Strumenti per le città resilienti

Rapporto sintetico
Strumenti per le città
resilienti
Progetto di ricerca a cura di Arup, RPA e Siemens
Sintesi per le istanze decisionali
Fra il 2000 e il 2012, le calamità naturali
– compresi i fenomeni climatici e
meteorologici, le emergenze sanitarie e
gli eventi sismici – hanno causato danni a
livello globale per un totale di 1,7 mila
miliardi di dollari americani (1,1 mila
miliardi di sterline inglesi). Tale cifra
include gli effetti diretti sulle
infrastrutture, la comunità e l'ambiente,
insieme alla riduzione della redditività
delle imprese e della crescita economica
nelle regioni colpite.1
La resilienza è la capacità delle persone,
delle organizzazioni o dei sistemi di
prepararsi preventivamente, reagire,
riprendersi e prosperare a fronte dei rischi
ambientali che si trovano ad affrontare.
Lo scopo è quello di assicurare la
continuità e il progresso della prosperità
economica, del successo imprenditoriale,
della qualità dell'ambiente e del
benessere umano, a dispetto delle
minacce esterne. In un mondo
globalizzato, solo le città più resilienti
resteranno economicamente competitive
e manterranno la capacità di offrire
opportunità attraenti per la crescita
imprenditoriale delle aziende, nonché di
adattarsi a condizioni in continuo
mutamento.
Questa relazione esamina i modi in cui
poter rafforzare la resilienza delle
infrastrutture urbane essenziali al fine di
preparare più efficacemente le città ai
principali rischi derivanti dai fenomeni
climatici e meteorologici2 e i benefici
complementari delle azioni di resilienza,
come ad esempio le prestazioni
ambientali, l'efficienza energetica, la
sicurezza, ecc.
La nostra ricerca si è concentrata sulle
infrastrutture fisiche connesse ai sistemi
dell'energia, dei trasporti, delle risorse
idriche e degli edifici. Questi sistemi sono
stati scelti perché su di essi si basano
molte altre attività e servizi urbani
essenziali, ivi comprese le misure
igienico-sanitarie, la risposta alle
emergenze, e la fornitura di cibo,
carburante e altri materiali. La nostra
ricerca prende in esame le soluzioni
tecnologiche sperimentate che è possibile
applicare alle città emergenti e a quelle
già esistenti, nonché le necessarie azioni
abilitanti e facilitanti da parte dei
responsabili politici, dei fornitori di servizi
pubblici e di altre parti interessate.
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La creazione di sistemi infrastrutturali
resilienti
La creazione di sistemi infrastrutturali
resilienti può richiedere modifiche su
larga scala per quanto riguarda le
modalità di pianificazione, progettazione,
gestione e manutenzione delle
infrastrutture. In molti casi, l'utilizzo di
tecnologie e strumentazioni
all'avanguardia può facilitare lo sviluppo
di sistemi con maggiori capacità di
resistenza e di reazione a impatti
improvvisi. Le tecnologie resilienti per i
sistemi dell'energia, dei trasporti, delle
risorse idriche e degli edifici hanno delle
caratteristiche in comune, ampiamente
supportate da servizi informatici e di
comunicazione all'avanguardia.
possibile grazie a più micro reti connesse
fra loro che possono funzionare insieme
oppure separatamente. Durante un
evento ad alto fattore di rischio, le micro
reti possono isolare gli utenti del servizio
locale dagli effetti di impatti che si
verificano altrove. La tecnologia
informatica è il fattore abilitante
fondamentale che consente ai fornitori
dei servizi di reindirizzare l'attività dalle
micro reti alle reti integrate e viceversa.
Oltre a contribuire alla resilienza, le
soluzioni di tipo locale possono anche
migliorare l'efficienza della fornitura di
acqua ed energia riducendo le perdite di
distribuzione.
Robustezza delle infrastrutture nuove e
di quelle resilienti
Le reti infrastrutturali resilienti devono
includere dei componenti che possano
continuare a funzionare in un ambiente in
costante mutamento. Tutti gli impianti
devono poter far fronte a venti più forti,
piogge più intense, temperature più
elevate, e altri agenti ambientali. Ciò
implica la necessità di migliorare le
caratteristiche tecniche dei nuovi
componenti dei sistemi (ivi comprese la
resistenza all'acqua e al calore) e di
effettuare analisi di sensitività nella fase
di pianificazione e progettazione, in
modo da poter tenere conto di condizioni
operative più estreme. E' inoltre
necessario rielaborare i sistemi di
gestione delle risorse al fine di garantire il
mantenimento di prestazioni accettabili.
