐use households to reduce to the average etc. 

9. New washing machines and powders for low temperature washes have been successful in 

improving energy efficiency, but newer machines are not demonstrably more efficient than 

older models – on average newer (2010‐11) machines use about 35% more electricity per 

cycle than 1997‐98  

10. Appliances left on when not in use: 80/251 households left lights on overnight, at least 18 

HHs left appliances on in empty rooms for more than 1 h/day 

In summary, whilst the projects discussed here provide some very useful insights, it is difficult to 

generalise across and beyond existing studies on demand response because they show a large range 

in the size of demand response (in % of the peak load) achievable. Furthermore, there seems to be 

little consistency between the size of the difference between peak and off‐peak power demand and 

the scope of demand response (Low Carbon London & UKPN 2015). This is illustrated, for example, 

by the fact that the EDRP study [43] concluded a potential 4 % reduction in weekday peak demand, 

whereas the Ireland Electricity Smart Metering Trials concluded a 7‐12 % peak demand reduction 

potential [47]. 

 

Page 140: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 140 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

140 of 182 

4.2 Electricity profile of the domestic sector for the test sites

The distribution of electricity demand in the domestic sector by appliance was estimated for Italy 

and Sweden based on literature review, namely the results of the European Project ODYSSEE [48] 

and the reports of the European Commission’s Joint Research Centre: Electricity Consumption and 

Efficiency Trends ‐ the Energy Efficiency Status Report for 2009 [49] and 2012 [50]. It is important 

to mention that ODYSSEE project has data from each country, provided regularly from the respective 

national authority. The data from [49] and [50] is more global (European level) and was only used 

to complete data missing in ODYSSEE project. These results were applied to the test sites of each 

country. 

 

4.2.1 Italy

Figure  53  shows  the  results  of  the  calculation  of  the  distribution  of  electricity  demand  in  the 

domestic sector by appliance in Italy, in 2008. It is important to highlight that this distribution not 

being constant for all years does not change much, as can be confirmed  in the reports of Energy 

Efficiency Status Report for 2009 [48] and 2012 [49] where a distribution of electricity consumption 

in the domestic sector in Europe is done, for two different years and, is very similar. In 2008, the 

total electricity consumption in the domestic sector in Italy was about 5.88 Mtoe. 

 

Page 141: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 141 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

141 of 182 

 

Figure 53:  Distribution of electricity demand in the domestic sector by appliance in Italy, in 2008 

 

ICT that includes entertainment appliances, set‐top boxes and office equipment is responsible for 

the highest electricity consumption (about 19 %) in the domestic sector of Italy. The cold appliances 

(refrigerators and freezers) are responsible for 16 % and lighting, air conditioning and water heating 

have a weight of 11 % each. 

The category “others” includes equipment like coffee machine, vacuum cleaner, dehumidifier, hair 

dryer, fan, etc. in other words equipment that could not be sorted into one of the other categories. 

This category is responsible for about 10 % of the total electricity consumed, but keeping in mind 

that it includes a huge number of equipment, their weight individually is not so significant. On the 

other hand, the appliances included in the category “others” cannot be found in all households as 

they are less fundamental on the citizen’s day to day activities than the remaining appliances. Their 

use and purchase depends much more on the culture, habits and purchasing power.   

 

4.2.2 Sweden

Figure  54  shows  the  results  of  the  calculation  of  the  distribution  of  electricity  demand  in  the 

domestic sector by appliance in Sweden in 2008. In this year, the total electricity consumption in 

Page 142: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 142 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

142 of 182 

the domestic sector in the country was about 3.58 Mtoe.  

 

 

Figure 54:  Distribution of electricity demand in the domestic sector by appliance in Sweden, in 

20084 

 

About 29 % of the consumption of electricity in the domestic sector is for space heating, 18 % is due 

to  ICT and 16 %  results  from  cold appliances.  Lighting  is  responsible  for about 9 % of  the  total 

electricity consumption.  

In Sweden, the category “others” represents about 10 % of the total electricity consumed  in the 

domestic  sector  and,  as  for  Italy,  includes  all  the  equipment  not  considered  in  the  remaining 

categories – fan, dehumidifier, coffee machine, aquarium, etc.  

 

 

                                                       

4 Space and water heating are electric heating. 

Page 143: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 143 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

143 of 182 

4.3 Energy reduction potential by demand side measure

There is a lot of information available on the actions that can be taken by the end‐users (demand 

side  measures)  in  the  domestic  sector  to  reduce  their  energy  consumption,  namely  actions 

regarding  the use of  individual appliances. However,  information  regarding  the actual  impact of 

these measures in the overall energy consumption of the household is scarce. This is because this 

quantification depends on many factors namely consumer behaviour and technology in use. A real 

quantification would need  the  installation of measurement  instruments  in each appliance and a 

daily monitoring of the end‐use actions, which can be a problem at economic  level, but also can 

raise issues regarding privacy.  

However, a few reports were found that quantify some of these types of measures [51,52,53,54]. 

Based on the data from these reports, the energy reduction was estimated for each measure, the 

results obtained are in the Table 34. 

 

Energy Service 

Demand 

Appliance/Activity Measure Energy 

reduction 

(%) 

Space heating  Space heating Turn down thermostat from 22°C 

to  20°C  during  the  day  and  to 

18°C during the night. 

15 

Hot water  Water Heating Turn  down  water  heater 

thermostat from 60°C to 49°C. 

11 

Space cooling  A/C  Turn up thermostat from 23°C to 

26°C. 

10 

Cold food/drink Cold appliances Turn  up  the  refrigerator 

thermostat from 0.6°C to 3°C and 

12 

Page 144: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 144 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

144 of 182 

the  freezer  thermostat  from  ‐

20°C to ‐18°C. 

Cleaning (clothes 

and dishes) 

Washing machine Change  washer  temperature 

settings  from  hot  wash,  warm 

rinse to warm wash, cold rinse 

19 

Drying machine Line‐dry  clothing  (do  not  use 

dryer) 5 months of the year 

44 

Dishwasher 

machines 

Reduce  dishwashers  cycles 

temperature from 70°C to 55°C 

22 

ICT/electronics Stand‐by Reduce stand‐by  18 

Lighting  Lamps Exchange of lamps* 16 

Table 34: Energy reduction by demand side measure [51,52,53,54] 

*Approximately 85 % of  lamps currently  in EU homes are energy  inefficient. With CFL  the energy consumption can be  reduced 

between 70 to 80 %. The measure considers the exchange of 25 % of lamps and a medium reduction of 75 %. 

 

Two of the four reports used are from the United States. The measures selected from these reports 

are  the  ones  that  are  suitable  for  Europe  in  the  scope  of  CIVIS,  and  it  is  considered  that  the 

percentage of reduction is close to the situation in Europe.  

The present analysis considers two different scenarios – a conservative and an optimistic scenario. 

The  first one  considers  that all  the measures  included  in Table 34 will be adopted. The  second 

scenario  considers  the adoption of additional measures  in  cooking and other activities  that will 

result in a reduction of 15 % of the energy consumption in each activity; and the measure of line‐

dry clothing, i.e. not using the dryer for 5 months per year, resulting in a 44 % energy reduction.  

