ict for energy sectors reports - european...

222
October 2008 ICT for Energy Efficiency: Consultation Groups Sectors Reports

Upload: others

Post on 19-Jul-2020

1 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

 

   

October 2008 

ICT for Energy Efficiency: Consultation Groups Sectors Reports  

 

Page 2: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  2

 

Page 3: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  3

Page 4: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  4

Table of Contents 

1 ICT for Energy Efficiency in Smart Distribution Networks................................ 6 

2 ICT for Energy Efficiency in Manufacturing ...........................................................24 

3 ICT for Smart Buildings ...................................................................................................24 

4 Lighting & Photonic Technologies..............................................................................24 

5 ICT for clean & efficient mobility ................................................................................24 

6 ‘Restructuring’ by the innovative use of ICT..........................................................24 

 

Page 5: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  5

 

Page 6: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  6

1 ICT FOR ENERGY

EFFICIENCY IN SMART

DISTRIBUTION

NETWORKS  

Final Report;  25 September 2008 

Page 7: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  7

SUMMARY 

The  Power  sector  in  the  EU  in  2007  has  an  annual  turnover  of  about  400  b€ billion growing energy consumption to almost same amount as EU GDP growth. Global  Energy  demand  is  predicted  to  increase  60%  over  the  next  30  years. Without action,  the EU’s energy consumption  is expected  to rise by as much as 25%  by  2012,  which  would  increase  EU  emissions  despite  renewable  energy targets. EU Energy dependency could rise 50 to 70% by 2030. Getting from the energy inefficient present to the energy‐optimised future will be a major challenge. To begin with,  it will be expensive and costing to deploy the SmartGrids.  According  to  the  International  Energy  Agency,  1000  b€  by  2030 (average of 45 b€ a year representing a Capex of 11% based on 400 b€ annual turnover  of  the  Power  sector)  divided  equally  between  Generation  and Transmission and Distribution will need to be invested. Some $120 billion will be invested  in  Transmission  and  $413  billion  in  Distribution  networks  and  a conservative estimation of 20 b€ (based on 100 € per connection) will be spent on Data and information for Markets and regulations by 2030.  Utilities allocate 2%  to  6 %  (6%  being  in  exceptional  years  where  Market  openness  or  future SmartGrids  investments  would  require  intensive  ICT)  of  their  turnover  for  IT spending representing 8 b€ IT investment per year (2% of turnover) and 188 b€ by 2030 (2% of turnover), an increase of 12 b€ based on 6.7 % CAGR compared to 2008.  The  accelerated  usage  of  ICT  to  improve  Energy  Efficiency  will  require  more aggressive ICT investments by 2030 for markets and regulations estimated at 40 b€  (based  on  200  €  per  connection)  or  36  b€  (based  6%  of  turnover  IT spending).  According to Energy Insights forecasts, Total  IT spending (Hardware, Services and Software) for year 2008 in Europe will be 11.5 $US Billions and will reach 13.9 $US Billions in 2011. During these 3  years  CAGR  (Compound  Annual Growth  Rate)  will  be  6.7%,  slightly above  the  market  average.  Spending just for the Electricity sub‐industry will 

Trading12%

Shared Services / Other

40%

Retail13%Generation

10%

Distribution16%

Transmission/ Pipelines

9%

Source: Energy Insights, 2008 

Page 8: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  8

be about in 9.7 $US Billions in 2008.  Figure  1  shows  the  distribution  of  IT spending  in  2008  across  the  segment of  the  Utilities  value  chain.  Distribution  and  Retail  representing 29%  of  total  IT  spending  is  due  to customer  focus  and  market communication  following  the  market openness of July 1st 2007.  

F i g 1 : T o t a l U t i l i t i e s 2 0 0 8 , % I T S p e n d i n g b y l i n e o f b u s i n e s s

 ICTs, if directed to sustainable uses, could increase energy efficiency in all areas of  the  economy while  continuing  to  account  for  40%  of  Europe’s  productivity growth. ICT  sector  at  present  accounts  for  2%  of  global  emissions  (in  UK,  ICT  is responsible  for  up  to  20%  of  carbon  emissions  generated  by  Government offices). This is as much as civil aviation. The real gains from green ICT will come from developing energy efficient  solutions  that  impact  the other 98% of global emissions. ICTs are a contributor to global warming, but more importantly they are the key to monitoring and mitigating its effects. Since the Kyoto Protocol was adopted in late 1997, the number of ICT users has tripled globally. ITU stressed that  ICT  are  also  part  of  the  solution  to  climate  change,  and  could  help  curb emissions by anywhere between 15 and 40 %, depending on the methodologies used to come up with the estimates.  Smart  2020  study  has  estimated  that  Smart  Technology  could  reduce  Global emissions by 15%. Energy  generation  and  distribution  uses  one  third  of  all  primary  energy. Electricity generation could be made more efficient by 40% and its transport and distribution by 10%.  ICT  could make not only  the management of power grids more efficient but also facilitate the integration of renewable energy sources. The  three  energy  intensive  sectors  are:  power  grids‐  from  production  to distribution, buildings and lighting have a high potential for energy efficiency. In the near future new applications can be easily added into home and building automation to save energy. A bioclimatic house may provide energy savings up to 80 ‐ 90% compared to a conventional building. VTT Technical Research Centre of Finland has together with its European partners launched a thee‐year project to develop a platform which makes it possible to add energy saving applications into one’s home almost as simply as putting a sticker on a door Heating,  cooling  and  lighting  of  buildings  account  for  more  than  40%  of European energy consumption. ICT would, for instance, provide consumers real‐time  updates  on  their  energy  consumption  to  stimulate  behavioral  changes.  In 

Page 9: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  9

Finland, this smart metering encouraged consumers to increase energy efficiency by 7%. According  to  the French  regulator, CRE,  the  implementation of  Smart Metering they  recommended  would  increase  supplier  switch  capability  by  factor  10, decrease  non  technical  losses  by  50%  instead  of  2.5%,  decrease  residential consumption by 5% and decrease CO2 emissions by 5% instead of 0.5%. About 20% of world electricity is used for lighting. Changing to energy efficient light  bulbs  could  halve  today’s  energy  consumption  for  lighting  by  2025. Intelligent  light  bulbs, which  automatically  adjust  to  natural  light  and  people’s presence will have an even greater effect. Cities are considered a priority as they consume over 75% of the world’s energy and produce 80% of its CO2 emissions. U.S. Pacific Northwest National Laboratory teamed up with regional utilities and industry partners in the year‐long demonstration project (112 homeowners who participated in the Olympic Peninsula project received new electric meters) that found advanced  technologies which enable consumers  to be active participants in  improving  power  grid  efficiency  and  reliability.  The  power  use  reduced  15 percent during key peak hours.  In  the  future,  if  taken  in use nationwide means important savings  in building power plants and  transmission  lines.  In addition, consumers saved on average approximately 10 percent on their electricity bills. A  combination  of  demand  response  and  distributed  generation  reduced  peak distribution loads by 50 percent for days on end. Over the duration of the study, participants who responded  to  real‐time prices  reduced peak power use by 15 percent. It is easier to save energy if one can monitor the consumption as accurately and quickly as possible. Consumers need information that helps them to make more sensible use of energy. If we can save energy, we can see the benefit directly as lower energy bills. Moreover, we will slow down the climate change, according to the  Finnish  Environment  Institute  (SYKE)  who  launched  HEAT  (Household Energy  Awareness  Technologies),  a  joint  project  of  a  team  of  energy, environment  and  technology  experts,  is  developing  a  new method  to measure electricity  consumption  and  new  user  services  for  households  that  want  to improve their energy efficiency. According  to  Smart  2020  report,  reducing  T&D  losses  in  India’s  power  sector (SmartGrids  like)  by  30%  is  possible  through  better  monitoring  and management of electricity grids, first with smart meters and then by integrating more advanced ICTs  into the so‐called energy  internet. Smart grid technologies were the  largest opportunity  found in the study and could globally reduce 2.03 GtCO2e , worth $124.6 billion. The  consultation  group  “ICT  for  Smart  Distribution  Networks”  composed  of leading  specialists  from  the  Technology,  Communications  and  IT  European community  has  been  working  since  mid  of  June  2008  on  the  identification  of 

Page 10: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  10

Smart  Grids  ICT  technologies  impacting  energy  savings.  The  approach  was  to start  working  along  the  Energy  value  chain  from  Generation  to  Retailing  and Users  coming  up with  an  exhaustive  Portfolio  of  ICT measures  contributing  to Energy  Savings  (Fig.2).  Once  identified,  a  clustering  and  prioritization  of technologies  recommended  where  ICT  investments  need  to  increase  will conclude the study. 

Page 11: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  11

     

Infrastructure and Energy Value chain 

IT spending 

Technologies contributing to energy saving  Impact  on Energy Efficiency 

ICT  invest. Need  to increase 

Generation  10%  1. Forecasting & Portfolio management 2. Plant Predictive Maintenance 3. Aging infrastructure 4. Energy storage (electric cars ‐ all chain)  5. Adaptive generation 

1. ++ Infrastructure readiness (IR) 4. +++ 5. ++ 

 Medium 

Transmission  9%  6. Network stability and network losses  7. Black‐out management 8. Restoring management  9.  Aging  infrastructure  (network  lifecycle management) 10. Forecasting and Balancing demand‐supply 

6. +++ 7. IR 8. IR 9. IR  10. +++ 

 Medium 

Distribution  16%  11.Connection and integration of DG 12. Visibility of the distribution network 13. Micro‐grids 14. Aging infrastructure 15.Market communication 16.Forecasting and load balancing 17.Outage management 18.Power electronics 

11. +++ 12. IR 13. +++ 14. IR 15. ++ 16. +++ 17. IR 18. +++ 

 High 

Customer Communication (Metering)  

Distribution IT (EU) Retailing IT (UK) 

19. Standard and regulations  20. Performance in Telecommunications 21. Interoperability 22. End to End integration 23. Value added services   

19. IR 20. IR 21  IR 22. +++ 23. +++ 

 High 

Retailing  13% 

24. Demand Side Management 25. Selling innovative Energy services 26. Targeted contracts, tariffs and offers 27. Incentives  

24. +++ 25. +++ 26. +++ 27. +++ 

High 

Trading  12%  28. Portfolio, forecasting and Trading 29. Market Operator Exchange Platform 

28. +++ 29. ++ +  High 

Small  and Medium Users  Retailing IT 

30. Customer participation in consumption 31. Demand Response Management 32. Incentives 

30. +++ 31. +++ 32. +++ 

High 

Large Users  Retailing IT 

33.  Large  customers  participation  in  better energy management 34. Customer segmentation 35. Incentives  

33. +++ 34. +++ 35. +++  Medium 

Shared Services  40% 

36. Business Process Outsourcing 37. Procurement Marketplace 38. e‐Energy marketplace 39.  Shared  Services  for  Infrastructure management 40. Shared Services for Customer Services 

36. ++ 37. ++ 38. +++ 39. ++ 40. ++ 

Medium 

Fig 2 : “Exhaustive” list of SmartGrids ICT technologies impacting Energy Savings along the Value Chain 

Page 12: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  12

 It  was  agreed  to  cluster  and  prioritize  the  ICT  technologies  recommended  as follows: ICT clusters and priority of investments 

ICT Technologies related 

ICT for Smart Energy consumption processes (chapter 2) 

Generation Forecasting & Portfolio management 5.   Adaptive generation Customer Communication (Metering) 19. Standard and regulations  20. Performance in Telecommunications 21. Interoperability 22. End to End integration Customer to Utilities through Smart Meters 23. Metering and Energy based Value added services  Retailing 24. Demand Side Management 25. Selling innovative Energy services 26. Targeted contracts, tariffs and offers 27. Incentives Trading 28. Portfolio, forecasting and Trading 29. Market Operator Exchange Platform 

ICT for  Smart Small and Medium Users behavior Management (Chapter 3) 

30. Customer participation in consumption 31. Demand Response Management 32. Incentives 

ICT for Smart Large Users behavior Management (Chapter 4) 

38. e­Energy marketplace 39. Shared Services for Infrastructure management 40. Shared Services for Customer Services 

ICT for  Grid Infrastructure readiness (Chapter 5) 

Generation 2. Plant Predictive Maintenance 3. Aging infrastructure (Plant Lifecycle Management) Transmission 7. Black­out management 8. Restoring management  9. Aging infrastructure (network lifecycle management) Distribution 12.Visibility of the distribution network 14. Aging infrastructure 17.Outage management 

Breakthrough Industry Transformation (Chapter 6) 

Generation and all value chain 4. Energy storage (electric cars ­ all chain)   

Fig 3 : Clustering and prioritization of ICT investment technologies contributing to Energy Savings 

For each ICT technology cluster listed here above, description, current projects, measurable  and  quantifiable  benefits  and  clear  recommendations  to stakeholders are  illustrated  in  the next pages of  the  report  and  summarized  in Fig. 4. 

Page 13: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  13

ICT clusters and priority of investments 

Summary of Recommendations 

ICT for Smart Energy consumption processes (Chapter 2) 

European funded project : Build a European Standard business case for Smart Metering comprising best practices from existing projects Regulation authorities : Time of Use Metering and Billing (real consumption) mandatory in Europe European funded project : Development of Advanced Customer Value Added Services based on Smart Metering comprising Commission stating European target : Large scale penetration of Smart Metering to reach 100% penetration in 2015 European project : Home Energy controlling box (internet box like !) collecting real time consumption of household appliances and connected to the Smart Meters European harmonization and standardization group to be setup : Interoperability standards between metering suppliersSetup of a cooperation group Utilities and Telecommunications for joint research and regulations European project : investigate the opportunity for setting up a publicly available infrastructure for smart metering (versus PLC and GPRS) Standardization groups : Open standards for interoperability across the value chain Regulatory enablement for investment across the value chain 

ICT for  Smart Small and Medium Users behavior Management (Chapter 3) 

Standardization groups : Open standards for interoperability across the value chain Regulatory enablement for investment across the value chain 

ICT for Smart Large Users behavior Management (Chapter 4) 

European survey :  Comprehensive survey of European Demand‐Response pilots European project : Library of case studies across diversity of business customers (schools, grocery, stores, retail stores, private sector office buildings, warehouses, etc) to being more visibility to Utilities about Demand‐Response Standardization group : Automated Demand‐Response Communication Standards for C&I buildings Develop innovative incentives and business models to share benefits on Demand‐Response across various stakeholders European project : Technical feasibility of distributed, autonomous load control 

ICT for  Grid Infrastructure readiness (Chapter 5) 

Standardization groups : Open, agreed standards for integration of devices Regulatory enablement for investment across the value chain Interoperability standardization and market communication standards : for better coordination between Transmission and 

Page 14: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  14

Distribution systems European project : Research innovative technologies for minimizing network losses and improving network stability (KPIs : FACTS, WAMS,  Interoperability and integration standards : between technical SCADA systems and Business management systems 

Breakthrough Industry Transformation (Chapter 6) 

Regulation : promote the advancement of commercial PHEV Regulation : Promote renewable energy programs around carsRegulation : Push the creation of Time of use rate plans as incentive for PHEV Research : Contribute in funding pilot to study and field test PHEV research : create real‐time pan‐European ubiquitous micro‐mini billing infrastructure for PHEV (mobile payments) Regulatory : Change the regulatory framework to allow pan‐European ubiquitous micro‐payments and engage Telecoms and Banking Go to Market : Marketing campaign for PHEV Go to Market : Assistance in developing energy management capabilities for end users Go to Market : create ICT enabled energy efficiency standard indicators  

Fig 4 : Clustering and prioritization of ICT investment technologies contributing to Energy Savings  We recommend to invest in the following technologies: 

• ICT Studies, Business Cases, Surveys, Projects best practices, Go to Market required 

• Customer Communications (Smart Metering) • Demand Side and Demand Response Management and Real Time Pricing • Home Energy Controlling box (internet box like) • “Losses free” and Readiness of  Infrastructure Network to connect Large 

scale DG and RES • ICT readiness for “Mobile Electricity Consumers” (eg  PHEV) 

By implementing these recommendations, we estimate the significant benefits to be achieved (up to). This will depend on the stage of each EU country as well as the  success  to  combine  smart  processes  (like  Demand  response)  and  smart technologies (like Smart Meters) : 

• Peak load shaving : up to 50% • Consumer energy consumption reduction : up to 25% • Network losses reduction : up to 50% 

  

Page 15: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  15

 ICT Areas  

 Custering and Prioritization of Recommendations  

ICT for Smart Energy consumption processes  ICT for Smart Small and Medium Users behavior Management ICT for Smart Large Users behavior Management ICT for Grid Infrastructure readiness  ICT for Breakthrough Industry Transformation 

ICT Studies, Business Cases, Surveys, Projects best practices, Go to Market required European  funded  project  :  Build  a  European  Standard  business  case  for  Smart Metering comprising best practices from existing projects Library of case studies across diversity of business customers (schools, grocery, stores, retail stores, private sector office buildings, warehouses, etc)  to being more visibility  to Utilities about Demand‐Response (EU project) Assistance in developing energy management capabilities for end users Create ICT enabled energy efficiency standard indicators Comprehensive survey of European Demand‐Response pilots (EU survey) Customer Communications (Smart Metering) European Regulation  : Time of Use Metering and Billing (real consumption) mandatory in Europe Large scale penetration of Smart Metering to reach 100% penetration in 2015 Incentives for investments Standardization European  harmonization  and  standardization  group  to  be  setup  :  Interoperability  open standards between metering suppliers and end‐to‐end from customers to Utilities Telecom and Utilities Setup joint cooperation between Utilities Telecommunications Setup  up  a  publicly  available  infrastructure  for  smart  metering  (versus  PLC  and  GPRS)  (European project) Demand Side and Demand Response Management and Real Time Princing Standardization Automated Demand‐Response Communication Standards for C&I buildings Incentives  Develop innovative incentives and business models to share benefits on Demand‐Response across various stakeholders R&D Technical feasibility of distributed, autonomous load control Home Energy Controlling box (internet box like) Collecting  real  time  consumption  of  household  appliances  and  connected  to  the  Smart Meters (European project) “Losses free” and Readiness of  Infrastructure Network to connect Large scale DG and RES I.  European project : Research innovative technologies for minimizing network losses and improving network stability (KPIs : FACTS, WAMS, … European project : large scale connection of DG and RES to the Grid by 2020 (considering 20 to 50 % renewable capacity connected to the Grid) ICT readiness for “Mobile Electricity Consumers” (eg  PHEV) Regulation I.  promote the advancement of commercial PHEV Promote renewable energy programs around cars Push the creation of Time of use rate plans as incentive for PHEV Change the regulatory framework to allow pan‐European ubiquitous micro‐payments and engage Telecoms and Banking  

Fig 5 : Clustering and prioritization of recommendations 

 

Page 16: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  16

ICT FOR SMART ENERGY CONSUMPTION PROCESSES 

ICT For Smart Metering Operations (Ami)

End to End integrated Value Added Services from Utilities to Customers through Smart Metering  

In  Europe,  system  standards  for meters  are  determined  by  a  number  of  over‐arching  directives  and  industry  specifications.  Of  particular  importance,  the Measuring  Instruments  Directive  (MID,  2004)  aims  to  regulate  metering products  through  harmony  of  technical  standards  based  on  the  ‘essential requirements’, which cover areas such as accuracy, durability, and security. The Directive will allow compliant goods to be awarded the ‘CE marking’, giving them free movement throughout the European Community. As far as smart meters are concerned, MID sets the baseline for required quality standards and regulations, yet it does not mandate specific technologies or the functionality to be included within the meter. The meter functionality and the applications it will use have a major  impact on the cost of the meter and the communications infrastructure required to support large sale implementation. Smart  Meters  and  AMI  Systems  provide  a  much  higher  level  of  precision regarding  the  electricity/gas/heat/water  consumption.  This  information  is available  as  electronic  data  and  can  be  forwarded  by  the meter  to  the  energy company: 

• Via a gateway to the customer and visualized on a display or fed into an onsite Energy Management Systems that optimize efficient energy consumption on the premise; this data exchange happens in real time. 

• Via a communication network to the energy company that will now have a complete overview on the consumption and consumption behavior of all connected customer(s) (premises); this data exchange is likely to be on a daily basis with an option for more frequent updates.  

Benefits  

• Sending the customer information on commodity prices or consumption advice with the expectation that the customer adjusts his consumption according to the price situation, or even adjusts his consumption behavior irrespective of pricing 

• Control of the use of  certain appliances at the customers site, provided that a Home Automation Network and electronic interfaces at the appliance allow for a communication access via the meter and its gateway to the appliance 

• Disconnection or partial load reduction at the customer premises According to CRE ­ “Commission de Regulation de l’Energie”, the primary 

benefits of Smart Metering are:  

Page 17: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  17

• Improved Competition through more competitive tariffs  • Supplier switching where Smart Metering is deployed (50% instead of 5%) • Decrease of Non Technical losses • Non Technical Losses avoided (50% instead of 2.5%) • Decrease of Residential Consumption • Up to 5% • Peak Shaving avoiding unnecessary investments • Peak Shaving Consumption Reduction: 1 to 2% • Peak Shaving avoiding use of non optimal resources • Peak Hours per Year: 427 Hours • Decrease of CO2 Emissions • CO2 Savings: From 0,5% to 5% In addition the UK Government BERR report (Impact Assessment of Smart 

Metering Roll Out for Domestic and Small Businesses, April 2008) indicates smart metering solutions can provide further benefits through: • Accurate billing of customers for energy used • Improved energy network management allowing better informed 

investment decisions • The facilitation of wider policy goals such as policy on energy efficiency 

measures • Improved customer services in reducing complaints • Reduction in costs of Pre‐payment meters  

Norway (Research project) : Market Based Demand Response Project (2005‐

2008) performed by SINTEF Energy Research with the Norvegian TSO (Statnett) as responsible partner on behalf of the Research Council of During the pilot project, the customers with the new power product reduced their consumption  by 24.5% in quarter 1 of 2006, while customers with spot price power products and standard power products increased their consumption by 10.4% and 7.7% respectively in the same period 

Britain : For residential and small businesses, the benefit from radical reform would lead to 3.4%  in Energy/capacity savings and 1% carbon savings (British Gas cost benefit – undertaken for British Gas by Frontier Economics) 

US (development and implementation project) : 

Consumers Energy’s AMI (Advanced Metering Infrastructure) and MDUS (Meter Data Unification and Synchronization System) programme : CMS is servicing 1.8 Million customers in US. AMI and the Balanced Energy Initiative are also aligned with Michigan’s 21st Century Energy Plan, issued in January by the then‐chairman of the Michigan Public Service Commission. A well designed AMI initiative offers a unique opportunity to provide tangible benefits for CMS’s customers. By providing energy usage information, load management capabilities and demand response programmes, 

Page 18: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  18

customers are expected to become more efficient in managing their energy usage. By sending appropriate pricing signals, the AMI initiative will provide an opportunity for residential customers to reduce their power energy usage during high cost, critical peak demand periods. To promote AMI’s load management capabilities, customers will be able to volunteer to take part in an air conditioning load cycling programme, starting in 2010. This programme will allow the utilities to cycle their air conditioners on and off, reducing usage on peak demand days and shifting load to cooler evening hours when energy costs are lower. For demand response, programmes, customers will have the opportunity to use programmable, communicating thermostats, which may be adjusted remotely for load reduction during peak demand periods. AMI’s two‐way communications system will connect thermostats to electric smart meters, which in turn will send data to Consumers Energy’s computer systems 

Recommendations 

Data to be investigated : There is many businesses cases available, per utility or meeting operator. What is missing is a European typical business case for Smart metering that could be a benchmark of a significant number of business cases focusing on “energy savings achieved due to the large deployment of Smart meters in Europe”. 

ICT recommendations : 

Regulation: “We cannot manage what we cannot measure frequently”: Decision for mandatory Time of Use Metering and Billing (calculated by IT systems) by the regulating authorities. 

Research : Demand Side and Demand Response Management Research algorithms combined with AMI taking into account the majority of countries and cases in EU member states for Residential and Commercial/Industrial customers. 

Multi-disciplinary Value Added Services (including Multi‐media) benefiting from the technology deployment of smart meters. 

Development : of advanced Standard AMI scenarios (for instance pre‐payment and multi‐metering energy saving decision support) that communicate and integrated seamlessly in the end‐to‐end value chain 

Go To Market : Large scale deployment of End to End AMI solution across EU member states with a dynamic scenario leading to 100% Smart Metering deployment in 2020. 

Interoperability Of Smart Metering Solutions

While many energy network operators can deploy ICT primarily for operational cost  savings,  they  also  have  to  ensure  they  capture  the  full  potential  of  the 

Page 19: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  19

strategic  and  regulatory  benefits  in  order  to  cover  the  cost  of  this  technology. Technology advancements and the availability of infrastructure features at lower prices create opportunities for expanded deployment, value‐added services and potential  new  revenue  streams  for    stakeholders  such  as  Network  Operators, Suppliers, Value Added Service providers and Consumers. In  order  to  offer  an  open,  flexible  and  future  oriented  meter  solutions,  new standards  for  integrating  the  components  of  the  ICT  Infrastructure  and  ensure interoperability among these components, have to be developed. The large scale adoption of smartmetering solutions, potentially covering electricity, gas and any other network service and commodity,  is today hampered by the lack of widely accepted  open  standards,  capable  of    guaranteeing  the  interoperability  of systems  and  devices  in  the  metering  systems  produced  by  different manufacturers.  Benefits  Interoperability will create opportunities and reduce cost in the IT infrastructure that  enables  the  applications  that  finally  will  lead  to  energy  savings.  Data available about AMI communication standards can be found on: 

• DLMS User Association ‐ http://www.dlms.com/ • Energy business Information eXchange ‐ http://www.ebix.org/ • IEC TC57 ‐ http://www.iec.ch/ • BDEW (MUC) ‐ http://www.m‐u‐c.org/index.htm 

ENBIN (NTA8130 + DSMR) – www.energiened.nl 

Recommendations  

• Interoperability standards between metering suppliers to facilitate supplier switch and the quick deployment of Smart Meters across EU member states must be considered and evaluated. The relation between metering solutions must be investigated as well as the possible gaps: interfaces where no standards or initiatives yet exist. • The possibility for European harmonization of the initiatives and resulting 

standards must be investigated. It is very important that all stakeholders involved in the standards mentioned above participate in this harmonization activity. The EC call “ENERGY.2008.7.1.1: Open‐access Standard for Smart Multi‐Metering Services” is a first step, but the projects resulting from that call must still result in unique international solutions and furthermore the scope of standardisation should be wider than Smart Multi‐Metering systems. 

• A European harmonisation effort should be initiated to come to unique international standards to solve the interoperability problem. In this effort major players in the  utility industry, the IT manufacturers and Research/Test institutes will work together on these standards. 

• The work already undertaken on standards and interoperability has to be published, so new markets can use existing solutions. 

Page 20: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  20

ICT FOR SMART METERING COMMUNICATIONS  

Communications for Smart Metering brings its own challenges in providing cost effective,  reliable  communications  to  many  millions  of  premises  within  any country or region. Europe has been successful  in promoting competition  in  the telecommunications  sector  and  there  are  now  numerous  competing telecommunications  operators  and  equipment  vendors  offering  an  increasing range of fixed and mobile technologies and services. Smart Metering will involve the routine collection of usage and system data from individual customer homes. Solutions will need to consider the costs and benefits of  using  specific  technologies  and  third  party  networks  for  each  leg  of  the communications path.  It  is clear  from the many smartmetering trials  that are  taking place around the world  that  there  is no single  technology or  service mechanism  that  can deliver large  sale  implementation of  smartmetering. Rather,  there will  be  a mixture of technologies involved. The key technologies will be: 

• internet services through public service broadband access • Power Line Communications (PLC) provides direct access to the electricity 

meter and can support broadband connectivity • The many wireless technologies, GSM/GPRS. 3G, Wimax • Optical fibre in enabling increased broadband capability and providing 

wide area networking • CAT5, WiFi, Bluetooth, Zigbee, and Homeplug in providing connectivity in 

the customer premises for control of appliances and connection to gas and water meters 

The key  factors which will  influence  the  communications  solution  are  likely  to be: 

• The level of telecommunications competition in the region of the implementation, effective competition increases choice and reduces prices 

• The roll out mechanism for the smartmetering solution • The functionality requirements of the meter, more complexity in the 

application means higher bandwidth communications • Which part of the energy value chain takes responsibility for the meter 

The ability to future proof chosen communication technologies. The smartmeter business  case  will  be  built  on  a  long  term  view,  maybe  10  –  15  years  whilst communication  technologies  are  changing  very  rapidly  and  may  have  a  much shorter lifecycle Recommendations  

• A research and regulation initiative should focus on the cooperation between the Utility and Telecom sector in order to make mutual use of all available communication networks for TV, radio, internet, telephone and smartmetering solutions. 

Page 21: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  21

• Investigations of the general cost savings and specific energy savings by sharing multi purpose communication networks among several content providers. For the energy industry for example, the benefits of avoiding specific utility smartmetering solutions for wireless (eg GPRS) or wired (eg PLC) by making use of a publicly available infrastructure should be identified 

• Work should be instigated in developing open standard physical and electrical interfaces in the energy meter to enable the use of any telecommunication technology. The meter has a long asset life compared to the shorter service life of communication technologies and should be capable of accepting any technical solution. 

• Interoperability standards between metering suppliers to facilitate supplier switch and the quick deployment of Smart Meters across EU member states must be considered and evaluated. Interoperability will help backend Billing, Commercial and Asset Management system being independent of Metering suppliers and will help investments to focus on the development of Value Added Services rather than duplication of effort due to proprietary “fat” metering systems.   

Benefits 

The  communications  solution used  in  any  large  scale  implementation of  Smart Metering  should  be  transparent  in  respect  of  the  metering  data  or  any  value added services or data to be transported to and from the customer premises. By addressing the recommendations outlined above will it be possible to drive ‘best value’  in  the  development  of  a  business  case  and  allow  introduction  of  ‘best practices’  for  the  communications  technologies  to  be  used  for  any  specific implementation.  Such actions will speed up the introduction of Smart Metering and  the  subsequent  energy  and  environmental  benefits  whilst  ensuring communications  solutions  can  be  future  proofed  to  continue  to  deliver  value across the lifetime of the meter assets. 

ICT For Demand Side Management

The above area has been addressed through the use of ICT. Specifically: 

• Markets,  • Products and Services,   • TOU tariffs Evidence in support of this use of ICT comes from the research project run by 

GRIDWISE in the Olympic Peninsula project, USA. The project ran during 2007 and the results were published in January 2008. Gridwise is an organization sponsored by the US Department of Energy (DoE). It is developing a number of trials and research projects to test technologies and the applicability of products, services and processes in support 

Page 22: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  22

of Smart Grids. The Olympic Peninsula project ran for 12 months and investigated the impact of 5 minute energy price signals combined with smart in‐home appliances, “intelligent agents” and network operations in 120 residential energy homes. Some of the results from the project are:  

• 15% Peak Demand reduction over a 12 mnth period. • 50% peak reduction over “significant” periods • Technology integration proven 

Recommendation  for  ICT  investment  required  (regulation,  Research, Development, GTM): 

• Open standards for interoperability across multiple platforms and device types. 

For more information please see reference 1 

All of the above areas have been addressed through the use of ICT. Specifically: 

• Monitoring and Control of the MV and LV Networks.  • Integration of new devices with existing SCADA, GIS, Asset Repositories, 

Outage Management. Evidence in support of this use of ICT comes from the implementation at DONG 

Energy, Denmark. A cost benefits analysis was undertaken in 2006. Design and implementation of the solution began in 2007 and initial functions are now live in parts of the Distribution network. DONG Energy, Denmark – case study (2007) – the following are projections for the solution currently being implemented: • 25%‐50% reduction in NDE (~CML) • 35% reduction in fault search time • Up to 90% reduction in Network Reinforcement costs • Improved operations (safe overloading) • Improved Network Planning • Improved Customer Service  

Non Delivered Energy (NDE) and Customer Minutes Lost (CML) are measurements of the availability of supply. CML is the average number of minutes that end customers were without energy supply over a 12 month period. NDE puts a value on the time that energy was not available to the customer base. That value is a combination of several factors, including CMLs and the value to the economy of the kWh not delivered. This can help show the value of Smart Grids to society and the European / National economy. 

Recommendation for ICT investment required (regulation, Research, Development, GTM): 

                                                             

1 http://gridwise.pnl.gov/docs/op_project_final_report_pnnl17167.pdf 

 

Page 23: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  23

• Open, agreed standards for integration of devices • Enablement for investment across the value chain – this may require 

harmonization of some regulatory frameworks (e.g. benefits realized by Distribution and Retail)   

For more information please see reference 2. 

ICT For Targeted Contracts, Tariffs And Offers

The above area has been addressed through the use of ICT. Specifically: 

• Markets,  • Products and Services,   • TOU tariffs 

Evidence in support of this use of ICT comes from the Ontario ToU trials, Canada 2006/07. This project trialed Interval Metering with Time of Use tariffs with 375 residential  customers.  The  objective  was  to  investigate  the  impact  of  variable energy  rates  through  out  the  day  on  energy  consumption.  This  included  the definition of Critical Peak periods. The results included : 

• 6% average energy conservation effect • Critical Peak load shifting (summer) 5.7% ‐ 25.4% (indicative) 

Recommendation  for  ICT  investment  required  (regulation,  Research, Development, GTM): 

• With Interval meters now installed in many European countries the use of Tou tariffs on a large scale should be investigated. 

For more information please see reference 3 

ICT For Portfolio Management, Forecasting And Balancing

The  applications  for  Portfolimanagement  and  EnergyDataManagement  / Balancing do not contribute directly to the reduction of energy consumption and CO2, but  they are basic  infrastructure  tools  for  the management of  smart grids and a liberalized energy market; they can be seen as a kind of enabler for smart grids. With the deployment of smart grids these applications will have to cope with a tremendous growth of datacommunication, datastorage and (new) processing. Some examples for the growth of data and communication:                                                              

2 ftp://ftp.software.ibm.com/software/solutions/pdfs/ODC03017‐USEN‐00.pdf 

3 http://www.oeb.gov.on.ca/documents/cases/EB‐2004‐0205/smartpricepilot/OSPP%20Final%20Report%20‐%20Final070726.pdf 

 

Page 24: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  24

• At a german utility (about 3.5 Mio Meteringpoints electricity, about 10% supplied by external retailers) the amount of datastorage for marketcommunication (compliance‐ and securityconform wich enforces redundancy) in todays situation is about 2 Terrabytes per year, with up to 50000 communicationprocesses in peak per day. This amount will rise in 10/2009 times 5‐10 due to legislation when the associated supplier has to be handled in the identical way then an external retailer from the distributors point of view (today there is an exception in the german market, that associated suppliers can be dealt in an easier way ‐ “two contract model”). Above figures comprise the processes of supplier switching, grid usuage billing, meterdata‐ and masterdataexchange. 

