Tecnología de apoyo a la eficiencia energética.

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1 PROGRAMA INNPRONTA 2011 Nº IDENTIFICACIÓN EXPEDIENTE: IPT ACRÓNIMO DEL PROYECTO: CIUDAD2020 Tecnología de apoyo a la eficiencia energética. RESUMEN DE DOCUMENTO Este documento presenta una recopilación y un análisis de las tendencias de uso de la energía tanto a nivel nacional como internacional. Copyright La presente documentación es propiedad del consorcio del proyecto Innpronta Ciudad2020, tiene carácter de confidencial y no podrá ser objeto de reproducción total o parcial, tratamiento informático ni transmisión de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, por fotocopia, registro o cualquiera otro. Asimismo tampoco podrá ser objeto de préstamo, alquiler o cualquier forma de cesión de uso sin el permiso previo y escrito del Comité de Dirección del consorcio del proyecto Innpronta Ciudad2020, titular del Copyright. El incumplimiento de las limitaciones señaladas por cualquier persona que tenga acceso a la documentación será perseguido conforme a ley.

2 ÍNDICE 1. Introducción Cursos online Sistemas de inteligencia energética Arquitectura genérica de un sistema de inteligencia energética Auditorías energéticas Sistemas de minería de realidad Perfiles de usuario Minería de datos Metodología CRISP-DM REFERENCIAS GLOSARIO DE FIGURAS ACRÓNIMOS PROYECTO INNPRONTA CIUDAD Página 2 de 15

3 TÍTULO DOCUMENTO Tendencias de consumo energético. FECHA DE ENTREGA ACTIVIDAD AUTOR/ES T2.5.2 Julio Villena Román (Daedalus) CONTRIBUIDOR/ES - Sara Villanueva Rosa (GSI/UPM) FECHA VERSIÓN COMENTARIOS 1.0 Versión inicial PROYECTO INNPRONTA CIUDAD Página 3 de 15

4 1. INTRODUCCIÓN Las TIC pueden ser una herramienta muy versátil para el objetivo de la eficiencia energética. Podemos ir un paso más allá de meramente presentar la información, y elaborar cursos online para que la información se convierta en conocimiento de forma más sencilla, o implementar sistemas de inteligencia energética para el ciudadano. 2. CURSOS ONLINE Desde el IDAE se ha lanzado una plataforma de cursos online para el ciudadano. Esta plataforma, de nombre Aprende a ahorrar energía [4], ofrece cursos orientados al ahorro de energía en varias facetas de la vida del ciudadano (mientras trabaja, con sus electrodomésticos, conduciendo de manera eficiente, y en lo que respecta a la calefacción y al ACS, tanto en instalaciones individuales como en comunidades de vecinos). Estos cursos ofrecen una visión muy pragmática de cada faceta, con consejos sobre uso eficiente, mantenimiento y características a tener en cuenta en la vida diaria de la ciudadanía. La realización de cada curso, con material multimedia, está estimada en 2 horas, y después de eso hay que completar un test con preguntas relacionadas con el temario. A pesar de que es una iniciativa muy interesante, sería necesario concretar las recomendaciones para cada tipo de ciudadano. Hay un intento de llevar esto a cabo con los dos cursos relacionados con la calefacción y el ACS, ya que uno va orientado a personas que viven en bloques de pisos donde esto está controlado por la comunidad de vecinos y el otro no. Aunque este intento es loable, sería mucho más interesante generar recomendaciones personalizadas teniendo en cuenta más facetas del usuario del sistema. 3. SISTEMAS DE INTELIGENCIA ENERGÉTICA 3.1. ARQUITECTURA GENÉRICA DE UN SISTEMA DE INTELIGENCIA ENERGÉTICA Para elaborar un sistema de inteligencia energética, primero hay que analizar todas las políticas disponibles en el campo de eficiencia energética en los distintos aspectos en los que el ciudadano puede influir. En todas las guías de eficiencia energética, que revisan las necesidades concretas de cada región y describen formas para optimizar el consumo energético en dichas áreas, las políticas de ahorro energético son descritas de una forma textual y difusa en las referencias de base, por lo que es necesario realizar un proceso de normalización consistente en las siguientes fases: PROYECTO INNPRONTA CIUDAD Página 4 de 15