 

Page 145: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 145 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

145 of 182 

4.3.1 Storo, Italy

4.3.1.1 Electricity consumption by appliance in Storo

The electricity consumption in the domestic sector in 2013 in Storo test site was about 2,596,674 

kWh [55]. The electricity consumption by appliance was calculated based on this value of electricity 

consumption and on the distribution of electricity demand in the domestic sector by appliance in 

Italy (Figure 53). This data is considered representative of the region.  

The results obtained are reported in the Table 35. 

Appliances  Electricity consumption (kWh)

Cold Appliances  421,935

Washing & Drying 209,513

Dishwashers  87,297

Lighting   290,990

ICT  500,502

Space heating  140,441

Air Conditioning  269,093

Water heating  285,517

Cooking   131,920

Others  259,466

Table 35: Electricity consumption by appliance in Storo in 2013 

Considering the adoption of the measures mentioned in Table 34 in all households of Storo and the 

electricity consumption by appliance (Table 35), the resulting energy reduction for both scenarios – 

conservative and optimistic, are set out in the table below.  

Page 146: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 146 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

146 of 182 

 

Appliances  Electricity reduction (kWh)

Conservative 

scenario 

Optimistic scenario 

Cold Appliances  49,062

Washing & Drying  38,679 130,865

Dishwashers  19,205 19,205

Ligthing   23,852

ICT 88,088

Space heating  20,917

Air Condicioning  26,041

Water heating  30,748

Cooking   ‐ 19,788

Others  ‐ 38,920

Total  296,593 447,486

Table 36: Electricity reduction in Storo for the conservative and optimistic scenarios 

In the conservative scenario, with the implementation of the efficiency measures, the community 

could  save about 11 % of electricity.  In  turn,  in  the optimistic  scenario a 17 %  reduction  in  the 

electricity consumption is possible to reach.  

These results are based on the implementation of energy reduction measures in all domestic sector 

of  Storo  which  is  important  since  CIVIS  intends  to  have  direct  and  indirect  impact  in  all  the 

community. On the other hand, CIVIS project plans to involve 150 families directly, in each test site. 

Considering that each family consumes about 1,969 MWh of electricity per year [55], Table 37 shows 

Page 147: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 147 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

147 of 182 

the possible reduction of the electricity consumption resulting from the application of the measures 

mentioned above in 150 households in both scenarios. 

  

Appliances  Electricity reduction (kWh)

Conservative 

scenario 

Optimistic scenario 

Cold Appliances  5,580

Washing & Drying  4,399 14,885

Dishwashers  2,184 2,184

Lighting   2,713

ICT 10,019

Space heating  2,379

Air Conditioning  2,962

Water heating  3,497

Cooking   ‐ 2,251

Others  ‐ 4,427

Total  33,735 50,898

Table 37: Electricity reduction for the 150 families directly involved in CIVIS in Storo, 

for the conservative and optimistic scenarios 

CIVIS could contribute to a total reduction of electricity consumption in Storo of about 33,735 kWh, 

in a conservative scenario and of about 50,898 kWh in an optimistic scenario.  

 

Page 148: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 148 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

148 of 182 

4.3.1.2 Thermal energy consumption in Storo

The thermal energy consumption  in Storo was estimated  in 29,964,016 kWh (3,887,151 kWh  for 

HSW and 23,076,865 kWh for space heating) [55]. Based in the measures regarding space and water 

heating  in  Table  34  and  the  respective  energy  consumption  reduction  forecasted,  the  possible 

reduction in the consumption of thermal energy in all households of Storo was estimated and the 

results are illustrated in Table 38.  

Scope Energy reduction (kWh)

Space heating 3,436,980

Water heating 418,616

Total  3,855,596

Table 38: Thermal energy reduction in Storo 

The implementation of the energy efficiency measures in the scope of space and water heating can 

result  in  a  reduction  of  3,855,596  kWh  which  represents  about  14  %  of  the  thermal  energy 

consumption in Storo in 2013.  

For the 150 families that are planned to be involved directly in the project, the total thermal energy 

reduction by activity is illustrated in Table 39. For this estimation it was considered that each family 

consumes 13,802 kWh for space heating and 1,969 kWh for HSW [55]. 

Scope Energy reduction (kWh)

Space heating 308,343

Water heating 33,891

Total  342,233

Table 39: Thermal energy reduction for the 150 families  

directly involved in CIVIS in Storo 

Page 149: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 149 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

149 of 182 

Considering the 150 families of Storo that will be involved in the project, the adoption of the energy 

efficiency measures in the scope of space and water heating could result in a reduction of 342,233 

kWh of thermal energy consumption. 

4.3.2 San Lorenzo, Italy

4.3.2.1 Electricity consumption by appliance in San Lorenzo

The electricity consumption in the domestic sector in 2013 in this test site was about 1,265,713 kWh 

[55]. As for Storo test site, the electricity consumption by appliance was calculated based on the 

value  of  electricity  consumption  in  2013  and  on  the  distribution  of  electricity  demand  in  the 

domestic sector by appliance in Italy (Figure 53). This data is considered representative of the region. 

The results obtained are outlined in the Table 40. 

Appliances  Electricity consumption (kWh)

Cold Appliances  205,666

Washing & Drying 102,124

Dishwashers  42,552

Lighting   141,839

ICT  243,963

Space heating  68,456

Air Conditioning  131,166

Water heating  139,171

Cooking   64,302

Others  126,237

Table 40: Electricity consumption by appliance in San Lorenzo, in 2013 

Page 150: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 150 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

150 of 182 

Considering the adoption of the measures mentioned above in all households of San Lorenzo, the 

resulting energy reduction for both scenarios considered can be found in the table below. 

Appliances  Electricity reduction (kWh)

Conservative 

scenario 

Optimistic scenario 

Cold Appliances  23,915

Washing & Drying  18,854 63,788

Dishwashers  9,361 9,361

Lighting   11,626

ICT 42,937

Space heating  10,196

Air Conditioning  12,693

Water heating  14,988

Cooking   ‐ 9,645

Others  ‐ 18,936

Total  144,570 218,086

Table 41: Electricity reduction in San Lorenzo for the conservative and optimistic scenarios 

The adoption of the efficiency measures considered could contribute to a reduction of 144,570 kWh 

of  electricity  consumption  in  a  conservative  scenario  and  a  reduction  of  218,086  kWh  in  an 

optimistic scenario.  

Considering that each family in San Lorenzo consumes about 1,655 kWh of electricity per year [55], 

the reduction of electricity consumption  for  the 150 households  that will be directly  involved  in 

CIVIS was calculated and it is shown in Table 42 for both scenarios considered. 

Page 151: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 151 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

151 of 182 

 

Appliances  Electricity reduction (kWh)

Conservative 

scenario 

Optimistic scenario 

Cold Appliances  4,691

Washing & Drying  3,698 12,511

Dishwashers  1,836 1,836

Lighting   2,280

ICT 8,422

Space heating  2,000

Air Conditioning  2,490

Water heating  2,940

Cooking   ‐ 1,892

Others  ‐ 3,714

Total  28,355 42,774

Table 42: Electricity reduction for the 150 families directly involved in CIVIS in San Lorenzo 

for the conservative and optimistic scenarios 

Considering the 150 families of San Lorenzo that will be involved in CIVIS, the adoption of the energy 

efficiency measures  could  result  in  a  reduction  of  28,355  kWh  of  electricity  consumption  in  a 

conservative scenario and of 42,774 kWh in an optimistic scenario. 