• The overall datavolume for metering will rise in maximum up to faktor 100, due the future use of time series instead of yearly measurements for residential customers (depending on the used time interval). This is due to the reason that e.g. DR‐programms, DSM as a way to reduce balancing power, customerindividual products etc. in a net of highly volatile generation can not be used with only a few standardprofiles as today. (The factor is derived from the ratio 1:100  ‐ industrial:residential customers in germany and the fact that the storage volume for residential customers with yearly meterings is neglectible in this case) 

• A finding from Gardner Group: • Data Management: Smart Grid will be the largest increase in data any utility has ever 

seen; the preliminary estimate at one utility is that the smart grid will generate 22 gigabytes of data each day from their 2 million customers. Just collecting the data is useless – knowing tomorrow what happened yesterday on the grid does not help operations. Data management has to start at the initial reception of the data, reviewing it for events that should trigger alarms into outage management systems and other real‐time systems, then and only then, should normal data processing start. Storing over 11 Gigabytes a day per million customers is not typically useful, so a data storage and roll off plan is going to be critical to managing the flood of data. Most utilities are not ready to handle this volume of data. For a utility with 5 million customers, they will have more data from their distribution grid, thanWal‐Mart gets from all of their stores andWal‐Mart manages the world’s largest data warehouse. 

Example  requirements  these  applications  will  have  to  face  with  smart distribution networks  

• Portfolio management of the future has not only to take care of midterm and longterm requirements but has also to consider short term (at least day ahead) prognosis due to the high volatile generation of RES esp. wind energy and PV to adjust their scheduling (this is e.g. the case in Germany where the retailers have to buy today a fixed quote of RES due to EEG‐legislation. This energy is today supplied by the TSO in bands to the retailer but in the future ‐ already so with wind energy ‐ according to actual (near time) time series 

Page 25: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  25

• EDM‐Systems have to visualize the possibilities for load shedding or the possibilities for micro storage to reduce the amount of balancing energy. This has to be done in a regional context and also has to consider commercial / contractual data 

• The potential for load shedding today (Germany) is rarely used and not transparent. There is a very costly prequalifying process in place. 

• The potential in germany at the chemical, paper and metal‐industry is 2 GW 

• The potential in germany in other industries (cold storage, food, retail, household…) is 1,5 GW 

• There is only one virtual balancing energy power plant in place: Saar Energie AG 

• In terms of virtual power plants (generation and balancing energy) and virtual storage facilities (microstorage) there are a lot of requirements for data communication and aggregation and also the relation to commercial/contractual data. This includes requirements for logical and technical communication standards, as well as a common datamodell and a common understanding of the relevant (interoperable) business processes. 

• The requirements for the use of EDM for forcasting rise due to the high volatility of esp. wind‐, PV‐ and microCHP‐energy. To improve forecasting also the weatherforecasting has to be involved. As an example there is already a statistical online‐modell (based on 111 representative wind‐parks in germany) from ISET/Kassel in place that supports the TSO’s in germany with realtime data on windenergy 

• With PHEV there are also a lot of new requirements for balancing and forecasting with a regional impact 

In  the meantime  there  are  a  lot  of  studies  and  pilotprojects  in  place  that  to  a certain  extend  cover  individual  ICT  requirements  related  to Portfoliomanagement and EDM/Balancing e.g. 

• Smartgrids • Smartgrids/SmartHouse  • eEnergy and the 6 model‐region‐projects • CRISP • microgrids • BUSMOD • smart2020 

But there is no comprehensive view of the overall requirements related to these topics to show the softwarevendors the roadmap to follow. So we suggest to do a study to collect all these requirements from existing studys / thematic networks and rund up with new requirements to set up a modell and roadmap for Portfoliomanagement, EDM/Balancing and forecasting in terms of 

Page 26: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  26

• market modell (participiants and their relations, relevant business processes) 

• communication modell (technical and organizational) • Interoperability • future IT‐storage capacities, communication‐volume and processing 

power ‐ assessment on grid computing • functional requirements • system integration (to reduce interfaces and to guarantee consistency and 

also to integrate commercial/contractual data)) • data modell (based on CIM/IEC and ebix) • required (additional or harmonized) standardisation and regulation • data aggregation and data lifecycle 

ICT For Smart Small And Medium User Behavior Management

The above area has been addressed through the use of ICT. Specifically: 

• All Customer Service, Billing, Product and Service, and other residential energy processes and systems. 

Evidence in support of this use of ICT comes from the IBM Research report – Plugging in the consumer (2007). This includes a survey of 1894 energy consuming households from six countries: Germany, Netherlands, UK, USA, Japan, Australia. The results include a number of points relevant to Smart Grids and the future use of energy: 

• Growing demand for security of supply (energy always available) • Energy consumers are moving toward a more participative model for 

energy consumption (import and export) • Price and environment are the main factors in changing consumption 

patterns • 62% of respondents would like to generate their own power if they could 

sell it back to the grid • 57% would like to generate their own power if it resulted in cost 

reductions of 50% ‐ this drops to a 32% share if energy price difference is below 10% 

Recommendation  for  ICT  investment  required  (regulation,  Research, Development, GTM): 

• Open, agreed standards for integration of devices • Enablement for investment across the value chain – this may require 

harmonization of some regulatory frameworks (e.g. benefits realized by Distribution and Retail) 

For more information please see reference 4.                                                              

4 http://www‐935.ibm.com/services/us/index.wss/ibvstudy/gbs/a1029014 

Page 27: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  27

ICT For Large Users Behavior Management

Process and technology description (Case of Industrial and Commercial Buildings) 

Energy  users  can  contribute  to  make  distribution  electricity  grids  smart  by becoming  “reactive”  and  participate  to  demand‐response  (DR)  programs,  i.e. respond  in real‐time  to grid conditions by shedding  loads  (lights, machines, air conditioning…  )  or  start  on‐site  generation  in  response  to  an  emergency condition  (reliability  based  DR)  or  “contingency  programs”)  or  to  wholesale market conditions (market‐based DR). Two types of DR exist : Price‐based DR ( Real‐Time  pricing(RTP),  critical‐peak  pricing  (CPP)  and  Time  of  Use  Tariffs (ToU)  )  and  Incentive  based  DR  (pay  participating  customers  to  reduce  their loads) Very  large  customers have been participating  to DR  for 15‐20 years. Response was  “manual”  and  could  only  be  afforded  when  resulted  shed  capacity  was significant  More recently, ICT have been developed to the point of allowing larger portions of  the demand‐side  infrastructure  to  function as an  integrated system element, with  technologies  to  automate  the  process  of  DR  (detect  the  need  for  load shedding,  communicate  the  demand  to  participating  users,  automate  load shedding,  and  verify  and  measure  compliance  with  DR  programs).  More specifically, technologies “beyond the smart meter” that can support interactive customers include:  

• Energy management tools to understand ones consumption patterns in substantial details, to support awareness of ones capabilities to shift of curtail usage, to enable load prioritization schemes (non automated demand‐response) 

• Integrated platforms for demand­response, which integrates external environmental factors (pricing signals, weather data, curtailment requests,, etc.) with electrical equipments in a facility (lighting system, HVAC system, machines, distributed generation, etc.). Typically, internet standards are required to connect to external data sources, while building automation and metering integration provide connectivity with electrical equipment within the premises. Intelligence – e.g. if/then rules ‐ can be implemented on top of this platform to automate equipment reaction to external signals.  

• Intelligent equipment and appliances that are designed once and manufactured ready to respond autonomously to DR signals. This model would be particularly suitable for appliances that are manufactured in high number and where significant economies of scales could be achieved.  

Page 28: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  28

With  such  technologies,  the  case  for  having  medium  size  industrial  and commercial  customers  participate  to  DR  could  be  viable,  suggesting  a  large unused potential for DR.   Data available5 DR benefits are well documented. They consist mainly of:  

• Cost reduction (RTP programs achieve load reductions equal to 12‐33% of participants’ peak demand [2]; incorporating demand response into the US market with dynamic pricing would lead to $10 billion to $15 billion savings per year [6]). 

• Electricity Price reduction  • Reliability benefits  

Less data exist regarding the benefits of ICT‐based tools to support DR. Below is a list of relevant work and studies.   In RTP pilots, substantial fragment do not participate because they lack flexibility and technical expertise, and there is a tendency to forget about electricity prices [2], which support the case for energy management systems and automated DR.  Linking lighting and air conditioning systems to RTP achieved cost and demand reduction up to 42% during peak hours. (Lawrence Berkeley Labs Pilot)  Integrated  Demand‐Response  Platform  for  lighting  in  an  industrial  facility enabled 20‐30 % shedding during peak usage in some areas of the facility and 50 %  on  second‐shift  and weekends without  adversely  affecting  operations  at  all. [7] 

                                                             

[1] “benefits of DR in electricity markets and recommendations for achieving them”, US Department of Energy – Feb 2006 ‐ http://eetd.lbl.gov/ea/EMS/reports/congress-1252d.pdf  

[2] “A survey of utility experience with Real Time Pricing , Lawrence Berkeley national Lab ‐ Dec 2004 ‐ http://repositories.cdlib.org/lbnl/LBNL-54238/   

[3] Pacific Northwest GridWise Testbed demonstration project Part I – “Peninsula Olympic Project” – GridWise/PNNL ‐ October 2007  

[4] Pacific Northwest GridWise Testbed demonstration project Part II. “GridFrienlyTM Appliance Project”  ‐ GridWise/PNNL ‐ October 2007  

[5] EU‐DEEP project http://www.eu-deep.com/  

[6] http://www.iea.org/textbase/nppdf/free/2000/powertochoose_2003.pdf 

[7] Tridium pilot at Boeing http://www.tridium.com/galleries/case-studies-gallery/CS-Boeing.pdf  

[8] Efflocom project http://www.energy.sintef.no/prosjekt/EFFLOCOM/index.asp  

 

Page 29: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  29

technical  feasibility  of  frequency  responsive  appliances  (i.e.  that  adjust automatically when local measured grid frequency fell below a given threshold) has been established with residential customers (but should be applicable to C&I customers as well) with no inconvenience perceived by the customers  Other  relevant  projects  include  EFFLOCOM  (2002‐2004)  [8],  EU‐DEEP  (first results will available in 2009 [5], study by VTT Finland (in Finnish).  Recommendations for Data to be investigated (investment required) Comprehensive survey of European DR Pilots (cf. UD DoE study [1]) Library  of DR  case  study  across diversity  of  business  customers  to  help  utility customers see how DR can work under specific needs and type of equipments  Recommendations  for  ICT  investment  required  (Regulation,  Research, Development, Go To Market)  Open  Communication  Standards  for  Automated  Demand  Response  for  C&I buildings Innovative Incentives and Business models to share benefits of DR across various stakeholders via some ICT mechanisms Study grid‐wide benefits and advisability of frequency responsive appliances  Business  case  studies  for  technology  tools  described  above  (benefits  of  DR  vs. benefits of automated DR is not available yet)  

ICT FOR GRID INFRASTRUCTURE READINESS 

ICT For Asset Management

It is a fact that the European transmission network is rapidly ageing. It has been estimated  that  within  the  next  30  years  more  that  750  b€  will  need  to  be invested for the European power sector, among which more than 90 b€ should be  dedicated  to  the  transmission  system  and  more  that  300  b€  to  the distribution  sectors.  A  great  majority  of  the  population  lies  in  the  range  of equipment age across the design technical end‐of‐life.  Managing an ageing system on one hand with increased requirements in terms of system  response  to  perturbations,  system  flexibility  and  robustness  is  a challenge  which  cannot  be  addressed  without  the  extensive  use  of  modern technologies, such as ICT. 

ICT Process And Technology Description

Page 30: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  30

The present management of the assets of transmission and distribution systems already rely on the wide use of ICT.  • Tele‐measures and tele‐controls (Voltages, Currents, frequencies, active and reactive 

power, topology etc.) are normally available in central and local control centres for the on‐line management of the system configuration. Very often these systems (based on SCADA technologies) are equipped with operation aid decision tools, such as state estimation, power flow calculation, static security analysis and simulation of emergencies, voltage stability analysis and calculation of collapse margins, power exchange capabilities calculations, congestion forecasts, voltage profiles optimisation, calculations of short circuit levels at substation and line levels, verification of protection settings and coordination etc. 

• Systems are also available for the data collection and analysis (often off‐line) for the condition monitoring of main equipment and for the planning and control of condition assessment and maintenance operations. These are based on local sensors (e.g. oil temperature, gas pressure, leakage currents) that measure physical quantities (called dia gnostic indicators) that can be related, by means of adequate ageing models, to the state of degradation of the components and that are used to trigger maintenance operations, possibly before any failure occurs. 

 

Data available 

Near  all  TSOs worldwide  in  cooperation with  research  centres  are  developing (with poor coordination and dispersion of  resources) their own projects related to the use of ICT for the network and asset management. Among  the most  important  projects  presently  on‐going  or  in  the  pipe  we  can mention: US  –  EPRI  IntelliGrid  initiative6:  an  open‐standards  based  architecture  for integrating the data communications networks and intelligent equipment needed to  support  the  power  delivery  system  of  the  future,  providing methods,  tools, best practices and recommendations for specifying “intelligent” systems in such a  way  as  to  promote  interoperability,  flexibility,  effective  security  and  data system  management,  expandability.  Specific  projects  are  contemplated,  and among others: 

• The integration of substation systems by means of IEC 61850 protocol • The setting up of station monitoring systems (antenna array) to locate 

concentrated defects in the substation 

                                                             

6 EPRI contribution to VLPGO – Rome June 2008 

Page 31: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  31

• The use of low‐cost distributed sensors for equipment monitoring and problem identification 

• The extensive use of Phase Monitoring Units to enhance the system visibility and to anticipate the effects of system disturbances 

• The development of monitoring systems for the automatic fault detection JP – TEPCO Initiatives7: R&D initiatives focused on the following topics 

• Collection and data sharing from substation on all voltage levels (EHV, HV, MV) 

• Adaptative protection, wide area protection,, wide area monitoring and security assessment 

• Application of tools to minimise the transmission losses based on real time SCADA 

• Platform and architecture for integration IN‐ Power Grid Initiatives8:  the Indian initiatives for the enhancement of the HV network intelligence is focused on the use of the PMU technology. In this respect, initiatives are taken in the following fields: 

• Installation of PMUs in strategic locations and specification for a continuous up‐to‐date approach 

• Use of PMUs to validate off‐line power system models used at present • Develop visualization software for a better visibility of the network and 

on‐line disturbance monitoring; • Design and implement tools for data storage, retrieval and analysis • Enhance system observability and understanding • Development of remedial action scheme based on adaptative islanding, self 

healingness approach and improved protection BR  –  ONS  initiatives9:  the  Brazilian  TSO,  in  view  of  the  implementation  of  a Smart Grids approach, focuses on the following points: 

• Information management: integration of data bases, upgrading of EMS systems, enhancement of the decision making operation tools 

• Sensors and controls: renewal of remote transmission units, implementation of Wide Area synchrophasor measuring systems, and improvement of the quality of operational measurements 

• Data communication: improvement in TLC and migration to IP‐based networks 

IT  –  TERNA  initiatives:  The  Italian  TSO  has  a  program  of  continuous development  of  its  system  and  asset  management  programmes;  the  approach focuses  on  monitoring,  defence  plans  and  advanced  dispatching  techniques. Among the most recent initiatives we can mention: 

                                                             

7 TEPCO contribution to VLPGO – Rome June 2008 8 PowerGrid contribution to VLPGO – Rome – June 2008 9 Based on contribution to VLPGO – Rome – June 2008 

Page 32: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  32

• As far as defence plans are considered, the approach is based on adaptative systems 

• As far as monitoring, the keyword is WAMS with particular reference to PMU dissemination and experience gathering 

• As far as operation is concerned, to goal is to develop and implement tools that will allow to run the system in security preventing dangerous conditions with 8 hours advance notice by means of real time control and advanced dispatching concepts; 

• Several asset management initiatives are well proven as stabilised such as the system called MBI (maintenance and Business Intelligence) or the dynamic simulator of the electrical network behaviour (SICRE)  

UK ‐ National Grid initiatives:  

• Advanced sensors that measure system performance and asset conditions • Advanced grid control devices such as fast switches that support reliability 

and flexible network operations • Diagnostic software (algorithms that extract performances and 

maintenance trends for equipment and systems) • Pattern recognition • Power stabilisation software • Open architecture • Wide Area Network (wireless: WiMax, GSM etc. – wired: PLC, Ethernet 

over fibre etc.)  • Two‐way real time communications 

Equipment manufacturers:   propose on the market several tools  for the system and components asset management, as an example we mention: 

• Advanced protection and monitoring tools (adaptative protection by using logical functions, wide area protection, wide area monitoring with steady state and dynamic security assessment) 

• Systems for the on‐line observability of the system state: detection of power swings and analysis of counter‐measures, dynamic load flow control, stability observation, line utilisation increase, fault analysis 

Recommendations: 

The  recent  European  Coordination  action  ERMInE  (Electricity  Research  Road Map IN Europe) has put great emphasis on this aspect as shown in the following figure, representing the ranking of the research priorities for the next 25 years. All  four  top‐priority  R&D  subjects,  weighted  by  means  of  a  multi‐criteria approach to reach  the goals of  the European Green Paper (i.e.  competitiveness, sustainability,  security of  supply),  are  linked with  ICT: automation and control, simulation  tools,  ICT  technologies  and  diagnostic  and monitoring  tools  are  all part of the above approach. More  specifically,  the European  SmartGrids  technological  Platform has  pointed out the top priorities for the transmission system that are completely in line with 

Page 33: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  33

the approach presented here; among them, we mention the priorities which are more closely linked with the use of ICT: 

• Real time condition monitoring • Flow control devices • Losses optimisation • Investment decision tools • Carbon‐costed asset management • New protection principles • Cyber security protection 

ICT For Visibility Of The Distribution Network, Aging Infrastructure And Outage Management

All of the above areas have been addressed through the use of ICT. Specifically: 

• Monitoring and Control of the MV and LV Networks.  • Integration of new devices with existing SCADA, GIS, Asset Repositories, 

Outage Management. Evidence in support of this use of ICT comes from the implementation at DONG Energy, Denmark. A cost benefits analysis was undertaken  in 2006. Design and implementation of the solution began in 2007 and initial functions are now live in parts of the Distribution network. DONG Energy, Denmark – case study (2007) – the following are projections for the solution currently being implemented: 

• 25%‐50% reduction in NDE (~CML) • 35% reduction in fault search time • Up to 90% reduction in Network Reinforcement costs • Improved operations (safe overloading) • Improved Network Planning • Improved Customer Service  

Non  Delivered  Energy  (NDE)  and  Customer  Minutes  Lost  (CML)  are measurements  of  the  availability  of  supply.  CML  is  the  average  number  of minutes that end customers were without energy supply over a 12 month period. NDE puts a value on the time that energy was not available to the customer base. That value  is a combination of several  factors,  including CMLs and the value  to the  economy of  the  kWh not delivered. This  can help  show  the  value of  Smart Grids to society and the European / National economy. Recommendation  for  ICT  investment  required  (regulation,  Research, Development, GTM): 

• Open, agreed standards for integration of devices • Enablement for investment across the value chain – this may require 

harmonization of some regulatory frameworks (e.g. benefits realized by Distribution and Retail)   

Page 34: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  34

For more information please see reference 10 

ICT For Network Stability

Some possible  developments  expected  at  distribution  system  level may  have  a major  impact  on  the  network  stability  of  the  whole  system.  Active  Networks, Micro grids, and Virtual Power Plants may represent a possibility towards which the  today’s  distribution  systems  might  evolve  in  presence  of  Distributed Generation. Also a hybrid combination of these might result. The scope of these developments  is  related  to  the  need  for  ensuring  adequate  levels  of  reliability and security of supply in presence of increased DG penetration. In all three system developments, modern control technologies may result to be very useful. Particularly,  soft  controllers  based  on  ICT  (Information  &  Communication Technology) and hard controllers based on power electronic devices like FACTS (Flexible AC Transmission System) may support the DSO controlling the system. These technologies may prove helpful to TSOs too. ICT‐based  technologies  can  be  used  to  improve  the  communication  between  a DSO and a TSO and provide the DSO with more advanced monitoring tools (like SCADA).  Power  electronics‐based  devices  like  FACTS  are  able  to  control electrical  parameters  like  the  real  and  reactive  power  flows  and  the  voltage amplitude  at  network  nodes  in  a  very  smooth,  fast  way.  FACTS  devices  are proven  technologies  for  a  flexible  transmission  system  control.  At  distribution level the equivalent devices are known as D‐FACTS and may be useful for a better control of power flows, voltage level, power quality issues in distribution grids. Other  advanced  network  controllers  are  given  by  WAMS  (Wide  Area Measurement  System).  These  technologies  include  soft  (ICT)  and  hard  (PMU, Phasor  Measurement  Unit)  tools.  PMUs  are  devices  able  to  remotely  monitor phase  voltages  and  currents  and  the  corresponding  angles  at  network  nodes. Each  phasor  is measured  and  coupled with  a  very  precise  time  stamp  derived from a GPS (Global Positioning System) satellite. WAMS systems are already used to control transmission systems. 

ICT For Active Networks

Active  Networks  are  foreseen  as  probable  evolution  of  today’s  distribution networks.  These  systems,  which  are  passive,  can  evolve  to  be  structured  and operated  similarly  as  the  transmission  systems,  which  are  active  managing bidirectional  power  flows.  This  change  of  the  distribution  design  may  be triggered by the connection of an increased amount of small generating units.                                                              

10 : ftp://ftp.software.ibm.com/software/solutions/pdfs/ODC03017‐USEN‐00.pdf 

Page 35: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  35

This evolution shall be accompanied by an opportune upgrade of the protection schemes, along with  the  introduction of new (soft and hard)  technologies  for a more  flexible  system  control.  The  distribution  network  will  then  be  more meshed (currently it has a radial structure or it is operated mainly as radial) and more  controllable  by  means  of  ICT  and  power  electronics‐based  devices.  The active distribution network may then deliver power to users and/or transfer it to the transmission system as well. This first big transformation is already ongoing in some European countries. 

ICT For Micro grids

The  European  Smart  Grids  Technology  Platform  defines  Microgrids  as  low voltage  networks  with  DG  sources,  together  with  local  storage  devices  and controllable loads (e.g. water heaters and air conditioning). The unique feature of Micro grids  is  that,  although  they operate mostly  connected  to  the distribution network, they can be automatically transferred to islanded mode in case of faults in  the  upstream  network.  After  a  fault  has  been  resolved  and  the  upstream network  operation  restored,  they  can  be  resynchronized  to  the  rest  of  the system.  Intentional  islanding  mechanisms  can  protect  clusters  of  customers against  power  outages  occurring  on  bordering  and/or  upstream  networks.  In case  of  disruptions  affecting  a  nearby  network,  by  disconnecting  a  Micro  grid (having  sufficient  generation  and  storage  resources)  from  the  faulted network, power supply  to  local  customers can be maintained. Additionally,  the  islanding procedure  could  be  implemented  at  a  less  sophisticated  level,  more  simply allowing that a Micro grid is able to ‘black start’ in case of a widespread system outage.  Pilot projects of Micro grids are present in Greece, Germany, Netherlands, Italy, Portugal, Spain, and in Denmark. 

ICT For Virtual Power Plants

The  Virtual  Power  Plant  (VPP)  is  a  decentralized  energy  management  system tasked  to aggregate different small generators either  for  the purpose of energy trading  or  to  provide  system  support  services.  The  VPP  concept  is  not  itself  a new technology but a scheme to combine decentralized generation and storage and exploit the technical and economic synergies between system’s components. This  aggregation  is  not  pursued  by  physically  connecting  the  plants  but  by interlinking  them  via  soft  technologies  (ICT).  For  this  reason  the  result  is  a virtual  power  plant, which may  then  be  a multi‐fuel, multi‐location  and multi‐owned  power  station.  A  virtual  power  station  balances  required  and  available power  in  identified  areas,  based  on  off‐line  schedules  for  distributed  energy sources,  storage,  demand  side management  capabilities  and  contractual  power exchanges.  For  a  grid  operator  or  energy  trader,  buying  energy  or  ancillary services  from  a  VPP  is  equivalent  to  purchasing  from  a  conventional  station. 

Page 36: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  36

Virtual  power  stations  using  DG,  RES  and  energy  storage  can  potentially  and gradually replace conventional power stations. Data available for ICT Infrastructure and Power Electronics We  recommend  to  check  the  freshly  published McKinsey &  Company’s  Report “SMART  2020:  Enabling  the  Low  Carbon  Economy  in  the  Information  Age”, available  at  www.gesi.org.  The  report  shows  that  while  ICT’s  own  sector footprint  currently  2%  of  global  emissions  will  almost  double  by  2020,  this sector  could  cut  CO2  emissions  by  up  to  five  times  this  amount.  Great opportunities for emissions savings exist in applying ICT to global infrastructure and  industry  and  the  report  examines  four major opportunities where  ICT  can make  further  transformational  cuts  in  global  emissions:  smart  building  design and  use,  smart  logistics,  smart  electricity  grids,  and  smart  industrial  motor systems. The  following  FP5/FP6  European  projects  could  be  the  basis  for  further  ICT developments for better Energy Efficiency: MICROGRIDS and MORE MICROGRIDS: http://microgrids.power.ece.ntua.gr/micro/default.php In particular deliverable DA4: Development and evaluation of innovative local controls to improve stability and islanding detection Main objectives: Investigation of new micro source, storage and load controllers to provide efficient operation of Microgrids. Development of alternative control strategies (centralised versus decentralised) Alternative Network designs.  Technical and commercial integration of Multi‐Microgrids. Field trials of alternative control and management strategies. Standardisation of technical and commercial protocols and hardware. Impact on power system operation. Impact on the development of electricity network infrastructures. DISPOWER: http://www.dispower.org/WP1 Task 1.4 Distributed Load Control) Deliverable 5.4 Creation of service pools with easy accessible plug & play interfaces Deliverable 9.2 Prototype of PoMS 

CRISP: http://www.ecn.nl/crisp/index.html Deliverable D3.3 Final Report on Field Experiments and Tests Deliverable 2.4 Dependable ICT support of power grid operations) Main results: Design and testing of new operating strategies for distributed power generation. As enabled by recent advances in ICT technologies for distributed intelligence. Focusing on practical scenarios for supply‐ demand matching, intelligent load shedding, fault detection and diagnostics and network security. FENIX: http://www.fenix‐project.org/ (Deliverables downloadable after registration) Main objectives: Enabling Distributed Energy Resources (DER) to make the EU electricity supply system cost‐efficient, secure and sustainable through aggregation into Large Scale Virtual Power Plants (LSVPP). Development of intelligent interfaces for commercial and grid integration of DER into LSVPP. Development of novel network services and new DMS and EMS applications to include LSVPP in system operation. 

Page 37: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  37

ready for implementation in test sites using standard hardware and interfaces) Main results: Strategies and concepts for grid stability and system control in DG networks. Preparation of safety and quality standards. Investigations on power quality improvements and requirements. Development of management systems for local grids with high penetration of DG units. Assessments of impacts to consumers by ICTs, energy trading and load management. Planning tools to insure reliable and cost effective integration of DG components in regional and local grids. Internet based systems for communication, energy management and trading. Investigations on contract and tariff issues regarding energy trading and wheeling and ancillary services. Improvement and adaptation of test facilities, experiments for further development of DG components, control systems and design tools. Dissemination and implementation of concepts. 

Development of new commercial and regulatory solutions to support LSVPP.  Validation through 2 large field tests in Spain and UK. Interact with stakeholders through an advisory group. IRED CLUSTER: http://www.ired‐cluster.org/  (Several European pilot installations for distributed generation fully described) 

Recommendation for ICT to be investigated: There  is  a  need  for  a  better  coordination  of  the  transmission  and  distribution systems, which have to efficiently and safely work together. Both systems need to be  further developed,  not necessarily  only  in  terms of  carrying  capacity but also and mostly in terms of ICT infrastructure and communication platforms. In particular,  the  transmission  system  strongly  needs  clear  interfaces  with  the downstream distributed system. 

ICT For Network Losses

Technical  losses  are  an  inevitable  consequence  of  the  science  of  distributing electricity and of transforming from one voltage to another.   In  an  environment where  any  form  of  inefficiency  in  the  energy  cycle may  be seen as highly undesirable (e.g. in terms of  ‘carbon footprint’) it is important to remember that with technical losses typically in the range of 5%, this represents 

Page 38: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  38

an  overall  ‘machine’  efficiency  of  95%  which  compares  extremely  favourably with most other energy conversion / distribution processes.  If  load  factor  at  LV  could  be  improved  (i.e.  increased)  by  smoothing  the  load profile,  there would be benefits  in  terms of reducing variable  losses,  improving voltage regulation, and also in terms of creating additional capacity headroom. Benefits and importance of minimising losses It  has  long  been  recognized  that  minimizing  distribution  network  technical losses  is  integral  to  good  distribution  engineering  practice.   Minimizing  losses has the following utility and wider societal benefits: It  maximizes  the  available  capacity  of  plant  and  equipment  to  deliver  useful energy (i.e. rather than supplying losses); By  the same token, minimizing  losses also minimizes the amount of generation required purely to supply network losses.   Demonstrating  to  utilities  customers  and  society  generally  that  utilities  are managing their carbon footprint; Maximizing revenue‐earning opportunities arising from the regulatory incentive if any 

ICT FOR BREAKTHROUGH INDUSTRY TRANSFORMATION Energy storage (electric cars) ‐ Plug‐in Hybrid Electric Vehicles (PHEV) 

Introduction To Phevs

Plug‐in  hybrid  electric  vehicles  (PHEVs)  combine  today’s  hybrid  automotive technology with large battery systems that can be recharged from the electrical grid.  PHEVs  offer  both  an  opportunity  and  a  challenge  to  the  electric  power system,  as  they  could  provide  that  holy  grail  of  the  electric  power  system: significant  energy  storage.  Currently,  electricity  cannot  be  stored,  so  off‐peak periods,  for  example  night  hours,  are  wasted.  PHEVs  could  be  the  answer  as batteries are recharged in the evening during off‐peak periods. They could power the  electrical  grid  in  times  of  high  demand  or,  more  likely,  could  function  as reserves or other ancillary services – a concept commonly referred to as vehicle to grid (V2G). Should PHEVs be deployed on a broad scale for V2G applications, the  impact  on  the  electric  power  system  (particularly  the  distribution  system) would be tremendous.  Transportation  account  approximately  for  two‐third  of  global  oil  demand  and this section is 95% reliant on oil. While there is not silver bullet, PHEV can also be part of an effective strategy to face climate change.  

Page 39: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  39

Energy Insights expects that, assuming PHEV sales growth will be similar to the pattern seen thus far with hybrid electric vehicles, PHEVs could have about 5% of the market after being commercially available for 10 years. This could reduce emissions by 2% and petroleum usage by 3%11. Utilities  need  to  learn  how  to  manage  large  numbers  of  distributed  energy storage devices and two‐way power flows. 

ICT Process and Technology Description

Since PHEVs will connect to the grid to either purchase or sell electricity it will be necessary  for  electric  girds  to  be  updated  to  become  two‐way  systems,  so enabling it to collect electricity from remote storages, like PHEV car batteries.  To  simplify,  basic  enabling  technologies will  be  car,  batteries,  charging  points, exchange  stations,  and  from  an  ICT  perspective:  smart  meters,  meter  data management system (the repository) , meter reading/communications software (between meter and systems), Meter systems interfaces (between other systems and MDM), Web‐enabled  end‐user  applications,  end‐users  energy management systems. Settlement  of  electricity  consumptions  and  sales,  and/or  compensation  for  the use of PHEV for reserves or other ancillary services will then need to be managed by utilities billing systems. In fact, even if V2G approach could supply energy to the grid at times of peak demand, V2G is more likely to have a role in providing power  services,  such  as  regulation  and  spinning  reserves,  for  which  PHEV owners  would  get  paid.  In  either  case,  these  possibilities  bring  with  them challenges  related  to  interconnection  issues  and  impacts  on  the  electric distribution system. A  V2G  approach  could  be  beneficial  to  the  utility  and  more  broadly  from  an energy  efficiency  perspective,  for  it  could  be  used  to  manage  wind  power fluctuations  and  to  match  ramp  rates  of  gas‐fired  generators.  Interconnecting PHEVs would be very simple  if the vehicles were only drawing power from the grid  to  recharge  batteries.  In  effect,  the  vehicle  would  plug  in  like  any  other domestic appliance. The PHEV batteries could also relatively simply be used  to provide backup power to a home or business during an outage. But if the vehicle were  designed  to  feed  power  back  onto  the  grid  based  on  a  signal  from  the utility,  then  protection  equipment  would  be  needed.  Given  that  there  is  no rotating equipment and that the battery system would be producing DC power, a protection  system could be  as  simple  as  those used  in photovoltaic or  fuel  cell systems utilizing inverter‐based approaches.  

                                                             

11 Energy Insights raw estimations 

Page 40: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  40

Initially,  growing  V2G  deployment  would  likely  require  a  review  of  the capabilities  of  individual  feeders  to  handle  power  fed  onto  the  grid.  But, concurrently, utilities would also need to reevaluate and perhaps alter the design approach they take in building and retrofitting the distribution system. Likewise, to gain  full advantage, communications and control  technologies would have to be  modified  to  dispatch  PHEVs  when  reserves,  regulation,  or  other  ancillary services are needed.  

Data Available

There are some pilot projects taking place through Europe. As the projects unfold there will be more and more data to  look at  to see  the performances of PHEVs and their interactions with electricity grids.  Energy Insights expects that, assuming PHEV sales growth will be similar to the pattern seen thus far with hybrid electric vehicles, PHEVs could have about 5% of the market after being commercially available for 10 years. This could reduce emissions by 2% and petroleum usage by 3%12. Of  course  contribution  to  efficiency  and  environment  could  be  increased  by technology development of batteries allowing PHEV to be used on longer versus shorter average daily distances. The  energy  mix  used  to  produce  electricity  to  charge  vehicles  is  also  a determinant  of  PHEV  contribution  to  a  cleaner  environment.  Of  course  the possibility  to  use  renewable  energy  represents  the  best  option,  not  only  for pollution, but, being PHEV a storage facility, also to increase Renewables level of utilization, decoupling the moment of production from usage (for instance usage of wind energy during the night in country like Denmark). Projects currently underway, which will unveil huge experiences  include: EdF’s partnership  with  Toyota  to  evaluate  PHEVs  in  Europe;  Saab  and  Volvo  pilot project collaboration with Vattenfall in Sweden; and Dong Energy’s testing of an electric vehicle fleet that can plug‐in into the grid with Project Better Place, also involving Renaul‐Nissan. 