Per quanto riguarda le reti, i gestori dei
servizi pubblici potrebbero prendere in
considerazione la possibilità di
ottimizzare la collocazione delle
infrastrutture nuove o ricostruite al fine di
ridurre l'esposizione ai rischi, inclusa la
possibilità di una collocazione sotterranea
o in altezza delle apparecchiature
fondamentali.
Miglioramento del monitoraggio e dei
controlli
Il monitoraggio e il controllo dei sistemi
sono supportati dal maggiore utilizzo
delle reti IT e degli apparecchi con esse
compatibili (quali i dispositivi e i sensori
di campo), incorporati nelle nuove
infrastrutture o aggiunti a quelle
preesistenti. Il miglioramento delle
capacità di monitoraggio e controllo di
tutte le infrastrutture può aumentare la
resilienza fornendo informazioni rapide e
dettagliate ai gestori dei servizi pubblici e
alle autorità cittadine in merito alle
condizioni operative e alle prestazioni.
Ciò può ridurre al minimo i cicli di
retroazione e i tempi di reazione,
consentendo la deviazione delle risorse
verso le zone di priorità e allo stesso
tempo limitando la perdita complessiva di
funzionalità del sistema. Inoltre, la
proliferazione di apparecchiature
informatiche nelle reti infrastrutturali
porta a una maggiore connettività fra i
sistemi. Con la maggiore capacità di
condivisione dei dati, le prestazioni
possono essere ottimizzate in tutti i
domini di rete della città.
Decentralizzazione
dell’approvvigionamento delle risorse e
delle reti di distribuzione
Le infrastrutture per l'energia, i trasporti e
le risorse idriche possono essere
progettate per funzionare sia come parte
di un sistema esteso che per rifornire una
comunità più circoscritta in modo
indipendente dalla rete generale. Ciò è
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La creazione di città resilienti
Da sole, le tecnologie non possono far
diventare resilienti le infrastrutture
urbane. Non vengono infatti adottate in
mancanza del clima giusto per gli
investimenti richiesti, e il potenziale
vantaggio che comportano non è
garantito a meno che gli operatori dei
sistemi non abbiano la preparazione
necessaria per utilizzare e agire in base
alle informazioni e ai dispositivi di
controllo che tali tecnologie possono
fornire. Cambiare le convenzioni sociali,
politiche ed economiche è fondamentale
per il successo delle iniziative volte a
rafforzare la resilienza delle città, tanto
quanto lo è migliorare la qualità delle
strutture fisiche. L'implementazione delle
soluzioni tecnologiche spesso richiede un
insieme di strumenti 'abilitanti' di portata
più ampia, che comprenda modifiche alla
pianificazione, alle politiche e alle
normative urbane; governance; sviluppo
delle conoscenze; e modelli di
finanziamento. Nessuno degli strumenti
di questo insieme può di per sé portare
alla resilienza, va invece adottata tutta
una serie di misure.
La pianificazione urbana e le politiche
di utilizzo del territorio possono
indirizzare lo sviluppo in modo da
proteggere le persone e le strutture dai
danni
Ogni città presenta dei limiti specifici alla
pianificazione connessi alla sua
topografia, ai modelli storici di crescita, ai
regimi di proprietà dei terreni, al valore
dei terreni. Delle 'norme' ben radicate
possono scoraggiare il cambiamento
attivo e ostacolare gli adattamenti
progressivi a condizioni esterne mutevoli.
Tuttavia, delle politiche di pianificazione e
utilizzo del territorio efficaci possono
ridurre le perdite, in termini di vite umane
e di proprietà, nel caso in cui si verifichi
un disastro ambientale. Buffer, normative
per l'edificazione, servitù, trasferimento
dei diritti di sviluppo, e zone in cui siano
vietate l'edificazione e la riedificazione
possono essere d'aiuto nel raggiungere
tale obiettivo. Può essere poco semplice
adattare le infrastrutture inadeguate o
con scarse prestazioni a dei criteri di
resilienza, e allo stesso tempo la
mancanza di spazio può essere d'ostacolo
alla ricollocazione o al rinnovamento
delle risorse a rischio.