 

4.3.2.2 Thermal energy in San Lorenzo

The thermal energy consumption in San Lorenzo was estimated to 9,637,913 kWh (965,998 kWh for 

Page 152: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 152 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

152 of 182 

HSW and 8,671,915 kWh for space heating) [50]. Based on the measures regarding space and water 

heating of Table 34 and the respective energy consumption reduction forecasted, the reduction in 

the  consumption  of  thermal  energy  in  all  dwellings  of  San  Lorenzo was  estimated.  The  results 

obtained are reported in Table 43. 

 

Scope Energy reduction (kWh)

Space heating 1,291,562

Water heating 104,030

Total  1,395,592

Table 43: Thermal energy reduction in San Lorenzo 

The adoption of  the measures proposed  for  space and water heating, by all  the citizens of San 

Lorenzo, could contribute to a reduction of 1,395,592 kWh in the consumption of thermal energy.  

For  the 150  families  that are planned  to be  involved directly  in CIVIS,  the  total  thermal energy 

reduction by activity is illustrated in Table 44. For this calculation it was considered that each family 

consumes 14,952 kWh for space heating and 1,948 kWh for HSW [50]. 

 

Scope Energy reduction (kWh)

Space heating 334,034

Water heating 31,468

Total  365,502

Table 44: Thermal energy reduction for the 150 families 

directly involved in CIVIS in San Lorenzo 

Page 153: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 153 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

153 of 182 

Regarding  the 150  families envisaged  in  the project,  the adoption of  the measures  in space and 

water heating could result in a decrease of 365,502 kWh of thermal energy consumption.  

 

4.3.3 Fårdala and Hammarby Sjöstad, Sweden

Currently there is no real data available on Fårdala and Hammarby Sjöstad electricity consumption. 

In this sense, in order to carry out the individual appliances analysis in the Swedish test sites and 

estimate  the  possible  electricity  consumption  reductions,  the  average  value  of  electricity 

consumption per households referred to  in the report of the Swedish Energy Agency [40] on this 

issue was used. This value is 4,143 kWh per household per year [40]. Regarding the consumption of 

thermal energy, only data for Fårdala is available and this data was used also for Hammarby Sjöstad.  

Due to the unavailability of data for these two test sites, the estimation of electricity and thermal 

energy consumption reduction was carried out only for the 300 families (150 in each test site) that 

are planned to be involved directly in the project. 

 

4.3.3.1 Electricity consumption by appliance in the Swedish test sites

The electricity consumption by appliance  for  the 300  families  that will be  involved  in CIVIS, was 

calculated based  in the distribution of electricity demand  in the domestic sector by appliance  in 

Sweden (Figure 54) and on the electricity consumption by family referred above (4,143 kWh). The 

results obtained are in Table 45. 

   

Page 154: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 154 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

154 of 182 

Appliances  Electricity consumption (kWh) 

Cold Appliances  193,161

Washing & Drying  95,914

Dishwashers  39,964

Lighting   110,664

ICT 229,129

Space heating  365,857

Water heating  43,314

Cooking   46,370

Others  118,561

Table 45: Electricity consumption by appliance for the 300 families  

that will be involved in the Swedish test sites 

For  these  test  sites  the  conservative  and optimistic  scenarios were  also  considered  in order  to 

estimate the electricity consumption reduction for the 300 families.  

 

Appliances  Electricity reduction (kWh)

Conservative 

scenario 

Optimistic scenario 

Cold Appliances  22,461

Washing & Drying  17,707 59,910

Dishwashers  8,792 8,792

Lighting   9,071

Page 155: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 155 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

155 of 182 

ICT 40,327

Space heating  54,489

Water heating  4,665

Cooking   ‐ 6,956

Others  ‐ 17,784

Total  157,511 224,454

Table 46: Electricity reduction for the families directly involved in CIVIS in the Swedish test sites for 

the conservative and optimistic scenarios 

In the conservative scenario the community can save up to 13 % of electricity (157,511 kWh). In the 

optimistic scenario a 18 % reduction in the electricity consumption is possible (224,454 kWh).  

 

4.3.3.2 Thermal energy consumption in the Swedish test sites

The thermal energy consumption per household per year for Fårdala was estimated as 14,660 kWh 

(12,860 for space heating and 1,800 kWh for HSW) [55], due to the lack of information the same 

data  as  for  Hammarby  Sjöstad  was  assumed.  Keeping  in  mind  the  measures  and  respective 

reduction  forecasted  for  space and water heating  in Table 34,  the  thermal energy consumption 

reductions that can be reached by the implementation of these measures in the 300 families were 

estimated and the results are set out in Table 47. 

   

Page 156: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 156 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

156 of 182 

Scope Energy reduction (kWh)

Space heating 574,596

Water heating 58,154

Total  632,750

Table 47: Thermal energy reduction for the families 

directly involved in CIVIS in the Swedish test sites 

The implementation of energy efficiency measures in the scope of space and hot water heating can 

result in a 14 % decrease in the thermal energy (632,750 kWh). 

 

4.4 Energy demand – potential for load shifting

An important measure for the Italian test sites is the load shifting, in order to match the production 

of  energy  by  PV  and  the  energy  consumption  if  possible  and  to  reduce  the  needs  of  energy 

importation. This sub‐chapter will perform an analysis on which activities are more or less suitable 

to be shifted, i.e. activities that have more or less potential to be shifted, from high to none (Table 

48).  

High  Medium None 

Washing and drying machines Space heating Cold appliances 

Dishwasher machines A/C Lights 

Water heating  Ovens ICT

  Microwaves 

  Hobs 

Table 48: Potential of demand shifting by appliance/activity [54] 

Page 157: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 157 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

157 of 182 

Washing, drying and dishwasher activities have a high potential  to be shifted and matched with 

periods of higher PV production and less energy consumption. Also the activities related to water 

heating, namely bathing, are switchable. Activities like space heating, use of A/C and of ovens can 

be partially switchable, since it is possible, for instance, to start it before energy peak consumption, 

but it is not possible to switch them completely. On the other hand, some activities are completely 

not switchable because the end‐users need to perform it when they are at home.  

In Italy, the activities with higher shifting potential (washing, drying, dishwasher and water heating) 

represent about 22 % of the total electricity consumed in the domestic sector. Regarding the 300 

families that will be directly involved in CIVIS in the Italian test sites, this represents about 121,907 

kWh  that can be  shifted  to periods of  the day with  lower consumption and higher endogenous 

electricity production.  It  is  important  to emphasise  that  this  represents  the maximum  technical 

potential that can be shifted wherein  in the reality this value will be difficult to reach. A suitable 

awareness campaign and an effective involvement of the citizens in CIVIS project will contribute to 

reach a significant amount of energy consumption shifted for periods with lower demand. 