                                                             

12 Energy Insights raw estimations. Additional bibliography: 

EPRI‐NRDC Joint Technical Report, Environmental Assessment of Plug‐In Hybrid Electric Vehicles, Volume 1: Nationwide Greenhouse Gas Emissions (1015325), July 2007. 

WWF Plugged In, The end of the oil age, March 2008 

Energy Insights, What Path are PHEVs Taking in Europe? (Doc# EIRS02Q, May 2008) 

 

Page 41: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  41

In  September  2007,  EdF  formed  a  technology  partnership  with  Toyota  to evaluate  PHEVs  in  Europe.  Their  objective  is  to  develop  practical  solutions  for the  commercialization  of  Toyota’s  prototype  vehicle  technology,  which  can further  reduce  the  environmental  impact  of  vehicles  especially  in  urban  areas. Under the joint agreement, a small number of PHEVs were integrated into EDF’s vehicle  fleet  to  be  tested  on  public  roads  in  France  under  typical  driving conditions. Road trials of the PHEV commenced in France in the fall of 2007 and may be expanded to other European countries.  EdF  and  Toyota  have  developed  an  innovative  charging  and  invoicing  system, equipped  in  each  of  the  test  vehicles.  This  system  is  compatible  with  a  new generation of public charging stations, which aim to make electric power more accessible on public roads and car parks and to reduce the cost to the customer. EdF penned a second partnership in October 2007 with Elektromotive to install 250 new charging points over  the next six months  in London and elsewhere  in the UK.  Saab and Volvo will collaborate on a pilot project around plug‐in hybrid vehicles. The two car manufacturers will test ten Volvo PHEVs on Sweden’s public roads next  year.  Swedish  energy  company  Vattenfall  and  battery  manufacturer  ETC Battery and Fuel Cells Sweden are also partners in the new project. The project will continue between 2008‐2010 and the  ten plug‐in hybrids are scheduled  to be under  test by 2009. Data collected during  the demonstration project will be used  to  evaluate  batteries,  analyze  driving  patterns,  and  refine  simulation software used for PHEV and HEV development. The expected cost of the project is US$9.6 million, and the partnership has applied for a government grant for half of that. Danish  utility,  DONG  Energy  has  also  jumped  on  the wagon  in  the  testing  and development of an electric vehicle  fleet  that can plug‐in  into  the grid. The  firm signed a  letter of  intent with California‐based Project Better Place at the end of 1Q 2008 aimed at  reducing CO2 emissions  from  the Danish  car  fleet.  Together with Project Better Place, DONG Energy will work on giving Danish consumers access  to  buying  environmentally  friendly  electric  vehicles  (EVs)  at  attractive prices.  Within  the  next  few  years,  Better  Place  Denmark  is  to  introduce environmentally friendly, battery driven EVs to the streets of Denmark. DONG’s other aspiration is to achieve a new way of storing the unstable electricity output from  wind  turbines,  as  EVs  are  typically  charged  during  the  night,  when  the exploitation  of  power  generation  is  low  and  considering  DONG’s  strong developments  in  the  wind  energy  arena.  The  vehicles  will  be  developed  and provided  by  the  Renault‐Nissan  Alliance  partnership with  Project  Better  Place Denmark. Renault will provide Better Place Denmark with the electric vehicles, thus  achieving  the  objective  of  zero  emissions while  at  the  same  time  offering driving performances similar to a gasoline engine.  Project  Better  Place,  before  Denmark,  launched  its  first  V2G  pilot  in  Israel, partnering  with  Renault‐Nissan.  Their  aim  is  to  integrate  all  necessary 

Page 42: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  42

companies and components that already exist to make widespread use of electric cars a reality. Through their system electric cars will get their power through a system called  the Electric Recharge Grid. The parts of  the ERG  include  the  car, batteries,  charging  points,  exchange  stations,  software  and  renewable  energy systems—all  of  which  need  committed  manufacturers  and  suppliers.  Project Better Place calls this a “virtual oil field”. So far governments throughout Europe have bee busy trying to sponsor a more vast adoption of fuel alternative vehicles,  including PHEVs. Most countries have adopted  some  form  of  tax  incentive  to  keep  costs  of  ownership  for  these  new technological vehicles competitive. Below are some country specific examples: 

• Sweden ­ Incentives for environmentally friendly vehicles in Sweden embrace reduced company car tax, free parking in selected cities, reduced vehicle insurance, exemption from congestion charges in Stockholm and lower annual registration taxes. The Swedish Government has also mandated that 85% of Government vehicle purchases (excl police, fire and ambulance vehicles) must be Alternative Fuel Vehicles; and that all petrol stations with an annual volume of more than 1000m3 must have an alternative fuel pump by Dec. 31, 2009, and all new filling stations must offer Alternative Fuels. 

• France ­ The French government has agreed far‐reaching tax incentives for both the fuel and alternative‐fuel vehicles, no mineral oil tax on ethanol, no company car tax for the first 2 years, reduced registration tax, no VAT on fuel for the fleet customer.  

• Italy ­ Alternative‐fuel vehicles sold in Italy are eligible for 30% to 65% government support on the purchase price, if a company purchases the vehicle. As a result, most privately driven alternative‐fuel vehicles in Italy, including hybrids and electric vehicles, are leased.  

     

Recommendations For Data To Be Investigated (Investment Required)

Looking more closely at ongoing  initiatives and pilot project  for PHEV focusing not only on technical issues regarding the creation of the infrastructure but also on business case to facilitate investment. Furthermore,  intelligent  grid  initiatives  are  constantly  releasing  new  material concerning PHEVs and relevant companies that are claiming to already have the technology to integrate PHEVs. 

Page 43: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  43

Recommendations  for  ICT  investment  required  (Regulation,  Research, Development, Go To Market) 

Regulation

• Promote the advancement of commercial PHEV • Promote renewable energy programs around the concept that cars of the 

future could be powered with renewable energy rather than gasoline. • Push the creation of time‐of‐use rate plans that provide consumers an 

incentive to recharge PHEVs and other rechargeable electronics during off‐peak hours. 

• Establish programs for battery recycling and proper disposal 

Research/Development

• Contribute in funding pilot to study and field test projects involving PHEVs. Vehicle‐to‐Grid (V2G) demonstrations should be a part of that effort. Particular evidence should be given to infrastructure development and ICT enabling solutions. 

Go To Market

• Ask utilities to estimate the number of PHEVs they could fuel with excess load in the evening and divulgate that information, for example via their Web site.  

• Launch a marketing campaign to illustrate how using electricity to power PHEVs is better for the environment and for consumers’ budgets than using gasoline. 

• Assistance in developing energy management capability for end users. • Create ICT enabled energy efficiency standard indicators and reinforce 

their collection and monitoring 

Phev Towards Billing For The Future Energy Infrastructure

In  the  future  energy  infrastructure  billing  will  play  a major  role.  As  we move towards  a  service‐based  society,  a  variety  of  services  will  be  offered  within  a specific time frame, and the providers need to be able to charge for it in a quick, transparent and cross‐border way. New forms of billing and payment will arise i.e.  instant‐payments will  be needed.    In  a  future  scenario,  electric  cars will  be able to charge their batteries while waiting at the traffic lights, with energy being wirelessly transmitted from special  installations at the road. As this transaction will be in the seconds, respective billing capabilities should be there. The smart meter that is seen as a key entity for the future smart grid, will be a distributed one,  composed  of many  real  and  virtual  units  e.g.  at  home,  at  the  car,  or  even embedded as part of every electrical device and bound to the user. 

Page 44: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  44

To that extend we propose to  

• Create a real‐time pan‐European ubiquitous micro‐/mini‐ billing  infrastructure.  Existing systems e.g. mobile payments, GeldKarte etc could be seen as the first steps. The infrastructure should of course include security, archiving, invoicing, signing and verifying of invoices, real‐time payments, cross‐channel support etc. 

• Change the regulatory framework to allow pan‐European ubiquitous micro‐payments; apply this to the SEPA (Single Euro Payments Area) 

• Promote electronic money and electronic transactions; Reduction of cash money and increase of electronic money through reduction of costs of electronic money 

• Engage the Telecoms (experience micro/mini payment solution providers) in dialog with the banks (mini/macro billing payment providers). 

Page 45: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  45

ANNEXES Contributors to the Consulting Group Industry 

Accenture Technology Labs (Ms. Marion Mesnage) Alcatel‐Lucent (Mr François Loubry) BOOZ & Company GmbH IBM IDC Energy Insights Infineon Technologies KEMA SAP (co‐Chair) Siemens 

Broader business associations Eurelectric European Renewable Energy Council European Centre for Power Electronics European Utilities Telecom Council (co‐Chair) CIRED Research Centres Enersearch Cesi Ricerca SpA 

European Commission INFSO ENV Joint Research Centre RTD For any information, please contact : Maher Chebbo, VP EMEA Utilities SAP,  EU SmartGrids Council and co‐chair ICT for EE [email protected]  OR Miguel Angel Sànchez Forni, Director, Iberdrola EUTC, EU SmartGrids, co‐chair ICT for EE [email protected] 

 ICT Industrial Partners 

Accenture Technology Labs  Alcatel‐Lucent BOOZ & Company GmbH IBM IDC Energy Insights  Infineon Technologies  KEMA SAP Siemens  

Ms. Marion Mesnage Research Manager Phone: +33 4 92 94 17 12 Mobile: +33 6 79 59 11 38 Email: [email protected] Mr François Loubry Vice President, Energy Phone: +33 1 30 77 43 45 Mobile: +33 6 03 42 63 41 Email : francois.loubry@alcatel‐lucent.fr 

Page 46: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  46

Replaced for this meeting by Peter Johnson Mr Rolf Adam Phone: +49 89 54525 697 Mobile: +49 170 2238 697 Email: [email protected] Mr. Jeremy Willsmore IBM Europe’s Energy and Utilities Business. Phone: +44 2392 561 994 Mobile: +44  7860 809 397 Email: [email protected] Roberta Bigliani,  EMEA Research Director Phone: +39 02 28457377 Mobile +39 33 56327767 Email: Rbigliani@energy‐insights.com Dr. Gerhard Miller Phone: +49 89 23428281 Mobile: +49 1717636317 [email protected] Absent for this meeting   Tomas Harder Mr. Willem Strabbing Phone: +31‐26‐3566232 Email: [email protected] Dr. Maher Chebbo Vice‐President SAP  Phone: +33 6 18 22 05 38 Mobile: +33 6 18 69 9797 Email: [email protected] Dr.  Michael Weinhold CTO Energy Sector Phone +49 9131 185275 Email: [email protected] Replaced for this meeting by Gerd Griepentrog 

       Broader business associations 

Page 47: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  47

Eurelectric European Renewable Energy Council EREC  European Centre for Power Electronics (ECPE) European Utilities Telecom Council (EUTC)  

Mr. Gunnar Lorenz Head of Unit Networks Phone: +32 2 515 10 54 Email: [email protected] Replaced for this meeting by Michel Laurent (Electrabel) Ms. Christine Lins Secretary General of EREC Phone: +32 2 546 1933 [email protected] Replaced for this meeting by Mr. Thomas Harder General Manager Phone: +49 911 91 02 88‐11 Email: [email protected] Mr. Peter D Moray EUTC Director Mobile: +44 7710 057694 [email protected]  

 Research Centres   

Enersearch Cesi Ricerca SpA  

Prof. Hans Akkermans Chief Scientific Officer  Phone: +31 653 254 053 Email: [email protected] Dr. Michel de Nigris Director Dpt T&D Technologies Phone +39 023992 5890 Email: [email protected] 

Page 48: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  48

Page 49: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  49

 

Page 50: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  50

 

2 ICT FOR ENERGY

EFFICIENCY IN

MANUFACTURING  

 

Final Report;  25 September 2008 

Edited by Prof. Dr.‐Ing. Frank‐Lothar Krause; Berlin 

Page 51: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  51

SUMMARY 

In  January  2008,  the  European  Commission  adopted  a  far‐reaching  package  of concrete  measures  demonstrating  that  agreed  climate  change  targets  are technologically  and  economically  feasible  and  provide  a  unique  business opportunity  for  thousands  of  European  companies.  With  its  Communication "Addressing  the  Challenges  of  Energy  Efficiency  through  Information  and Communication  Technologies"  presented  in  May  2008,  the  Commission underlined the role of ICT as an enabler of energy efficiency across the economy. The  Communication  proposed  the  setting  up  of  Consultation  Groups  with industrial and societal stakeholders to investigate opportunities offered by ICT to increase energy efficiency throughout the economy. As nearly one third of global energy demand and CO2 emissions  is  attributable  to manufacturing,  a  systems approach,  enabled  by  ICT,  which  transcends  process  and  sector  boundaries, seems to offer significant potential for savings. The  industry  represented  in  the  Smart  Manufacturing  Consultation  Group involved  the  process  industries,  discrete  manufacturing  and  semiconductor manufacturing  industries.  Technology  providers,  in  particular  ICT  providers, made  significant  contributions.  The  Group  also  involved  representatives  from academic institutions, European universities and research institutes, specialised in this R&D field. The  report  provides  a  consolidated  summary  of  suggestions  made  by  the Consultation Group.  Its main  aim  is  to  identify  opportunities  for  ICT  to  reduce the  carbon  footprint  of  Europe's  manufacturing  industry.  It  starts  with  an analysis of  the significance of manufacturing  for Europe's economy, wealth and jobs, it analyses the share of manufacturing on Europe's energy consumption and then attempts to consolidate estimates for savings potentials in industry. The  report  concludes  with  a  list  of  recommendations  for  ICT  deployment activities  in  the  short‐to‐medium  term  (2009‐2015)  and  a  summary  of  R&D needs for new ICT benefiting manufacturing in the long term (2015‐2020). It is expected that the proposed measures will help manufacturing to move away from  the  dominating  economic  paradigm  of  "maximum  gain  with  minimum capital  investment"  towards  a more  sustainable paradigm of  "maximum added value from a minimum of resources". 

Page 52: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  52

 

INTRODUCTION  During 2007, a consensus crystallised on the need to put a combined climate and energy policy at the heart of the European Union's political programme, central to  the  Lisbon  and  renewed  sustainable  development  strategies  and of  primary geo‐political  importance  considering  oil  reserves  and  prices.  The  European Council  set  precise  and  legally  binding  targets  as  a  symbol  of  Europe’s determination. In  January  2008,  the  European  Commission  adopted  a  far‐reaching  package  of concrete  measures  demonstrating  that  the  agreed  climate  change  targets  are technologically  and  economically  feasible  and  provide  a  unique  business opportunity  for  thousands of European  companies. With  its Communication13, presented  on  13  May  2008,  the  Commission  underlined  the  role  of  ICT  as  an enabler of energy efficiency across the economy,  including fostering the change in behaviour,  improving efficiency  in the use of natural resources and reducing pollution and dangerous waste. The Communication proposed the setting up of Consultation  Groups  with  industrial  and  societal  stakeholders  to  investigate opportunities  offered  by  ICT  to  increase  energy  efficiency  throughout  the economy.  As  nearly  one  third  of  global  energy  demand  and  CO2  emissions  is attributable  to  manufacturing,  a  systems  approach,  enabled  by  ICT,  which transcends process and sector boundaries, seems to offer significant potential for savings. The  industry  represented  in  the  Smart  Manufacturing  Consultation  Group involved  process  industries  (in  particular  the  steel  and  the  chemical  industry represented by two European Technology Platforms, on steel research (ESTEP) and  on  sustainable  chemistry  (SUSCHEM)).  It  further  involved  discrete manufacturing  (in  particular  the  machine  tool  building  sector  represented  by their European association CECIMO, small and medium sized enterprises (SMEs) represented  by  CIC  Margune  in  Spain)  and  semiconductor  manufacturing  (in particular  chip  makers  represented  by  AMD  in  Dresden  and  Intel  Ireland). Technology  providers,  in  particular  ICT  providers,  gave  significant  inputs. Representatives  of  academia,  European  universities  and  research  institutes specialised in this R&D field, gave further significant input. 

                                                             

13   COM (2008) 241 final of 13 May 2008: Addressing the Challenges of Energy Efficiency through Information and Communication Technologies  

Page 53: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  53

This report provides a consolidated summary of a  large number of suggestions made by this Consultation Group. At a meeting held  in Brussels on 3 July 2008, around 30 participants from industry and academia discussed under the heading "Energy Efficiency in Manufacturing: The Role of ICT" and provided written input (see  Annex  1  and  2).  The  main  aim  of  the  report  is  therefore  to  identify opportunities  for  ICT  to  reducing  the  carbon  footprint  of  Europe's manufacturing. It starts with an analysis of the significance of manufacturing for Europe's  economy,  wealth  and  jobs  (section  3),  its  analyses  the  share  of manufacturing  on  Europe's  energy  consumption  (section  4)  and  attempts  to consolidate  estimates  for  savings  potentials  in  industry  (section  5).  Sections  6 and 7 deal with short‐ and long‐term measures to help manufacturing change its economic paradigm from "maximum gain with minimum capital  investment" to "maximum  added  value  from  a  minimum  of  resources",  thereby  facilitating  a more holistic view of this important human economic activity. 

DEFINITIONS AND SCOPE  Manufacturing  and  production  are  two  narrow  terms. Manufacturing  provides goods and services. The  types of goods vary between  industries.  In  the current investigation  we  have  four  sectors:  discrete  manufacturing,  semiconductor manufacturing, process industries and services. While manufacturing  includes  all  industrial  activities  from  the  customer  to  the factory  and  back  to  the  customer,  the  term  production  may  be  used  for  the process of making the goods. Manufacturing processes also involve supply chains that span the globe as well as the lifecycle of a product. Enablers  of  manufacturing  are  human  resources,  materials,  energy, infrastructures,  ICT  and  knowledge.  ICT  is  increasingly  used  in  the  planning, operation and control of manufacturing business. Three types of manufacturing activity are discussed in this report. Discrete  manufacturing  produces  investment  goods  and  consumer  goods  in single  batch  processes  or  in  a  series  or  in  mass  production.  Examples  are machine tools, cars and even simple screws. Semiconductor  manufacturing  aims  at  producing  ICT  components  such  as transistors,  diodes,  processors  and  memory  chips.  These  are  the  essential building blocks of the information society. Process  industries  are  those  parts  of  industry  that  involve  continuous  flow production. This is the case for chemical and pharmaceutical production as well as for the production of steel, copper, aluminium, etc. 

Page 54: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  54

Services  (in  the sense of  immaterial  "products"),  for example  the software  that runs data centres or  is used  for computing, education and controls, are dealing with another aspect: e.g.  the energy saving service offered to the operator by a service  provider.  A  "dematerialization"  trend,  towards  more  services  and product/service  systems,  may  ultimately  affect  energy  efficiency  in  a  positive way. However, this report will not deal with that particular issue but will rather focus on ways to improve the energy efficiency of manufacturing processes. 

THE IMPORTANCE OF MANUFACTURING  Manufacturing is one of the key industries, contributing 22% to Europe's GDP. In 2004, the MANUFUTURE High‐Level Group estimated that 70% of jobs in the EU directly/indirectly  depend  on  manufacturing  [MANUFUTURE].  Discrete manufacturing  revenues  are  of  the  order  of  1,500  billion  €,  with  34  million people  employed, which means  that  30 %  of  all work  places  in  Europe  are  in industry [Neugebauer]. Regarding  discrete  manufacturing,  CECIMO,  the  European  Committee  of  the Machine Tool Industries, provided the following data: 71 % of the production is exported14, and 133,000 employees are working in the machine tool industry in 1,190 companies [CECIMO]. The percentage of SMEs is very high, for example in Germany  about  70%  of  the  companies  have  less  than  250  employees [Neugebauer]. The production of automation equipment in the EU‐27 accounted for 40.5 % of the world market in 2005. The production of ICT in the EU‐27 was at 24.3 % in the same year [Electra/ZVEI]. In  2007,  European  semiconductor  manufacturing  showed  revenues  of  27.4 billion €, with 90,000 people directly employed [ECCA ESIA]. The process industries contribute with 2,500 billion € to the turnover of EU‐25 industry15. They employ 8.6 million workers in 381,000 companies. 96% of the companies  are  SMEs  (26,200  are  the  latest  figures  from  2001).  The  industry's export value is 121 billion €. In  2007,  steel  production  in  the  EU‐27  amounted  to  209  million  tons  and accounted for a 15.8 % share of the total global steel production with a turnover of more than 140 billion € and direct employment of 370,000 people [ESTEP]. 

                                                             

14   For example: Germany's and Italy's export value in 2007 together amounted to 13,366 million US$ [Neugebauer] 

15   2006 figures, including chemicals, metals, food and beverages, pulp and paper, coke and other fuel production [Eurostat] 

Page 55: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  55

Based on  the  large  impact  of manufacturing  on Europe's welfare  the  following strategic considerations should provide a rationale for action: 

• The significance of the industrial sector (in terms of GDP share) makes its energy efficiency efforts a non‐negligible contribution to reaching European and G8 policy targets. 

• Making Europe's industry an energy efficiency forerunner may have dual global impact: Firstly, it proves that energy efficient goods can be competitive – providing a showcase for sustainability‐minded European business. Secondly, as Europe's manufactured goods supply other manufacturers world‐wide, global production may ultimately follow Europe's example into more energy efficiency in manufacturing. 

• Keeping manufacturing industries strong is essential for Europe's sustainable growth and welfare. Energy efficiency in manufacturing not only contributes to reducing the carbon footprint of the industry, it also contributes to reducing Europe's dependence on energy imports, and this helps limit inflation. 

MANUFACTURING'S ENERGY DEPENDENCE 

In  2006,  Europe's  share  of  the  global  primary  energy  consumption  was  18% (10,900  Mtoe16).  World  electricity  production  will  almost  double,  from  16.4 million GWh in 2004 to 30.1 million GWh in 2030. This translates to an annual increase of 2.4 % [Infineon]. The  EU‐25  primary  energy  consumption  in  2005  amounted  to  a  total  of  1,750 Mtoe, with  industry being  responsible  for  a  share of 17‐18 %  [see  footnote 5]. According  to  these  sources,  the  2005  energy  consumption  of  manufacturing industry was roughly 297 Mtoe. The chemical industry's share amounted to 131 Mtoe (2005, latest available data) [Manninen]. In  the  EC  Action  Plan  for  Energy  Efficiency,  the  energy  consumption  of manufacturing industry is listed separately from the contribution of commercial buildings  and  of  transport.  This may  lead  to  inconsistencies  in  the  counting  of industry consumption figures, as energy consumption of transport and buildings logistics may be included. Therefore, similar figures for the other industries, e.g. discrete and semiconductor manufacturing may not be directly comparable. For example, about 10 % of industrial energy consumption is attributed to the use of compressed  air  (more  than  80  TWh/year).  There  are  about  321,000 compressors (of sizes between 10 and 300 kW) installed in Europe [COMPR AIR].                                                              

16 "Mtoe" denotes mega tons of oil equivalent 

Page 56: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  56

Another  factor  is  electrical  drives.  In  2004,  15%  (528  TWh)  of  Germany's primary energy consumption was on electricity. The industry share is 47 % and two  thirds  of  it  (or  165  TWh)  may  be  attributed  to  electrical  drives.  The remaining  one  third  of  this  industrial  energy  bill may  be  accounted  to  heating and lighting [ZVEI]. In semiconductor manufacturing, energy is required to process the silicon wafers in  the  tool,  and  to  power  the  tool  during  idle  times.  Individual  components  of processing  tools  such  as  vacuum pumps or motors  require  energy. The energy needed to run process equipment and tools accounts for up to 40 ‐ 50 % of the total energy consumption in a semiconductor facility [EECA ESIA]. It  should  also  be  mentioned  that  the  growing  energy  intensity  of  emerging manufacturing process technologies (such as sputtering, drill EDM, oxidation) is a matter of concern. In terms of energy intensity per processed unit of volume, a factor  of  up  to  100  million  is  noticeable  between  conventional  and  emerging material removal processes [Duflou].   

SAVINGS POTENTIAL  The  absolute  total  energy  consumption  and achievable  efficiency  improvement figures should be differentiated according manufacturing sector. While a lack of total  energy  consumption  data  may  already  be  a  problem  for  sectoral comparison, estimating possible improvements is even more difficult due to high uncertainties in the efficiency gains to be expected. However, an attempt is made here to build a logic that can support prioritisation [Duflou]. While  process  industries  like  steel,  chemicals  and  cement  production  consume considerable amounts of energy, the cost structure in those sectors is such that possible  efficiency  gains  constitute  a  core  business  concern.  They  are  already exploited  to  the  fullest  possible  extent  using  state‐of‐the‐art  technology. Additional gains are therefore to be estimated in an order of magnitude of a few percent  at  best  and  will  come  at  considerable  investment  costs.  Fundamental technological shifts will be required to improve this situation. Market  mechanisms  triggered  by  rising  material  costs  constitute  a  strong incentive for designers and manufacturers to make material efficiency a priority. Rather than expecting large improvements in the energy efficiency of the above mentioned  material  production  sectors,  it  is  more  likely  that,  influenced  by raising  material  costs,  design  efforts  will  reduce  the  material  intensity  of 

Page 57: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  57

production  by  emphasising  dematerialisation,  structural  optimisation  and systematic use of recycled materials. The situation is however totally different when considering production facilities in discrete manufacturing. In this domain the energy efficiency of production is a concern to the end user of machine tools rather than a major cost factor for the machine tool builder. Since the selection of machine tools  is  traditionally based on  quality  and  productivity  considerations,  no  intrinsic  incentive  is  present  in machine  tool  design  to  optimise  for  energy  efficiency. While  energy  efficiency concerns are gradually emerging in some machine tool market segments, energy efficiency  of machine  tools  remains  largely  non‐documented.  It  is  obvious  that the machine tool sector, which is typically characterised by SMEs, lacks the direct incentives  and  in  many  cases  also  the  expertise  to  significantly  improve  the energy  efficiency  performance  of  their  offering.  A  coordinated  action  seems recommendable here to overcome this situation. Up to now, most factories have been designed and constructed with cost as the most  important  economic  factor  in  mind.  This  can  be  seen  at  machine  level, systems level and infrastructure level. However, due to increased changes in the energy  sector,  energy  efficiency  and  optimisation  should  be  another  key indicator for cross‐layer optimisation of future factories. In order to achieve this optimisation and transform it into an efficient factory, energy has to be measured locally  and  almost  in  real  time, while manufacturing  control  activities  need  to also be made aware of the consumed energy. Furthermore, higher‐level decision support systems and enterprise services should also take into consideration the overall  energy  consumption  of  each process,  and  optimise  globally  and  locally. These goals have to be assisted by increasing automation within factories, which can provide better visibility and efficiency on the shop floor. Regarding  achievable  energy  savings  in  manufacturing  the  following  general statements can be made: 

• Energy efficiency is the best energy alternative. • A business paradigm change is needed 

•  

Maximum gain from minimum capital

Maximum added value from a minimum of resources

  

paradigm change 

Page 58: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  58

The  overall medium  term  achievable  industrial  production  savings  potential  is 25‐30  %  [Neugebauer].The  Commission17  estimates  the  energy  savings potential by 2020 of being 95 Mtoe, or a full energy savings potential of 25% by 2020 [Electra]. Industry  represents  about  30%  of  Europe's  primary  energy  consumption. Savings  of  up  to  65%,  at  least  in many  processes,  can  reasonably  be  expected [Electra]. More focus needs to be put on the design and the management of manufacturing processes. It is necessary to develop tools and relevant algorithms which will be able  to  take  energy  efficiency  into  account  as  a  significant  parameter  of  the process,  and  to  calculate  best  energy  performance  results  along  with  other desired process results. There seems to be a significant lack of awareness for energy wasted on behalf of industrial operators. This is often caused by worn‐out (or old) components and installations. Savings can be achieved  through preventive maintenance,  the use of  condition  monitoring  systems,  and  the  use  of  intelligent  components  and systems solutions [COMPR AIR]. ICT  could  play  a  significant  role  in mitigating  up  to  970 million  tons  of  global carbon  emissions  by  2020,  thanks  to  motor  systems  and  industrial  process optimisation [SMART2020]. ICT‐optimised  logistics  could  result  in  a  16%  reduction  in  transport  emissions and  a  27%  reduction  in  storage  emissions  globally  [SMART2020].  These improvements can be made  in a number of ways:  through software to  improve the design of  transport  routes and networks,  route optimisation and  inventory reduction.  

Process Optimisation  25‐30%   Development  of  New Products 

10‐40% 

Optimised Logistics  16%    Intelligent Motor Drives  20‐40% 

Integrated Process Chains  30%    Alignment with Best Performers 

15% 

 

The Key Role of ICT 

                                                             

17   Action Plan for Energy Efficiency: Realising the Potential, COM(2006)545 of 19 Oct. 2006; 2020 Vision: Saving our Energy, Energy Efficiency Action Plan, http://ec.europa.eu/energy/action_plan_energy_efficiency/doc/2007_eeap_en.pdf;  Green Paper on Energy Efficiency: Doing More with Less, http://ec.europa.eu/energy/efficiency/ 

Page 59: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  59

To  introduce  energy  savings  intelligent  controls  are  needed.  At  machine  tool level  ICT  controls  are  situated within  the  CNC  system monitoring  the machine status  and  controlling  various  machine  functions.  A  selective  actuation  of support  systems,  like  cooling,  chip  removal or exhaust units,  and an  intelligent determination  of  the  actuation  level  of  such  systems  allows  cutting  down  on secondary  energy  consumption  without  affecting  the  function  of  the  machine tool. Selective switch‐off or modulating the power supply to the primary process systems,  based  on  intelligent  machine  status  determination,  allows  further reductions [Duflou]. 

ICT For Production Optimisation 

Today’s advanced technologies, such as model predictive control, are capable of solving optimisation problems in real time. If the cost function that is optimised includes energy consumption, then the process is run in a more energy efficient way. Embedded, smart components and systems, sensor/actuator networks and control algorithms can be used to achieve a positive effect on emissions. On top of more advanced control schemes, today’s automation architectures allow for a wide  range  of  optimisation  loops  by  enabling  data  exchange  between  the automation  system,  the  manufacturing  execution  system,  and  the  enterprise resource planning system [SAP]. The amount of data that is available in and around a modern automation system contains a lot of information about the plant. Advanced asset monitoring systems that  analyse  the  data,  extract  information  about  the  state  of  production,  the health of the plant, and maybe even life cycle information, are another means of optimising plant energy consumption. They are a good  tool  to detect abnormal plant  behaviour  that  very  often  results  in  increased  energy  consumption. Indications  of  performance  degradation  of  the  plant  may  result  in  condition‐based maintenance or service activities. The quicker the problem is recognised, the shorter the production is running in non‐optimal areas. Another  way  to  increase  production  effectiveness  is  by  the  application  of advanced scheduling algorithms. To put  customer orders  in  the  right  sequence may  significantly  reduce  the  time  required  to  re‐tool  or  re‐arrange  the production  line,  keeping  down‐time  low.  This  does  increase  the  plant throughput,  but  does  not  necessarily  reduce  energy  consumption.  However,  if the  manufacturing  process  requires  energy‐intense  start‐up  or  shut‐down phases, or if stand‐still does consume energy (e.g. to keep parts of the production at operational temperatures), the gain of reduced re‐configuration outages may add  to  that  effect  as  well.  At  production  system  level,  ICT‐driven  optimised production planning allows for a scheduling of energy intensive tasks when the lowest economic and ecological effects are to be expected. Peak load avoidance, resulting  in  the  elimination  of  undesirable,  high  impact  marginal  peak  load energy  production,  can  reduce  the  environmental  footprint  of  a  production facility  as well  as  its  operational  costs.  Scheduling  production  activities with  a 

Page 60: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  60

high cooling requirement outside the warmest hours of the day can, for example, result in significant energy savings [ABB]. 

ICT­Enabled Design For Energy Efficiency 

A  completely  different  possibility  to  reduce  plant  energy  consumption  can  be found  in  the  engineering phase. Today’s  engineering  tools  contain  all  data  of  a future  plant,  its  layout,  dimensioning,  and  component  information.  This information can be used for simulation purposes. The behaviour of the plant can already be checked during the engineering phase, without running the physical plant. Processes can already be optimised during simulation rather than during an energy intensive commissioning phase. Today’s design criteria of a plant are very often performance and capacity. The design is optimised to maximise these variables. At this stage already, the overall energy  consumption  of  the  plant  can  be  taken  into  consideration,  and  a more efficient process can be chosen based on the simulation results. For  design  support  to  eco‐design,  at  machine  tool  level,  ICT  support  is  also crucial. Flexible access to energy consumption oriented process models and to a design  guidance  knowledge  base  are  important  support  functions  for machine tool designers that can only be realised using state‐of‐the‐art ICT. 

Possible Savings In Discrete Manufacturing

The general approach to improving energy efficiency in industry is to perform an equipment  inventory,  an  assessment  of  the  energy  savings  potential  for  each piece or group of equipment, and to draw up an action plan including monitoring and reporting. This approach can be developed  through a professional audit of the main process (see also section 6.4 on standardisation) [Electra]. There is significant savings potential, such as the following [Neugebauer]: 

• Premium investment goods, premium consumer goods and mass consumer goods could save in Germany alone 210 PJ p.a. 

• Better integrated process chains could save 30% energy. • Development of new products could lead to savings of 10‐40%, depending on the 

products and branch. The development of new products offers the possibility to minimise the product's energy consumption during its operation, but its energy consumption during production can be minimised, too. 

• To substitute cutting with cold forming is another area with significant savings potential. According to a study on the pre‐processing of gears, the process time could be reduced by 50% and the material use by 70%. The replacement of spot welding by clinching can reduce energy consumption from 3% to 1%. 

Savings potentials for discrete manufacturing can be grouped as follows: 

Page 61: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  61

Process Stability 

Energy and material efficiency through better process stability [Neugebauer]: • “Zero waste production” avoids the manufacturing of defective parts. 100% 

quality control can help achieve this goal. • ICT‐driven control systems can considerably reduce unproductive time during 

ramp‐up. • Operation and maintenance cycles can be optimised. 