5 Identificación de las principales características o conceptos referenciados. Selección de aquellos conceptos que, por su grado de ocurrencia o por su naturaleza, han sido considerados relevantes. Normalización de conceptos para poder describir todas las políticas de forma homogénea. Compleción de aquellas políticas carentes de información asociada a uno o varios conceptos o que aunque disponiendo de ella, ésta se encontraba formulada de forma ambigua o imprecisa (el coste implicado normalmente es un factor que depende del mercado, no oficial, y por tanto muy variable). Una vez finalizado el proceso de compilación de información, análisis, normalización y compleción, deberá definirse un modelo de datos capaz de describir políticas, conceptos y semántica existente ellos. Finalizada la fase de modelado de datos, el siguiente paso es diseñar un motor que, dado un escenario energético a auditar (basado en un conjunto de políticas de actuación válido con respecto al modelo de datos definido), proporcione recomendaciones sobre las diferentes alternativas para reducir el consumo energético del ciudadano (en su hogar, en el trabajo, en su uso del transporte ). Para que el motor de recomendaciones pueda actuar necesita, además de una base de conocimiento que contenga las diferentes políticas de aplicación y sus correspondientes funciones de coste de implantación y de ahorro energético, información sobre la configuración actual de la infraestructura sometida a auditoría (su hogar, su puesto de trabajo, su medio de transporte ). Imagen 1.- Arquitectura del sistema de auditoría energética PROYECTO INNPRONTA CIUDAD Página 5 de 15

6 Atendiendo a ello, la estructura del sistema sería la siguiente (ver Imagen 1): Captura de información sobre la situación actual de diferentes elementos estructurales y/o conductuales que determinan el consumo de la infraestructura bajo estudio. Elemento funcional que a través de una interfaz gráfica de usuario basada en web y, atendiendo al conjunto de políticas a aplicar, permitirá modelar el consumo actual del ciudadano mediante un sistema basado en un cuestionario. Generación de recomendaciones a partir de las políticas definidas y la situación actual de la infraestructura bajo estudio. Servicio web basado en XML que posibilitará la aplicación del motor de recomendaciones, con independencia del agente de usuario utilizado para la generación del documento de entrada con el consumo actual del ciudadano. Presentación de las recomendaciones generadas por el servicio web. Elemento funcional que a través de una interfaz gráfica de usuario basada en web, presentará las recomendaciones proporcionadas por el servicio web. El objetivo es analizar el comportamiento energético del ciudadano atendiendo a diferentes conceptos de consumo, y sugerir a los administradores diferentes actuaciones para optimizar dicho comportamiento minimizando el consumo AUDITORÍAS ENERGÉTICAS La forma tradicional de conseguir este objetivo es la realización de una auditoría energética. Las auditorías energéticas son estudios integrales mediante los cuales se analiza la situación energética en un edificio, comparando cambios, acciones y modificaciones con el objeto de obtener un conjunto armónico y óptimo de soluciones que lleven a un gasto energético menor con una mejora de los servicios prestados, una mayor durabilidad de los equipos y un aumento en la sensación de confort del usuario. Todo el procedimiento de auditoría energética se llevará a cabo prestando la máxima atención al impacto ambiental potencialmente producible y siempre actuando y proponiendo soluciones de acuerdo a la normativa vigente. Las auditorías energéticas tienen como fin facilitar una solución total a una instalación global, de modo que se entiende que la manera más eficiente de realizar las mismas es concibiendo y tratando al edificio o centro como un único sistema consumidor de energía. Desde estas líneas se pretende desterrar la idea, comúnmente utilizada, de parcelar estancamente zonas e instalaciones del edificio, dando soluciones parciales a las mismas, pues el hecho de realizar un tratamiento global permite una solución que, en la mayoría de los casos, será más eficiente que la obtenida por estos otros métodos individualizados. Esta optimización en el uso de los recursos energéticos a la que lleva la correcta ejecución de las soluciones propuestas en una auditoría energética, se traducirá en una instalación más eficiente, respetuosa con el medio ambiente y, evidentemente, de menor consumo. Esto significa un ahorro económico en el gasto de la instalación, siendo éste quizá el aspecto más relevante para el ciudadano. Una auditoría energética ha de sustentarse en una serie de pilares fundamentales que se exponen a continuación: PROYECTO INNPRONTA CIUDAD Página 6 de 15