This type of measure is important to improve the use of intermittent renewable energy resources 

and reduce the importation of electricity, reducing in this way the energy invoice of the communities 

and contributing to the reduction of CO2‐emissions. 

 

 

4.5 Baseload energy demand and stand-by

The baseload  is the minimum energy consumed  in a household along the day.  It  is  important to 

assess which appliance contributes to the baseload in order to reduce the consumption of energy 

not used to produce any work/service or not necessary in this period.  

This  kind  of  analysis,  to  be  effective,  needs  to  be  based  in  real  data  that will  result  from  the 

Page 158: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 158 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

158 of 182 

installation of individual meters in the several appliances. At this moment, no data is available from 

the test sites to carry out this assessment. But, in order to help in future analysis in the test sites 

and in the selection of in which appliances it is important to install individual meters, an analysis of 

studies  carried  out  on  this matter  is  conducted.  In  [40]  an  analysis  of  energy  consumption  by 

appliance  is performed for different types of houses and of  families across Sweden  from August 

2005  to December  2008.  Figure  55 presents  the  average hourly  energy demand  (calculated by 

averaging  the  individual  load  curves  for each household)  for  families between 26‐64  years old, 

leaving in a house. Space and water heating are not considered [40]. 

 

 

Figure 55: Average hourly energy demand for families between 26‐64 years old [40] 

 

The baseload energy demand is between 3 am and 5 am, and the cold appliances, as expected, have 

an  important weight  in  the  total  consumption  in  this  period.  It  is  also  possible  to  verify  that 

Page 159: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 159 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

159 of 182 

computer site and  lighting have a significant contribution  in the electricity consumed  in the base 

load period. This information is important to the end‐user since it can analyse what is happening in 

this period, the lights are on and some appliances are on or in stand‐by, giving the possibility to end‐

users  to  turn‐off  all  the  equipment  that  are  not  needed.  The  category  “miscellaneous”  that 

represents all the other appliances has also a high contribution, it is necessary to understand if this 

consumption is necessary or if it is a waste.  

Similar conclusions were taken from the study done in the UK [54], as showed in Figure 56, where 

the average summer base load electricity demand for the households monitored is illustrated. 

 

 

Figure 56: Average summer baseload electricity demand 

 

This information can be used in the awareness campaigns in order to alert the citizens to the energy 

consumed that it is not necessary. It needs to be highlighted that part of the consumption in the 

baseload period is due to stand‐by, namely the one related to audiovisual and ICT. This consumption 

Page 160: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 160 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

160 of 182 

is easy to reduce by switching off all the equipment that are not necessary.  

Figure 57 shows an average of the daily load profile of the domestic sector members of CEDIS and 

CEIS in 2013. 

 

Figure 57: Daily load profile of the domestic sector members of CEDIS and CEIS in 2013 

 

The minimum power demand in CEDIS members is about 388 kW and it is reached at 3 am and the 

minimum value for CEIS members is about 614 kW and is reached at 2 am. The evolution of the load 

profiles is similar and the base load is between 2 and 4 am for CEDIS and 2 and 3 am for CEIS. With 

the  CIVIS  project,  it would  be  important  to  analyse which  appliances  are  responsible  for  the 

baseload energy demand and if it is possible to reduce it.  

As referred above, part of the energy consumed by some appliances like TVs, computers, printers, 

in the baseload energy demand are due to stand‐by consumption and not due to the equipment 

use. Figure 58 illustrates some typical values of standby power of some appliances [54]. 

0

200

400

600

800

1000

1200

0 4 8 12 16 20 24

Power (kW)

Hours

CEDIS members

CEIS members

Page 161: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 161 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

161 of 182 

 

  Figure 58: Typical values of standby power of some appliances [49] 

 

The audiovisual and ICT categories have the appliances with higher standby power.  The sky and set‐

top box are the equipment with the highest standby power, about 18.9 W and 14.1 W, respectively. 

Hi‐Fi, modem and routers are also appliances with a significant standby power namely, 6.8 W, 7.3 

W and 7.1 W. In the kitchen, the equipment with higher standby power is the microwave with 2.2 

W.  

If it is true that many of the householders do not have all of these appliances, it is also true that they 

have many of them. It is estimated that more than 5 % of the electricity consumed in a household 

is due to standby consumption [49,54]. This problem can be solved by the end‐user switching off all 

the appliances that are not in use or by the manufacturer, by the reduction of the consumption of 

energy of the appliances in standby or off‐mode. 

In order to face this problem and reduce standby and off‐mode energy consumption in December 

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Sky box

Set‐top box

Hi‐Fi

VCR

Home cinema

Wii

DVD

PS3 TV

CD Player

PS2

Modem

Router

Multifunction printer

Scanner

Fax/printer

Laptop

Desktop

Printer

Monitor

Microwave

Tumble dryer

Washing machines

Washing/drying machines

Oven

Cooker

Dishwasher

Hob

Audiovisual ICT Kitchen

Pow

er (W

)

Page 162: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 162 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

162 of 182 

2008, the EU Commission adopted the Commission Regulation (EC) nº 1275/2008 that establishes 

ecodesign requirements related to standby and off‐mode power consumption for a broad range of 

products  and  equipment.  According  to  this  regulation,  household  appliances,  household  IT 

equipment,  consumer  electronics, electric  toys,  leisure  and  sports  equipment have  to  fulfil  the 

requirements presented in Table 49 from January 2010 and January 2013 [56,57]. 

 

  January 2010  January 2013 

Maximum power consumption in off‐mode 1 W 0.5 W 

Maximum power consumption in a passive standby 

mode without information display 

1 W 0.5 W 

Maximum power consumption in a passive standby 

mode with information or status display 

2 W 1 W 

Table 49: Ecodesign requirements related to standby and off mode 

Additionally, the regulation requires that the equipment will have an auto‐power down feature that 

will put them automatically into passive standby or off mode when they are not providing their main 

function (unless inappropriate) [56]. 

The application of  these  requirements by  the manufacturers will  reduce significantly  the energy 

consumption of standby and off‐mode. 

 

 

4.6 Summary and conclusions

Energy efficiency demand side measures can have an important role in the reduction of the energy 

import of a given community. A real reduction on the demand side faces several barriers namely, 

the lack of data regarding real energy consumption by appliance. Without this data it is impossible 

Page 163: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 163 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

163 of 182 

to understand where and when citizens are consuming energy, which complicates the delineation 

of measures and a real quantification of their impact. Additionally, citizens’ behaviour also plays an 

important role in the energy consumption and it is a parameter that is difficult to quantify. Experts 

in energy demand side field propose several measures to reduce the consumption of energy, but 

the quantification of  these measures  is not  simple  to  assess,  since  it depends not  only on  the 

technology used but also on how the end‐user uses the technology.  

The first obstacle to the development of this study is the lack of data about energy consumption by 

appliance  in each  test  site. To overcome  this,  some estimations were  carried out based on  the 

energy profile Italy and Sweden. Based on the measures of energy reduction selected, two different 

scenarios were considered – conservative and optimistic scenarios. In the conservative scenario, the 

consumption of electricity could be reduced by about 11 % for the Italian test sites and by about 

13 % for the Swedish test sites, while in the optimistic scenario the reductions will be about 17 % 

and 18 % respectively. Regarding the thermal energy, with the  implementation of the measures 

identified, the reduction will reach about 14 %. 