Rethinking Production Process Technology 

Mechanical, thermal and chemical processes and production systems have to be reconsidered concerning their energy savings potential, which can be estimated at 25% [Neugebauer]: 

• Net‐shape technologies have to be further developed. • Structural light‐weight construction with gradient materials has enormous 

potential. • Processes which lead to changes in the state of materials, such as heat treatments, 

lead to high materials losses. • Sensor based ICT‐infrastructures should be used to analyse energy‐relevant 

parameters. • Detection of the beginning and end of down times, intelligent monitoring, system 

diagnosis and auto‐correction should be implemented. • The base load on machine tools is responsible for up to ¾ of the total power 

consumption, while ¼ is used for the process itself. An optimisation of waiting/start‐up times has a savings potential of 10‐25%. 

• Coating of sheets should be changed from post‐coating to pre‐coating. This means to coat before forming which results in less energy consumption, less loss of lacquer or powder in the process, less time for the process and less required space. 

Lossless Infrastructures 

Lossless  infrastructure  operations  in  manufacturing  plants  and  factories [Neugebauer]: This production area,  including  the  transportation of  goods,  accounts  for more than 40% of energy consumption in discrete manufacturing. Because of not‐yet available assessment methods its savings potential cannot be estimated. 

Intelligent Drives 

Page 62: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  62

Technologies  to  increase  energy  efficiency  are  readily  available:  motors  are installed in all manufacturing plants and represent close to 70% of the electricity used in industry; 88% of the motor drives are not electronically controlled today. Out  of  these  some  50%  can  be  equipped  with  variable  speed  drives  (VSD)  to achieve energy savings, during partial load, of up to 50% [Electra]. The savings potential  from the use of power electronics [Infineon]  is estimated as follows: 

• 20‐30%: Traction drives using power semiconductors, e.g. recuperation of braking energy 

• 30‐40%: Motor control using inverters • 30‐40%: Air conditioning, using intelligent compressor control 

There is a  lack of  information about energy consumption of motor systems and where  savings  can be made within  a  factory.  ICT’s main  role  in  the  short  term will  be  to monitor  energy  use  and  provide  data  to  business,  so  they  can make decisions on energy and cost saving. Wireless networks that allow inter‐machine and  system  communication  would  improve  energy  efficiency  across  an  entire factory [SMART2020]. 

Energy Savings In The Use Of Compressed Air 

In  case  studies on  compressed air  technology  it was  found  that energy  savings are  possible  in  the  range  of  10‐50%  [COMPR  AIR].  An  awareness  raising programme involving information, decision‐making and measurement guidelines could  stimulate  a  reduction  of  the  current  compressed  air  systems  electricity consumption by almost 17 %. Additional measures, described in the study, could under certain conditions stimulate savings of 25%. Economically and technically feasible energy savings amount to about 33%, achievable over a 15‐year period. The  main  means  are:  reduction  of  air  leaks,  better  system  design,  and  use  of adjustable speed drives and recovery of waste heat. 

Possible Savings In Semiconductor Manufacturing

Production‐related savings include the following targets: • Greenhouse gas emissions can be reduced by 33% by 2010 relative to the 2006 

baseline (as measured by kilogram carbon equivalent emissions/manufacturing index [AMD]). 

• The energy consumption reduction goal aims to reduce normalised energy use with 40% by the end of 2010 relative to the 2006 baseline (as measured by kWh/manufacturing index [AMD]). 

Savings of 35,500 MWh were achieved in 2005‐2007 with an Enterprise Energy Monitoring System. It is an internet‐based, real time, centralised energy tracking 

Page 63: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  63

software  which monitors  over  1000 metering  points  at  24  locations.  This  has been  supported  by  an  organisational  change.  The  energy  management organisation  is  focused  in a global department within  its Corporate Real Estate and Site Operations Departments [IBM]. In a re‐commissioning programme, existing buildings undergo an extensive data‐based  evaluation  to  identify  opportunities  to  optimise  system  operations  and reduce  energy  use.  For  2.6  million  square  feet  (242,000  m²)  of  space  annual savings of 17,000 MWh could be achieved in the period from 2003 to 2006 [IBM]. The World Semiconductor Council (WSC), where ESIA (European Semiconductor Industry Association) is a member, has agreed on a common expectation level for the reduction of electricity consumption in semiconductor production processes on a global basis. The expectation level of the WSC is that normalised electricity consumption should be reduced by 30% from 2001 to 2010 [EECA ESIA]. 

Possible Savings In The Process Industries

Almost  all  options  identified  in  the  section  on  discrete  manufacturing  are applicable also to the process industries. The estimated savings potential in this industry domain is as follows: 

• The cement industry has reduced its energy consumption by 27.5% since 1990 [Garas]. 

• The steel industry has reduced its energy consumption and CO2 generation with 50% and 60% respectively over the past 40 years [ESTEP]. 

• Steel can be generated from an integrated route or from a recycling route. To use the integrated route means to start with ore. The recycling route makes use of shredded material. The integrated route needs 18 GJ per ton of slab (hot steel product) while the recycling route needs about 2.5 GJ per ton of steel. The share of the recycling route has risen from 25% in the eighties to 41% today. The recycling route will be further increased as steel is fully recyclable. 

• The impact of new product development on the energy consumption involved in steelmaking is very low. However, a reduction of energy consumption at customer level, e.g. through the development of advanced high strength steel for the car industry, has a key impact. Similar developments are coming for the construction sector and for other industries (energy production, etc.). 

• An alignment of plants of the best performers may yield 10‐15% of savings. • Further energy saving potentials lie in the continuous improvement in heat 

recovery and waste steam utilisation and use of intelligent manufacturing technologies and ICT. 

• The chemical industry sees in the improvement of reaction and process design a direct relevance for more energy efficient chemical production. Recent, accelerating developments in high performance computing, process systems engineering, chemical sensing technology and distributed process control 

Page 64: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  64

will ensure that "in­silico" techniques will have a revolutionary impact on the way the chemical industries operate in the next 20 years [Wohlleben]. 

• Model­based catalysis can lead to substantial improvements (up to 50%) if fundamental process improvements can be achieved. But, this is usually not the case. Model­based synthesis concepts (excluding catalysis) can also lead to significant improvements (e.g. 20%). Modelling can lead to energy efficiency improvements of around 5% (see for example the oil and petrochemical industry). Process analysers – frequently combined with modern process control strategies – could yield 10% of savings, e.g. through avoidance of off‐spec material. The above mentioned total savings potentials are deduced from experience with current applications [Förster]. 

ICT‐SUPPORTED MEASURES TO INCREASE ENERGY  

The Consultation Group proposes the following ICT‐driven measures to support the required paradigm change towards more energy efficiency in manufacturing: 

Measure To Manage

The management  of  energy  efficiency  calls  for  an  alignment  of  goals,  strategy, and  metrics.  This  requires  the  creation  of  a  metrics  framework  (including  a common terminology) and key performance  indicators (based on available and reliable  information).  Reliable  information  is  essential  for  evaluation  and decision  making.  Current  statistical  data  are  based  on  economic  performance, rather than on energy efficiency considerations. The terminology is not coherent and statistical data are rarely comparable between industries. Information needed should for example include: 

• Industrial data that also reflect the number of production sites, the number of supply chains, transportation costs compared with the revenue. 

• Data about available equipment, like number of machine tools, actors and drives, their age, their energy consumption. 

Metrification  is  the definition of measurable properties,  especially  those which should be quantified. They are used  to describe and compare different  facts as needed  to  get  a  full  picture  of  energy  efficiency  in  the  different  industries.  An example  for  company  oriented  metrics  could  be  EPIs  (Energy  Performance Indicators)  used  in  the  semiconductor manufacturing  [SEI].  They  can  be  set  at management  and  operational  level.  Management  EPIs  generally  relate  to  the overall  control  of  significant  energy  use.  Operational  level  EPIs  relate  to 

Page 65: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  65

particular  items such as production  sites,  equipment etc.,  and  focus on  specific saving opportunities. In the semiconductor industry, voluntary standard metrics exist  (unit:  kWh/cm2),  which  ensure  a  standardised  measurement  of  energy consumption [ECCA ESIA]. Methodologies and (software) tools are proposed to support the following: 

• A group of experts from different industries defines compatible metrics systems. This group should involve operators/end users, machine builders/OEM, suppliers of components, sensors and control systems and research institutes. 

• Metrics are built with a clear focus on the physical availability and use of energy (resources in general), costs, and market value. 

• From the point of production engineering it makes sense to consider total energy consumption by having absolute measures for the characterisation of production systems (machines, equipment) and components; production processes and technologies; and case specific discrete examination spaces. 

Promote Best Practice

"Best practices" are a means where companies use benchmarking methodology and  tools  to  learn  about  how  problems  are  solved  in  other  companies  or industries. In  the case of  ICT  for Energy Efficiency,  it  is proposed  that  the management of industrial energy efficiency is developed as an industry benchmark, e.g. through intelligent  use  of  smart  meters,  sensor  networks  and  controls,  and  widely promoted  by  industrial  associations.  Regular  benchmarking  results  should  be published  and  their  development  monitored.  Benchmark  leaders  should  be awarded. 

Encourage Voluntary Agreements

It  may  make  sense  to  start  an  energy  efficiency  industrial  campaign  with voluntary  agreements  between  related  partners.  The  benefit  for  all  partners involved  must  be  obvious.  This  is  given  in  the  case  of  energy  efficiency  and industry associations should take the lead. Examples for already existing voluntary agreements are: 

• VDI 4602 Energy Management, October 2007 (in German and English): The guideline deals with terms and definitions. It describes besides of terms in the fields of energy provision, energy distribution, energy trading and energy utilisation also requirements for energy management systems and fundamentals. 

• VDI 3922 Energy consultation for industry and business, 1998 (in German and English). This is a guideline for enterprises which use energy for manufacturing 

Page 66: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  66

or transformation processes as well as for space heating. It can also be used by energy consultants. 

• SEMI S23‐0705, Guide for Conservation of Energy, Utilities and Materials used by Semiconductor Manufacturing Equipment. The guide is intended to be a tool. It addresses measurement related to energy, utilities and material use of semiconductor manufacturing equipment. It also addresses continuous improvements for energy, utilities and material conservation. 

Voluntary  agreements  have  the  benefit  that  they  can  be  set  up  in  a  relatively short time. Through such voluntary arrangements ICT providers and industrial users could join efforts in developing ICT pilots and using them for joint benefit. 

Envisage Essential Fast-Track Standardisation

Standards  have  a  legal  status  when  they  are  referenced  in  laws.  It  should  be decided  if such a  legal situation  is necessary  in the case of  the  ICT sector given the time required for the standardisation process. An  example  of  a  relevant  standard,  currently  implemented  in  Ireland,  is  I.S. 393:2005 ‐ Energy Management Systems, Technical Guideline: The standard has been  developed  to  ensure  that  energy  management  becomes  integrated  into organisational business structures, so that organizations save energy, save costs and  improve  energy  and  business  performance.  Setting  objectives  and  targets and  the  use  of  energy  performance  indicators  (EPIs)  at  both management  and operational level are seen as key activities. It is proposed to raise the issue of energy efficiency to the level of importance of quality  (as  standardised  under  the  ISO  9000  series  or  the  Capability  Maturity Model (CMM) scheme  in the  field of software development). A European (CEN) or  global  (ISO)  standard  for  the  energy  efficiency  model,  focusing  on  energy efficiency  management  needs,  should  be  developed  and  deployed  as  soon  as possible.  It  will  facilitate  benchmarking  by  type  of  industry  and  application; elements would help CEOs to make decisions and develop their plans [Electra], [De Maidagan].  Each  company  (including  SMEs)  could  become  certified  under such a standard, thereby obtaining a competitive advantage. 

Consider Carbon Tracing In Energy Labeling

While a systematic comparison of the energy efficiency of machine tools today is virtually  impossible,  the  adoption  of  a  standardised  energy  consumption measurement specification would help to overcome this situation. For example, a total  energy  consumption  indicator  could  be  defined  and  applied  as  an  energy efficiency  label  on  production  machines.  Such  a  label  should  exceed  the traditional material removal processes (milling, turning) and cover a wide range 

Page 67: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  67

of  emerging  process  technologies.  The  label  could  become  a  powerful  tool  in influencing  investment  decisions  of machine  tool  end  users  since  they  are  the direct beneficiaries of reduced energy consumption. Regulatory effort combined with a harmonised metric could drive progress in the highly divided machine tool market. The European Commission should therefore stimulate efforts in this direction [Duflou]. Efforts  to  introduce such an energy  (efficiency)  label  for machine  tools  require the involvement of industry, transparency regarding the evaluation criteria, and support  to  improving  design  capabilities  (e.g.  knowledge‐driven  systems  and self‐monitoring systems based on performance indicators). Energy consumption labeling is already available for a variety of products [EuP Directive]. These  labels bear  important  information  for consumers as a help  to making  purchase  decisions.  It  is  proposed  to  develop  a manufacturing  process label  that  extends  existing  energy  labels  on  the  operational  energy  use  of products  by  including  information  on  the  efficiency  of  the  manufacturing process. This way, an OEM or tier1‐supplier could evaluate the offers of suppliers and select accordingly. This would also empower the consumer in allowing him to choose a product on the basis of its overall carbon footprint. 

Support Industry-Wide Deployment Of ICT Infrastructures And Tools For Energy Efficiency

Developments  in microelectronics  and  embedded  systems make  it  possible  for networked  embedded  devices  (with  computational  capabilities)  to  cooperate and  provide  almost  real  time  information  as  a  feedback  to  the  (real) world  of manufacturing in which they are operating. The goal  should be  to  envisage  the  "energy aware  factory". The  following non‐exhaustive  list  provides  examples  of  possible  pilot  cases  that  should  be considered: 

• Set up industrial demonstrators to showcase enterprise services that evaluate and assist in the optimisation of production planning and execution, based on dynamic energy loads, e.g. at production process level, at supply chain logistics level, etc. 

• Support application pilots of market‐driven mechanisms and collaboration between ICT‐providers, energy providers and industrial users focusing on optimal energy use and/or the integration of distributed (alternative) energy provision in industrial end user companies. 

• Encourage software management solutions for large‐scale infrastructures, e.g. for remote monitoring, remote diagnostics, predictive maintenance, etc. in energy‐intensive industrial sites. 

• Support demonstrators of ICT‐enabled distributed micro‐factory networks, demonstrating energy efficiency of at least 50 %. 

Page 68: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  68

• Set up environments (e.g. a Living Lab: web‐laboratory on Energy Efficiency Estimation – E³) to enable industrial users (SMEs in particular) to develop strategies for energy efficiency implementation and evaluation [Kuzman]. 

Regulatory Measures

It is proposed to accompany regulation on industrial energy efficiency reporting by  suitable  (e.g.  effective)  e‐government  applications  that  facilitate  electronic reporting on energy efficiency similar to a tax declaration. 

DEVELOPING NEXT GENERATION ICTS FOR SMART MANUFACTURING 

 

Energy efficiency in the manufacturing domain goes beyond simple stand‐alone approaches, e.g. peak load avoidance or single process/machine optimisation. It should be seen in a more holistic form, where local vs. global optimisations are supported by an ICT infrastructure that dynamically adapts to energy conditions and business plans. There  are  a  number  of  R&D  projects  in  the  ICT  domain  addressing  energy efficiency to a varying degree. In FP6, the following are relevant: EMMA, HYCON, SOCRADES, and WASP. In  FP7,  the  following  R&D  projects  are  ongoing:  AELUS,  CHOSEN,  FlexWARE, GINSENG, HD‐MPC, PECES, POBICOS, PRODI, and SM4ALL. Project SOCRADES, for example  (Cross‐Layer  SoA‐based  Automation),  works  elaborates  solutions  for discrete manufacturing plants as well as  for continuous production plants. This project works with sensor/actuator networks  for control and supports  factory‐wide energy efficiency at different levels [Konstantellos]. To  realise  a  widespread  use  of  research  results,  it  is  proposed  not  only  to facilitate research itself, but also its (pilot) implementation after the duration of projects. The above mentioned potential energy savings require  further research efforts. The following objectives address the specific needs. 

R&D Needs In Discrete Manufacturing

Objective 1:   Improve  energy  and  material  efficiency  through  better  process stability 

• Material saving is energy saving 

Page 69: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  69

• Zero rejection production saves material and energy by avoiding failure production 

• Recovery of by‐products and sustainable use of resources • Faster and safer (controlled) ramp up saves energy. 

 Objective 2:  Improve energy and material efficiency in mechanical, thermal and chemical production processes through optimisation of maintenance and repair 

• Substitute cutting with forming, and spot welding with clinching • ICT tools and techniques for Plant Asset Management • Intelligent drives: base load reduction, avoidance of peak loads through controls • Cheap and robust sensors. 

 Objective 3:  Lossless  infrastructure  processes  of  production  systems  and factories 

• Support the evolution of “Energy‐Optimised Supply Chains” through a coordinated optimisation of supply chain management, logistics and intra‐logistics. 

Objective 4:  Cost  efficient  “track  &  trace”  approaches  to  control  goods  flows. These could be realised with RFID and sensor networks Objective 5:  As energy costs are part of production costs they can influence the configuration and evaluation of global value added networks 

• Develop methods to cope with the complex situation of cost networks with the aim of evaluating them from an energy perspective 

 Objective 6:  Development  of  methods  for  a  sustainable  energy  and  material economy 

• Total Energy Management (TEM). Objective 7:  ICT‐enabled methods  for  the  development  of  products which  are energy efficient throughout their life time 

• Design for Logistics, Design for Recycling and Reuse • Design for optimal energy use • Assistant systems with functionality to evaluate energy efficiency • LCA (Life Cycle Assessment) including energy efficiency of manufacturing, 

recycling, maintenance and sustainability. Refine methodologies on energy & raw materials modelling (material flow analysis). Use of dynamic material assessment models. 

• Energy cost as an aspect of Life Cycle Management/Total Cost of Ownership • Knowledge support systems and self evaluation systems based on clear 

performance indicators 

Page 70: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  70

• Energy efficient components, sensors, diagnostic and energy monitoring systems and their integration into plant asset management. 

 Objective 8:  PLM  (Product  Lifecycle  Management)  has  to  be  extended  by functionalities which support energy monitoring and saving 

• Today's PLM systems are mainly implemented at the product development phase, but need to be extended to cover also the needs of production and the use phases. Filtering systems can help store and retrieve energy related data. 

 Objective 9:   ERP systems tuned to energy efficiency needs 

• Modern Enterprise Resource Planning (ERP) systems incorporate resource planning and business processes of the entire enterprise. The elimination of incorrect information, data redundancy and the optimization capabilities they provide can lead to significant inventory optimisation and material savings in various manufacturing systems 

• Apart from better shop‐floor scheduling and production planning of the manufacturing system, optimising the energy efficiency of a manufacturing system is still an important challenge for ERP systems. Furthermore, ERP systems often provide both Supply Chain Management (SCM) modules and interfaces for interacting in an integrated way with external information technology systems. A challenge for SCM systems could be the reduction of energy consumption due the transport of goods, through an overall improvement of logistics processes. 

 Objective 10: PDM Systems tuned to energy efficiency needs 

• (Digital) factory management uses Production Data Management (PDM) systems and simulation tools to optimise manufacturing at the planning phase. Energy efficiency is currently not considered. 

 Objective 11: Towards  a  holistic  understanding  (comprehension)  of manufacturing 

• Towards holistic simulation; involving technical building services and building climate, production machines/material flow, and production management. Energy saving potentials have to be taken into account at different levels: (a) component level, field level; (b) machine level; (c) process and plant level 

• Links need to be established between energy efficiency and other important parameters in manufacturing and synergies should be developed (better buildings, resource efficiency, light materials, intelligent components, effective maintenance, diagnostics, improved process quality, better safety, new service concepts and business models). 

Page 71: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  71

• Methods to allow information to flow to where it is needed, e.g. for enterprise level and cross‐enterprise optimisation of energy consumption. 

 Objective 12: Improve sensing and computational methods for the management of large‐scale monitoring data 

• "Soft" (embedded and energy autonomous) and "rugged" sensing devices, sensor networks and appropriate computational methods for large‐scale real time monitoring of rapidly changing production processes 

• Interoperable ICT infrastructures that allow real time monitoring of energy consumption from the enterprise level down to the discrete device level. 

• Adequate models for energy consumption prediction and simulation at each layer, e.g. device level or process level. 

 Objective 13: Intelligent drives [SMART 2020] 

• For standardisation, monitoring and accounting: power electronics chips for variable speed drive (VSD) intelligence, digital metering and components for real time information, e.g. energy audits integrated with business software, central collection of real time energy data, and interfaces with monitoring agencies 

• Software to analyse and optimise the design of motors and motor systems in industrial systems 

• CIRP, the International Academy of Production Engineering, has generated a working group which is named CO2PE! (Co‐operative Effort on CO2 Process Emissions). Its aim is mainly to utilize ICT in an appropriate form to reach the set goal. 

R&D Needs In Semiconductor Manufacturing

The  semiconductor  industry  spends  20%  of  its  annual  revenues  on  R&D.  The international  semiconductor  industry  has  a  roadmap  known  as  the  ITRS (International  Technology  Roadmap  for  Semiconductors).  It  is  the  most important technology roadmap to set the direction for semiconductor R&D. It is written by over 1200 experts  from around he world,  and  focuses on 16  topics such  as  design,  lithography,  test, metrology,  and  interconnectivity.  It  identifies technical  challenges  that  must  be  overcome  to  continue  semiconductor technology advances through 2020 and beyond [EECA ESIA]. Research needs include: ICT‐related systems such as smart metering that potentially improve the energy efficiency  of  facilities  through  moving  to  more  and  more  demand‐controlled facility energy consumption. 

Page 72: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  72

Model the complex manufacturing lines with regards to tool energy consumption and  to  substantially  improve  the  overall  energy  efficiency.  Breakthroughs  are needed to maximize the utilization of  the tools and  load management  in such a way that the sensitive fabrication processes are not disrupted. All  levels  of  the  factory  need  to  be  measurable;  top  level  system‐to‐module management, tool‐to‐individual components/sub‐systems management. Sensors do  exist  to  measure  some,  but  not  all,  components  of  the  subsystem.  Smart metering is a real opportunity for the industry. There  is some research starting  in  the  industry to  investigate manufacturing of 450mm wafers versus  the currently used 300mm. This  requires close  research partnerships  between  silicon  wafer  manufacturers,  the  semiconductor manufacturers and integrated circuit manufacturers. 

R&D Needs In The Process Industries

Research approaches need to focus on a breakthrough to generic, low cost, fast, first‐principle‐based modelling methodologies for complex continuous flows and batch processes as well as for lifecycle management. De‐novo design would allow efficient consideration of completely new materials as  well  as  cost  efficient,  flexible,  clean  and  energy  efficient  (bio‐)  chemical processing with improved yields, reduced waste and maximum recycling. A major challenge is the modelling of complex systems and systems representing different  scales.  This  is  a  prerequisite  for  process modelling  tools meeting  the needs of current process technology directions. R&D objectives include: Development of a library of predictive constitutive models with the capability to generate the necessary models of different scales of size, form and application for a wide range of problems at a fraction of the time and resources spent currently; Systematic  fitting  of  models  to  experimental  data  including  model  structure discrimination  and  model‐base  experimental  design;  flexible  and  generic framework (architecture) for a computer‐aided modelling system useable by all disciplines; Plug & play of models from various sources and of various sizes. Emphasis  should  also  be  given  to  an  efficient  use  of  models  –  that  is,  how  to obtain innovative solutions from model‐based approaches. If the model is simply used to replace an experiment, while some savings in time can be achieved, it is doubtful if innovative solutions can be found. Again many  of  the  discrete  manufacturing  ideas  are  directly  applicable  to  the process industries. 

Page 73: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  73

CONCLUSIONS ICT  is  the  key  enabler  for  the  manufacturing  industries  as  highlighted  in  this report, in discrete manufacturing, semiconductor manufacturing and the process industries.  Planning,  development,  operation  and monitoring  of manufacturing processes are already performed  in  symbiosis with  ICT. To  further continue  to develop these domains in close connection with ICT it will be mandatory to have a  holistic  perspective  that  covers  the  economy,  employment  and  the environment.  The  report  also  shows  that  the  contribution  of  ICT  to  today's energy savings and its potential for the medium term is significant. Achieving  a  paradigm  shift  from  “maximum  gain  from  minimum  capital  to maximum  added  value  from  a minimum  of  resources”  requires  a  new way  of thinking  which  needs  to  be  promoted.  Only  a  holistic  view  to  manufacturing processes will lead to a new comprehension. To get there requires measures that concern specific domains of the factory, but also the factory as a whole including supply chains and suppliers. This new thinking must also take into account the dependence of material use on energy  consumption.  It  requires  a  combination  of  approaches  from  ICT  with disciplines  such  as  mechanical  engineering,  economics  and  ecology. Interdisciplinary actions will be needed. In short term, the following measures should be initiated: As information is essential for the management of energy efficiency, information on  energy  consumption  should  be  collected  and  made  available.  Such  an information base  is essential  to measuring, planning and organisational change across  the  economy.  Creating  and  promoting  a  public  repository  of  energy efficiency  measures  and  opportunities  would  help  generating  the  appropriate mindset. An  efficient  energy  efficiency  certification  scheme  for  companies  requires  a standardised  approach.  It  could  be  built  in  analogy  to  standards  for  quality management. Such a scheme could soon become the basis  for energy efficiency thinking  within  industry.  It  could  shape  company  behaviour  and  provide competitive  advantage  for  lead  users.  Also,  educational methods  are  useful.  E‐learning modules could help spread the word quickly within industry. Energy  labelling  requires  an  extension  from  products  (today)  to  include processes  (tomorrow).  It  would  complement  the  picture  for  responsible behaviour  of  sustainability‐minded  consumers.  Energy  efficiency  reporting  (e‐government application) could be a useful tool for policy makers. Some  prominent  pilot  projects  demonstrating  the  symbiosis  between  ICT  and manufacturing should be started soon. In  the  long  run,  R&D  for  the  development  of  new  ICT  to  support  simulation, modelling,  large‐scale  (wireless) monitoring  and  control would  be  an  essential contribution to further reduce the carbon footprint of manufacturing. 

Page 74: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  74

ANNEXES TO ICT FOR ENERGY EFFICIENCY IN MANUFACTURING   Annex 1: Agenda and List of Participants 

Consultation Group Meeting 

3 July 2008 

Avenue de Beaulieu 33, Room 0/54, 1160 BrusselsAgenda 

Objective:   The Commission, through a consultation process with stakeholders, aims to investigate opportunities offered by ICT to increase energy efficiency (EE) throughout the economy. As nearly one third of global energy demand and CO2 emissions is attributable to manufacturing, a systems approach enabled by ICT that transcends process and sector boundaries seems to offer significant potential for savings. 10.00  Welcome   Dr. Augusto de Albuquerque, Head of Unit "Microsystems", European Commission 10.10  Introduction by the Chair:    The German Background Study “Energy Efficiency in Manufacturing”   Prof. Dr. Reimund Neugebauer, Director, Fraunhofer IWU, Chemnitz 10.40  Examples of ICT Driving Energy Efficiency in Manufacturing:     ­  Ms. Silke Hermanns, AMD Dresden   ­  Dr. Bazmi Husain, ABB Corporate Research, Sweden   ­  Mr. Barry J. Kennedy, Intel Ireland ­  Dr. Wendel Wohlleben, BASF, Germany 12.00  Discussion:    ­  How to achieve the 20% energy efficiency target in manufacturing by 2020 ?    ­  In which way can ICT be instrumental in this process ? 12.30  (Net)working lunch 14.00  Rapporteur’s summary of written suggestions   Prof. Dr. Frank­Lothar Krause 14.30  Participants' statements   All participants 15.30  Wrap up & next steps 16.00  Close of meeting ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Meeting organisers: European Commission, DG Information Society and Media Gisèle Roesems­Kerremans, Unit G1 – Nanoelectronics Erastos Filos, Unit G2 ­ Microsystems/Intelligent Manufacturing Systems Alkis Konstantellos, Unit G3 – Embedded Systems and Controls  

Title Last Name First name Institution Function Country

Dr. Bredau Jan Festo – Research Department Future Technology Germany

Dr. Charbonnier Jean-Claude Steel Technology Platform (ESTEP) Secretary General France

Dr. Chrysostomou Antigoni IBM Germany

Page 75: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  75

Prof. Dr. Chryssolouris George

University of Patras, Department of Mechanical Engineering and Aeronautics

Director, Technology Platform MANUFUTURE Greece

Prof. Dr. Cser László

Faculty of Business Administration / Institute of Information Technology Head of Institute Hungary

Dr. De Maidagan Xabier CIC Margune General Manager Spain

Prof. Dr. Duflou Joost

Centre for Industrial Management/K. U. Leuven Belgium

Mr. Ganz Christopher ABB Group Control & Automation Research Switzerland

Dr. Garas Fikry Garas Consultants Ltd UK

Mrs. Garczynska Magdalena CECIMO aisbl Head of Technical Department Belgium

Ms. Göschel Angela

Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology IWU Germany

Ms. Hermanns Silke AMD EPR Programme Manager (Europe) Germany

Dr. Herrmann Christoph

Technische Universität Braunschweig

Management Board/Head Product- and Life-Cycle-Management Germany

Dr. Karnouskos Stamatis SAP AG SAP Research Germany

Mr. Kennedy Barry J. Intel Ireland

Prof. Dr. Krause Frank-Lothar

Formerly with Fraunhofer IPK, Berlin Rapporteur Germany

Prof. Dr. Kuzman Karl

University of Ljubljana, Faculty of Mechanical Engineering

Head of Manufacturing Technologies & Systems Slovenia

Mr. Lee Carlos SEMI Europe Senior Manager, Brussels Office Belgium

Dr. Manninen Jussi VTT, Process Chemistry Technology Manager Finland

Prof. Dr. Neugebauer Reimund

Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology IWU

Director of Institute, Chairman Germany

Ms. Sartiaux Delphine SEMI Europe Belgium

Dr. Wohlleben Wendel BASF AG Technology Platform Sustainable Chemistry Germany

Page 76: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  76

Contribution only

Ms. Knast Joanna Motorla Inc. EU Affairs Executive Belgium

Mr. Miller Gerhard Infineon AG

Senior Director Consumer & Industrial Power Semiconductors Germany

 

Annex 2:References and Contributions 

[ABB]  Husain, B. and Ganz, Chr., ABB Corporate Research: ICT Contribution to Energy Efficiency in Manufacturing Industries 

[AMD]  Hermanns, S., AMD: Energy Efficiency in the Manufacturing of High Performance Microprocessors – the Dresden Experience 

[CECIMO]  Garczynska, M., CECIMO: Energy Efficiency  in Manufacturing: The Role of ICT, 14 July 2008 

[Chryssolouris] 

Chryssolouris,  G.,  University  of  Patras:  Draft  Contribution  to  the Consultation Meeting  

[COMPR AIR] 

Compressed  Air  Systems  in  the  European  Union,  2001,  ISBN  3‐932298‐16‐0 

[De Maidagan] 

De  Maidagan,  J.,  CIC  MARGUNE:  Energy  Efficiency  in Manufacturing: The Role of ICT 

[Duflou]  Duflou, J., K.U. Leuven: Towards a Reduced Energy Consumption in the Manufacturing Sector: An ICT Facilitated Approach Additional input provided via email to Erastos Filos, 15 July 2008 

[EECA ESIA] 

EECA ESIA, European Semiconductor Industry Association  

[Electra]   Twenty Solutions for Growth and Investment to 2020 and Beyond, 2008: http://ec.europa.eu/enterprise/electr_equipment/electrareport.pdf Annex  1  ‐  Statistical  Analysis,  2008: http://ec.europa.eu/enterprise/electr_equipment/electrareport_annex1.pdf Annex 2 – Report of WG1: Energy Efficiency and CO2 Reduction as Drivers  of  Innovation,  2008: http://ec.europa.eu/enterprise/electr_equipment/electrareport_annex2.pdf 

[ESTEP]   Charbonnier,  J‐C.:  Towards  an  Additional  Reduction  of  Energy Consumption in the Steel Sector  

Page 77: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  77

[EuP Directive]  

Directive 2005/32/EC on Eco Design for Energy Using Products 

[Festo]  Bredau,  J.,  Festo:  Email  to  Frank‐Lothar  Krause,  Erastos  Filos, Matthias Putz and Reimund Neugebauer, 21 July 2008 

[Filos]  Filos, E., European Commission, DG INFSO: Overall report editor [Förster]  Förster, A., DECHEMA e.V: Email  to Frank‐Lothar Krause, Wendel 

Wohlleben and Jussi Manninen, 18 July 2008 [Garas]  Garas,  F.,  Garas  Consultants  Limited:  Issues  related  to  Energy 

Efficiency [Herrmann] 

Herrmann,  Chr.,  TU  Braunschweig:  Energy  efficiency  in manufacturing systems 

[IBM]  Chrysostomou, A.: IBM's Energy & Environmental Efficiency Model and related ICT Concepts Additional  input  provided  via  email  to  Frank‐Lothar  Krause  and Consultation Group members on 22 July 2008 

[Infineon]  Miller, G., Infineon Technologies AG: Infineon Power Products Help Improve Energy Efficiency in Many Application Fields Pophal,  C.,  Infineon  Technologies  AG:  Energy  Efficiency  in Semiconductor Manufacturing at Infineon Technologies 

[Kelm]  Kelm, G., European Commission, DG INFSO: Presentation [Kidd]  Kidd, P. T., Cheshire Henbury: Contribution to the Consultation on 

Energy Efficiency in Manufacturing: The Role of ICT [Konstantellos] 

Konstantellos, A., European Commission, DG INFSO: Presentation  

[Kuzman]  Kuzman, K., University of Ljubljana: Energy Efficiency Analysis of a Manufacturing Chain 

[Manninen]  Manninen,  J.,  VTT:  Achievable  Gains  in  Energy  Consumption  of Manufacturing Processes Bernstein,  L.  et  al.:  Industry,  in:  Metz,  O.  R.  et  al.  (eds.):  Climate Change 2007: Mitigation. Contribution of Working Group III to the Fourth  Assessment  Report  of  the  Intergovernmental  Panel  on Climate  Change,  Cambridge  University  Press,  Cambridge,  United Kingdom and New York, NU, USA Gupta,  S.  et  al.:  Policies,  Instruments  and  Co‐operative Arrangements, in: Metz, O. R. et al., 2007 

[MANUFUTURE]  

MANUFUTURE  ‐  A  vision  for  2020.  Assuring  the  future  of manufacturing in Europe, 2004, ISBN 92‐894‐8322‐9 

Page 78: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  78

[Motorola]  Scott,  L.,  Motorola:  ICT  and  Energy  Efficiency  in  Smart Manufacturing 

[Neugebauer] 

Neugebauer, R.: Closer Linkage of ICT and Manufacturing Towards Resource Efficiency‐driven Manufacturing Neugebauer,  R.  et  al.:  Studie  EffPRO  ‐  Energieeffizienz  in  der Produktion, Untersuchung zum Handlungs‐ und Forschungsbedarf, Fraunhofer‐Gesellschaft München, 2008 

[SAP]  Karnouskos,  S.,  SAP  and  Lastra,  J.,  Tampere  University  of Technology: Towards Energy‐aware Future Factories 

[SEI]  Energy Management Systems,  I.S. 393: 2005: Technical Guideline, Sustainable Energy Ireland, December 2006 

[SEMI]   SEMI  S23‐0705:  Guide  for  Conservation  of  Energy,  Utilities  and Materials Used by Semiconductor Manufacturing Equipment, 2005 

[SMART2020] 

Smart 2020: Enabling the Low Carbon Economy in the Information Age, The Climate Group, GeSI, 2008, http://www.gesi.org/  

[Wohlleben] 

Wohlleben,  W.  and  Iden,  R.,  BASF:  Strategies  for  More  Energy Efficiency in Manufacturing: The SusChem Research Agenda 

[ZVEI]  ZVEI, Energiesparen mit elektrischen Antrieben, 2006 

Page 79: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  79

Page 80: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  80

 

Page 81: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  81

 

3 ICT FOR SMART

BUILDINGS  

Final Report;  25 September 2008 

Edited by Jose‐Javier de las Heras / Acciona 

Alain Zarli / CSTB 

 

 

Page 82: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  82

Page 83: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  83

 

Building / Building Construction: to be considered in the whole document in a broad perception,  which  includes  houses,  residential  buildings,  office  buildings,  large infrastructures  (harbours,  airports,  etc.),  facilities  like  tunnels,  and  up  to  Urban management. Moreover, Buildings refer to all types of buildings, whether they are new, or being used or to be renovated, either they are residential, tertiary, or industrial. For the  sake  of  simplicity,  we will  refer  in  the  rest  of  the  document  to  “Construction”  for Buildings, Built Environment and (smart) Facilities. 