7 Introducción y/o aumento en la utilización de fuentes de energía renovables. Sustitución de fuentes de energía obsoletas o con sistemas de funcionamiento con baja eficiencia. Estudio detallado de las edificaciones, prestando especial atención a su envolvente y a los aislamientos térmicos. Estudio de las instalaciones y equipos existentes, realizando mediciones y registros de sus parámetros principales de funcionamiento. Evaluación de los parámetros térmicos, eléctricos y de confort. Correcta gestión de residuos y posible aprovechamiento de los mismos. Análisis del entorno ambiental, introduciendo soluciones de arquitectura e ingeniería bioclimática. Estudio de técnicas alternativas a las utilizadas en producción de energía. Análisis económico de las soluciones propuestas así como del ahorro energético y monetario conseguido. Una auditoría, aunque es necesaria en edificios con un consumo energético muy alto (instalaciones muy antiguas o muy mal conservadas), es un proceso largo y costoso. Es necesaria una alternativa para ciudadanos que quieren optimizar su consumo de energía pero no pueden hacer frente al desembolso económico que supone una auditoría presencial. En este caso, tenemos una alternativa: las auditorías energéticas autónomas. Las auditorías energéticas autónomas son un equivalente menos eficiente y exhaustivo (pero también menos costoso) a las auditorías energéticas presenciales. Suelen tener la forma de cuestionarios web, en los que se recoge información acerca del establecimiento, su construcción, su entorno Después se plantean determinadas preguntas relacionadas con formas de optimizar el consumo energético, y dependiendo de las respuestas del usuario, el sistema ofrece opciones más eficientes. Algunas auditorías autónomas están definidas por empresas de eficiencia energética. Son, en primera instancia, para consumir productos de la empresa en cuestión, y paralelamente pueden servirnos para ahorrar energía. En el caso de Schneider Electric 1, la aplicación online que ofrece está orientada básicamente para ofrecernos sus productos de monitorización de consumo. Esto puede ayudarnos, porque saber cuánto consumimos nos puede llevar a intentar ahorrar energía, pero no es una medida de optimización del consumo en sí misma. 1 PROYECTO INNPRONTA CIUDAD Página 7 de 15