Considering  the 150  families  for each  test site  that will be directly  involved  in CIVIS project,  the 

implementation of the measures could result in the energy reduction illustrated in Table 50. 

   

Page 164: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 164 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

164 of 182 

Test site Electricity reduction (kWh) Thermal Energy 

reduction (kWh) Conservative 

scenario 

Optimistic scenario

Storo  33,735 50,898 342,233 

San Lorenzo 28,355 42,774 365,502 

Fårdala and 

Hammarby Sjöstad 

157,511 224,454 632,750 

Total  219,601 318,126 1,340,485 

Table 50: Possible total energy reduction envisaged in CIVIS project by the direct involvement of 

600 families 

CIVIS can contribute to a total electricity reduction of 219,601 kWh (12 %) in a conservative scenario 

and of 318,126 kWh (18 %) in an optimistic scenario. At thermal energy level, the implementation 

of the measures can decrease the consumption in about 1,340,485 kWh (14 %). 

The baseload energy demand period needs  to be analysed  in order  to understand  if  the energy 

consumed  in  this  period  is  necessary  and,  if  not,  to  show  the  citizens  how  they  can  reduce 

consumption  in  this period. Standby and off‐mode can have an  important weight  in  the energy 

demand of  a household, namely  in  the baseload period. Keeping  in mind  this  issue  the EC has 

developed  legislation that aims at the reduction of the energy consumption of the equipment  in 

standby and off‐mode. Additionally, it is necessary to warn citizens about this hidden consumption. 

 

Page 165: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 165 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

165 of 182 

5 Summary and conclusions

This deliverable has significantly updated previous results for the pilot sites as well as applied the 

methods  previously  developed  in D2.1a. Due  to  severe  constraints  on  data  availability  for  the 

Stockholm pilot sites, the updated overview is much less detailed for these than the Italian test sites. 

From the updated analysis of the pilot sites based on the latest available date several new insights 

relating  to  the potential  for energy and CO2‐saving measures  through  the application of energy 

storage, as well as through specific measures on a household and appliance  level, are gained as 

summarised in this section.  

Chapter 2 presented an update of the energy systems  in the test sites. For the  Italian test sites, 

describes the electrical, thermal and transportation energy demands and productions for each site. 

For each sector, the demand and production is fully analyzed. Consumption and production for the 

electricity sector is gathered from real data. Some recommendations for the electricity sector are 

suggested to enhance the stability of the system. As  it  is not possible to gather real data for the 

thermal  sector because of  a  lack of monitoring  facilities,  the demands  are estimated using  the 

dwelling properties and local climate. The thermal energy generation mix is also estimated by using 

interviews  and  questionnaires.  Transportation  demand  is  calculated  based  on  the  available 

transportation data for the local community. Finally, an overview for each pilot site is given. 

Regarding  the Swedish  test  sites,  the Swedish  test  site  report presents an overview of  the data 

availability, hence  this  is why only a short summary  is given here. The  focus of measures  in  the 

Swedish test sites is on energy efficiency. In Hammarby Sjöstad both building level and individual 

household data  is being collected. Additional sensors  to obtain high‐granularity electricity usage 

data and appliances usage profiles are being  installed, while also offering users control of some 

appliances through smart plugs. In Fårdala test site sensors and actuators to control the hydronic 

heating system are being installed and data streams for household electricity, domestic hot water 

Page 166: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 166 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

166 of 182 

and heating are being utilised. This will provide high quality data and assist with the implementation 

of the measures feasible for each test site, as outlined in Chapter 4 of this report.  

In Chapter 3, the energy systems in the Italian and Swedish test sites were analysed using energy 

system models and  their  latest available data. Thereby a particular emphasis was placed on  the 

potential for optimising the energy systems by employing thermal and electrical storage devices. To 

this end, energy system analysis tools including optimisation and simulation‐based approaches were 

employed to three of the four test sites.  

The purpose of the analysis in Trento was to determine the optimisation potential in the Italian pilot 

sites,  starting  from  the  existing  energy  infrastructure,  including  generation,  distribution  and 

demand aspects for electrical, thermal and transport sectors. A detailed energy flow model for the 

“Current Scenario”  is set up, based on hourly data received from  local stakeholder or specifically 

calculated for the CIVIS project.  

Starting from the “Current Scenario” additional local sustainable energy resources are investigated, 

in particular wood and solar PV. Both in CEIS and in CEDIS the local forest is managed in a sustainable 

way. There is an additional margin (+ 30.4 % in CEIS and + 35.5 % in CEDIS) to increase the use of 

local wood. Local PV availability is considerable both in CEIS and in CEDIS areas. 

Using EnergyPLAN + a multi‐objective evolutionary algorithm, several “Future Optimised Scenarios” 

are analysed, in order to identify possible solutions able to: 

Reduce annual energy cost (AC); 

Reduce the environmental impact (CO2‐emission); 

Allow a satisfactory technical regulation for the electric grid (Load Following Capacity, LFC); 

Increase local security through a greater energy independency (Energy System Dependency, 

ESD) 

As decision variables both the additional  implementation of existing technologies  (PV,  individual 

Page 167: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 167 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

167 of 182 

wood boiler) and the introduction of new ones (in CEIS&CEDIS: GSHP, electric cars; in CEIS: wood 

ORC  CHP;  in  CEDIS:  gas  SOFC mCHP,)  are  addressed,  as well  as  the  possibility  to  involve  local 

renewable resources (reducing fossil fuels). 

In terms of annual cost this study suggests consistent economical savings both in CEIS (from ‐4.8 % 

to ‐11.9 %) and in CEDIS (from ‐4.4 % to ‐8.6 %). It is also possible to both minimise energy cost while 

reducing CO2‐emission (from ‐28.1 % to ‐70.9 % in CEIS, from ‐24.3 % to ‐29.9 % in CEDIS). In other 

words, several energy scenarios that are greener and cheaper than the current one are possible. 

Also ESD is highly improved, these scenarios are able to import from ‐14 % to ‐20 % in CEIS and from 

‐16 % to ‐19 % in CEDIS fewer energy resources from outside. LFC in most cases is very close to the 

value of the "Current Scenario", ensuring electrical grid stability.  In CEIS and CEDIS the electrical 

resource mix of “Current Scenario” (local production + import) maintains its competitiveness also in 

“Future AC Optimised Scenarios”. While  the  introduction of wood CHP  in CEIS and gas mCHP  in 

CEDIS  appears  often  negligible,  increasing  PV  capacity  is  suggested  in  several  of  the  proposed 

scenarios. 

What  instead  is deeply transformed  is the thermal sector, first of all  individual oil and LPG boiler 

reach approximately zero capacity. In other words it is suggested to dismiss the actual oil and LPG 

individual boilers because  fuels cost are  too high compared  to other alternative energy carriers. 