Le procedure volte a favorire la resilienza
andrebbero adottate nelle politiche, nella
pianificazione e nell'edificazione in tutti i
distretti cittadini, al fine di garantire
l'aumento della resilienza in tutto il
territorio urbano e non solo in una data
comunità a spese di un'altra.
L'amministrazione dovrebbe adottare
un approccio globale alla gestione
della città
L'amministrazione deve adottare un
approccio globale, approfittando
dell'interdipendenza fra i settori mediante
una maggiore coordinazione e
comunicazione. La pianificazione
collaborativa dovrebbe essere una prassi
normale, e non solo una strategia per far
fronte a una crisi. Il processo decisionale
dovrebbe abbracciare tutte le discipline e
il progresso andrebbe monitorato
utilizzando dei parametri condivisi.
La collaborazione è importante nel corso
di tutte le fasi con cui si affronta una
calamità, dalla preparazione ai soccorsi,
alla ripresa e alla ricostruzione. Le diverse
parti di questo processo richiedono
capacità e conoscenze specialistiche
diverse, che si possono conseguire solo
con un approccio interdisciplinare.
Capacità e conoscenze migliori possono
aiutare le parti interessate a prevedere e
a riprendersi dalle situazioni di
emergenza.
Nel processo decisionale può esserci un
vuoto di informazione a molti livelli, da
quello dei vertici di governo fino a quello
delle singole famiglie. Le conoscenze e la
capacità di agire influenzano i tipi di
infrastrutture che una città è disposta o in
grado di adottare. Per ottimizzare la
selezione di nuove tecnologie ed
attrezzature, è necessario comprendere
appieno il rapporto di dipendenza di una
città con i suoi sistemi, l'interdipendenza
fra i sistemi, la convergenza e il
coordinamento a livello regionale.
I dati possono essere usati per fornire un
solido quadro probatorio per il processo
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decisionale. La preparazione e la reazione
ai rischi può essere ostacolata dalla
mancanza di dati e informazioni sulle
risorse a rischio. Se esistono, i dati sono
spesso settoriali e non facilmente
accessibili alle istanze decisionali a cui
sono necessari. Inoltre, i dati vengono
frequentemente travisati e ciò può
portare ad un loro utilizzo poco efficace.
La mancanza di prove fondate può minare
la fiducia del pubblico nelle
organizzazioni amministrative.
Nei casi in cui è richiesto un anticipo di
capitale, possono essere necessari
meccanismi di finanziamento innovativi
per supportare gli investimenti per la
resilienza, inclusi nuovi incentivi
economici e fonti di reddito, come
sovvenzioni, imposte e tariffe che aiutano
a conseguire ridondanza e flessibilità e a
ridurre il consumo.
Le città dovrebbero creare un punto di
smistamento dei dati per facilitare
l'identificazione e il monitoraggio delle
strutture, dei sistemi e dei luoghi esposti
ai rischi. Al punto di smistamento
andrebbero forniti i dati provenienti da
tutti i settori chiave e dalla comunità.
Sono necessari dei meccanismi di
finanziamento adeguati per supportare
gli investimenti nelle infrastrutture
resilienti
Le strategie per la resilienza delle città
richiedono dei finanziamenti sostenibili,
per investimenti sia di capitale sia
operativi. Ciò può costituire un obiettivo
particolarmente impegnativo se la città
ha un budget limitato, soprattutto nei
paesi a basso reddito.
Gli investimenti dovrebbero essere
valutati su periodi di tempo più lunghi per
conformarsi al ciclo di vita della maggior
parte delle infrastrutture. In tal modo, le
decisioni relative agli investimenti
terrebbero conto della portata
complessiva dei costi a breve termine e
dei vantaggi a lungo termine. Gli
stanziamenti del budget dovrebbero dare
priorità agli investimenti che accumulano
il numero maggiore di vantaggi nel lungo
periodo, sulla base sia delle condizioni
presenti che di quelle previste per il
futuro. Ove possibile, i criteri di resilienza
andrebbero anche integrati con le normali
procedure di manutenzione e
miglioramento della qualità della città, in
tal modo evitando completamente il
bisogno di giustificare investimenti di
progetto insoliti.