8 Este campo, a pesar de ser muy útil, es un campo por explotar. Un sistema de auditoría energética autónomo, que fuera completo y ofreciese soluciones eficientes, sería un complemento ideal para preparar el terreno para una auditoría presencial, y reduciría la frecuencia en que las auditorías presenciales son necesarias para un consumo de energía óptimo. Investigando en el campo de las auditorías energéticas autónomas, se puede ver que falta un sistema completo, con recomendaciones de eficiencia energética a sugerir y con opciones para encarar los problemas de derroche de energía que los ciudadanos estén padeciendo. Otra de las soluciones, complementaria a la auditoría, es un sistema de minería de realidad SISTEMAS DE MINERÍA DE REALIDAD Minería de la realidad (en inglés, reality mining) es la colección y el análisis de los datos sobre el entorno tomados por un sistema automático que están relacionados con el comportamiento social humano, y que tiene por objetivo identificar patrones predecibles de comportamiento. Los estudios de minería de realidad sobre interacciones humanas que se basan en el uso de dispositivos inalámbricos, tales como teléfonos móviles y sistemas GPS, proporcionan una imagen más precisa sobre qué hace la gente, a dónde van, con quién se comunican que, por ejemplo, otras fuentes más subjetivas como la información que pueda proporcionar la persona en cuestión a través de una encuesta. La minería de la realidad es un aspecto del análisis de huella digital (digital footprint). En este contexto, se aplicaría a analizar qué acciones humanas afectan al comportamiento energético y cómo se puede modificar dicho comportamiento para mejorar la eficiencia en el uso y consumo de la energía Perfiles de usuario El objetivo principal de un sistema de minería de la realidad es elaborar un modelo sobre el perfil del usuario. Un perfil es una descripción de una persona, la cual incluye los hechos más importantes o destacables sobre la misma. En el contexto del PT2 de Ciudad2020, este perfil caracterizaría al usuario desde el punto de vista energético. Para construir un perfil de usuario, la información puede ser obtenida de forma explícita, es decir, directamente proporcionada por el mismo usuario, o implícita, mediante la observación de sus acciones. La forma más sencilla de obtener información sobre un usuario es mediante los datos que el mismo usuario introduce en la plataforma, ya sea mediante formularios o cualquier interfaz diseñada de forma específica para obtener cualquier dato en particular. Existen varios problemas relacionados con la información explícita del usuario. Los usuarios generalmente no están dispuestos a proporcionar información rellenando formularios, y además pueden mentir. Por estos motivos, el método más utilizado para obtener información sobre los usuarios es mediante la observación de sus acciones, grabando o elaborando un log, para descubrir patrones mediante técnicas de aprendizaje máquina o minería de datos. En el caso del ciudadano, esta información puede venir del uso de PROYECTO INNPRONTA CIUDAD Página 8 de 15

9 su tarjeta de transporte, los movimientos en su cuenta de usuario de alquiler de bicicletas o la monitorización de su consumo en el hogar, por ejemplo. Para aprender datos relevantes sobre un perfil de usuario a partir de sus acciones, el comportamiento del usuario tiene que ser repetitivo (éste debe llevar a cabo las mismas acciones bajo condiciones similares en diferentes momentos). Si no hay repetición, no puede descubrirse ningún patrón. Además, el comportamiento observado ha de ser diferente entre distintos usuarios. En caso contrario, no es necesario construir un perfil individual. Una característica clave del aprendizaje a partir de la observación, es que el sistema sea capaz de adaptarse a los intereses cambiantes del usuario, sus preferencias, hábitos y objetivos. Esta técnica de creación de perfiles de usuario debe ser capaz de adaptar el contenido del perfil de acuerdo a las nuevas observaciones Minería de datos Lo que conocemos actualmente como minería de datos no es más que uno más de los múltiples subprocesos que han de llevarse a cabo para la extracción del conocimiento (KDD: Knowledge Discovery from Databases). El KDD es un proceso iterativo e interactivo. Por un lado, las salidas de algunas de sus fases pueden ejercer como entradas de otras anteriores, haciéndose necesarias varias iteraciones en algunos casos para extraer conocimiento de alta calidad; por otra parte, se puede decir que se trata de un proceso interactivo, ya que es necesario que el usuario o un experto en el dominio del problema ayude en la preparación y validación de los datos de entrada y del conocimiento extraído [21]. Tal y como muestra la Figura 1, el proceso de KDD se organiza en cinco fases principales. PROYECTO INNPRONTA CIUDAD Página 9 de 15