Smart  Building:  a  new  concept  of  Buildings18  integrating  technologies  for  ambient access19  to  all  building  information  made  available  to  all  stakeholders  anytime  and anywhere, and regardless of physical  location: office, construction site, home, etc.  they are buildings with  ICT systems  intimately  integrated with everyday environments and supporting people  in their activities or their daily  life. Wireless and powerless sensors should support future “smart, self‐configuring and self‐adapting home / building”, users needs  and  requirements  (including  evolution  of  users’  profiling)  will  require  special attention,  based  on  advanced  technology  like  pattern  recognition  and  uncertain reasoning. Smart Buildings take into account not only the infrastructure of the building itself (envelope, energy, networks), but also its users (private or professional space) and their needs for communication and services. “Energy‐efficient smart building” are to be smart  buildings  with  an  optimal  management  of  building  energy  flows,  and  over  the whole lifecycle, i.e. from construction, through occupancy (between 50 to 100 years) and through demolition (and re‐use). 

Building Automation: this is a systemic approach that increases and monitor, especially through  integration,  the  interaction  of  part  or  all  components  in  the  building (mechanical  subsystems,  elements  of  the  envelope,  equipments,  and  tomorrow embedded  systems),  so  as  to  improve  functions  and/or  performance  of  the  building (occupant comfort,  lower energy use, on‐site and off‐site building control, etc.). As  the building  of  tomorrow  is  to  be  a  more  and  more  a  complex  combination  of  multiple monitoring  and  control  systems,  with  connection  of  disparate  systems,  building automation  is  the way to ensure  in the future an  improved and reliable supervision of buildings. 

Building Control  / Management  System:  a  system  (or  an  integrated  set  of  systems) that  allows  in  Buildings  to  deploy  and  operate  Building  automation.  For  instance, 

                                                             

18 See ECTP FA7 “Processes & ICT” SRA for a more detailed definition. 

19 Ambient access stems from the convergence of 3 key technologies: 1) ubiquitous computing, 2) ubiquitous & secure communication, and 3) intelligent user‐friendly interfaces. 

Page 84: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  84

typically used  in smart buildings  to automatically control and adjust  the space heating and cooling, the lighting, etc.. 

INTRODUCTION 

Information and Communication Technologies  (ICT) have an  important  role  to play  in reducing  the  energy  intensity20  and  therefore  increasing  the  energy  efficiency  of  the economy, in other words, in reducing emissions and contributing to sustainable growth. Indeed  emerging  changes  offer  the  possibility  of modernising  the  European  economy, towards a future where technology and society will be attuned to new needs and where innovation will  create  new  opportunities.  ICT will  not  only  improve  energy  efficiency and  help  combat  climate  change,  they  will  also  stimulate  the  development  of  a  large leading‐edge market  for  ICT enabled energy‐efficiency technologies that will  foster the competitiveness of European industry and create new business opportunities. As ICT is today pervasive to all industrial and business domains, it is expected to generate a deep impact  in  the  energy  efficiency  of  buildings  of  tomorrow  (should  they  be  new  or renovated). 

This  document  focuses  in  ICT  as  a  support  to  energy  efficiency  in  the  so‐called  smart buildings.  Moreover,  the  focus  is  on  the  building  itself,  including  equipments  and devices, the envelope, and the potential connection with the outside (e.g. electric grids). It also includes considerations from a Urban point of view, but on the other hand, it does not go beyond potential borders with other themes targeted by the other Concertation Groups. As  an  example,  if we  consider  the  embodied  energy  in buildings  and building materials,  it  is considered that about 10% of all CO2 emissions globally come from the production of building materials. In particular steel, concrete (cement), bricks and glass require  very  high  production  temperatures  that  can  only  be  reached  today  by  the burning of fossil fuels. However, this is considered to be in the domain of Manufacturing, even if future interfaces with the Construction domain will be naturally investigated. 

It is clear that, if Europe is to succeed and achieve its ambitious objectives21, the role of ICT as an enabler of energy efficiency across the economy22, needs to be fully explored and exploited: Europe needs to ensure that ICT‐enabled solutions will be: 

                                                             

20 this is a measure of energy efficiency of a nation´s economy: EI = Energy units/GDP =MJ/$. 

21 As defined at various levels, should it be European (e.g. reducing Energy consumption by 20% by  2020),  or  national,  e.g.  in  France  with  the  “Grenelle  de  l’Environnement”:  for  new houses/buildings,  all  to  be  Positive  Energy  Buildings  (PEB)  by  2020,  with  1/3  with  max  50 KWh/m2/an  and  10%  being  PEB ;  for  non‐residential  buildings,  50%  with  less  than 50KWh/m2/year  and  20%  being  PEB.  For  existing  houses/buildings,  decrease  by  2020  the average consumption down to 150 KWh/m2/year (today: 240 KWH/m2), and for non‐residential buildings, by 2020, down to 80 KWh/m2/year (today: 220 KWh/m2/year). 

Page 85: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  85

- available:,  in addition to developing the necessary  individual components  , and more has to be done in terms of system integration and proof of concept; 

- fully  deployed:  this  means  initial  deployments  in  terms  of  assessment  and feedback, and further generalisation of deployments in the built environment; 

- operational: all stakeholder should have them installed and perfectly operating, and users aware of  these systems and being able to  ‘behave with them”, which will probably lead to drastic change in users’ behaviours. 

In order to put ICT at the core of the energy efficiency effort and to enable them to reach their full potential, it is necessary to foster research into novel ICT‐based solutions and strengthen their take‐up — so that the energy intensity of the economy can be further reduced by adding intelligence to components, equipment and services. Therefore, it is essential, as expressed several times through European Commission communications, to reinforce multidisciplinary RTD involving researchers from the ICT, the energy and the building  domains,  to  foster  the  use  of  national  and  regional  programmes  for  the deployment  of  ICT‐enabled  research  results  (like  large‐scale  pilots  of  energy management systems  for public and commercial buildings),  and  to support awareness raising and foster exchanges of information involving these issues23.  

According  to  the  European  Union  Directive  on  the  energy  performance  of  buildings (EPBD  2002/91/EC), more  than  40%  of  the  energy  consumption  in  Europe  is  due  to heating  and  lighting  operations  within  buildings.  Moreover,  buildings  are  the  largest source of CO2 emissions in the EU15 (including their electric power consumption), and their total energy consumption has been rising since 199024. 

The  majority  of  energy  consumption  is  due  to  space  and  water  heating  within households  as  illustrated  within,  although  the  share  of  consumption  of  lighting  and appliances is rising over time (this situation is similar within the service sector although the  share  of  lighting  and  appliance  consumption  is  higher  than  in  households  due  to greater utilisation of ICT equipment). 

                                                                                                                                                                               

22 Which includes fostering the change in citizen's behaviour, as well as in improving efficiency in the use of natural resources while reducing pollution and dangerous waste. 

23 http://ec.europa.eu/information_society/activities/sustainable_growth/docs/com_2008_241_1_en.pdf

24 Fourth National Communication from the European Community under the UN Framework Convention on Climate Change (UNFCCC). http://unfccc.int/resource/docs/natc/eunce4add.pdf  

Page 86: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  86

 

FIGURE 1: SOURCE: ODYSSEE PROJECT ON ENERGY EFFICIENCY INDICATORS IN EU25. 

Buildings can be considered as energy‐intensive systems through their whole life‐cycle, being particularly important figures the ones related to the building operation phase, as seen in Figure 2. 

 

FIGURE 2: ENERGY CONSUMPTION AT EACH STAGE OF THE BUILDING LIFE­CYCLE.

Concerns  (and  therefore  solutions)  on  Energy  Efficiency  exist  throughout  the  whole construction product life cycle (PLC). In each stage of the PLC one can overlook solutions and approaches that positively contribute to more Energy Efficient buildings. 

Roughly one can consider three main phases in the construction PLC, namely the design phase  (early and detailed design and engineering),  the  realisation phase  (construction itself)  and  the  support  phase  (maintenance,  renovation,  etc).  Through  out  each  of  the phases  of  the  PLC,  several  considerations  in  respect  to  Energy  Efficiency  (EE)  of buildings could be set, namely:                                                              

25 http://www.odyssee‐indicators.org  

Page 87: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  87

• Design Phase: At design phase  the  focus on EE  should be on  realising  the best efficient  design  considering  the  many  variables  to  be  potentially  taken  into account  (health and comfort performance, building costs, whole  life  costs,  etc). For  a  designer  and  engineer  (D&E),  and  from  the  Energy  Efficiency  (and  also Sustainability) view point, the need is to have comprehensive (account the many variables at  stake) and enhanced  (with enriched knowledge) Energy Efficiency analysis  and  simulation  services  in  order  to  optimize  (e.g.  by  testing  alternate design solutions, changing materials, trialling distinct scenarios, etc.) the overall design  towards  a  more  suitable  design,  that  presents  the  optimal  energy efficiency  levels  while  considering  the  many  competing  dimensions  under concern. 

• Realisation  Phase:  At  realisation,  the  first  aspect  is  the  procurement  activities, and  the  need  for  the  establishment  of  a  Sustainable  Procurement  process, evolving  from  the  typical  price  and  quality  criteria  to  account  in  the  case  the energy  efficiency  of  purchased  materials.  Another  aspect  that  is  of  major importance  for  the authorities  (and  therefore  for  construction stakeholders)  is the  conformance  assessment  of  a  building  in  view  of  existing  codes  and regulations for Energy Efficiency, enabling e.g. the establishment of rankings that would  set  distinct  taxation  levels  given  the  level  of  efficiency,  or  to  adapt building  codes  and  regulations  for  EE  to  the  specific  characteristics  and properties of given locations or applications. 

• Support Phase: From the support phase view point, one can distinguish from two kinds  of  processes  that  greatly  impact  on  Energy  Efficiency  of  buildings  – Operation  and  Renovation.  From  an  operation  perspective,  there  is much  that the so‐called smart buildings can perform to support a more efficient operation, namely by the supervision using networked ambient intelligence and control of building  devices  and  systems  (e.g.  HVAC,  lighting,  shading,  etc.)  to  maintain comfort  and  operative  levels  while  being  more  Energy  Efficient.  Considering Renovation,  the  important  aspect  is  on  how  to  support  the  reformation  of existing  buildings  towards  being  more  energy  efficiency  performing  thus towards  sustainable  modernisation  and  renovation  of  buildings.  A  report  on “Building  Renovation  and  Modernisation  in  Europe”  has  been  issued  by  OTB (Research Institute for Housing, Urban and Mobility Studies) under the umbrella of  ERABuild,  focusing  precisely  on  sustainable  renovation  looking  at  current practice and exploring research opportunities and challenges for the sector, that includes views into energy use and savings. 

 

Efficiency at Support(EE Operation, EE Renovation)

Efficiency at Realisation(EE Procurement, EE Checking)

Efficiency at Design(D&E for Energy Efficiency)

RealisationPhase

DesignPhase

SupportPhase

 

FIGURE 3: BUILDING PRODUCT LIFE CYCLE PHASES AND ENERGY EFFICIENCY. 

Page 88: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  88

 

Taking  into  account  the  targets  agreed  for  2020  in  the  European  Council  in  200726, reducing the energy consumption in the buildings is an unavoidable issue to approach in order  to  fulfil  these  challenges  as  stated  in  the  Set  Plan  (European  Strategic  Energy Technology Plan)27  .  In order to achieve this ambition, one of  the most  important aims that the European Commission points to in its communication “Addressing the challenge of  energy efficiency  through  Information and Communication Technologies”  (Brussels, 13.5.2008), is the use of ICT among other technologies. 

According  to  a  recent  study28,  the  worldwide  energy  consumption  for  buildings  will grow by 45%  from 2002  to 2025 – where buildings  account  for  about 40% of  energy demand with 33% in commercial buildings and even 67% in residential buildings (see Figure 4). This  study  is also  corroborated by national  reports about Climate Change29, which  identify  the  “diffused  sectors”30  as  the  main  contributors  to  Greenhouse  Gas Emissions in the next year. The reduction of energy consumption through the use of ICT as key enabler technology is expected to be about 15% in the next years.  

                                                             

26 The targets are as follows: 20% reduction in emissions compared to 1990 levels; 20% share of renewable energies compared to projections in overall EU energy consumption; and 20% savings in EU energy consumption compared to 2005 

27 http://ec.europa.eu/energy/res/setplan/communication_2007_en.htm  

28 SMART 2020: Enabling the low carbon economy in the information age. The Climate Group 

29 “Estrategia Española de Cambio Climático y Energía Limpia. Horizonte 2012”. http://www.mma.es/portal/secciones/cambio_climatico/documentacion_cc/estrategia_cc/pdf/estrategia_esp_ccel.pdf  

30 “Diffused Sectors” are characterized by compiling a lot of small sources of Greenhouse Gas Emissions and energy consumptions. Typical examples of “diffused sectors” are transport, building or agriculture. 

Page 89: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  89

 

FIGURE 4: WORLDWIDE ENERGY CONSUMPTION FOR BUILDINGS. 

The report estimates contributions to that reduction figure from different technologies and  policies  emphasizing  that  ICT  tools  for  the  improvement  of  energy  efficiency  in buildings  at  a  design  phase  and  smart  building  management  systems  could  have  the biggest impact. 

Page 90: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  90

MISSION OF THE CONSULTATION GROUP 

The overall aim of the Smart Buildings Consultation Group is to identify and investigate ways in which ICT can contribute to energy efficiency in the Building and Construction sector,  and  to  identify  actions  that  the  Commission  can  take  to  reinforce  this contribution and accelerate its impact. 

The conclusions drawn by this concertation Group (through this document and based on various exchanges between well‐identified key stakeholders, as  introduced below) will indeed  feed  the  outcomes  of  a  (high  level)  advisory  group  aiming  at  providing information  on  potential  as  well  as  recommendations  to  the  EC  in  terms  of  ICT  for Energy Efficiency. This concertation group is also to be seen, from the “Construction ICT” side,  as  the  channel  for  involving  DG  INFSO  in  the  activities  the  Construction  sector needs. 

The main targeted achievements of the concertation group are: 

− Provide a  *preliminary*  set of  references about potential  current data and  trend analysis of the impact of ICT on EE in the Building sector, taking into account good practices  applied  worldwide.  However,  it  seems  still  today  difficult  to  find exhaustive useful references to proven data, but the group should at least provide with some links and demonstrate that this is an ongoing activity in the community: There are various sources about the distribution of energy usage in buildings e.g. convection through the envelope, windows, air  leakages, ventilation,  lighting, hot water generation, sewage (warm waste water), micro‐generators, thermal storage, etc.. This group will explore the (indirect) relations of all these items with ICT e.g. tools  for  analysis,  design,  simulation  etc.  but  also new embedded  systems based techniques for control and actuation. 

– Provide early drafted RTD roadmaps and priorities, potential actions that the Commission could take that would intensify/accelerate the existing trend, including awareness raising and sharing of good practices.

Group participants composition / structure 

The structure of the Group is synthesised in the table below: 

 

Chairman

José Javier de las Heras (Acciona)

Rapporteurs

Alain Zarli (CSTB), Matti Hannus (VTT)

Industry

(12 members)

Academics & Research Centers

(8 members)

Associations of stakeholders

(4 members)

Page 91: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  91

Chairman: Jose‐Javier De Las Heras, Acciona ([email protected]) – "representing" the group in the more horizontal group (Ad­Hoc Advisory Group on ICT for energy efficiency) that will advise the i2010 HLG. 

Rapporteurs: 

- Alain Zarli, CSTB ([email protected]

- Matti Hannus, VTT ([email protected]

Industry 

Company  Country  Participant name  Participant mail 

Acciona  Spain  Jose‐Javier  De  Las Heras 

[email protected]

ARUP  UK  Marta Fernandez  [email protected] 

OPB  (OBERMEYER PLANEN  +  BERATEN GmbH) 

Germany  Dr. ‐Ing. Rudolf Juli

 

[email protected] 

 

Philips  NL  Eliav I. Haskal  [email protected] 

Schüco International KG 

Germany  Christian Glatte  [email protected] 

Orange‐FT  France  Gilles Privat  gilles.privat@orange‐ftgroup.com 

Atos  Origin  (Atos Research  & Innovation) 

Spain  Mélanie Biette 

 

[email protected] 

 

Mostostal  Poland  Pawel Poneta  [email protected] 

T‐Online 

(with Eotvos Lorand University Budapest)

Hungary  Akos Kriston  [email protected] 

Alcatel‐Lucent Bell NV 

Belgium  Sven Claes  Sven.Claes@Alcatel‐Lucent.com 

Bouygues  France  Claude Lenglet  [email protected] 

ISA  Portugal  Jose Basilio Simoes [email protected] 

Academics & Research centers 

Company  Country  Participant name 

Participant mail 

CSTB  France  Alain Zarli  [email protected] 

Page 92: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  92

VTT  Finland  Matti Hannus 

[email protected] 

TU Delft  Netherlands Wim Gielingh 

[email protected] 

CEA  France  David Corgier 

[email protected] 

TU Dresden  Germany  Raimar Scherer 

raimar.scherer@tu‐dresden.de 

Labein  Spain  Juan Perez  [email protected] 

Fraunhofer/Univ. of Stuttgart 

Germany  Sven Schimpf 

[email protected] 

Uninova  Portugal  Pedro Malo 

Celson Lima 

[email protected] 

[email protected] 

 

Associations of stakeholders (end user associations, local governments,…) 

Associations  Country  Participant name  Participant mail 

FIVEC  /  City  of Valencia 

Spain  Manuel Martinez  [email protected] 

ECTP  N/A  Luc Bourdeau  [email protected] 

ECCREDI  Belgium  Johan Vyncke 

Myriam Olislaegers 

[email protected] 

[email protected] 

ACE/CAE31  Belgium  Alain Sagne  alain.sagne@ace‐cae.org 

 

Though being not members of the Group, informal exchanges have also taken place with the following stakeholders: 

 

Prince’s Foundation for the Built Environment 

The Prince’s Foundation for the Built Environment is an educational charity which exists to improve the quality of people’s lives by teaching and practising timeless and ecological 

http://www.princes‐foundation.org/ 

                                                             

31 Architects' Council of Europe/Conseil des architectes d'Europe. 

Page 93: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  93

ways of planning, designing and building, to reap improvements in public health, in livelier and safer streets and in a more affordable lifestyle for families and individuals.  

EuroACE  European Alliance of Companies for Energy Efficiency in Buildings, involved with the manufacture, distribution and installation of a variety of energy saving goods and services. The mission of EuroACE is to work together with the European institutions to help Europe move towards a more sustainable pattern of energy use in buildings, and therefore to reduce emissions of carbon dioxide, one of the principal climate change gases.  

http://www.euroace.org/ 

UK Green Buildings Council   

The UK‐GBC mission is to dramatically improve the sustainability of the built environment, by radically transforming the way it is planned, designed, constructed, maintained and operated. 

http://www.ukgbc.org/ 

CIRIA ‐ Construction Industry Research and Information Association 

CIRIA is a member‐based research and information organisation dedicated to improvement in the construction industry. It is a leading provider of performance improvement products & services in the Construction and related industries. CIRIA members include representatives from all parts of the supply chains of the modern built environment, covering building and civil engineering as well as transport and utilities infrastructure.  

http://www.ciria.org.uk/ 

IEA ‐ International Energy Agency 

 

The IEA acts as energy policy advisor to 27 member countries in their effort to ensure reliable, affordable and clean energy for their citizens. 

http://www.iea.org/about/index.asp 

 

Timetable of actions: 

Actions  Deadline  In charge  Comments 

(optional) 

Page 94: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  94

#1  Finalise Concertation Group 

18/06  Acciona, CSTB   Group  can  be  extended even  beyond  the deadline. 

#2  Participation to the ad‐hoc Advisory Group (1st meeting) 

26/06  Acciona, CSTB   

#3  Working report (draft)  30/06  Acciona, CSTB  Mainly based on discussion and outcome from the REEB open Ws at I3Con conf. (15/04), and various documents, including from the EC. 

#4  Comments by: 

- All members of Concertation Group 

- Relevant EC officials 

21/07  ALL  By mail. 

EC officials contacted: 

- DG ENTR: Antonio Paparella 

- DG Research: Christophe Lesniak 

- DG JRC, Institute for Energy ­ Arnaud Mercier 

 

#5  Participation to the ad‐hoc Advisory Group (2nd meeting) 

24/07  Acciona, CSTB   

#6  Interim report  31/07  Acciona, CSTB   

#7  Concertation group workshop 

(organised by REEB & ECTP/FA7) 

11/09  Acciona, VTT, CSTB  At ECPPM 2008 conference. 

#8  Participation to the ad‐hoc Advisory Group (3rd meeting) 

25/09  Acciona, CSTB   

#9  Final report   30/09  Acciona, CSTB   

 

Page 95: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  95

STATE OF THE ART OF ICT FOR SMART BUILDINGS 

The  R&D  targeting  the  EE  in  future  smart  buildings  is  to  be  developed  around  the following fundamental pillars: 

• The “intelligent” objects: these objects must have embedded electronic chips, as well  as  the  appropriate  resources  (including  potential  OS  or  platform  such  as J2ME) to achieve local computing and interact with the outside, therefore being able to manage appropriate protocol(s) so as to acquire and supply information. 

• The communications: these must allow sensors, actuators, indeed all intelligent objects to communicate among them and with services over the network. They have to be based on protocols that are standardised and open. 

• The  “smart  BMS  /  ECMS32”:  relying  on  embedded  intelligent  objects  and communications, they are to be new systems characterised not only by improved features  (e.g.  optimising  the  equation  EE/duration/cost),  but  being  able  to communicate by embedding appropriate tags (RFID, etc.), and to improve global monitoring  of  complex  assembling  of  products  and  equipments  in  the  built environment.  They  have  to  potentially  allow  dynamic  control  &  (re‐)configuration  of  devices  (based  on  strategies),  through  new  algorithms  and architectures for any configuration of smart devices (i.e. any set of such devices being  inter‐connected)  to  be  able  to  dynamically  evolve  according  to  the environment or change  in a choice of a global strategy. Ultimately, networks of such BMC/ECMS are  to be  the  foundations of  self‐configuring home & building systems  for  EE,  based  on  architectures  where  Component‐based  in‐house systems learn from their own use and user behaviour, and are able to adapt to new  situations,  locating  and  incorporating  new  functionality  as  required, including  the potential use of pattern recognition  to  identify and prioritise key issues to be addressed, and to identify relevant information. 

• The  multimodal  interactive  interfaces:  the  ultimate  objective  of  those interfaces is to make the in‐house network as simple to use as possible, thanks to a right combination of intelligent and interoperable services, new techniques of man‐machine  interactions  (ambient  intelligence,  augmented/dual  reality, tangible  interfaces,  robots,  and  so  on),  and  learning  technologies  for  all communicating objects. These interfaces should also be means to share ambient information  spaces  or  ambient  working  environments  thanks  to  personal advanced communication devices. They should adapt  to  the available attention of  users,  using  and  avoid  overloading  their  "cognitive  bandwidth"  with unnecessary warnings or redundant feedbacks. 

                                                             

32 Building Management Systems / Energy Control Management Systems. 

Page 96: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  96

The development of these pillars has to be based on the current legacy and State of the Art, which includes: 

• Wired and wireless sensors: lots of various remote controlled devices, with the use of such devices (HVAC, lighting, audio‐video equipments…) being currently investigated in the built environment through preliminary deployment and experimentations. 

• Wireless  and wireline  connection models & protocols:  still  under development  and even  more  looking  for  harmonisation  and  standardisation  (NFC  ‐  Near  Field Communication,  Bluetooth, Wi‐Fi,  RFID,  ZigBee,  Z‐Wave,  en  Ocean,  PLC,  etc.),  they aim at establishing and managing communication between objects.  

• Proprietary  platforms  &  networks:  current  platforms  implementing  connected objects are mainly experimental platforms, with no standardisation of management of  and  communication  between  any  kind  of  “intelligent”  objects.  There  are  already developments  around  de‐facto  standard  platforms  or  execution  environments,  but these are still mainly at an experimental level. 

• “Dumb” legacy services: all services deployed by the industry so far are specialised / dedicated services that ensure one given function, without providing interoperability, and  no  capacity  to  “talk”  with  other  services  or  to  take  into  account  the  full environment. 

• Multimodal  context‐aware  interfaces  /  devices:  still  few  intelligent  objects  that  are not  intrusive  and  offer  appropriate  interfaces  to  allow  the  final  user  to  seamlessly integrate the ubiquitous network. 

The figure below synthesises the current state‐of‐the‐art regarding the identified pillars: 

Page 97: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  97

 

FIGURE 5: TECHNOLOGIES FOR THE SMART BUILDINGS. 

BARRIERS AND CHALLENGES AHEAD 

As  a  first  step,  both  problems  and  barriers  for  the  ICT  for  Energy  Efficiency massive deployment in buildings shall be identified. The following problem areas are identified33: 

− Inadequate  ICT‐based  informed decision‐making  (both human and  automated) in the current delivery and use of sustainable and energy‐efficient facilities, with issues related to Data and Information (D/I): availability, appropriateness of D/I Source,  reliability,  D/I  collection  methods  and  integration,  transfer  (between actors  and  between  applications),  transformation,  use  and  delivery  to stakeholders, etc.; 

− Current delivery and use of  facilities do not necessarily  lead to sustainable and energy‐efficient buildings, due to: 

                                                             

33 International Workshop on Global Roadmap and Strategic Actions for ICT in Construction. 22‐24 August 2007, Helsinki, Finland 

Page 98: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  98

o Lack  of  (common)  agreement  of  what  sustainable  and  energy‐efficient buildings are; 

o Too  many  standards  regulating  buildings  that  affect  delivery  and  use, with some being in conflict with others towards achieving sustainability and energy‐efficiency; 

o Lack  of  (common)  agreement  on  holistic  and  systems‐based  view  of buildings, and of industry agreement on measurement and control; 

o Too many options to choose from regarding environmental systems and their configurations; 

o Decision‐making not supported by adequate information, in a context of complex and difficult automation. 

− Need for occupancy feedback to user to enable behaviour modification towards sustainability  and  energy  efficiency,  including  definition  of  user  requirements and  preferences,  dynamic  and  personalized  environmental  controls, visualization of data associated with energy use, etc.; 

− Need  for management of  energy  types and distribution  in buildings and urban areas, including integration of sources of energy, and balancing and optimization of energy sources and uses; 

− Inadequate  D/I  on,  and  methods  for  establishing,  sustainability,  energy efficiency,  and  other  attributes  of  materials  and  products  used  in  facilities, including assessment, smart labelling, logistics, etc.. 

Additionally, some of  the barriers  identified34, related to  future business models based on ICT, are: 

− Lack  of  incentives  for  architects,  builders,  developers  and  owners  to  invest  in smart building technology from which they will not benefit; 

− Unclear  business  case  and  absence  of  business  models  supporting/promoting investments on energy efficiency: energy consumption is a small part of building cost  structure,  yet  building  automation  costs  can be high  and payback periods are often long; 

− The buildings  sector  is  slow  to  adopt new  technology  –  a 20‐25‐year  cycle  for residential units and a 15‐year cycle for commercial buildings is typical; 

− A lack of skilled technicians to handle complex BMS – most buildings of less than 10,000 sq ft (930 sq metres) do not have trained operating staff; 

− As each building is designed and built as unique, it is difficult to apply common standards for efficiency and operations; 

                                                             

34 SMART 2020: Enabling the low carbon economy in the information age. The Climate Group 

Page 99: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  99

− Lack  of  incentives  for  energy  companies  to  sell  less  energy  and  encourage efficiency among customers. 

The  current  gaps  and  foreseen  Research/  Technological  challenges  related  to  ICT  for energy‐efficiency in the built environment include: 

− Systems‐thinking,  multi‐stakeholder,  and  multi‐disciplinary  design  and construction of sustainable and energy‐efficient facilities; 

− Pre‐designed/engineered,  replicable,  and  flexible  environmental  systems solutions,  e.g.  optimization,  adaptation,  and  scaling  to  specific  context applications, and configuration tools to do so; 

− Cost‐effective deployment of specific ubiquitous sensing networks – along with the seamless adaptation of moving environment context, e.g. adding or removing resources; 

− Incorporation of the human dimension (for instance, needs from the end‐users) in  ICT,  especially  through  solutions  that  are  “accepted”  by  the  user,  e.g.  with systems  naturally  interacting  with  the  user  (voice,  avatar,  …),  with  systems having  the  capacity  to  learn  and  adapt  themselves  to  the  way  of  living  or working,  with  dynamic  adaptability  to  the  user  specificity  (handicap,  health, age,…), etc. – overall issues related to human activity and energy efficiency, and to the design of interfaces accordingly; 

− Adaptation to the user's instantaneous activity , situation and context; 

− Understanding and development of quantitative tools that match reality; 

− Scaled  and  selective  mining,  as  well  as  visualisation,  of  D/I  within  large databases, along with integration of disparate databases; 

− Development  of  mature  cross‐domain  /  multi‐disciplinary  software  tools  and ICT‐based services for industry; 

− Development  of  formal models  for  performance metrics  for  sustainability  and energy‐efficiency in buildings and urban areas. 

ICT –ENABLED SMART BUILDINGS 

Recent researches35 regarding intelligent management systems inside buildings, among other ICT applications, have shown that important energy savings can be reached using                                                              

35 Emerging Trend Update 3. The Role of ICT as Enabler for Energy Efficiency EPIS Work Package 1 – Deliverable 1.3 ETU. JRC 

Page 100: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  100

these technologies. The use of these intelligent systems inside buildings can improve the control  and  management  of  heating,  ventilation,  air  conditioning,  lighting,  and  other energy‐hungry devices.  

Applying  novel  ICT  solutions  for  control  systems  and  home  automation  promises  to have an impact on electricity demand at the level of households and much more at the level  of  publicly  owned  buildings which  are  professionally managed.  Building  control systems enable the integrated interaction of a number of technological elements such as heating,  ventilation,  air  conditioning,  lighting,  safety equipment etc. The embedding of ambient  intelligence  in  building,  thanks  to  advances  in  nanotechnologies,  sensors, wireless  communications  and  data  processing  contributes  to  for  instance  better temperature management, leading to reduced energy consumption. 

Four key horizontal aspects of how ICT can  improve energy efficiency of buildings are connectivity,  flexibility,  transparency,  and  miniaturisation36,  leading  to  ambient intelligence. 

During  the  ECTP/REEB37  Workshop  held  in  Loughborough,  UK  as  part  of  the  I3CON Conference,  stakeholders  from  the whole  value  chain  including  Energy  Efficiency,  ICT and  construction  pointed  out  the  need  of  research  initiatives  targeting  the  topics described in the following sub‐sections: 

5.1 Design and simulation tools 

Integrating the whole life cycle of buildings into a holistic approach to improve energy efficiency is a usual demand from the stakeholders. However, little advances have been made on this topic. For that purpose, the use of Building Information Models including energy  simulations  across  the  entire  life  of  the building  is  needed  as well  as using  an appropriate  ontology  for  the  domain  although  due  to  the  specific  characteristics  of construction sector will be very difficult to setup.  

Studies  undertaken  in  Europe  highlighted  that  designers  can  achieve  significant improvements in building’s energy performance if they apply ICT tools to plan buildings that minimize energy consumption – e.g. simulating and optimizing envelope measures and passive solar heating techniques ‐ designers can achieve significant  improvements in  building’s  energy  performance.  In  moderately  cold  climates,  such  as  the  ones  of Central  Europe,  for  example,  heating  needs  can  be  reduced  from  over  200 kWh/m2/year to less than 15 kWh/ m2/year38. 

                                                             

36 Impacts of Information and Communication Technologies on Energy Efficiency. Bio‐intelligence Service 

37 REEB (European strategic research Roadmap to ICT enabled Energy‐Efficiency in Buildings and constructions) ‐ FP7 funded project. 

38 The potential global CO2 reductions from ICT use. Identifying and assessing the opportunities to reduce the first billion tonnes of CO2 – from WWF (World Wide Fund). 