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New York: aumentare la resilienza della rete
elettrica
La città di New York è un'icona
internazionale, che offre un contesto
attraente per le aziende e i residenti. La
città ha un'identità ben consolidata quale
centro imprenditoriale globale; un nodo
di scambi commerciali, fortemente
connesso al commercio e all'industria di
tutto il mondo.
Tuttavia, questa grande forza va di pari
passo con una grande vulnerabilità.
Nell'ottobre del 2012, nel giro di poche
ore con l'uragano Sandy si sono abbattuti
sulla città venti d’intensità fino a 85
miglia all'ora (38 m/s) e un moto ondoso
massimo di 9 piedi (2,7 metri), aggiuntasi
ad un'alta marea che ha raggiunto i 5
piedi (1,5 metri). La tempesta ha
provocato una diffusa perdita di corrente
ai residenti e alle aziende nella regione
metropolitana, facendo concentrare
rapidamente New York City su dei bisogni
davvero primari.
Abbiamo effettuato un esame ad alto
livello dei punti deboli della rete elettrica
di New York e delle misure che si
potrebbero adottare per mitigare i rischi.
Abbiamo analizzato l'impatto di quattro
tipi di pericoli naturali (siccità, ondata di
caldo, vento e alluvione) sulla
generazione, la trasmissione e la
distribuzione di elettricità, al fine di
comprendere come.
Dall'analisi dei pericoli per la rete,
abbiamo sviluppato una serie di opzioni
di investimento.
Rendere le attrezzature più robuste
Nel breve periodo, le tecnologie che
favoriscono la robustezza saranno
essenziali. Le misure protettive includono
interventi per rendere le sottostazioni
resistenti alle alluvioni e impermeabili,
l'installazione di apparecchiature
sommergibili, la collocazione di linee
aeree cruciali sotto terra, l'aggiunta di
coperture idrorepellenti sulle linee aeree,
e l'installazione di tecnologie salva
fusibile.
I programmi di "demand-response" sono
dei programmi volontari che prevedono
incentivi e sono avviati dal servizio
pubblico contattando il cliente ma vi sono
grandi possibilità a livello degli edifici con
i sistemi di Advance Metering
Infrastructre (AMI) e Energy Management
Systems (EMS) per la tecnologia di
"demand-response" automatizzata via
internet.
Sviluppo di una rete intelligente (smart
grid) per avere maggiore flessibilità e
reattività
Nel medio periodo, investire in un sistema
AMI fornirà informazioni dettagliate in
tempo reale per facilitare la gestione della
rete elettrica dinamica. Gli smart meters
(contatori intelligenti) comunicano con
una serie di sistemi di controllo utente, e
comunicano in modo sicuro e affidabile le
informazioni sulle prestazioni, i segnali di
prezzo e i dati dei clienti al servizio
pubblico.
L'automazione distribuita dei sistemi
integrerà le tecnologie intelligenti e
fornirà una funzione di monitoraggio e
controllo per consentire l'ottimizzazione
delle prestazioni del sistema. Gli
alimentatori e i relé intelligenti, i
dispositivi di controllo della
tensione/tensione reattiva (VAR,
voltampere reattivo3), e gli interruttori
automatizzati sono fondamentali per
consentire tale funzione.
Nel lungo periodo, investimenti come il
maggiore utilizzo della generazione
distribuita, Automated Demand
Management (ADM, gestione
automatizzata della domanda) - che
connette gli edifici alla rete e riduce il
carico di rete spegnendo
automaticamente i dispositivi non
essenziali - e le tecnologie vehicle-to-grid
(V2G) renderanno la rete più resiliente
incrementando la diversità della fornitura,
creando capacità di sistema nei momenti
di massima domanda, e consentendo
modalità flessibili di immagazzinamento
dell'energia.