10 Figura 1.- Fases del proceso KDD En la primera fase de integración y recopilación se determinan cuáles van a ser las fuentes de información, así como el método para obtenerlas. A continuación se hace necesaria una transformación de todos los datos a un mismo formato para resolver posibles inconsistencias. Esto se realiza generalmente mediante un almacén de datos que consigue unificar toda la información recogida, facilitando enormemente la navegación y visualización previa de los datos que contiene. De esta forma resulta sencillo identificar aquellos aspectos más interesantes. Dado que los datos pueden contener valores erróneos o inconsistentes se hace necesaria una fase de selección, limpieza y transformación de los mismos, en la que también se decide la estrategia a seguir con los datos incompletos. Además, se proyectan los datos para considerar únicamente aquellas variables o entradas que van a ser relevantes con el objetivo de facilitar en gran medida el proceso de minería (más adelante se abordará la problemática de manejar múltiples variables o características principales, así como el concepto de dimensionalidad). La selección incluye tanto una criba o fusión horizontal (filas / registros) como vertical (columnas / atributos). En la fase de minería de datos propiamente dicha, se decide cuál es la tarea a realizar (clasificación, agrupación, etc.) y se escoge el método a utilizar. PROYECTO INNPRONTA CIUDAD Página 10 de 15

11 En la fase de evaluación e interpretación se evalúan los patrones y se analizan por los expertos, y si es necesario se vuelve hacia atrás para realizar más iteraciones (esto incluye resolver conflictos detectados con el conocimiento del que se disponía anteriormente). Por último, en la fase de difusión, se hace uso del nuevo conocimiento desplegando en producción un sistema real. En un intento de normalización de este proceso de descubrimiento de conocimiento, de forma similar a como se hace en ingeniería software para normalizar el proceso de desarrollo software, surgieron dos metodologías principales: SEMMA y CRISP-DM. Ambas especifican las tareas a realizar en cada fase descrita por KDD, asignando tareas concretas y definiendo lo que es deseable obtener tras cada fase. En el artículo de Ana Azevedo y Manuel Filipe Santos [1], en el que ambas implementaciones se comparan, se llega a la conclusión de que, aunque se puede establecer un paralelismo claro entre ellas, CRISP-DM es más completo porque tiene en cuenta la aplicación al entorno de negocio de los resultados, y por ello es la que se ha adoptado en el modelado de la información energética del ciudadano en Ciudad METODOLOGÍA CRISP-DM Esta sección presenta un resumen de la filosofía de este modelo de trabajo que se describe en profundidad en el libro Guía paso a paso de Minería de Datos [2]. CRISP-DM (Cross Industry Standard Process for Data Mining) [3] proporciona una descripción normalizada del ciclo de vida de un proyecto estándar de minería de datos, de forma análoga a como se hace en la ingeniería del software con los modelos de ciclo de vida de desarrollo de software. El modelo CRISP-DM contiene las fases de un proyecto, sus tareas respectivas, y las relaciones entre estas tareas. En este nivel de descripción no es posible identificar todas las relaciones; las relaciones podrían existir entre cualquier tarea según los objetivos, el contexto, y el interés del usuario sobre los datos. La metodología CRISP-DM contempla el proceso de minería de datos como un proyecto profesional, estableciendo así un contexto mucho más rico que influye en la elaboración de los modelos. Este contexto tiene en cuenta la existencia de un cliente que no es parte del equipo de desarrollo, así como el hecho de que el proyecto no sólo no acaba una vez se halla el modelo idóneo (ya que después se requiere un despliegue y un mantenimiento), sino que está relacionado con otros proyectos, y es preciso documentarlo de forma exhaustiva para que otros equipos de desarrollo utilicen el conocimiento adquirido y trabajen a partir de él. CRISP-DM será la metodología a utilizar en el proyecto de minería de realidad relacionado con el perfilado energético del Ciudadano2020, y se explicará más en profundidad en documentación futura. PROYECTO INNPRONTA CIUDAD Página 11 de 15