Page 101: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  101

In  addition  to  the  opportunities  that  derive  from  efficiency  gains,  such  as  the  ones described  above,  reductions  of  GHG39  emissions  can  be  obtained  if  new  buildings  are designed to also utilize, as much as possible, renewable energy sources available locally (e.g. with PV systems, solar heater systems, urban turbines or geothermal systems) or to utilize the grid when more renewable energy is being delivered to the grid. 

Overall there is a significant potential to achieve efficiency gains and reductions of GHG emission with new buildings, where: 

1. ICT  tools  can  be  deployed  to  design  and  plan  buildings  that  fit  within  the environments in which they are built; 

2. During  their  operational  phase,  advanced  ICT  solutions  adapt  the  buildings’ behaviour  and  performance  for  optimisation  taking  into  account  the  external environment and their users needs. 

Based  on  previous  experiences,  a  40%  reduction  in  the  electricity  consumption  is expected40. 

Although its impact is higher in new developments, design and simulation tools become an  esential  element  in  existing  buildings  refurbishment  operations  as  they  enable  an assessment  of  the  different  solutions  in  order  to  choose  the  optimal  for  reducing building energy demand (by including for example, renewable energy technologies). 

Such  benefits  could  be  even  higher  when  ICT‐based  design  tools  and  embedded  ICT technologies  are  applied  not  at  a  building  scale,  but  at  a  larger  scale  to  improve  city planning  or  to  design  new  communities.  Thanks  to  improved  processing  power,  data availability  and  software  capabilities,  ICT  applications  can  be  used  to  simulate  and analyse holistically  complex urban systems and  seek  solutions  that  increase quality of life  while  reducing  overall  energy  use  and  generating  a  minimum  amount  of  GHG emissions.  

5.2.  Interoperability/standards 

Today,  most  control  systems  are  based  on  micro‐processor  technology.  Sensors,  for example, for determination of temperature or flow rates, are typically connected to the control  system by wires.  The  algorithms  implemented  in  the  control  system  are wide ranging,  from  simple  temperature  difference  control  functions  to  complex  self‐optimising strategies. The most significant weakness of current control systems is that, in most cases, separate controllers are used for each application. For instance, there are often  three  controllers  for  solar  thermal,  space  heating  and  cooling,  or  the  air‐conditioning  system.  Typically,  the  individual  controllers  operate  separately,  without exchanging  information  and,  as  a  consequence,  the  building  is  not  considered  and 

                                                             

39 Green House Gas. 

40 The potential global CO2 reductions from ICT use. Identifying and assessing the opportunities to reduce the first billion tonnes of CO2 – from WWF (World Wide Fund). 

Page 102: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  102

controlled as one single system, but as a number of individual sub‐systems. This leads to sub‐optimal results in terms of energy flow, comfort, cost and controllability41.  

The most appropriate solution would be one single control system, governing all HVAC, lighting and other electrical applications, and related sub‐systems installed in a building. The main  barrier  to  this  logical  solution  is  the  fact  that  the  different  sub‐systems  are manufactured and often installed by different companies. 

Furthermore, taking into account that the lifetime of a building is much longer that of an ICT  system,  upgrading  operations  will  be  difficult  as  there  is  still  inadequate development of standardisation for the interfaces and communication, even between the sensors and actuators. 

5.3.   Building automation 

In the area of home automation, which is primarily perceived as  improving life quality (e.g. more comfortable, safer homes), ICT should contribute to energy efficiency through the use of  improved control and management systems based on smart appliances and communication  networks.  In  that  sense,  a  recent  report  published  by  ChangeWave Research42, 31% of  the companies  interviewed  identified building automation systems as  the easiest way  to  reduce  the energy usage.  Individually adaptable building  control would be required to improve user awareness about energy savings.  

Building  control  systems  are  intended  to  improve  the  quality  of  comfort,  health  and safety  conditions  of  indoor  environments  in  an  effective  and  efficient  manner.  In contrast  to  passive  energy  efficiency  measures  (e.g.  insulation)  and  conventional heating/cooling technologies, building control systems have been introduced to ensure the  integrated  interaction of  a much broader  range of  technological  elements  (HVAC  ‐ heating, ventilating, air conditioning ‐  lighting,  life safety equipment, architecture), and of humans who live/work in them in order to influence the indoor environment. Recent developments  in nanotechnology (e.g. windows, surfaces), sensor/actuator technology, wireless communication technology, and data processing and control have enabled the embedding of ambient intelligence in buildings.  

Energy  efficiency may  not  be  the  only motivation  behind  the  introduction  of  building control systems, but it is certainly an important one, driven by cost considerations too. Moreover,  in professionally managed building, cost considerations  tend  to support  the interest  in  reducing  energy  (and  electricity)  consumption.  Although  the  initial investments  in  advanced  building  control  systems  can  be  quite  significant,  declining costs for sensors, actuators and ICT equipment in conjunction with the cost savings over the life‐time of the equipment tend to make the introduction of building control systems a  promising  investment.  Investment  in  intelligent  building  control  systems  must  be compared to other investment options in energy efficiency. Moreover, the right level of sophistication  needed  for  building  control  systems  may  be  a  source  of  debate. Comparatively  simple  building  control  systems  may  be  sufficient  to  reap  quite                                                              

41 European Solar Thermal Technology Platform Strategic Research Agenda 

42 http://blog.changewave.com/2008/04/huge_shift_corporate_energy_use.html  

Page 103: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  103

significant  economic  benefits.  This  is  a  strong  argument  especially  in  relation  to  the upgrading  of  existing  buildings,  where  the  retrofitting  of  major  new  physical components may be difficult, but some soft ICT‐based measures are comparatively easy to implement. 

For instance, ICT applications for heating management have a high potential impact on the  rational  use  of  heating  energy.  Heating  accounts  for  roughly  30%  of  total  energy consumption,  and  the  most  effective  conservation  measures  using  physical  materials tend only to be applied to the small annual share of buildings that is renovated or newly built. ‘Soft measures’ using ICT (such as intelligent heating systems) have the advantage of being applicable in all kinds of buildings, both old and new, and could therefore have a significant effect. The use of ICT applications for heat management should therefore be a priority for future research and development. 

It  is  worth  mentioning  that  recent  studies  have  shown  dissimilarities  (and  therefore exhibited different figures) according to the type of buildings: 

Case  Study:  Residential  HVAC:  it  is  assumed  that  ICT‐enhanced  HVAC  system optimization could reduce the annual energy consumption of HVAC in EU‐27 residential buildings by 8.0% to 17.0% which correlates to 16 Mtoe to 70 Mtoe respectively. 

Case  study:  Commercial  HVAC:  In  that  case,  one  can  assume  for  service  sector  HVAC systems a realistic average annual savings by 20% or about 18.5 Mtoe by the year 2020. This equals 23.7 Mt CO2 eq. emission. 

5.4.  Smart metering 

Smart metering enables more accurate measurement of consumption via the use of advanced meters which are connected to a central unit through a communications network, improving data  collection  for  billing  purposes.  In  addition  smart  metering  provides  information  on consumption patterns contributing to more sustainable consumption and energy savings. 

A  smart meter generally  refers  to  a  type of  advanced meter  that  identifies  consumption  in greater detail than a conventional meter, and communicates this information via the network back  to  the  local  utility  for  monitoring  and  billing  purposes  (Automated  Meter  Reading, AMR).  Using  smart  meters  merely  for  data  collection  and  billing  purposes  does  not  fully exploit  their  potential.  In  fact  smart  meters  close  the  information  gap  for  understanding energy use pattern and implementing more efficient control mechanisms. They are offering to the customers (of both electricity and gas) the following additional advantages: 

• More accurate bills (i.e. avoid bills based on estimated use); 

• Information  that  could  help  them  use  less  energy  and  encourage  investment  in energy efficiency; 

• Lower costs through reduced peak consumption, because this would reduce the need for new network investment; 

• Increased security of supply because the less energy is used, the less is needed; 

Page 104: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  104

• More sustainable consumption through reduced carbon emissions. 

Smart metering systems are being marketed by commercial companies, allowing for instance comparison of energy consumption between branches of a company, or enabling individual users to see their consumption pattern and adopt appropriate measures for energy saving. 

In  most  European  countries  energy  consumption  is  still  measured  with  conventional  or induction‐type, meters that can only measure the overall consumption. With these meters it is,  therefore,  not  possible  to  measure  the  individual  energy  demand  over  time.  The  EU directive on energy end‐use efficiency and energy services, however, requests the installation of  individualised meters  that  can  inform end‐users about  their actual energy consumption. The  changed  framework  conditions  offer  new market  opportunities.  Energy  suppliers  and other enterprises set up metering companies that offer their services not only to their own network  branches  but  also  to  third  parties.  Large  service  enterprises  that  already  offer metering services for the heat market develop concepts for entering the market for gas and electricity metering. 

Examples of smart metering in Europe and abroad43 

 

UK  A consortium  is planning an AMR pilot project with approximately 1000 household  customers.  The  project  aims  at  reading  existing  meters optically and transmitting the data over TV cable or satellite links. Over TV cable  power  supplier  receives  metering  data  while  customers  receive information  about  tariffs,  which  are  displayed  on  the  TV  set.  If  only  a satellite  link  is  available  metering  data  is  transmitted  over  GPRS  or another packet switched network. 

Italy  Over a 5‐year period beginning in 2000 and ending in 2005 Enel invested 5 billion EUR for deploying smart meters to  its entire customer base (30 million).  Motivation:  Cost  savings  for  administration,  reduction  of electricity  theft,  stabilisation  of  the  grid  by  reducing  peak  load  during summer  time.  Enel  is  offering  their  customers  a  multitude  of  different tariffs.  Meters  were  developed  together  with  IBM  and  include  a  PLC modem for transmitting data to a so‐called concentrator, which acts as the interface  to  existing  IP‐networks.  Most  meters  are  read  via  a  GSM  link because this network has the broadest coverage. 

Netherlands  The Dutch ministry of  economic affairs has decided  in February 2006  to replace  all  electricity  and  gas  meters  by  AMR  systems.  For  the implementation  a  project  group  was  installed  that  analyses  the  main advantages of AMR systems and defines the main functionalities. 

                                                             

43 Baldock, M.; Fenwick, L. (2006). Domestic Metering Innovation. Consultation Report. London: Office of Gas and Electricity Markets (Ofgem). 

Page 105: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  105

Canada  The Ontario Energy Board in Ontario, Canada has actively strived to define the  technology  and  develop  the  regulatory  framework  around  their implementation. Smart meters will be installed in 800,000 homes by 2007, with an eventual goal of 100% penetration by 2010. 

 

5.5.   User­awareness tools 

One  of  the  main  actions  to  improve  energy  efficiency  lies  on  the  need  of  intuitive feedback  to  users  on  real  time  energy  consumption  in  order  to  change  behaviour  on energy‐intensive systems usage. Different studies have shown that a reduction of 5‐15% of energy consumption could be achieved44 through the implementation of this measure. 

In  addition,  there  is  a  need  to  ensure  the  acceptance  of  embedded  systems  and other ICT‐based  solutions  at  home  through  the  use  of  human‐centric  graphic  interfaces  for different user profiles (age, cultural level, etc.) 

It  is also critical  that users do not get bombarded by a barrage of  feedback data about something  that  they  do  not  require  in  the  first  place  :  information  provided  by  the system should be unobtrusive, and attuned to the user's available attention, taking into account both his/her activity and the urgency of the information that is notified to him.  

 

BUSINESS OPORTUNITIES 

In the area of business and trading, detailed analysis of potential  impacts of  ICT‐based solutions  on  Energy  Efficiency  is  needed  as  well  as  the  creation  of  energy  saving business  models  supported  by  ICT.  Last  but  not  least,  local  building  energy  trading would have a definitive impact on the way energy is generated and distributed moving the building from a demand side to a “prosumer” (producer+consumer) profile. 

In  that  sense,  new  business  opportunities45  will  appear  based  on  ICT‐enabled  energy efficient buildings: 

                                                             

44 The Effectiveness Of Feedback On Energy Consumption. A Review For Defra Of The Literature On Metering, Billing And Direct Displays. Sarah Darby, April 2006 

45 Capturing the European energy productivity opportunity. McKinsey&Company. September 2008 

Page 106: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  106

• Innovative  Building‐technology  products  and  electrical  devices:  dealing  with more energy efficient space‐heating, HVAC equipments, elevators, water boilers, appliances, white goods, etc. 

• Transparency‐creating products: educating energy end users about the impact of their  choices  and  behaviours  on  their  energy  consumption  and  therefore encouraging more  conscious  use  of  energy.  These  products  will  include  smart meters and graphic user interfaces at the consumer’s location. 

• Remote operational services: this is typically an area where the telecom provider can  play  an  important  role  in  the  end‐to‐end  delivery  of  smart  building applications, whether these services are targeted to the end‐user or to the utility provider.  To  end‐users,  the  telecom  provider  is  able  to  offer  energy‐efficiency applications using multimodal interactive interfaces (TV, PC, mobile phone...), e.g. smart  metering  details,  per‐appliance  real‐time  power  consumption, temperature monitoring,  etc.  To  the  utility  company,  the  telecom provider  can offer  smart  metering  services.  In  addition,  the  telecom  provider  enables maintenance of the BMS, and other services like remote monitoring, surveillance and  management/control  of  appliances.  ICT  can  empower  people  to  remotely manage their vacation homes, enable technicians to manage many buildings from a  central  location  thereby  achieving  scale  and  energy  efficiencies  (less commuting). The telecom provider is likely to play an important role in providing secure remote access to smart homes and buildings. 

• Energy services: Energy Services Companies  (ESCOs) will offer a wide range of activities  to energy users,  including operation and maintenance of  installations, energy supply, often  in  the  form of power and heat  from co‐generation,  facility management  (covering  technical,  cleaning,  safety  and  security)  and  energy management  including  energy  audits,  consulting,  demand  monitoring  and management. 

• Engineering customized solutions: integrating numerous products from different vendors,  companies  involved  in  this  area  will  offer  services  from  design  of integrated systems to operation and maintenance phases. 

RECOMMENDATIONS 

A set of recommendations can be structured in two main parts: 

- recommendations in terms of key axis / topics for future RTD; 

Page 107: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  107

- recommendations addressing potential European  initiatives  to be  supported by  the EC. 

7.1 Recommendations for future RTD topics 

Even  if  it  is necessary to continue research  in new technologies and components what  it  is drastically missing are tools and services for an integrated approach so as to reduce energy consumptions  (and GHG emissions)  from the diverse and  fragmented building sector. Such an  approach  must  coordinate  across  technical  and  policy  solutions,  integrate  engineering approaches  with  architectural  design,  consider  design  decisions  within  the  realities  of building  operation,  integrate  green  building  with  smart‐growth  concepts,  and  takes  into account the numerous decision‐makers within the industry. 

All in all, a comprehensive and systemic view needs to consider future construction including life‐cycle  aspects  (of  buildings  materials,  design,  and  demolition),  use  (including  on‐site power  generation  and  its  interface with  the  electric  grid),  and  location  (in  terms  of  urban densities and access to employment and services). When studying the range of technologies, it  is  important  to  consider  the  entire  building  system  and  to  evaluate  the  interactions between  the  technologies.  In  this  context,  improved  techniques  for  integrated  building analysis  and  new  technologies  that  optimize  the  overall  building  system  are  especially important. 

An initial draft view to be developed may especially envisage integrating considerations on: 

1. Inside the building: 

- HVAC; 

- lighting; 

- water heating; 

- appliances & electronic equipments; 

- issues and questions related to the inside use / user behaviour. 

2. At the intersection of the building and its environment: 

- the envelope of the building; 

3. Outside the building: 

- integration in the future distributed electric grid; 

Page 108: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  108

- alternative  urban  design(s)46  –  i.e.  the  spatial  arrangement  of  buildings  in communities  and  urban  systems  can  play  an  important  role  in  energy consumption and GHG reduction. 

The  table  below  covers  a  first  set  of  research  fields within  the  Smart  Buildings  topic.  It  is worth  noticing  that  this will  be  refined  and  detailed  in  the  context  of  the  European  project REEB GA n° 224320. 

 

Field  Functionalities 

Systems architecture & networks 

New ICT‐based reference frameworks and infrastructures of installation / distribution of Energy (electricity, gas, heat,…) 

   Modularity – auto‐configuration (new source, load) 

   Self‐checking: self‐diagnosis, remote maintenance 

Management  Autonomous management of the (supply) sources and load/remote control 

  

  

Management, intelligence over the network, communication function of origin components: electricity/hot/cold = f(weather, electricity gas price,…) 

   Management, intelligence over the network, communication function of load components including thermal devices (radiators, air‐conditioners, doors, windows, shutters, walls,…) electric household appliances 

   Global Management, sources and load / control, information feedback, maintenance remote billing 

   Energy integration of the building in its district: global smart energy approach ‐ including in the context of a global energy market 

Support:    

Development of  Response “to the context”, personalization (atmosphere, 

                                                             

46 Towards a Climate­Friendly Built Environment – Report from the Pew Center on Global Climate Change, June 2005 

Page 109: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  109

mood, type of activity, user profile…): thermal, visual, sound comfort multi‐sensorial interactions, friendly robots  

mechanisms to store, aggregate/consolidate, recover, distribute (in housing) in an intuitive and personalized way the masses of potential audio‐video data about Energy consumption and optimisation. 

  

Developing means to store, manage, recover, distribute audio video data (in housing) in an intuitive and customised way, to provide with more interactive and natural interfaces inside the smart building. 

   Remote Education/Training – typically, current building practices seriously lag best practices. Thus, vigorous market transformation and deployment programs are critical to success, and to ensure that the next generation of low­energy / low­GHG innovations is rapidly and extensively adopted. 

 

 

7.2  Recommendations  addressing  potential  European  initiatives  to  be supported by the EC 

  Increase synergies and potential collaborations between multiple actors and partners  in the  fields  of  building  construction,  energy  efficiency  and  ICT.  Partnerships  should  be supported  and  favoured,  including  public‐private  partnerships.  In  this  sense,  Joint Technology Initiatives are powerful tools to support this kind of collaboration, particularly: 

- ARTEMIS  JTI47,  which  has  been  approved  by  the  EC,  has  established  a  priority research  topic  within  its  work‐programme  dealing  with  Embedded  Systems  for Sustainable  Urban  Life,  including  new  electronic  devices  for  supporting  Energy Efficiency in Buildings among other services such as security; 

- E2B (Energy Efficient Buildings) JTI, currently under elaboration, which objective is to  deliver  and  implement  building  and  district  concepts  that  have  the  technical, economic and societal potential  to cut  the energy consumption  in existing and new buildings  by  50  %  within  2030,  thereby  contributing  to  improve  the  energy independence of EU. To reach this goal implies a holistic combination of technologies 

                                                             

47 https://www.artemisia‐association.org/  

Page 110: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  110

that are needed to realise the building concepts. These technologies include ICT as a key element for improving energy efficiency in buildings and districts. 

In, addition,  initiatives such as NESSI  (Networked European Software & Services  Initiative) will encourage the creation of new businesses towards Service Oriented business models. 

The figure below details the context for future RTD and innovation developments in Europe: 

 

FIGURE 6: A TENTATIVE GLOBAL PICTURE OF EUROPEAN COORDINATED RTD IN ICT FOR SMART BUILDINGS 

  Increase  cross‐sectoral  synergies  between  the  various  sectors  concerned  by  greater efficiencies  enabled  through  the  use  of  ICT  (buildings,  lighting,  electric  grids).  A  cross collaboration between these sectors has to be organised, at the common interfaces between them –  the  table below  is an  initial draw of already  identified strong  links between “Smart Buildings” and the 5 other groups addressing specific themes. This is an area where DG INFSO –  and  especially  the  “ICT  for  sustainable  Growth  Unit”  – may  play  a  key  role,  in  favouring ambitious joint projects with all or at least part of the key players in the 6 sectors. In a second stage, extension  to  international collaboration may be envisaged,  typically  through  the  IMS48 collaborative scheme. 

                                                             

48 Intelligent Manufacturing Systems – http://www.ims.org & http://cordis.europa.eu/ims 

Page 111: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  111

Smart Manufacturing 

• Link  with  embodied  energy  in  buildings  and  building  materials.  It  is considered that about 10%49 of all CO2 emissions globally comes from the  production  of  building  materials.  In  particular  steel,  concrete (cement), bricks and glass require very high production temperatures that can only be reached today by the burning of fossil fuels. Knowledge from  Smart  Manufacturing  is  of  high  interest  here  so  s  to  take  into account these constraints in future buildings. 

• Processes  in  the Construction sector  largely  involve a complex supply chain  –  improvement  from  Smart  Manufacturing  considering Construction  supply  chain  constraints  will  have  impact  in  terms  of reduction of CO2 emissions. 

Smart Electric Grids  • Need  for  improvement  in  Smart  Metering,  including  within  the  Built environment, and customers’ communication / awareness. 

• Home Energy Controlling box (Internet box). 

• Development of ICT‐based NMS (Neighborhood Management Systems), considering  future positive‐energy buildings  as potential  active nodes (supply of energy) in future Smart Electric Grids. 

Lighting & Photonic  • It is considered that about 12%50 of energy consumption in buildings is due  to  lighting.  This  figure  increases  in  the  non‐residential  building sector.  

• Smart  integration  of  new  lighting  technology  (high  performance technology)  and  devices  (e.g.  intelligent  LED  solutions)  in  Smart Buildings. 

Smart Mobility  • Smart  integration  of  Buildings  &  Networks  in  Energy  efficient  Urban monitoring 

• Integration  of  ICT  tools  for  the  design  phase  of  buildings  and  urban developments 

Re­Structuring  • New business cases and new (ICT‐based) business models 

• Establishment  of  common  (integrated)  platform  for  measuring  and informing  citizens,  service  providers  and  organisations  about  the carbon footprint of all activities of, e.g. a city’s life. 

 

                                                             

49 Roughly estimated figure – to be confirmed in the future. 

50 Bertoldi, P.; Atanasiu, B. (2007). Electricity Consumption and Efficiency Trends in the Enlarged European Union –Status report 2006. Technical Report Series EUR 22753 EN. Ispra: EC‐JRC, Institute for Environment and Sustainability, p. 6 

Page 112: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  112

  Provide  incentives  to  favour  information  sharing  and  collaborative  developments  at  a trans‐national  level  (leading  to  collaborative  European  RTD,  but  taking  into  account specificities  of  countries  and  providing  opportunities  of  sharing  of  experiences  and  good practices), as well as International cooperation. 

 Propose instruments to create a critical mass of research, development and innovation at EU level in the areas of ICT‐based technologies and services for energy efficiency in buildings, with  the establishment of a  favourable environment  for participation of  construction SMEs that could act as “front‐runners” in Construction for the prescription and deployment of new optimised  solutions  in Buildings.  An  important  effort  is  currently  being done  in  this  sense with the potential creation of a Joint Technology Initiative on Energy Efficiency in Buildings51 where one of  the main research  topics  is  the  integration of  ICT‐based solutions  for Energy Efficiency. 

 Support the development and integration of technical ICT‐based solutions, especially by: 

- accompanying  the  construction  industry  in  the  innovation  process  (after  the  RTD phase),  by  providing  a  coherent  European  framework  for  developing  common approaches, with common European standards, and  the  localisation and adaptation of  common  solutions  which  have  to  be  compatible  with  varying  environmental contexts, social (user) preferences and regulatory aspects at national or regional level across Europe; One of the key points here  is to overcome the standardisation barrier, with means to stimulate/look at some potential standardization of building systems in a standards body; 

- valorising  the  ICT‐based  solutions  by  helping  and  pushing  evaluation  and certification of packages, digital services (in buildings) and processes – overall with the  development  of  labels.  The  evaluation  should  be  relying  on  the  usage  value  of technical solutions, for instance through large‐scale pilots, user panels, development of showrooms, education, etc. 

  Public  procurement  should  clearly  encourage  ICT‐enabled  energy  efficient  buildings, taking  into  account  that  approximately  40%  of  the  construction  turnover  is  still  public (hospitals, schools, etc.). 

                                                             

51 http://www.e2b‐jti.eu  

Page 113: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  113

RELEVANT INITIATIVES 

Relevant  initiatives  including  best  practices  and  real  use  cases  have  been  reviewed within this Consultation Group. This list will be refined and updated in the context of the European project REEB GA n° 224320.  

 

Relevant initiatives in ICT for energy efficiency in Buildings 

Main characteristics 

Directive  on  Energy  Performance  of  Buildings  – EPBD  (European  Energy  Performance  of Buildings Directive) 

European  Commission  initiative  in the  framework  of  the  Intelligent Energy  ‐  Europe  (2003‐2006) programme,  which  provides information  services  for practitioners  and  consultants, experts  in  energy  agencies,  interest groups  and  national  policy  makers in  the  European Member  States  for helping  the  implementation  of  the EPBD. 

www.buildingsplatform.org

ENERGYSAFE (FP6):  Development  of  a  new  low  cost retrofittable  wireless  and  self‐powered building control system for improving  energy  efficiency employee comfort and  fire safety  in commercial buildings. 

Built  upon  wireless  control  HVAC and lighting conditions and adapted to  individual  user  preferences. Furthermore,  it  will  create individual comfort zones and will be able  to  locate  occupants  in  case  of fire or other emergency. 

EUREC  ‐  European  Renewable  Energy  Centres Agency 

  an  EEIG  representing  European  Research Centres  active  in  renewable energy  from  across Europe 

EUREC  (www.eurec.be)  rationalise the  European  research, demonstration  and  development efforts  in  all  renewable  energy technologies.  Several  projects  & initiatives, including: 

- ProRETT  (SSA  under  FP6) dedicated  to  the  promotion  of 

Page 114: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  114

Renewable  Energy  Technology Transfer 

- Pisa  II  ‐  EU‐sponsored  initiative for  stimulating  the  debate  on integration  of  photovoltaics  in buildings and  for communication and dissemination. This  is a  joint initiative  of  the  Architect's Council  of  Europe  (ACE)  and EUREC 

European Program Energy Star ‐ e‐Star 

(aligned with the US Energy Star initiative) 

A  new  Regulation  that  requires  EU institutions  and  central  Member State government authorities to use energy  efficiency  criteria  no  less demanding  than  those  defined  in the ENERGY STAR (US) programme when purchasing office equipment. 

www.eu­energystar.org 

ALLP52 demonstrator  3000m²  building  renovated  with ICT  integration  for  energy management. 

www.genhepi.com 

AUZENER ‐Model for virtual simulation of energy balance  of  urban  communities  focused  on  its energy and economical optimisation 

Simulation  of  the  energy performances of a district 

SIGE:  Intelligent  Systems  for  energy management. Spanish Ministry of Industry 

SIGE  develops  a  monitoring  and control system or intelligent control management in buildings. 

STAND‐INN:  Integration  of  performance  based building standards into business processes using IFC  standards  to  enhance  innovation  and sustainable development. 

STAND‐INN focus on the advantages of  the  IFC  data  model  in  order  to increase  building  sector sustainability. 

Umbrella  initiative  "zukunft  haus" (http://www.zukunft­haus.info  only  in German) 

 can be roughly translated as "Future House". 

Conducted  by  the  German  Energy Agency DENA 

Also  linked  to  the  European  green building  initiative  (for  non 

                                                             

52 Association Lyonnaise de Logistique Post‐hospitalière. 

Page 115: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  115

residential buildings) 

 

 

 

Page 116: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  116

Page 117: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  117

 

 

4 LIGHTING &

PHOTONIC

TECHNOLOGIES  

 

Edited by  

Bruno Smets & Berit Wessler  

In Consultation With Photonics21, ELC, CELMA & E2b 

Page 118: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  118

 SUMMARY 

Almost 20% of  the electricity consumption worldwide  is used  for  lighting.  If  today the best alternatives available would be applied in all installations an energy saving of 30% is envisioned. 

 Solid‐state  light  sources,  i.e.  light‐emitting  diodes  (LED)  and  organic  light  emitting diodes (OLED), may in the future outperform almost all other light sources in terms of efficiency and  thus provide a  saving potential of about 50% of  the electrical energy.  If the  advanced  LED  technology  is  combined with  intelligent  light  management  system, which will control the light output according to ambient lighting conditions or people’s presence, another 20% can be saved – in sum 70%. Thus an additional saving potential of 40% will be provided by  intelligent  solid‐state  lighting solutions. By realising  those solutions, huge benefits can be achieved:  

From an environmental perspective more than 1000 Mt of carbon dioxide can be saved per year on a global level 

The  economy  will  be  boosted  by  increasing  Europe’s  industrial  position  in  lamp, luminaire and driving electronics, jointly employing 150,000 people today 

Each year more than 300 billion euro can be saved on the global energy bill 

Society at large will profit from more visual comfort by superior light solutions and from less light pollution 

Energy efficient light technologies will provide significant individual savings 

However, the high performance technology is not available yet to its full extent and slow market adaptation and acceptance limit the realisation of these intelligent LED solutions. The faster market share can be gained, the sooner people can profit form their benefits and the sooner the burden of increasing energy cost can be eased. In order to make his happen measures beyond today’s practise will be required:  

The, member states jointly with the Commission should set binding minimum efficiency targets for the different lighting segments in line with the advancement in technology 

Member  states  and  local  authorities  should  provide  incentives  for  intelligent  energy efficient lighting technologies 

The Commission and member states should support  large pilot actions to demonstrate the  benefits  of  intelligent  SSL  lighting  technology,  to  study  its  acceptance  and  to determine its economical cost 

Industry must work towards open standards supported by the Commission 

Page 119: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  119

The  Commission  and  member  states  should  call  for  and  increase  their  support  for research  on  SSL  targeting  both  indoor  &  outdoor  applications,  especially  addressing high quality white LED sources with improved efficiency 

The Commission should extend its present research focus beyond photonic components, i.e.  LEDs  and  sensors,  to  the  integration  of  these  components  into  solutions,  system integration at present being hardly addressed in European projects 

The Commission should for lighting systems reconsider the clear split between research programmes in FP7 on one side and real‐life demonstration programmes in CIP on the other  side;  research and demonstration  in  this  case  should  run  in parallel,  in order  to shorten the learning cycles 

 

INTRODUCTION 

The  120  years  of  electrical  lighting  was  characterized  by  an  industry  wide  effort  to increase  the  efficiency  of  light  generation.  In  this  respect  the  innovative  speed  of  the industry  clearly  outpaced  the  acceptance  of  new  lighting  technologies  by  the market. With  the  advanced  technologies  of  today  still  a  lot  can  be  gained  in  terms  of  energy efficiency,  explaining  why  lighting  has  gained  a  prominent  position  on  the  global political agenda 53. 

At present the lighting world is revolutionized by the advent of solid‐state lighting. The era of semiconductor lighting opens the potential for energy savings far beyond the one of the present lighting technologies.  

A concerted effort between the Commission and the member states on the one end and industry on  the other  end  could  clearly  speed up  the  transition  to LED based  lighting technology. We will formulate recommendations to all parties involved in order to make this happen. 

                                                             

53 Report to the G8 Summit, Haokkaido, Japan, International Energy Agency (2008) 

Page 120: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  120

PRESENT SITUATION 

One  eight  of  the  primary  energy  is  used  for  electricity  generation.  In  2005  lighting accounted for 19% of the global electricity consumption 54 (Fig. 2.1). The 2651 TWh of energy  used  for  lighting  equals  two  thirds  of  the  electricity  production  in  the US  and accounts for greenhouse gas emissions equalling 70% of the emission by passenger cars. 

87,6%

12,4%

19%

81%

Primary Energy

Lighting = 2651 TWh

Electricity

87,6%

12,4%

19%

81%

Primary Energy

Lighting = 2651 TWh

Electricity

 FIGURE 0.1 GLOBAL LIGHTING ENERGY USE 

 impact of lighting on energy consumption

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

industry transportation residentialbuildings

commercialbuildings

frac

tion

Although the overall  impact  lighting on the global energy consumption  is  limited to about 2.5%, the  impact  of  lighting  on  energy  use  is  much  bigger  while  focussing  on  the  built                                                              

54 Light’s Labour’s Lost – Policies for Energy‐efficient Lighting, International Energy Agency (2006) 

Page 121: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  121

environment. In a study by the US Department of Energy (DoE)55 it is indicated that the impact of lighting equals  

 

FIGURE 0.2 IMPACT OF LIGHTING ENERGY CONSUMPTION BY SEGMENT 

12% in residential buildings and even 25% in commercial buildings (Fig 2.2).  

Nearly  70%  of  the  lighting  energy  used  however  goes  to  lamps  for  which  a  better alternative  is available (Fig. 2.3). The slow acceptance of advanced  lighting technology by the market triggered the lighting industry to start a dialogue with public authorities all over the world in order to stimulate the use of more efficient lighting. The European lighting  industry,  represented by  the European Lamps Companies Federation  (ELC)56 and  by  the  Federation  of  National  Manufacturers  Associations  for  Luminaires  and Electrotechnical  Components  for  Luminaires  in  the  European  Union  (CELMA)57,  is working  very  closely  with  the  Commission  on  developing  specific  lighting implementation  measures  under  the  Directive  2005/32/EC  setting  ecodesign requirements  for  Energy  using  Products  (EuP  Directive).  These  EUP  implementing measures will set energy efficiency limits for the future use of new lighting products. 

 

Efficient technology

Technology with improvement

potential

 

 

FIGURE 0.3 ENERGY USE PER LAMP TECHNOLOGY 

 

 

 

                                                             

55 2006 Building Energy Data Book, US DoE 

56  www.elcfed.org 

57 www.celma.org 

Page 122: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  122

light production (Plmh)

59.5

38.5

17.4

16.1 commercial buildings

industrialinfrastructureresidential lighting

outdoor stationary

    

energy consumption (PWh)

0.43

0.18

0.31

0.08 commercial buildings

industrialinfrastructureresidential lighting

outdoor stationary

  

 

The 2.651 PWh of energy were used to produce 131.5 Plmh of light in 2005. The lighting market  is  however  far  from  being  homogeneous  and  can  be  divided  into  four  major market  segments,  each  having  market  dynamics  of  its  own  (Fig.  2.4).  The  biggest segment  both  in  terms  of  energy  consumption  and  in  terms  of  light  generation  is  the commercial  buildings  segment,  equalling  more  than  40%  of  the  total  market.  The residential  market  segments  ranks  second  in  terms  of  energy  consumption,  but  only third in terms of light generation. In residential lighting the efficacy of a light source is far below market average (Table 2.1). 