What  gains  importance  is  instead  the  use  of  local  wood  (individual  wood  boiler  capacity  is 

maximised) and the electrification of the thermal sector (wide introduction of GSHP guarantee very 

cost effective scenarios).  In the proposed “CEIS Future AC Optimised Scenarios”  individual wood 

boiler covers 56‐73 % of heat demand (from 53 % of “Current Scenario”) while GSHP 20‐41 %; in the 

proposed  “CEDIS Future AC Optimised Scenarios”  individual wood boiler  cover 44‐49 % of heat 

demand (from 32 % of “Current Scenario”) while GSHP 37‐50 %. 

Concerning the transport sector, the number of introduced electric cars is almost negligible both in 

CEIS  and  CEDIS.  Indeed,  the  investment  necessary  to  replace  oil  cars  with  electric  cars  is 

Page 168: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 168 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

168 of 182 

economically unattractive in the current market conditions.  

However, annual  cost  is not always  the only parameter  considered.  Indeed, many  communities 

commit themselves to reach environmental targets (see for example the Covenant of Mayors): this 

study suggests several target scenarios with ambitious CO2‐emission reductions. In order to reach 

the highest values it is necessary to progressively increase the use of greener technologies (mainly 

PV, individual wood boiler, GSHP, electric cars), this leads to AC growth. 

Finally, ESD suggests which technologies can optimise the use of local energy resources and in which 

entity  we  can  rely  on  them.  This  study  suggests  several  target  scenarios  with  ambitious  ESD 

reduction. As  for CO2‐emission  reduction,  in order  to  reach  the highest values  it  is necessary  to 

progressively  increase the use of costly technologies (mainly PV, wood CHP, GSHP, electric cars), 

which leads to AC growth.  

The results could be further studied by the policy makers of the specific communities and finally an 

optimum scenario could be chosen. 

For the Swedish test sites, the focus was on Fårdala because for Hammarby Sjöstad no data was 

available at the time of producing this deliverable. An existing mixed integer linear program (MILP) 

for the optimisation of the capacity and dispatch of multi‐energy systems consisting of CHP, PV, 

boilers, thermal and electrical storage, was employed for this task. The main input parameters for 

the model, especially  the electricity and gas prices as well as  the demand profiles  for heat and 

electricity in households, were adapted to the Swedish case as far as possible. Furthermore, three 

typical residential buildings in Fårdala were differentiated based on their annual heat demand for 

space heating and hot water, a minimum, average and maximum case respectively. These three 

cases were optimised with the model with respect to the total annual costs for energy,  including 

heat and electricity, per household. In addition, a centralised case of heat supply was investigated, 

corresponding to one large centralised CHP unit, which provides all of the heat and electricity for 

Page 169: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 169 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

169 of 182 

the whole site (178 buildings). This roughly corresponds to the actual situation, the main difference 

being that the capacity and dispatch of the CHP unit is optimised by the model in this case and is 

not predetermined. In addition, the methodology developed in D2.1 for energy, CO2 and flexibility 

potential determination was applied to Fårdala. 

These  results  of  the  optimisation  for  Fårdala  indicate  that,  based  on  the  employed  data  and 

methodology,  the  current  system  is  the most optimal  in  terms of energy  supply  costs, primary 

energy consumption and CO2‐emissions. However, several  limitations of the methodology should 

be borne  in mind, as discussed  in detail  in Chapter 3, which could strongly affect this conclusion. 

Most  importantly,  it  is  recommended  to devote  further attention  to  the households within  the 

buildings and their behaviour, which has a strong but varied impact on energy consumption. Further 

work  should  also  focus  on  modelling  the  demand  side  within  the  households,  including  the 

occupants and measures such as building  insulation  that may reduce  the overall demand of  the 

building fabric.   

Chapter 4 examined the impact that individual energy efficiency and load shifting measures, on an 

appliance  level,  could have  in  reducing  the overall energy, power  and CO2‐consumption of  the 

households. A brief overview of some of the  literature  in the field of energy saving  interventions 

and dynamic pricing tariffs highlighted the difficulties in generalising results from different studies. 

Some common themes include the importance of targeted, as opposed to general, information, as 

well as its combination with other measures in order to be effective. This especially applies to the 

installation of smart meters and the required supervision of the affected households in using them. 

Appliance  ownership  and  use within  households  varies  largely,  especially  but  not  only  due  to 

socioeconomic  factors within  the household  such as  income, household  structure and age, and 

tenancy type (owner occupier, rented or other). In addition, a significant proportion of the energy 

demand in households is often unknown, i.e. cannot be allocated to specific appliances or energy 

service demands, which makes  influencing  it very difficult. Dynamic pricing trials have also found 

Page 170: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 170 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

170 of 182 

partly  diverging  results, with  indications  that  a  reduction  in  peak  demand  of  5‐10 % might  be 

possible with the right incentives.  

To  overcome  the  lack  of  data  regarding  energy  consumption  by  appliance  in  each  test  site, 

estimations were carried out based on the energy profiles within Italian and Swedish households. 

Two scenarios were considered: a conservative and an optimistic scenario. The optimistic scenario 

considers the adoption of more energy efficiency measures than the conservative scenario. For the 

150 families of each test site that will be directly involved in CIVIS project, the implementation of 

the measures could result in an electricity consumption reduction of about 12 % in the conservative 

scenario and about 18 % in the optimistic scenario. At thermal energy level, the implementation of 

the energy efficiency measures could result in a decrease of about 14 %. An analysis was also carried 

out on the energy consuming activities that have more potential to be shifted in order to assess the 

potential for load shifting, an important measure for the Italian test sites. Stand‐by and off‐mode of 

appliances were also analysed and they can have an important weight in the energy demand of a 

household, namely in the base load period. 

   

Page 171: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 171 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

171 of 182 

6 Appendix

6.1 Pilot site description

 

Table 51: CEIS area: Number of dwellings for age of construction and dwelling renovations with 

energy upgrading in the periods 1982‐1991 and >1991 

 

Table 52: CEDIS area: Number of dwellings for age of construction and dwelling renovations with 

energy upgrading in the periods 1982‐1991 and >1991 

 

< 19191919 ‐ 

1945

1946 ‐ 

1961

1962 ‐ 

1971

1972 ‐ 

1981

1982 ‐ 

1991> 1991 TOTAL

1982 ‐ 

1991> 1991

Bleggio 

Superiore58 175 84 88 92 54 39 591 72 159

Comano Terme 423 178 126 132 127 93 66 1,144 142 315

Dorsino 61 16 15 25 25 22 13 177 20 45

Fiavè 170 17 43 45 31 24 22 352 44 98

S.Lorenzo in 

Banale293 71 57 58 46 36 18 580 76 168

Stenico 209 74 45 39 53 45 35 500 60 134

TOT CEIS 

municipalities1,214 530 370 387 375 274 194 3,344 414 920

Municipality

Number of dwellings  for age of constructionNumber of dwelling 

renovations

< 19191919 ‐ 

1945

1946 ‐ 

1961

1962 ‐ 

1971

1972 ‐ 

1981

1982 ‐ 

1991> 1991 TOTAL

1982 ‐ 

1991> 1991

Storo  412 125 117 274 405 211 127 1,672 192 427

Bondone 29 1 26 86 117 66 32 358 37 83

Ledro (Tiarno 

di  Sotto)89 54 14 64 67 42 46 374 41 92

Ledro (Tiarno 

di  Sopra)67 86 45 55 94 108 80 535 50 111

Ledro 

(Bezzecca)53 45 18 40 52 46 40 294 30 67

TOT CEDIS 

municipalities650 311 220 520 736 472 325 3,233 351 780

Municipality

Number of dwellings  for age of constructionNumber of dwelling 

renovations

Page 172: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 172 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