12 REFERENCIAS [1]. Azevedo, Ana; Zantos, Manuel Filipe. KDD, SEMMA and CRISP-DM: a parallel overview [2]. Chapman, Pete (NCR); Clinton, Julian (SPSS); Kerber, Randy (NCR); Khabaza, Thomas (SPSS); Reinartz, Thomas (DaimlerChrysler); Shearer, Colin (SPSS); Wirth, Rüdiger (DaimlerChrysler). Step-by-step data mining guide [3]. CRISP-DM. [4]. IDAE. Aprende a ahorrar energía. BIBLIOGRAFÍA [5]. Greenpeace. Energía 3.0 Epígrafe 6: Sector transporte. [6]. Gas Natural Fenosa. Estudio de eficiencia energética en la PYME, edición pdfMinisterio de Industria, Energía y Turismo. La Energía en España [7]. Agencia Energética de Pamplona. Guía de Eficiencia Básica del Ciudadano. [8]. Agencia Energética de Pamplona. Sitio web. [9]. IDAE. Ciudad Sostenible. [10]. IDAE. La Conducción Eficiente. ATISE_ConduccionEficiente_A2005_A_f3817bad.pdf [11]. IDAE. Gestión de la movilidad urbana. ATISE_GestionMovilidad_A2005_ pdf [12]. IDAE. Guía práctica de la energía: consumo eficiente y responsable. _y_actualizada_a2011_01c2c901.pdf [13]. IDAE. Medidas de eficiencia energética y de fomento de las energías renovables en los Ayuntamientos de España. _A_12417a4c.pdf [14]. IDAE. Plan de Acción en.pdf [15]. IDAE. Plan de Acción de la Estrategia de Ahorro y Eficiencia Energética en España. ccion_ _ _con_tablas_pdf_acc_2936ad7f.pdf PROYECTO INNPRONTA CIUDAD Página 12 de 15

13 [16]. IDAE. Plan de Acción de Ahorro y Eficiencia Energética e6383b.pdf [17]. IDAE. Plan de ahorro de energía: 31 medidas. [18]. IDAE. Portal de Información al Ciudadano. e [19]. Ministerio de Industria, Energía y Turismo. La Energía en España [20]. Observatorio de la Sostenibilidad en España. Sostenibilidad pdf [21]. Orallo, H. Introducción a la Minería de Datos. Capítulo 2: El proceso de extracción del conocimiento [22]. Pérez Martínez, Pedro José; Monzón de Cáceres, Andrés. Consumo de energía por el transporte en España y Tendencias de Emisión. Universidad Politécnica de Madrid [23]. Secretaría de Estado de Energía, Desarrollo Industrial y de la Pequeña y Mediana Empresa del Ministerio de Economía. Estrategia de Ahorro y Eficiencia Energética en España (E4). rategia.pdf [24]. Sedigas (Asociación Española del Gas). Informe anual 2011, sección Entorno energético internacional. [25]. World Economic Outlook (WEO). Tensions from the Two-Speed Recovery: Unemployment, Commodities, and Capital Flows. International Monetary Fund. April [26]. WWF. Officinas eficientes. [27]. Plan de Intensificación del Ahorro y la Eficiencia Energética. 4 de marzo de MINETUR. PROYECTO INNPRONTA CIUDAD Página 13 de 15

14 GLOSARIO DE FIGURAS Figura 1.- Fases del proceso KDD PROYECTO INNPRONTA CIUDAD Página 14 de 15

15 ACRÓNIMOS AAE AEMA CA EED CRISP-DM CTE ECREEE IDAE MEDENER NEEAP NEEAP OLADE PAE4+ PIVE Plan SET PMUS PTT RITE SEAP Agencia Ambiental Europea Agencia Europea del Medo Ambiente Acción Concertada para la Directiva de Eficiencia Energética Cross Industry Standard Process for Data Mining Código Técnico de Edificación Centro Regional para las Energías Renovables y la Eficiencia Energética Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía Asociación Mediterránea de Agencias Nacionales de Energía National Energy Efficiency Action Plans National Energy Efficiency Action Plans Organización Latinoamericana de la Energía Plan de Acción de Eficiencia Energética Programa de Incentivo al Vehículo Eficiente Plan Estratégico Europeo de Tecnología Energética Plan de Movilidad Urbana Sostenible Plan de Transporte de Trabajadores Reglamento de Instalaciones Térmicas de los Edificios Sustainable Energy Action Plans PROYECTO INNPRONTA CIUDAD Página 15 de 15