Estensione dei programmi per la
riduzione della domanda di elettricità
al fine di ridurre la richiesta di punta e
la congestione della rete
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Vantaggi economici per la città di New
York
Abbiamo sviluppato un'analisi economica
per dimostrare le opportunità di
investimento nelle tecnologie che
rafforzano la resilienza e aiutano a gestire
il rischio migliorando la robustezza, la
ridondanza, la reattività, la flessibilità e la
diversità della rete, aumentando al
contempo la capacità e l'efficienza nei
periodi di normale utilizzo.
La nostra analisi ha fornito una proiezione
di costo compresa fra 350 e 450 milioni di
dollari americani (225-290 milioni di
sterline inglesi) ogni tre anni, sulla base
dei danni causati da eventi recenti e dalla
proiezione della loro frequenza futura.4
Se sarà questo lo scenario prevalente, la
città e i contribuenti pagheranno fino a 3
miliardi di dollari americani nel corso di
20 anni solo per la riparazione dei danni.
La soluzione più semplice per evitare
questi costi è aumentare la robustezza
delle infrastrutture. Si possono
implementare in tempi relativamente
rapidi le misure di protezione dal vento e
dalle alluvioni per le risorse critiche (entro
tre anni con una tempistica accelerata)
con un costo sui 400 milioni di dollari
americani (258 milioni di sterline inglesi).
L'implementazione di tali misure
dovrebbe ridurre i costi di riparazione e
reattività nei prossimi 20 anni di circa 2
miliardi di dollari americani (1,3 miliardi
di sterline inglesi).
Si tratta di un costo considerevole, ma
questi investimenti dovrebbero
determinare:
• Un numero inferiore di interruzioni
dell'alimentazione elettrica e maggiore
affidabilità per il servizio pubblico e il
cliente
• Un numero ridotto di perdite di
trasmissione e distribuzione, con
conseguenti riduzioni del costo del
sistema
• Minore necessità di capacità di
generazione aggiuntiva grazie a una
migliore efficienza dell'energia del
sistema
• Minori disagi agli utenti prioritari,
inclusi i servizi medici e di emergenza, le
aziende e l'industria
• Riduzione delle emissioni di gas serra e
altri inquinanti
• Il mantenimento della capacità della
città di conservare la propria
competitività su scala globale
Il valore finanziario di questi benefici può
raggiungere i 4 miliardi di dollari
americani (2.6 miliardi di sterline inglesi)
(in verde nel grafico alla voce
‘Investimento Totale’).
Tuttavia, gli investimenti per la robustezza
forniscono solo una soluzione protettiva
che al meglio può ridurre i costi. Al
contrario, un investimento totale nella
protezione, insieme a soluzioni
infrastrutturali più intelligenti, non solo
ridurrà l'impatto degli eventi futuri, ma
determinerà anche dei benefici aggiunti a
lungo termine per la città, i residenti e le
aziende. In un ambizioso programma di
investimento dodecennale, gli enti e i
servizi pubblici della città dovranno
spendere circa 3 miliardi di dollari
americani (1,9 miliardi di sterline inglesi).
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Bibliografia
1
United Nations International
Strategy for Disaster Reduction,
2012 (Strategia internazionale
per la riduzione dei disastri delle
Nazioni Unite, 2012)
http://www.unisdr.org/we/inform
/disaster-statistics
2
I rischi dovuti all'attività
dell'uomo, come il terrorismo, la
crisi economica e gli attacchi
informatici non rientrano
nell'ambito di questa ricerca, ma
dovrebbero far parte di una
strategia generale per le città
resilienti. Bisogna notare che i
benefici derivanti per le città
dalle infrastrutture resilienti si
estendono anche ai disastri e
agli incidenti causati dall'uomo.
Il concetto di resilienza consente
pertanto alle città di avere un
approccio integrato a tutti i tipi
di rischi.
3
I dispositivi di controllo della
tensione reattiva aiutano gli
alimentatori di distribuzione a
mantenere una tensione
accettabile lungo tutti i punti
dell'alimentatore e a mantenere
la potenza. Il VAR è molto
importante per ridurre le perdite
di trasmissione.
4
Con Edison offre dei piani per la
protezione degli utenti e dei
sistemi energetici da
precipitazioni molto forti, Con
Edison Media Relations, 25
gennaio 2013
Communications and Government Affairs
Siemens Italia
Viale Piero e Alberto Pirelli 10,
20126 Milano
Italia
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