172 of 182 

6.2 Investment cost, Lifetime, Fixed O&M cost

Technology  Unit Investment cost (KEuro) 

Lifetime % Fixed O&M Reference

Hydro  KWel 1.9 50 2.7 EnergyPLAN Database

PV  KWel 2.6 30 0.77 EnergyPLAN Database

Biogas  KWel 4  20 3.8 www.enama.it

Individual wood,  gas  and oil boilers 

KWth 0.588 15 2.10 EnergyPLAN Database

Individual GSHP  KWel 1.188 15 0.60 EnergyPLAN Database

Borehole  for GSHP 

KWel 3.2 100 0 www.anighp.it; www.rehau.com 

Individual  gas SOFC mCHP 

KWel 4.0 15 2.8 www.solidpower.com

Wood ORC CHP   KWel 6.7 15 1.45 [58] 

Fossil fuel car  car 9.450 15 0 www.fiat.it/punto

Electric car  car 18.690 15 5.5 www.nissan.it/Leaf

Table 53: Investment cost, lifetime, fixed O&M cost 

6.3 Variable O&M cost

Technology  Unit Variable O&M Reference

Hydro  €/MWh 1.19 EnergyPLAN Database

Wood ORC CHP  €/MWh 2.7 [58] 

Table 54: Variable O&M cost 

6.4 Generation efficiency

Technology  Efficiency Reference 

Individual wood boiler  Th = 0.75 EnergyPLAN Database

Individual gas boiler  Th = 0.9 EnergyPLAN Database

Individual oil boiler  Th = 0.8 EnergyPLAN Database

Individual GSHP  COP = 3.2 www.anighp.it 

Individual gas SOFC mCHP  El = 0.5, Th = 0.35 www.solidpower.com

Wood ORC CHP  El = 0.18, Th = 0.8 [58] 

Electric car  0.168 kWh/km www.nissan.it/Leaf

Table 55: Generation efficiency 

Page 173: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 173 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

173 of 182 

6.5 Fuel price and additional cost

Fuel  Price (€/MWh) Reference 

Oil & Diesel   145 dgerm.sviluppoeconomico.gov.it/dgerm

Petrol   181.29 dgerm.sviluppoeconomico.gov.it/dgerm

Gas  86 dgerm.sviluppoeconomico.gov.it/dgerm

Wood  35 www.aiel.cia.it 

Electricity import  Hourly price (average 61.58) Figure 59 

www.mercatoelettrico.org/it

Electricity export  Hourly price (average 61.58) Figure 59 

www.mercatoelettrico.org/it

Electricity  internal  use  additional  cost 

(Supply and sale + general system charges 

+ grid and metering cost + taxes – CEIS and 

CEdiS discount (15%)) 

106.27 www.autorita.energia.it, www.cedis.info, www.ceis‐stenico.it 

Table 56: Fuel price and additional cost 

 

Page 174: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 174 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

174 of 182 

 

Figure 59: Trend of the Italian electricity market in 2013 [59] 

 

   

Page 175: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 175 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

175 of 182 

6.6 Modelling CEIS “Future Optimised Scenarios”

 

Figure 60: CEIS: best 15 scenarios in terms of AC, comparison between “Current Scenario” (0) and 

“Future AC Optimised Scenarios” (1‐15) in terms of AC, CO2‐emission, LFC, ESD  

   

Page 176: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 176 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

176 of 182 

6.7 Modelling CEDIS “Future Optimised Scenarios”

 

Figure 61: CEDIS: best 15 scenarios in terms of AC, comparison between “Current Scenario” (0) and 

“Future AC Optimised Scenarios” (1‐15) in terms of AC, CO2‐emission, LFC, ESD 

 

Page 177: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 177 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

177 of 182 

7 References

[1]   www.ceis‐stenico.it/societa/default.asp [Online]. 

[2]   CEIS, Bilancio Sociale 2013. 

[3]   www.gse.it/it/azienda/pages/default.aspx [Online].  

[4]   www.homerenergy.com/software.html [Online].  

[5]   EU Commission ‐ Commercialisation of energy storage in Europe, Final Report, March 2015.

[6]   www.trenta.it/content/fuel‐mix‐maggior‐tutela. [Online].  

[7]   ISTAT ‐ Population Housing Census 2011. 

[8]   Servizio Statistica della PAT ‐ L’attività edilizia in Trentino (Anni 1980‐2012). 

[9]   Legge  ordinaria  del  Parlamento  n°373/76,  Norme  per  il  contenimento  del  consumo 

energetico per usi termici negli edifici.  

[10]   Legge 9 gennaio 1991, n. 10  ‐ Norme per  l'attuazione del Piano energetico nazionale  in 

materia  di  uso  nazionale  dell'energia,  di  risparmio  energetico  e  di  sviluppo  delle  fonti 

rinnovabili di energia.  

[11]   DECRETO  DEL  PRESIDENTE  DELLA  REPUBBLICA  2  aprile  2009,  n.  59  ‐  Attuazione  della 

direttiva 2002/91/CE sul rendimento energetico in edilizia.  

[12]   Decreto del Presidente della Repubblica 26 agosto 1993, n. 412  ‐ Regolamento  recante 

norme  per  la  progettazione,  l'installazione,  l'esercizio  e  la manutenzione  degli  impianti 

termici degli edifici ai fini del contenimento dei consumi di energia.  

Page 178: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 178 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

178 of 182 

[13]   ISTAT ‐ Population Housing Census 2011.  

[14]   http://hydstraweb.provincia.tn.it/web.htm?ppbm=T0414&rs&1&df. [Online].  

[15]   www.statweb.provincia.tn.it/indicatoristrutturalisubpro/?q=riscaldamento [Online].  

[16]   www.aci.it/laci/studi‐e‐ricerche/dati‐e‐statistiche/open‐data.html [Online].  

[17]   Unione Petrolifera Italiana ‐ Annual Report 2014. 

[18]   Skinner,  van  Essen,  Smokers,  AEA  ‐  EU  Transport  GHG:  Routes  to  2050?  Towards  the 

decarbonisation of the EU’s transport sector by 2050, 2010. 

[19]   www.cedis.info/chi‐siamo/storia/ [Online].  

[20]   CEDIS, Bilancio Sociale 2013. 

[21]   EU Commission ‐ Commercialisation of energy storage in Europe, Final Report, March 2015.

[22]   Maya‐Drysdale, D. ; Hansen, K., Aalborg University Copenhagen ‐ 100% Renewable Energy 

Systems in the Scandinavian Region, 04 June 2014. 