 

 

 

 

Page 123: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  123

 

 

 

 

Average efficacy per light point in 2005 2 

 

2005 data  Average efficacy (lm/W) 

Commercial buildings  52.7 

Industrial infrastructure  78.6 

Residential lighting  21.5 

Outdoor stationary  73.2 

Market average  49.6 

 

The  smallest  two  segments,  i.  e.:  industrial  infrastructure  and  outdoor  stationary lighting,  both  have  a  clear  focus  on  the  economical  cost  of  their  lighting  installation, often  called  Total  Cost  of  Ownership  (TCO).  TCO  also  plays  an  important  role  in commercial buildings. Lighting effects are also important to this segment and designers will  be  inclined  to  switch  to  less  efficient  technology, when  they  are  short  in  efficient alternatives  living  up  to  their  expectations.  Accent  lighting  for  shops  is  dominated  by efficient  High  Intensity  Discharge  technology  in  Europe  and  Japan.  In  other  regions however  one  often  relies  on  less  efficient  halogen  technology.  In  offices  linear fluorescent  technology  is  by  far  the  most  efficient  technology  available  at  present. Notably  in  high‐end  offices  designers  tend  to  prefer  CFL  downlights  and  this  at  the expense of energy efficiency. The consumer market is completely governed by the initial cost of the lighting system. TCO has proven to be a hard sell  in this market, explaining why this market is still largely being dominated by incandescent and halogen technology at  least  in  the US  and Europe. Next  to  cost  other  quality  attributes  such  as  consistent white  light  and  instant  light  are  also  important  selling  arguments  in  the  residential lighting segment. 

Page 124: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  124

Regional share of electrical light production

33%

17%10%

1%

10%

8%

21%North AmericaEuropeJapan & KoreaAustralia & New ZealandChina Former Soviet UnionRest of World

 Fig. 2.4 Regional split of 2005 light production 2 

 

 

Sixty percent of all light generated is used in the OECD (Organization for Economic Co‐operation  and  Development)  countries  (Fig  2.4).  It  is  to  be  expected  that  the  use  of lighting will drastically increase in the coming years in the BRIC (Brazil, Russia, India & China) countries and in the longer term lighting consumption is bound to increase in the rest of the world as well.  In a recent paper based on historical and contemporary data spanning three centuries, six continents, and seven orders of magnitude Tsao and Waide 58 came to the conclusion that the consumption of artificial light depends linearly on the ratio between GDP (gross domestic product) and the cost of light. Over the last decade the demand  for  artificial  light  grew at  an  average  rate of  2.4% per year2. The  growth was slower in the IEA (International Energy Agency) countries (1.8%) than in the rest of the  world  (3.6%).  Present  growth  rates  in  the  IEA  countries  are  lower  than  in  the previous  decades  and  for  the  first  time  in  history may  be  indicative  of  the  beginning demand saturation. A global growth rate of 2.4% will result in an increase by a factor of 1.4 in 2020 and of 2.9 in 2050. Only by embarking in innovative lighting solutions it will be possible to produce more light in a sustainable way.  

                                                             

58 Jeffry Y. Tsao and Paul Waide, Nature, July 21 2007 

Page 125: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  125

ENERGY SAVING POTENTIAL OF THE PRESENT TECHNOLOGY 

The energy saving potential of the lighting technology already available today is far from being exploited. Incandescent technology can easily be replaced by either CFL (compact fluorescent) or LED technology, both being five times more efficient. By switching from T8  to  T5  technologies  more  than  60%  of  energy  can  be  saved  in  office  &  industry lighting. Similar gains  in efficiency can be realized  in outdoor  lighting by replacing the outdated  HPL  (High  Pressure  Mercury  Lamp)  by  the  more  advanced  High‐pressure Sodium (HPS) and metal halide (MH) solutions. More details on the potential savings can be found in Fig. 3.1.  

 

Application segment  From  To  Saving 

MH  57% Outdoor  HPL 

HPS  40% 

Office & Industry  T8  T5  61 – 65% 

CDM  80% Retail  Halo 

Halo IRC  20% 

CFLI  80% 

LED  80% 

Home  GLS 

Halogen  30% 

 

Fig. 3.1 Energy saving potential of advanced lighting technology in the different market segments (compilation of Philips 59 and Osram data 60 ‐ Appendix 5) 

A greenhouse gas emission saving of 42.5 Mtonnes is claimed by the European lighting industry (Table 3.1) 61,62. Europe accounts for 17% of the global light production (Fig. 2.4).  The  proposed  measures  would  result  in  30%  63  of  energy  saving  in  the  27 countries of the European Union and should become fully operational well before 2020. Similar measures could however take longer time for implementation in the other parts 

                                                             

59 Energy efficient lighting, a summary of green switch facts, Philips Lighting, June 2007 60 Energy Effiziente Beleuchtung, A. Wacker, Osram Gmbh, July 2007 61 EuP consultation forum meeting, input from the lighting industry, June 22 2007 Brussels 62 Impacts of ICT on Energy Efficiency, BioIntelligence Service, p. 143, May 2008 63 In a European context the generation of TWh of electrical power will result in the emission of 0.35 Mtonnes of greenhouse gas 

Page 126: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  126

of  the  world.    A  more  conservative  figure  of  25%  reduction  of  energy  consumption seems to be an achievable goal on global level by 2020. 

Table 3.1 Forecasted saving for EU 27 by ELC and CELMA 

 

LIGHT‐EMITTING DIODES, A NEW ERA IN ELECTRICAL LIGHTING 

Solid‐state light sources based on inorganic semiconductors started their revolutionary breakthrough  about  a  decade  ago.  Light  emitting  diodes  (LEDs)  made  outstanding improvements within  just a  few years. While being applied  initially  for  illumination of signs  and  mobile  phone  keypads,  nowadays  they  even  show  up  in  automotive headlamps.  Today,  the  disruptive  LED  technology  is  pushing  its  way  into  the  general lighting market. Due to their unique properties such as robustness, long lifetime, colour tunability, absence of environmentally mercury, instant light and high efficiencies, LEDs are able to start a new era in general lighting. LEDs as high‐intensity point sources will be  perfectly  completed  by  organic  light  emitting  diodes  (OLEDs)  based  on  organic molecules  or  polymers,  which  provide  diffuse  light  sources.  In  the  future  these  flat sources will even be flexible or transparent. 

LED lighting offers quite a number of advantages over present day lighting technologies. Firstly  in  the  foreseeable  future we will  be  able  to  generate  quality white  light more efficiently  based  on  solid‐state  lighting  than  based  on  discharge  lighting  (Fig  4.1). Typical efficacies for discharge lamps top around 100 lm/W for white light. This level of performance per today is already achieved with the best LEDs 64,65 and is projected for 

                                                             

64 Osram History of LED (http://www.osram.com/osram_com/Professionals/Opto_Semiconductors_%26_LED/Everything_about_LED85033/History_of_LED/index.html) 

65 HB LED Market overview and Forecast, Robert V. Steele, euroLED 2008 

CO2 (Mtonnes) Saving potential (kWh)

Saving potential (Billion Euro)

Electricity cost (Euro/kWh)

domestic lighting 23 62.2 9.3 0.15office lighting 8 21.6 2.2 0.10industrial lighting 8 21.6 2.2 0.10street lighting 3.5 9.5 0.9 0.10Total 42.5 114.9 14.6

Saving potential per year

Page 127: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  127

commercial samples to increase well above this level in the coming years (Appendix 1 & 2) 66. Photonics21  in  its  strategic  research agenda also projects a LED efficacy of 150 lm/W by 2015 23. These efficacy data cannot be translated directly into the efficacy of a light point based on LEDs. The  former  figure  reflects  the performance of  a  single LED package at a  junction  temperature of 25 degree centigrade and 350 mA of current. To create a light point typically a number of LEDs has to be combined in a light module also accommodating the driving electronics and optical measures to mix the light generated by the individual LEDs. The figure of around 150 lm/W presently projected for a single packaged commercial LED needs to be corrected for the driver electronic losses (10%), for the optical losses in the module (10%) and for the losses due to the thermal load of the junction (20%), resulting in a light point efficacy of around 100 lm/W.  

Illumination  is  not  only  about  light  generation.  The  light  produced  should  also  be delivered efficiently where needed by the luminaire. The ratio of the light delivered over the light generated can range between 35% and 85% 67. The latter figures are only in reach while using high quality optical materials. Inorganic LEDs are much closer to point sources, which make them better suited for light manipulation than the more bulky HID or CFL lamps. Luminaire efficiencies in the order of 70 to 85% seem to be more realistic for LED based lighting fixtures. 

1950 1990

CFL

Incandescent

Halogen

Metal halide

Mercury

Fluorescent

18791904

1981

1959

1938

1961

//1996

2002

2005

2006

2010

Solid State Lighting

100

50

Light source efficiencyLumen/Watt

Year of invention150

1990 2020

LED

OLED

Potentials

 

Fig. 4.1 Solid‐State Lighting technologies versus classical technologies 

 The  lifetime of  the present  lamp  technologies does  range  from 1000  for  incandescent lamps  to  30,000  hrs  for  some  HID  and  fluorescent  lamp  types.  For  LED  solutions lifetimes  in  the  range  50,000  hrs  are  anticipated  in  the  near  future.  Cost  of  LEDs will 

                                                             

66 Light Emitting Diodes (LEDs) for General illumination, An OIDA Technology Roadmap update 2002, OIDA, Whasington, DC. 

67  Learning  from  experiences with  Energy Efficient  Lighting  in  Commercial  Buildings,  CADETT Analysis series, No 6, CADETT, Sittard, The Netherlands 

Page 128: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  128

become a dominant factor in their market acceptance. According to Haitz’ law the cost of LEDs will decrease with a factor of then per decade. Due to this initial cost decrease the cost of ownership of LED solutions has already outperformed  the one of  incandescent and halogen technology and is bound to outperform discharge technology in the coming years as well (Fig. 4.2). 

 

Fig. 4.2 Evolution of the cost of ownership of LED lighting 68 

INTELLIGENT LED LIGHT SOURCES 

In  contrast  to  discharge  lamps  LEDs  are  perfectly  suited  for  switching  and  dimming. Dimming is feasible with fluorescent technology up till levels of 1%, a level of 50% is at the best achievable with HID technology. After switching off and on an HID lamp it will take 10 to 15 minutes before the light level is re‐established. Next to that switching has a more adverse effect on the  lifetime of both  fluorescent and HID  lamps. These setbacks are  not  encountered  with  LED  technology,  which  makes  them  highly  suited  for integration with sensor based lighting control systems. 

                                                             

68 “Cost of Light – When does Solid‐state Lighting make Cents?”, Kevin Dowling, Color Kinetics, September 12, 2003; http://www.colorkinetics.com/support/whitepapers/CostofLight.pdf & 

http://www.colorkinetics.com/energy/cost/ 

Page 129: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  129

Lighting  control  system  in  itself  offer  great  opportunities  for  energy  saving.  The  US Department of  

Energy  (DoE)  came  to  the  conclusion  that  savings  up  to  50%  are  feasible  69.  Case studies by Rensselaer Polytechnic  and  the National Research Council  of  Canada prove that  by  combing  presence  detection  and  daylight  harvesting  savings  up  to  70%  are feasible  in real  life situations70,71. On a global  level  the market penetration of control systems is in the one percent range. Market acceptance however is gearing up in the US market  72.    The  introduction  of  the  LEED  Green  Building  Rating  System  in  2000 definitely is one of the major drivers for this increased market acceptance.  

Intelligence can be combined with existing lamp technology, but will only be applied to its  full  extent  when  combined  with  LEDs.  Intelligent  LED  based  lighting  systems  are coined by Photonics21 as a research priority in the field of lighting. The synergies with new developments in the field of sensors almost speak for themselves. 

By marrying LEDs,  sensors  and  embedded  software  the  intelligent  lighting  systems of the  future  have  in  the  long  term  a  much  higher  saving  potential  than  the  advanced lighting  technology  of  today.  Because  LED  technology  is  still  under  development predictions will  be  less  accurate  than  the  data  on  the  replacement  of  out‐dated  lamp technology. A scenario based on the present market dynamics is depicted in more detail in Appendix 3. The underpinning assumption is that an average efficacy per light point of  100  lm/W  would  be  feasible,  a  doubling  over  the  present  value  of  50  lm/W.  The impact of lighting control will not be the same in all lighting market sectors. The biggest gains  are  anticipated  in  commercial  buildings,  working  hours  overlapping  to  a  large extent  with  daylight.  In  industry  due  the  24  hours  economy  the  impact  of  daylight harvesting will  be  smaller, while  for  the  residential  segment  an  intermediate  scenario was used. Outdoor lighting is operated on average 12 hrs a day, while traffic density will only be high for 3 to 4  hours in this period of time. Without sacrifying security the light level might be substantially reduced during low traffic hours.   

The renovation rate  for  lighting  is extremely  low: 3%  for outdoor  lighting and 7%  for indoor  lighting).  Which  means  that  more  than  30  years  will  be  needed  before  the complete lighting market with its present dynamics fully switches over to LEDs. Next to that additional time will be required to bring LED technology to the performance level used in this scenario. In 2050, it is possible to save 50% of the energy by advanced LED technologies  and  even  70%  by  combining  LED  technology  with  intelligent  lighting systems. In this scenario 2050 was taken as the point in time where the world has fully 

                                                             

69 U.S. Lighting Market Characterization, Volume II: Energy Efficient Lighting Technology Options U.S. Department of Energy, Eugene Hong, L.C., Louise A. Conroy Michael J. Scholand, Navigant Consulting, Inc. (2005) 70 Personal Control: Boosting Productivity, Energy Savings Craig DiLouie, Lighting Controls Association, September 2004  71 A.D. Galasiu et al., Energy Saving Lighting Control Systems for Open‐Plan Offices: A Field Study 72 htpp://www.aboutlightingcontrols.org/education/papers/trends.shtml 

Page 130: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  130

embarked  in  intelligent  LED  lighting.  For  2030  energy  efficiency  gains  up  to  25%  for LEDs and 40% for  intelligent LEDs are anticipated (Appendix 3). These gains however will almost completely be offset by the projected growth in lighting demand by 2050.  

A more assertive approach (Appendix 4) towards intelligent LED lighting by a concerted private public action might result  in a much faster market penetration of  the solutions envisioned  and  consequently  a  higher  impact  on  the  energy  savings  realized.  The Commission  could  play  a  prominent  role  in  this  by  bringing  the  different  industries involved together. In this scenario savings of 26% for LEDs and 34% intelligent LEDs are projected by 2020, increasing to 41% and 56% respectively in 2030. The market would have  fully  switched  to LED  technology by 2040,  resulting  in  savings of  50% and 70% respectively.  In  this  scenario  we  would  even  be  able  to  decrease  the  global  energy consumption in the coming decades, by 2050 the consumption would grow again to the present level due to the increased demand for lighting. 

New parties originating from other regions will enter the market with a clear focus on cost at the expense of performance, resulting in efficacies per light point well below 100 lm/W. Next to that these new entrants will  lack the application and market knowledge to  exploit  to  the  full  extent  the  opportunities  offered by  LEDs  on  the  one  side  and by controls  and  sensors on  the other  side.  It will  be  clear  that  such an approach will  not bring  the  projected  savings  in  energy.  Europe  has  clearly  to  take  the  lead  in  bringing energy efficient solutions to the market. 

The  evolution  of  the  global  lighting  energy  consumption  is  depicted  in  Fig.  5.1  for  all scenarios  considered.  It  is  clear  that  for  intelligent  LED  systems  the  potential  in controlling the energy consumption by lighting is much higher in the long run than for the advanced lighting technologies of today (CFL & HID). Intelligent LED lighting will be 70%  more  efficient  than  the  lighting  presently  in  use.  With  existing  technology  an efficiency gain of 25% can be realized in the short run and 30% in the long run, leaving 40  ‐  45%  to  be  bridged  by  the  introduction  of  LED  technology.  A  concerted  effort  by industry and government to boost the market change over to this new technology would result in substantial additional savings in the mid term as well. 

Page 131: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  131

Lighting Energy Use

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060

year

PWh

status quoexisting technologymarket dynamicsassertive scenario

 

Fig. 5.1 Forecasted global lighting energy use  

ENERGY EFFICIENCY AND THE LIFECYCLE OF A LIGHTING PRODUCT  

For  today’s  lighting  systems  more  than  99.5%  of  the  energy  is  used  during  lamp operation (Table 6.1). Only a small fraction of the energy content of lighting systems can be attributed to the production of the lighting components, such as lamps and electronic drivers, and to their transport to the user. No reliable data on the energy intensity of the disposal of a lighting system are available. It is however safe to assume that the disposal cost will be less than the production cost. 

Table 6.1 Energy intensity of fluorescent tube and driver 

 

Energy intensity  

T8 production  0,007 GJ 

Page 132: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  132

T8 electronic ballast production  0,015 GJ 

20,000 hrs of use  8,2 GJ 

 

Up  till  now no  reliable  data  are  available  on  the  energy  needed  for  the  production  of LEDs or OLEDs. Due to the fact that LED solutions live two to five time longer than the existing  lamp  technologies  the  situation  will  be  quite  similar  to  the  one  found  with existing  technologies even  in  the unlikely event  that more energy would be needed  in the  production  of  LEDs.  99.5  %  of  the  energy  intensity  of  LED  solutions  will consequently be  consumed during  their use. The  impact of production,  transportation and  disposal  on  the  energy  use will  be minimal  and will  not  have  any  impact  on  the conclusions drawn in the previous sections. 

Next to the LEDs and their actuators also the sensor network will consume energy when the  system  is  in  operation. Minimizing  the  energy  use  is  high  on  the  sensor  network research  agenda.  A  substantial  research  effort  is  presently  focussing  on  low  power stand‐by networks and on energy scavenging by autonomous sensors 73. 

ACTIONS TO SPEED UP THE MARKET ACCEPTANCE OF INTELLIGENT LED SYSTEMS 

Efforts  in order to speed up the market acceptance of  intelligent LED systems will pay off  immediately  in  view  of  the  large  savings  potentials.  The  public  awareness  on  LED technology  is  quite  high,  but  it  is  often  solely  seen  as  a  new  replacement  for incandescent bulbs. Only few people realize to the full extent what can be achieved with LEDs  in  combination  with  control  systems.  Large‐scale  demonstration  projects  could pave  the  way  towards  a  deeper  understanding  on  the  potential  of  intelligent  LED lighting  and  will  proof  these  concepts  are  working  in  real  life.  In  a  recent  report  by ChangeWave it was pointed out that embarking into LED Lighting was seen as by 37% of the companies interviewed as the easiest way to cut back in energy usage 74. The Initial cost price  is seen as a major hurdle. Three quarters of  the companies  interviewed will consider changing over to LEDs, if the bulbs cost less than 5$. Large‐scale demonstration projects could be an excellent  tool  in order  to convince  the consumer of  the economic 

                                                             

73 5th Annual IEEE Communications Society Conference on Sensors, Mesh and Ad Hoc Communications and Networks, 16‐20 June 2008, San Francisco bay Area 

74 ChangeWave Energy Efficiency Report: Huge Shift Now Occurring in Corporate Energy Usage, 2008 

Page 133: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  133

benefits  of  intelligent  LED  technology.  A  proof‐of‐concept  is  urgently  needed  and  it would  also  be  beneficial  to  establish  financial  incentives  to  users  of  this  green technology. Based on  the  results of  large‐scale demonstration projects  it will be much easier  to  convince  the  financial  world  to  invest  in  intelligent  LED  technology  and  to develop financing schemes speeding up the transition to this technology. By increasing the  minimum  performance  requirements  for  lighting  systems  in  line  with  the advancement of the technology the Commission and the member states could stimulate the use of economic intelligent LEDs over energy consuming cheap lighting solutions. 

Although  a  lot  of  progress  has  been made  in  LED  technology more  R&D  is  needed  in order to realize the performance  levels required. First of all,  the efficiency needs to be further  increased.  The most  efficient  LEDs  emit  cold white  light  of  low  quality.  Steps need to be made in order to reach a similar performance for warmer high quality light normally  found  in  lighting  applications.  Moreover,  a  reliable  source  with  consistent white colour coordinates  is needed and by using  tunable solutions  the  functionality of the light sources can be increased. Last but not least, a massive effort will be needed to provide LED solutions at moderate cost.  Next to that the ease of use of control systems is  considered  as  being  quite  poor.  This  holds  for  all  phases  of  the  life  of  the  control system: installation, commissioning, operation and maintenance. A concerted R&D effort will be required in order to bridge this gap in performance as well.  

Within  the  ICT  work  package  2009‐2010  of  FP7  the  need  for  further  RTD  on  LED components  and  advanced  sensors  is  covered  to  some  extent.  Lighting  system RTD  is however  not  covered  at  all.  Notably  for  the  larger  systems  envisioned  combining  the components  into  working  solutions  is  a  challenge  by  itself.  Larger  systems  based  on embedded software  tend  to suffer  from bugs  that will never surface on  the  laboratory workbenches. Only by relying on robust test strategies and on real  life demonstrations with end‐users such systems can be debugged appropriately. 

In contrast to the normal practise in European programmes, where a clear distinction is made between the RTD phase covered by FP7 and the deployment phase covered by CIP, we strongly feel that research and demonstration for systems should run in parallel, this in  order  to  shorten  the  learning  cycles.  The  clear  cut  between  RTD  and  deployment, successfully  applied  for  product  oriented  technologies,  would  rather  be counterproductive  in  the  case  of  system  related  technologies  and  would  hamper  the rapid market acceptance of ambient intelligent LED lighting. 

In  the  field  of  both LEDs  and  control  systems quite  a  lot  of  proprietary  standards  are used,  resulting  in  a  lack  of  interoperability.  The  development  of  open  standards  and norms will  also  largely  contribute  to  the adaptation of  this new  technology. A  lighting system does not exist by itself and it often is an integral part of a larger infrastructure. In order  to use  the potential of LED  lighting to  its  full extent  the  lighting  industry should align  itself  with  the  construction  industry,  notably  regarding  the  integration  of  light points in building materials. A lighting control system could in principle exist next to the other control systems in a building, but from the users perspective this definitely is not 

Page 134: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  134

the  way  to  go.  The  lighting  system  should  be  an  integral  part  of  the  building management system as well as of the power distribution system. Therefore the building management  industry  and  the  lighting  industry  should develop  together  standardized interfaces  and  protocols.  Through  this  integration  the  lighting  system  will  become linked to the smart energy meters entering the market now. In this way the user will get instant  feedback  on  the  actual  performance  of  its  lighting  system.  LED  and  light manufacturers should support luminaire manufactures to apply LED technology in their products. 

In due  time  the minimum efficiency  requirements  for  lighting products under  the EuP regulation should be adapted in order to reflect the status of technology determined by LEDs.  Because  SSL  technology  offers  the  opportunities  to  create  lighting  patterns  not achievable today the regulations for illumination levels in office and industry should be reconsidered in due time by the Commission and the member states. 

Europe  is  lagging  with  respect  to  the  US  in  gearing  up  a  concerted  effort  between government and industry to promote the use of LEDs 75. Already in February 2005, DOE signed a Memorandum of Agreement (MOA) with the Next Generation Lighting Industry Alliance  (NGLIA)  creating  and  clarifying  the  expectations  for  the  Partnership.  The Alliance will accelerate the implementation of SSL technologies by: 

• Communicating SSL program accomplishments • Encouraging the development of metrics, codes, and standards • Promoting demonstrations of SSL technologies for general lighting applications • Supporting DOE voluntary market‐oriented programs 

INTELLIGENT LEDS A TRIPLE WIN 

 

                                                             

75 Multi‐Year Program Plan, FY’09‐FY’14, Solid‐State Lighting Research and Development; Navigant Consulting, Inc., Radcliffe Advisors & SSLS, Inc., March 2008 

Page 135: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  135

The  forecasted energy  savings with  intelligent LED systems by 45‐40 % on  top of  the projected  25‐30 %  by  embarking  into  advanced  lighting  technology  over  the  coming years will  result  in a global  savings of 1.3 PWh  in 2030 and of 3.0 PWh per annum  in 2050. Because we are exclusively dealing with grid based lighting this can be translated immediately  in  the  annual  output  of  650  to  1500  medium  sized  200  MW  electrical power plants delivering 2TWh of yearly energy.  

One billion people will probably never be connected to the electrical grid and presently rely on kerosene to generate light, causing a lot of health hazards next to poor lighting quality and exceedingly high cost. LEDs do not need  the high voltages supplied by  the grids  for  their  operation.  They  can  be  connected  directly  to  low  voltage  systems consisting of photovoltaic cells and batteries. In this way economical quality lighting will become accessible to this large group of people as well. 

From an  ecological  point  of  view  this will  result  in  a  reduction  of  the  greenhouse  gas emission by 650 to 1500 million tonnes on a yearly basis. This taken into account that on a global level the environmental impact of the generation of electricity is 40% higher than in Europe. LEDs live much longer than lamps and this as a consequence adds to the sustainability  of  this  solution.  The  superior  optical  performance  of  LEDs  compared  to discharge lamps will also result in a substantial reduction light pollution at night. Such a reduction  will  have  a  positive  impact  both  on  the  ecosystem  and  on  the  population. Discharge technology relies to a large extent on the use of mercury. By embarking into LED technology the ecosystem will no longer be exposed to this hazardous material. 

 

From an economical perspective 190 to 450 billion euro on a yearly basis  is no  longer needed in order to pay our global fossil fuel bill in the period between 2030 and 205076, but can be invested in economic growth. Part of these investments can be diverted to the lighting & photonic  industry. The  latter  is presently already growing at a 12% level  in Europe, while the photonic world market is predicted to grow at a rate of 7.6% 77. Such an  effort  would  largely  contribute  in  gaining  Europe  a  position  of  technological leadership in this area.   The European lighting industry as represented by the ELC and CELMA employs 150,000 people  in Europe, generating a  turnover of around 20 billion euro. ELC is a federation of seven lamp manufacturers of which Philips, Osram and GE                                                              

76 assuming a oil cost price of 100 euro a barrel 

77 Photonics Strategic Research Agenda, Photonics21, April 2006 

Page 136: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  136

cover  the  majority  of  the  world  market.  CELMA  represents  18  National  Lighting Associations  in 13 countries with over 1000 companies, most of  them being small and medium sized enterprises (SME’s). The annual turnover in lamps is about a third of the one in luminaires and luminaires components, in terms of employees the same balance applies. 

The  societal  impact  of  LEDs  and  Intelligent  LED  systems  in  particular  can  best  be described as creating more visual comfort at less cost. Saving energy pays itself always back  in  an  acceptable  time  span.  By  bringing  quality  light where  and when  needed  a much more pleasant environment can be created. Quality  light will  also  increase well‐being  and  personal  performance  The  user  will  also  be  able  to  adapt  the  light  to  his personal preferences much more easily than with the lighting technology of today. Next to  the  light effect LED  lighting also offers additional opportunities  in  the design of  the fixtures, making lighting a thing of beauty in many aspects.  

RECOMMENDATIONS 

In  order  to  achieve  the  “assertive  approach”  as  depicted  above  the  following  actions should be taken: 

• The Commission should continue setting the ongoing minimum energy efficiency requirements for lighting products under the regulation for Energy using products (EuP). These requirements should be reviewed on a regular basis in order to reflect the actual state of technology. 

• The Commission and the member states should complement the ongoing Implementing measures for lighting under the EuP Directive which are addressing the product level only, with a new EU‐wide lighting design legislation to cover all aspects related to the energy efficiency and savings at the application level of a lighting installation. 

The  Commission  and  the  member  states  should  also  support  pilot  actions  to demonstrate SSL performance and to determine the economical cost of such services. 

• Industry must cooperate on open standards and norms in order to guarantee interoperability of the future lighting solutions. This effort should extend itself beyond the lighting domain and cover as well the interfacing with building and power management systems. 

• The Commission and the member states should call for and support research on SSL for indoor & outdoor applications, especially addressing the trade off between colour quality and efficiency. Next to that a concerted R&D effort will be needed on 

Page 137: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  137

ambient intelligent LED lighting solutions, which can be used far more easily than the present lighting control technology. 

If  all players  involved are committed  to  their contribution and will act  together global energy savings up to 1.3 PWh by 2030 and up to 3.3 PWh per annum by 2050 could be realized.  This  would  result  in  650  to  1500  Mtonnes  less  worldwide  greenhouse  gas emission  (CO2)  and  150  to  490  billion  euro  savings  in  yearly  electricity  costs.  The payback  time  of  the  future  lighting  systems  should  be  at  the maximum  two  to  three years. Financial incentives based on public private partnership would greatly stimulate the market acceptance in the first years to come. 

ANNEXES TO LIGHTING & PHOTONIC TECHNOLOGIES 

1. OIDA forecast of LED performance for laboratory samples as well as for commercial samples10 

 2. Energy Consumption per market segment 

energy consumption (PWh) no growth 

2005 global data  2030 global data  2050 global data market segment 

    LED  smart LED   LED   smart LED 

commercial buildings  1.13  0.87  0.52  0.60  0.30 

industrial infrastructure  0.49  0.44  0.13  0.39  0.31 

residential lighting  0.81  0.49  0.47  0.17  0.11 

outdoor stationary  0.22  0.19  0.46  0.16  0.11 

  2.65  1.99  1.58  1.32  0.83 

25%  40%  50%  69% 

  energy consumption (PWh) inclusive 2.4% growth p.a. 

2005 global data  2030 global data  2050 global data market segment 

    LED  smart LED   LED   smart LED 

commercial buildings  1.13  1.57  0.94  1.73  0.87 

Page 138: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  138

 

3. Haitz’s Law: LED Light Output Increasing / Cost Decreasing 

‐ Source: Roland Haitz and Lumileds ‐ 

 4. Energy saving scenario based on the present market dynamics /Energy saving based 

on assertive market approach 

industrial infrastructure  0.49  0.80  0.24  1.12  0.90 

residential lighting  0.81  0.89  0.85  0.51  0.32 

outdoor stationary  0.22  0.34  0.83  0.47  0.33 

  2.65  3.59  2.86  3.83  2.41 

Page 139: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  139

 

5. Consumption per product type 

  

2005 global data LED smart LED LED smart LED LED smart LED

commercial buildings 1.13 0.89 0.78 0.69 0.50 0.60 0.30industrial infrastructure 0.49 0.58 0.52 0.45 0.34 0.39 0.31residential lighting 0.81 0.24 0.23 0.21 0.19 0.17 0.11outdoor stationary 0.22 0.24 0.22 0.21 0.17 0.16 0.11

2.65 1.95 1.75 1.56 1.20 1.32 0.8326% 34% 41% 55% 50% 69%

2005 global data LED smart LED LED smart LED LED smart LED

commercial buildings 1.13 1.25 1.09 1.25 0.91 1.73 0.87industrial infrastructure 0.49 0.81 0.73 0.81 0.62 1.12 0.90residential lighting 0.81 0.34 0.32 0.38 0.34 0.51 0.32outdoor stationary 0.22 0.34 0.31 0.38 0.31 0.47 0.33

2.65 2.73 2.45 2.82 2.17 3.83 2.41

market segment

market segment 2030 global data

2030 global data2020 global data

2020 global data 2050 global data

energy consumption (PWh) no growth

energy consumption (PWh) 2.4% growth p.a.

2050 global data

Page 140: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  140

Page 141: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  141

 

5 ICT FOR CLEAN &

EFFICIENT MOBILITY    Final Report;  1 October 2008 Edited by Wolfgang Reinhardt, ACEA & Paul Kompfner, ERTICO‐ITS Europe 

Page 142: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  142

INTRODUCTION  

The Working Group on  ICT  for Clean and Efficient Mobility was established by the eSafety Forum in December 2006 with the purpose to identify and promote the potential benefits that ICT (information & communication technologies) and ITS  (intelligent  transport  systems)  applications  &  services  can  bring  towards cleaner  and more  energy‐efficient mobility  for  people  and  goods.  Hereafter  in this  report  these  technologies,  applications  and  services  will  be  collectively referred to as “Green ITS”. This report presents a review of the wide range of Green ITS already available or under development that can have a significant impact on road transport energy efficiency and emissions of pollutants and CO2. It is a summary of the results of Working Group meetings and other inputs from the Working Group members.  The  report  begins  with  a  summary  of  the  environmental  challenges  for  a sustainable mobility.  The  following  section  discusses  the  contribution  to  clean and efficient mobility available from non‐ICT technologies and other measures.  

THE ENVIRONMENTAL CHALLENGE 

Global Warming

Global warming is now an accepted fact by the world’s scientific community. The greatest  influence  appears  to  be  the  growth  in  emissions  of  CO2,  a  powerful “greenhouse  gas”,  that  enters  the  atmosphere  as  a  result  of  heating,  industrial processes, electricity generation – and transport, principally from road and to a lesser extent air traffic. CO2 emissions due to road transport are influenced by 78: Vehicle technology Fuel and how it is used Type of vehicle and how it is driven Efficiency of the roadway environment and alternative modes of transport 

                                                             

78 Carl‐Peter Forster, President GME, Fuel for Thought Event, Brussels, Nov. 21, 2007 

Page 143: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  143

In  volume  terms  the  transport  sector  emissions  grew  1,412  million  tonnes (+31%) worldwide between 1990 and 2003,  and  increased 820 million  tonnes (+26%) in OECD countries79. This trend has continued and is expected to further increase in the future. The challenge for Europe is plain: to reduce greenhouse gas emissions by a factor of more than three. As road transport’s share of CO2 emissions is still growing, the  task  is  to  re‐shape  our  transport  system  so  that  it  can  sustain  a  growth  in mobility while drastically cutting greenhouse gas production. 

Oil Supply And Security 

The global demand for oil is expected to further increase from currently 84 mb/d (million  barrels  per  day)  to  116  mb/d  by  2030.  The  IEA80  is  warning  of shrinking oil resources, oil capacity and slowing production, at the same time as demand for oil in fast growing areas such as Asia and the Middle East is expected to rise  three  times  faster  than  in  the OECD area, causing a  tightening of supply and  likely high oil price  levels post 2010,  leading  to  further  increases  in petrol and diesel prices81. The prospect of unstable and uncertain future oil supplies in the future gives added reason for seeking to increase the overall fuel efficiency of today’s mobility system.  