[23]   Fernandes,  L.;  Ferreira,  P.,  University  of  Minho  Center  for  Industrial  and  Technology 

Management ‐ Renewable energy scenarios in the Portuguese electricity system.  

[24]   Alagialoglou, N., Aalborg University ‐ Evaluation of Heat Pumps and Electric Vehicles for the 

Integration of Wind Power in a Future Energy System in Denmark, June 2011. 

[25]   Lund, H.; Münster. E., Modelling of energy systems with a high percentage of CHP and wind 

power, November 2003.  

[26]   Lund, H., Electric grid stability and the design of sustainable energy systems, 2005.  

Page 179: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 179 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

179 of 182 

[27]   Meiere, I.; Bažbauers, G., Sustainability Analysis of Innovative Transport System, 2011.  

[28]   Franco,  A.;  Salza,  P.,  Strategies  for  optimal  penetration  of  intermittent  renewables  in 

complex energy systems based on techno‐operational objectives, 2011.  

[29]   Lund, H., Excess electricity diagrams and the integration of renewable energy, 2007.  

[30]   Lund, H., EnergyPLAN, Advanced Energy System Analysis Computer Model, Documentation 

Version 12, January 2015. 

[31]   Connolly, D., Finding and Inputting Data into the EnergyPLAN Tool, Version 4.5, 24 January 

2013. 

[32]   Deb, K.; Pratap, A.; Agarwal, S.; Meyarivan, T.,  "A  fast and elitist multiobjective genetic 

algorithm: NSGA‐II," Evolutionary Computation, IEEE Transactions on, vol. 6(2), 2002. 

[33]   Zitzler, E.;  Laumanns, M.; Thiele,  L.,  SPEA2:  Improving  the  Strength Pareto Evolutionary 

Algorithm, 2001. 

[34]   Zhang,  Q.;  Li,  H.,  MOEA/D:  A  Multiobjective  Evolutionary  Algorithm  Based  on 

Decomposition, Evolutionary Computation, IEEE Transactions on, vol. 11.6, 2007. 

[35]   Programme, IPCC National Greenhouse Gas Inventories ‐ 2006 IPCC Guidelines for National 

Greenhouse Gas Inventories. 

[36]   Browning, S., Future Power Systems, January 2015.  

[37]   Dip. Territorio Ambiente  Foreste, Agenzia provinciale per  le  risorse  idriche e  l'energia  ‐

Piano energetico‐ambientale provinciale (P.E.A.P.) 2013‐2020, Marzo 2013. 

[38]   www.covenantofmayors.eu [Online].  

Page 180: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 180 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

180 of 182 

[39]  Merkel, E.; McKenna, R.; Fichtner, W., Optimisation of  the capacity and  the dispatch of 

decentralised micro‐CHP systems: a case study for the UK, Applied Energy, 140, 120‐134, 

2015. 

[40]  Zimmermann, J.P., End‐use metering campaign in 400 households in Sweden ‐ Assessment 

of the Potential Electricity Savings, The Swedish Energy Agency, 2009. 

[41]  ENTSO‐E, Sweden statistics, 2015. 

[42]  Eurostat, Half‐yearly electricity and gas prices, second half of year, 2012–14, 2014. 

[43]  Energy Demand Research Project, Final Analysis, AECOM  Ltd., St. Albans, Hertfordshire, 

2011. 

[44]  DTE Energy, Smart Currents Dynamic Peak Pricing Pilot, Final Evaluation Report, August 

2014 

[45]  Schofield,  J.; Carmichael, R.; Tindemans, S.; Woolf, M.; Bilton, M.; Strbac, G., Residential 

consumer responsiveness to time‐varying pricing, Report A3 for the “Low Carbon London” 

LCNF project: Imperial College London, 2014. 

[46]  Element  Energy,  Further  Analysis  of  the  Household  Electricity  Use  Survey:  Electrical 

appliances  at home:  tuning  in  to  energy  saving, Reference  475/09/2012,  Jason  Palmer, 

Nicola Terry, Tom Kane, Steven Firth, Mark Hughes, Peter Pope, Jacob Young, David Knight, 

Daniel Godoy‐Shimizu, Element Energy, Cambridge/London, 2013. 

[47]  Irish  Commission  for  Energy  Regulation,  Results  of  Electricity  Cost‐Benefit  Analysis, 

Customer Behaviour Trials and Technology Trials, Technical Report, May 2011. 

[48]  ODYSSEE: Energy Efficiency Database, available from: http://www.odyssee‐mure.eu/. 

Page 181: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 181 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

181 of 182 

[49]  Bertoldi, P.; Atanasiu B., Electricity Consumption and Efficiency Trends in European Union ‐

Status Report 2009. JRC Scientific and Technical Reports, European Commission, 2009. 

[50]  Bertoldi  P.;  Hirl,  B.;  Labanca  N.,  Energy  Efficiency  Status  Report  2012:  Electricity 

Consumption and Efficiency Trends in the EU‐27. JRC Scientific and Policy Reports, European 

Commission, 2012. 

[51]  Gardner G.; Stern P., The Short List: The Most Effective Actions U.S. Households Can Take 

to Curb Climate Change. Environment: Science and Policy  for Sustainable Development, 

2010. 

[52]  Ehrhardt‐Martinez, K., Changing Habits, Lifestyles and Choices: The Behaviours that Drive 

Feedback‐Induced Energy Savings. Renewable and Sustainable Energy Institute, University 

of Colourado. 

[53]  European Lamp Companies Federation  (ELC). The European  lamp  industry’s  strategy  for 

domestic lighting. Frequently asked questions & answers on energy efficient lamps. 

[54]  Palmer  J.;  Terry, N.; Kane  T.;  Firth  S.; Hughes M.; Pope P.;  Young  J.; Knight D.; Godoy‐

Shimizu, D., Further Analysis of the Household Electricity Use Survey. Electrical appliances 

at home: tuning in to energy saving. November 2013. 

[55]  KTH UNITN, FBK and REPLY. CIVIS Test Site Report Deliverable D7.1, February 2015. 

[56]  Topten.eu Best Products of Europe. Standby and off‐mode: Recommendations for policy 

design. February 2013. 

[57]  COMMISSION  REGULATION  (EC)  No  1275/2008  of  17  December  2008  implementing 

Directive  2005/32/EC  of  the  European  Parliament  and  of  the  Council  with  regard  to 

ecodesign requirements for standby and off mode electric power consumption of electrical 

Page 182: 2.1.pdf · FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 Deliverable 2.1 Page 2 / 182 2 of 182 Document technical details Document Number D2.1b Document Title Final Report

 

FP7‐SMARTCITIES‐2013 | ICT‐2013.6.4 | GA 608774 

Deliverable 2.1 

Page 182 / 182  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

182 of 182 

and electronic household and office equipment. 

[58]  Duvia, A; Guercio, A.; Rossi di Schio, C., Technical and economic aspects of Biomass fuelled 

CHP plants based on ORC turbogenerators feeding existing district heating networks, clean 

energy ahead TURBODEN, 2009. 

[59]  Energy Markets  Inspectorate,  "Energy Markets  Inspectorate,"  2014.  [Online]. Available: 

http://ei.se/en/.