Energy Consumption 

Currently  our  mobility  is  heavily  dependent  on  fossil  fuels,  either  petroleum products  used  in  vehicle  motors  or  to  fuel  power  stations  for  generating electricity used in transport. The challenge is to reduce energy consumption per unit  of  mobility,  and  to  redirect  energy  sources  away  from  those  that  have  a negative effect on the environment and sustainability. In 2006 the European Commission adopted an Action Plan aimed at achieving by 2020 a 20% reduction in energy consumption as well as  increasing renewables to a 20% share of total energy use. This Action Plan identifies the areas where the biggest energy savings are to be made, e.g.  Smart electric grids, heating and lighting in buildings with savings of nearly 40% of energy used in the EU,  

                                                             

79 ECMT: Cutting Transport CO2 emissions: What progress? ISBN 92‐821‐0382‐X, 2007 (ECMT=European Conference of Ministers of Transport), page 5 

80 IEA Mid Term Oil Market report July 2007 

81 FIA General Assembly Declaration: Make Cars Green, 26. October 2007 

Page 144: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  144

Smart building design (public/private buildings, housing, offices) with potential savings estimated at 27%,  Smart industrial motor systems and industrial automation, But  also  smart  transport  &  logistics  with  a  potential  for  a  26%  reduction  in energy consumption. In  a  recent  published  report82  applying  information  and  communication technologies (ICT) more widely in industry and infrastructure could help deliver significant energy efficiency gains and cut global gas emissions by up to 15% p.a. by 2020. The “Smart 2020” report estimates that ICT can enable sectors to save up to 7.8bn tonnes of CO2 equivalent p.a. by 2020 with related savings of over Euro 500bn.  The need is therefore urgent to find and use cleaner and less energy‐consuming means  of  transport  and  apply  intelligent mobility management.  But  to  achieve wider take up also means a change in people’s attitudes and the correct policies at local and national levels. Road traffic is responsible for 13% of all greenhouse gas emissions globally while private  transport  counts  for  less  than  6%.  Concerning  CO2  alone  the  share  of transportation is higher with 17%. In the year 2000, within the transport sector passenger cars counted for 44% and commercial transport of goods for 23%.  A  forecast  for  2050  based  on  extrapolation  of  the  presently  known  structural changes leads to a more than doubling of the CO2 volume (+128%) for the year 2000. Automobiles  today  are  cleaner  and more  fuel  efficient  than  ever  before  as  a  result  of improvements  in  technology  and  fuels  that  are  reducing both  toxic  emissions  and  the quantity of CO2 emitted per vehicle83. There are areas, however, where sharing efforts is necessary  because  technology  alone  does  not  have  all  the  answers84.  This  leads  to  a holistic approach to promote new measures for “eco‐efficiency”. Eco‐efficiency  in  transport  means  an  increase  in  resource  productivity  with  reduced ecological impacts. Critical aspects of eco‐efficiency are: 

• Reduced material intensity of goods and services • Lower energy intensity of goods and services • Reduced dispersion of toxic material • Improved recyclability • Maximum use of renewable resources 

                                                             

82 Global e‐Sustainability Initiative (GSI) and the Climate Group: Smart 2020 Report “Enabling the low carbon economy in the information age”, June 2008 

83 FIA General Assembly Declaration: Make Cars Green, 26 October 2007 

84 ACEA: Cars, trucks & the Environment, July 2008 

Page 145: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  145

• Greater durability of products • Increased service intensity of goods and services. 

Measures  for  cutting  road  traffic  emissions  have  a  cost.  There  is  a  large  body  of literature85 estimating cost for fuel economy measures but remarkably little agreement in  the  findings.  In  general,  technical  adaptations  in  engine  and  vehicle  design  tend  to generate net costs while behaviour changes tend to generate net benefits. Several studies estimate the cost86 of moving the European new car fleet average from 140g CO2/km to 120g CO2/km at somewhere between 34 to 71 €/tonne with marginal costs at 175 €/tonne  for vehicle  technology  improvements only. ACEA87 estimates  the average costs of moving to a 120g/km target at 400‐540 €/tonne. It is unclear how far costs  can  be  expected  to  decline  in  the  long  run  due  to  technological  but  also  other developments.   

Air Quality 

EU  air  quality  rules88  require  Member  States  to  limit  the  concentrations  of pollutants such as benzene, carbon monoxide, lead, nitrogen dioxide, particulates and  sulphur dioxide  in  the  ambient  air,  and  to draw up  action plans when  the concentrations risk being exceeded. In 2005, some 70% of European towns and cities with 250,000 inhabitants or more have reported exceeding the PM10 limits in at least part of their area. Recommended  counter‐measures  include  limiting  or  even  suspending  motor vehicle  traffic.  In practice,  the risk of  such air quality emergencies  is highest  in urban areas.  A number of Member States and cities have already  taken measures  to  restrict vehicle  traffic  on grounds of  vehicle  emissions or  air pollution episodes. These are likely to grow in number as city traffic increases and as the stricter limits (e.g. for small particulates PM2.5) come into force.  Successive European legislation has imposed limits on the specific emission of new light and  heavy  vehicles.  These  have  brought  dramatic  a  reduction  of  emissions  of particulates  (PM10 and more recently PM2.5), NOx and volatile organic compounds. The latest standards require a reduction by more than 50% in each of the above pollutants from 2000 to 2020.                                                               

85 i.g. Greene, D.L. and Schafer, A., 2003, NRC, 202, U.K. Department for Traffic.2003, T&E, 2005, EC, 2004, ACEA, 2006 

86 ECMT: Cutting Transport CO2 emissions: What progress? ISBN 92‐821‐0382‐X, 2007 

87 ACEA 2006 (Biofuels are estimated to cost from 200 to 500 €/t). 

88 Directive 2008/50/EC of the European Parliament and the Council of 21 May 2008 

Page 146: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  146

The automotive industry is introducing technologies such as particulate filters, catalytic converters and new fuel injection and combustion techniques in order to achieve these targets. ICT are not expected to have an impact on such specific emission reductions.  

 

 FIGURE 0.1 EURO EMISSION STANDARDS FOR NEW LIGHT VEHICLES 

An Integrated Approach To The Challenge

The Working  Group  believes  that  an  integrated  approach  towards  clean  and  efficient mobility  is  necessary.  This  means  both  the  involvement  of  a  wide  range  of  relevant stakeholders  but  most  importantly  to  look  for  solutions  not  only  from  vehicle technology  alone  but  also  by  complementary  measures  such  as  improving  traffic management, adjusting infrastructure,  increasing the use and availability of alternative fuels, changing driving behaviour and influencing consumer demand through taxation.  

Page 147: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  147

 FIGURE 0.2 INTEGRATED APPROACH TO REDUCE CO2 EMISSIONS 

 The Working Group has pursued a balanced approach,  considering  the vehicle, the driver and the infrastructure in an integrated way.  

DriverVehicle

Infrastructure

Legal Framework

DriverVehicle

Infrastructure

Legal Framework

 FIGURE 0.3 INTEGRATED APPROACH SCHEME 

 Even  though  the goal  of  the Working Group  is  to  concentrate on  those aspects either not treated adequately until now, or where there is a significant potential for  eSafety  technologies  (ITS/ICT  or  “Green  ITS”  applications)  to  yield environmental  benefits  and  productivity  gains  (traffic  flow  management,  fleet 

Page 148: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  148

management) the following section will also present a brief summary of non‐ICT related aspects to help provide a context for Green ITS measures. 

Non-ICT Related Technologies With Impact On The Environment

3.1 Vehicle, Fuel & Tyre Technologies 

In February 2007, the European Commission presented a strategy paper calling for the introduction of  improved vehicle technology in order to reduce the CO2 emissions of  new  cars  in Europe  to  an  average of  130 grams per kilometre by 2012.  A  further  reduction  of  10  grams was  to  be  achieved  through  additional measures such as improving the efficiency of vehicle components (e.g. tires) and a step‐by‐step transition to fuels containing less carbon89. Vehicle  &  fuel  technologies  are  thoroughly  treated  in  other  fora,  and  are therefore  not  the  subject  of  this  Working  Group  on  ICT  for  Clean  &  Efficient Mobility. Since 1995 European vehicle makers have introduced more then 50 CO2‐cutting technologies into their vehicles. Some of the key developments include90: Engine  efficiency:  direct  injection  diesel  and  petrol  engines,  second  &  third common rail injection, variable valve lift, downsizing, twin‐charge turbo engines, stop & start, hybrid technology, electric powertrain, … Optimised transmission: automated manual transmission, 6th, 7th and 8th gear, continuously  variable  transmission,  low  friction  transmission,  computer controlled manual transmission, … Cleaner exhaust: particulate matter  filter,  catalytic converter,  selective catalytic reduction, … Alternative  low emission  fuels: ethanol or gas (liquefied or compressed natural gas or  liquefied petroleum gas), “flex fuel” (85% ethanol and 15% conventional petrol) are available, second generation bio fuels are on the way Technologies  under  development  include  hydrogen  cars,  fuel  cell  technology, electric vehicles, storage and use of heat, energy‐efficient LED lights, … Other  fuel‐efficient  technologies  are  related  to  vehicle design,  ultra  lightweight materials  to  reduce vehicle weight and new  tyre  technologies  to  reduce rolling resistance. According to estimates, maintaining correct tyre pressure can reduce fuel consumption by up to 5%. Introducing tyre pressure monitoring systems on                                                              

89 Daimler 360 Facts: Sustainability Report 2008, pages 28ff 

90 ACEA: Cars, Trucks & the Environment, July 2008 

Page 149: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  149

all  new  vehicles would,  therefore,  help  reduce wasted  energy  and will  pay  off quickly. 

Vehicle Safety Technologies And Related Applications 

Driver  support  technologies  with  a  primary  objective  of  safety  –  even  if  they provide  a  secondary  impact  on  fuel  consumption  and  related  emissions  ‐  will only be discussed in this report where significant environmental benefits can be demonstrated. A good example  in  this  respect  is adaptive cruise control  (ACC), e.g.  including “stop & go assistant”, which although  intended to maintain a safe headway to the vehicle in front could also help to reduce fuel consumption.  The  earliest  advanced  safety  systems  now  entering  the  marketplace  include functions such as: ESC (Electronic Stability Control) Seatbelt reminders and head restraint systems Emergency braking systems (Brake Assist and Adaptive Brake Lights) Lane  departure  warning,  lane  keeping  assist,  blind  spot  monitoring,  obstacle warning systems Traffic sign recognition Adaptive cruise control (ACC) Electronic brake assist, including automatic emergency braking Adaptive front lighting Night vision systems (infrared, radar) Intersection warning Speed alert Driver impairment (alcohol, drugs, tiredness detection) monitoring  The direct impact of these systems on the environment is generally limited and difficult  to  assess.  Furthermore,  most  such  systems  are  vehicle‐based  and autonomous, and therefore not ICT related.  In  the  future  autonomous  systems will  be  further  linked  and  together with  an intelligent  and  responsive  infrastructure  will  form  a  new  cooperative  safety network  with  additional  potential  benefits  for  the  environment.  Examples  of future applications and services include: Extended environmental information High quality congestion/ traffic information/ RTTI (Real Time Travel and Traffic Information) Infrastructure‐based warning systems/local danger warning 

Page 150: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  150

Inter‐vehicle hazard warning Cooperative ACC for automatic regulation of inter‐vehicle separation Infrastructure based speed alert  Dynamic traffic management (VMS) eCall – Pan‐European emergency call service The limited extent of deployment of such integrated systems means that there is little hard evidence related to potential environmental benefits, and the Working Group is doubtful that any effort to quantify them would be useful. Indeed, the growth of passive and active safety systems implies has contributed to an increase of the average weight of passenger cars by about 300 kg based on customer demand for safer vehicles. Future advanced ICT‐based safety systems are  likely  to  have  less  impact  on  vehicle  weight,  as  far  as  they  comprise (weightless)  software,  and  benefit  from  miniaturisation  and  integration  of several independent systems and functions into one platform.  

Gewichtsentwicklung B-Klasse 1990 bis 2003

1000

1050

1100

1150

1200

1250

1300

1350

1400

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

Modelljahr

Lerr

gew

icht

(Kg)

 FIGURE 0.4 WEIGHT INCREASE 2003 VS. 1990 OF SELECTED VEHICLES   The  EC's  approach  to  co‐funding  collaborative  R&D  projects  has  had  a  very positive role in advancing ADAS technologies to increase road safety and reduce road deaths in support of the eSafety initiative. However, there is a widening gap between EC‐funded R&D activities and actual market adoption of ADAS systems.  

Page 151: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  151

To  overcome  the  low  (less  than  1%)  market  penetration  of  ADAS  systems (except  for  camera  and  parking  assistance  systems,  now  at  around  20% penetration)  and  to  unlock  the  related  safety  and  other  secondary  benefits, growth  strategies  are  required  including  a  number  of  technical  and marketing strategies to drive the safety technologies into the mass market in the future. Any proposal should take into account the current imbalance between technological advancement and real‐world implementation issues and should suggest how this could be improved to ensure that ADAS delivers its true safety – and secondary environmental – benefits to society91. How  much  each  of  the  16  ADAS  groups  of  applications  contributes  to  CO2 emission reduction is extremely difficult to calculate, especially as many systems are  still  in  pre‐mature  status  or  have  just  achieve  a  less  than  1%  market penetration. One way to approach the question is to create a link between ADAS systems and European accident statistics.  

Non­ICT Infrastructure Measures92 

Also non‐ICT infrastructure measures have strong potential to reduce CO2 emissions.  It has been calculated that, simply through a more efficient planning and management of roundabouts, CO2 emissions  could be  reduced by up  to 20%93. Better  road design and more investment in road infrastructure may also help to remove bottlenecks, to divert more  traffic  around  city  centres  and  to  complete missing  links  in  the  network, which together  cost  billions  of  Euros  each  year  in  lost  fuel  and  contribute  avoidably  to  the sector’s total emissions. Better roads in terms of better alignment and sufficient width and capacity, can lead  to  smoother  traffic  flow  and  thus  to  lower  emissions  from  car  traffic  and should be regarded as positive contribution to a sustainable environment.  Road construction itself has an environmental impact, this can be minimized by a mix of sound environmental road design and management, and a combination of processes  and  techniques  including  optimised  route  planning,  environmental impact  analyses  or  use  of  recycled  and  environment‐friendly  construction material. Significant impact on fuel consumption can be realised through use of improved road  surface  materials  and  construction.  This  can  achieve  reductions  in  tyre 

                                                             

91 Abhishek Visveswaran ‐ Telematics & ITS Technical Analyst 

92 ACEA comments on “Reducing CO2 emissions through infrastructure measures, May 2008 

93 VUB‐TNO study for AMINAL project 2002 

Page 152: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  152

rolling resistance of up to 40%, corresponding to a saving of approximately 5% of CO2 emissions. These  arguments  are  supported  by  a  number  of  studies.  A  Norwegian  study released  in  200794  found  conclusive  evidence  that  road  improvements  and realignments  reduce  car  emissions.  Taking  three  baseline  scenarios,  the emissions of CO2were reduced by 38% while local pollutants also fell. The same study indicated that in a majority of cases, the changes did not generate new car trips.  Initiatives  in  the  field  of  road  infrastructures  currently  represent  an  under‐exploited  opportunity  for  energy  efficiency  gains,  which  should  receive substantially  more  attention  by  EU  authorities.  There  is  an  urgent  need  to identify  and  investigate  the  cost  effectiveness  of  potential measures  to  reduce vehicle CO2 emissions with infrastructure related measures.   

Policy Recommendations

CO2 audits of road network EU action plan on CO2 savings from infrastructure Consideration of infrastructure measures as part of EU Sustainable Consumption and Production action plan Commission to study and implement Japanese measures for saving CO2 through infrastructure adjustments Spend fuel taxes on CO2 saving infrastructure improvements (“ear‐marking” CO2  saving  targets  through  infrastructure  measures  as  part  of  the  Integrated Approach 

Enforcement  

 With  the  introduction  of  a  European  driver’s  licence  (March  2006),  harmonisation  of traffic  rules  and  cross‐border  enforcement  of  traffic  law  violations  in  the  area  of speeding,  drink driving,  failure  to wear  a  seatbelt,  not  stopping  at  red  lights  (adopted proposal March  2008)  as well  as  increased  control  (incl.  speed  cameras)  of  potential offenders  could  be  further  improved.  For  example,  France  achieved  notable  success 

                                                             

94 “Environmental consequences of better roads”, SINTEF, 2007 

Page 153: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  153

through  the  deployment  of  large  numbers  of  speed  cameras  some  years  ago  and increased enforcement: this has led to some 30% reduction of fatal accidents. 

Co2 Related Taxation 

 On  July  8,  2008  the  European  Commission  presented  its  “greening  transport” package aimed at making the European transport sector more sustainable. The package is composed of: A  Communication  entitled  “Greening  Transport”,  which  sets  out  EC  initiatives until 2009 in the field of transport that have an impact on climate change, noise, pollution, congestion and accidents. An inventory of measures already in place at EU level to “green transport” A  communication  entitled  “strategy  of  the  internalisation  of  external  costs” accompanied by an impact assessment and a technical annex on how to estimate external  costs.  The  intention  is  that  transport  prices  better  reflect  the  indirect costs that transport causes to society. A proposal to amend Directive 1999/62 (Eurovignette). This  last  proposal  would  revise  the  Eurovignette  Directive  so  as  to  promote deployment  of  road  charging  systems  obliging  trucks  to  pay  their  costs  of pollution,  noise  and  road  congestion  (internalisation  of  external  costs).  The amount  of  this  charge  would  vary  in  terms  of  vehicle  environmental  quality (EURO  class)  and  time  of  day.  When  the  Commission  reports  on  the implementation  of  the  new  directive  at  the  end  of  2013,  the  possibilities  of making the system mandatory on certain roads may be taken into consideration.  Most important is the fact that the proposal will in the first stage not take vehicle CO2  emissions  into  account  (calculated  on  the  basis  of  particle  and  NOx emissions only) but postpone a decision to 2013. Moreover, the Commission explicitly says that “ private transport is not covered because  of  subsidiarity,  but  the  Commission  encourages  Member  States  to implement  charging  systems  for  all  road  transport  and  not  just  heavy  goods vehicles  as  this  would  create  incentives  for  all  road  users  to  change  their behaviour,  thereby increasing the significant positive  impacts”95.  It  is expected that  CO2‐related  taxation  would  create  consumer  demand  for  fuel‐efficient vehicles and alternative fuels. All  these  combined  measures  target  the  CO2  challenge  currently  under discussion for 2012.  

                                                             

95 Communication “Greening Transport”, COM(2008) 433/3, page 6 

Page 154: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  154

To go beyond these limits additional long‐term measures are necessary. ICT and ITS can play an important role here. This is the subject of part B of this report. 

Other Transportation Means 

Next  to  road  traffic  and  road  transportation  other  transportation  means  play  an important role in transportation of both people and goods. In a networked global society such  systems  have  to  be  seen  as  complementary  to  the  transportation  tasks  and, therefore, also with regard to overall emissions and pollutions. The following charts put such means in relation to road traffic.  

 FIGURE 0.5 ANTHROPOGENIC CO2‐EMISSIONS OF TRAFFIC. GLOBAL TRANSPORT IN 2000 AND 

SCENARIO 2050 

 In absolute terms CO2  emissions by railway transport are projected to grow by 242% while road transport related CO2 by 148%. To cover larger distances a user can use a mixture of transport modes (e.g. public transport to the airport, flight to a first holiday destination, boat trip to an island, car rental, walking and using a bicycle. For goods transport, a product is made in a factory based on material input from trucks,  freight  trains, etc.  It  is  then  loaded on a  train,  transferred to a boat and shipped to a harbour in another country, where it is loaded on a large truck and taken to a hub where it is unloaded, stored and loaded on a smaller truck for final delivery. These delivery chains are common practice and  in  the commercial area mainly driven by time and cost. When we talk later of modal shift then we basically mean two things: 

Page 155: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  155

Instead of only using a car to go from A to B an individual will use a mixture of transport modes like walking, cycling, driving, park & ride, using a metro, a bus, etc.  to  reach  his  destination  in  a  more  energy‐efficient  and  transparent  way according to his personal preferences without compromising too much on time and costs. A cargo is transported in an energy‐efficiency way (positive energy balance) by using  different  transport  means  consuming  less  overall  energy  but  without sacrificing productivity. Local  governments  may  promote  multi‐modalism  in  the  pursuit  of  other transport policy goals such as reducing congestion 

 ICT FOR CLEAN & EFFICIENT MOBILITY: THE WORKING GROUP APPROACH 

Background & Mandate

The eSafety initiative promoted by the European Commission, ACEA and ERTICO pursues  an  integrated  approach,  recognizing  that  vehicles,  infrastructure  and drivers  each  have  a  contribution  to make  towards  safer  road  transport  in  the future. Its general objective is to support the development, deployment and use of  preventive  and  active  safety  systems,  using  so‐called  “eSafety  technologies”. The  eSafety  Steering  Group  facilitates  the  deployment  of  ICT  for  safe  and intelligent transport through a framework of working groups and plenary events of the eSafety Forum.  The eSafety Forum members and the eSafety Steering Group welcome the high‐level political commitment shown by the European Commission in launching the  “i2010” initiative to stimulate the “digital” economy, and specifically to promote the  take‐up  of  information  and  communication  technologies  (ICT)  within  the transport  sector.  i2010  is  intended  to  create  growth  and  employment  in  the information society and the media industry, with a main focus on an increase of EU investment in ICT research and development. Within  i2010,  DG  Information  Society  and Media  is  promoting  the  “Intelligent Car” flagship initiative, to establish a new approach to smarter, safer and cleaner transport and mobility by developing a comprehensive agenda comprising RTD, demonstration, large‐scale field testing, deployment and user awareness actions. Furthermore,  co‐ordination  with  national  activities,  exchange  of  best  practice and monitoring and reporting of progress should be established. “Intelligent Car” also  includes  intelligent  infrastructure  and  other  elements  of  an  integrated approach and is not just focussing on the vehicle as the name might suggest. 

Page 156: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  156

With  this  initiative  the Commission wants  to  accelerate  the  take‐up and use of advanced  ICT‐based  in‐vehicle  and  co‐operative  systems  that  make  road transport safer and cleaner, by raising user awareness of such systems and their benefits, and by facilitating their deployment.  On 17 September 2007 the Commission published its first Communication on the Intelligent  Car  Initiative,  “Towards  Europe‐wide  Safer,  Cleaner  and  Efficient Mobility:  The  First  Intelligent  Car  Report”  and  gave  more  details  on  the environmental challenge related to transport: Congestion costs amount to € 50 bn per year or 0.5% of Community GDP  By 2010 this rate could go up to 1% of EU GDP Number of cars per 1000 persons has increased from 232 in 1975 to 460 in 2002  Overall distance travelled by road vehicles has tripled in the last 30 years Volume  of  road  freight  transport  grew  by  35%  contributing  to  serious  daily congestion on about 10% of the road network Concerning energy efficiency and emissions:  Investigations show that up to 50% of fuel consumption is caused by the traffic situation and driving behaviour While  Information and Communication Technologies  (ICT) help  to  create more intelligent  vehicles,  they  can  also  provide  new  intelligent  integrated  solutions including  infrastructure  measures  that  contribute  to  solving  the  key  societal challenges described above. In May 2006  the  formation of  a new eSafety Working Group  jointly  chaired by ACEA  and  ERTICO  was  proposed  to  the  eSafety  Forum  and  approved  at  the eSafety Steering group of 4 July 2006. The  new work  group  started  its work with  a  kick‐off meeting  on  6  December 2006 

Objectives And Terms Of Reference 

The aim of the new workgroup was defined as: “Identify and promote the potential benefits eSafety/ICT applications & services can  bring  towards  cleaner  and  more  energy‐efficient  mobility  for  people  and goods”. Since  only  few  ITS  systems  and  services  especially  address  environmental objectives  the  various  sectors need  to be mobilized  to  cooperate  in  identifying and  promoting  deployment  of  new  solutions  and  prepare  the  business environment In order to do so, the work group should  

Page 157: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  157

Identify  &  assess  the  ICT  applications  with  strongest  potential  to  yield environmental benefits Examine measures to reinforce the environmental compatibility & sustainability of mobility Examine  potential  for  education  &  support  tools  to  promote  environment‐friendly driver behaviour Cost benefit assessment of measures to reduce environmental impact of mobility Identify measures to promote & support deployment. The following work areas were proposed: Environmental  traffic management strategies and operations, e.g. environment‐optimised  traffic  light  synchronisation,  automatic  traffic  incident detection  and management,  urban  goods  delivery  management,  air  pollution  crisis management, etc. Integrated  traffic/mobility  management  systems,  traveller  information  and guidance services Infrastructural measures to reduce negative environmental impact of mobility Cooperative  vehicle‐infrastructure  systems,  e.g.  optimisation  of  vehicle‐traffic management  in  order  to  avoid  congestion,  with  accompanying  environmental benefits On‐line environmental information services for drivers, travellers and operators Systems,  tools and  incentives to support & educate drivers  in environmentally‐friendly driving Innovative business and organisational models to deliver environmental ITS Cost‐benefit analysis of environmental ITS policies and options Measures  to  promote  and  support  deployment  of  ITS  for  clean  &  efficient mobility. The Terms of Reference are attached at Annex 1. 

Scope 

With regard to the Intelligent Car Initiative this report will concentrate on road transport, intelligent road infrastructure and road users but it is important that contributions  from  other  transport  areas  should  be  exploited  through  other projects as well.  The report will only concentrate on ITS/ICT measures and not on aspects such as road construction (e.g. elimination of accident critical spots, safety barriers, park & ride facilities, network of pedestrian and bicycle paths, noise walls, etc.).  

Page 158: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  158

As mentioned above,  improvements providing emission  (CO2)  reductions  from vehicle engine/powertrain or other vehicle  technologies are excluded  from  the scope. The same is valid for issues such as the weight, size and shape of vehicles as  well  as  horsepower,  etc.  that  can  bear  on  fuel  efficiency.  Furthermore,  this report will not comment on potential  impacts of setting  lower maximum speed limits or using alternative fuels (fuel cells, liquid gas vs. petrol or diesel, etc.).  Last but not least the high average age of the European vehicle parc implies that emissions  could  be  reduced  if  older  vehicles  were  replaced  by  new  ones.  The same is valid for the potential unfavorable individual fleet composition of single fleet operators. This, however, will not be subject of this report either. The  impact  of  vehicle  maintenance  and  inspection  (  mandatory  in  most countries)  is only treated in this report when ICT is used for remote diagnostic applications. The Working Group’s goal was to investigate how to reduce energy consumption and production of CO2 and other pollutants not only by conventional measures but  also  with  the  help  of  “alternative  therapies”.  Notably,  these  include infrastructure “eco‐management” and eco‐driving, which are in the scope of this report  as  far  as  they  are  based  on  the  use  of  information  and  communication technologies.  Elements that can contribute to such CO2 savings include: Increasing fuel efficiency by making traffic flow more smoothly  

• Help drivers find the most eco‐friendly route & mode choice • Giving travellers information about different journey alternatives 

Collecting  real‐time  information  about  traffic  and  environment  conditions,  and the extent of congestion and traffic incidents Reduce  congestion  by  improved  traffic  flow  management  and  by  responding quickly to perturbations  Direct and control access to critical zones of high potential pollution according to measurements of traffic density and structure, and air quality Guiding travellers to choose the most environmentally friendly travel route using a multi‐traffic mode approach  Support drivers to acquire and adopt eco‐driving techniques. Improved traffic flow can lead to shorter driving times, lower fuel consumption and fewer emissions. Consequently, the idea was born to exploit the possibilities of emerging and future eSafety technologies to produce environmental benefits such as: Improved  traffic  flow  through  infrastructure  measures  like  e.g.  traffic  light synchronization, variable message signs, demand management, access control; 

Page 159: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  159

More efficient journeys through real‐time traffic information and dynamic route guidance (RTTI); Smoother driving using safety systems such as adaptive cruise control (ACC) or stop‐and‐go  assistance,  vehicle‐to‐X  communication  (e.g.  interactive  traffic control, local danger warning); Lower  fuel  consumption  and  emissions  through  measures  to  support  eco‐driving; and Enforcement of traffic regulations, and safe speed and speed limit advice.  

Research Overview 

There  are  numerous  studies  available  highlighting  the  potential  impact  of ITS/ICT  applications  on  fuel  consumption  and  emissions,  but  few  full‐scale studies  with  significant  results.  The  benefits  of  separate  measures  may  not aggregate  linearly  when  combined,  making  the  assessment  of  multiple  or combined measures problematic.  It  is  important  to  identify  the  so‐called  “real  world  indicators”  to  know  and understand potential impacts resulting from the implementation of ICT for clean mobility. In  the  following  chapters,  key  studies  in  the  three  different  areas,  intelligent vehicle,  intelligent  infrastructure,  and  driver  will  be  presented  and  discussed, together with the legal environment. For an overview see Annex 2. 

GREEN ITS MEASURES The Working Group approached its task by reviewing proposed ICT measures for clean  and  efficient  mobility  and  reducing  these  to  a  limited  core  of  six  areas thought  likely  to  yield  the  most  significant  impacts  on  energy  efficiency  and environmental effects.  The  seven  “Green  ITS”  areas  thought  by  the  Working  Group  to  hold  greatest potential  for environmental  impact are as follows. They are presented below in the following order:  Eco‐driving support Eco‐traffic management Eco‐information and guidance Eco‐demand & access management Eco‐mobility services Eco‐freight and logistics management. 

Page 160: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  160

Eco‐monitoring and modelling These are described in more detail below. For  each  area  the  Working  Group  selected  one  or  more  case  studies,  and prepared a synthesis according to the following schema: Assessment schema 

   

requirements, barriers

measure X 

deployment actions: what,

who, how, when

description,what it does 

potential impact, cost,

timing 

recommendations 

requirements, barriers

measure X 

deployment actions: what,

who, how, when

description,what it does 

potential impact, cost,

timing 

recommendations 

Page 161: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  161

Eco-Driving Support

One  of  the  most  significant  measures  for  reducing  fuel  consumption  and therefore  also  CO2  emissions  is  “eco‐driving”,  shorthand  for  a  number  of techniques  to  reduce  fuel  consumption  through  influencing  human  behaviour. The aim to change behaviour can be achieved through training, awareness, real‐time information, incentives & penalties, for example. Green ITS technologies can also be applied to support the driver to adopt and then to maintain a more fuel‐efficient driving style.  The “Golden Rules of Eco‐Driving” include suggestions such as: Shift into a higher gear early; leave in gear when braking Maintain a steady speed at highest possible gear Look ahead and anticipate traffic flow Switch off engine at short stops Check and adjust tyre pressure regularly Make use of in‐car fuel saving devices such as on‐board computers and dynamic navigation to avoid traffic jams Remove surplus weight and unused roof racks. Already  certain  of  these  techniques  are  becoming  an  integral  feature  of  the vehicle  itself,  such  as  the  display  of  fuel  consumption,  the  stop‐start  assistant, eco‐navigation  system,  gear‐change  indicator,  advanced  semi‐automatic transmission and automatic tyre‐pressure monitoring. Additional impacts can be expected  from  applications  using  enhanced  vehicle  and  driver  monitoring, adaptive cruise control, additional digital map content and vehicle‐infrastructure communication.  As this report is related to ICT/ITS we focus on those eco‐driving measures that make use of information and communication technologies, including:  Eco‐journey  support  –  on‐line  and mobile  information  services  to  the  traveller with advice on environmental conditions and on multi‐modal choices, provided before and during the journey; Enhanced navigation using adapted algorithms for dynamic route guidance, e.g. with historic data, least‐fuel routing etc.  Cooperative  eco‐driving  –  providing  the  driver  with  support,  feedback  and guidance  on  a  more  fuel‐efficient  driving  behaviour  (e.g.  CO2  production  or cost/saving in Euros) Online & real‐time incentives – “bonus / save as you drive / green points” On‐board  monitoring  and  online  coaching  of  “golden  rules  of  eco‐driving”  for drivers. 

Page 162: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  162

Note that  in deploying any driver support system it  is  important to ensure that environmental gains are not at  the expense of  safety, e.g.  these systems should not  overload drivers with  information or  actions,  deflecting  attention  from  the driving task or prolonging reaction times.  

Case Study: Eco‐drive coaching  

Description of measure: Eco‐driving  is  a way  of  driving  that  reduces  fuel  consumption,  greenhouse  gas emissions  and  accident  rates.  Eco‐driving  is  about  driving  in  a  style  suited  to modern engine technology: smart, smooth and safe driving techniques that lead to average fuel savings of 5‐10%.   Eco‐driving  offers  benefits  for  drivers  of  cars,  vans,  lorries  and  buses:  cost savings and fewer accidents as well as reductions in emissions and noise levels. Several  European  countries  have  implemented  successful  eco‐driving programmes. Background: education, training, policy etc. Fuel efficient driving can be supported by the use of (non‐ICT) fuel saving in‐car devices  like  cruise  control,  tyre  pressure  monitoring  systems  and  gear  shift indicators. Reactive gas pedal.  ICT additions: ‐  for  commercial  vehicles:  need  to  improve  HMI  for  drivers;  may  need  new system development to support eco‐driving for hybrid vehicles; ‐ need real‐time support (but safe HMI, no distraction) ‐ on‐board recorder, with post‐trip feedback & analysis ‐ online Internet service – benchmarking with own behaviour & peers ‐ digital map support and location information ‐ dynamic traffic adaptation (individual) ‐  dynamic  traffic  adaptation,  adaptive  cruise  control  (cooperative  system with wireless communication) References:  Project SENTIENCE –to optimise drivetrain control for hybrid vehicles Nissan  Carwings  connected  navigation  system  –  with  Internet  feedback  and coaching,  comparison  with  performance  of  peers  (drivers  of  the  same  car model).  

Functioning: Data captured from vehicle CAN bus. 

Page 163: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  163

Data transfer to fleet owners/management by mobile communication, e.g. GPRS Data analysis according to parameters relevant for Driver Coaching Direct  information display  in the cab to the driver (HMI) related to Eco‐driving (e.g.  speed,  gear,  rpm,  idling,  acceleration,  tyre  pressure,  service  etc.).  Direct feedback  is  given  to  the  driver  concerning  the  actions  to  take  in  order  to decrease  fuel  consumption,  both  instantaneously  as  well  as  averaged  for  the planned route. Fleet owner/management can extract and compile vehicle data that is relevant to Eco‐driving.  These  data  can  be  sorted  according  to  a  number  of  variables,  e.g. individual  drivers  and  vehicle;  route;  weight  of  vehicle  and  cargo;  and  can  be displayed  according  to  time  (weekly,  monthly  etc.).  The  information  from collected data could be used for an incentive scheme, for education/training, for optimising a logistics operation, for allocation of resources etc.  The potential benefits for eco‐driving from use of a gear‐shift indicator has been discussed in an informal working group including the European Commission, car manufacturers  and users.  It  is now proposed  that  gear‐shift  indicators become mandatory in all new cars.  

Enabling factors: Improved  driver  HMI  for  clear,  concise  and  easy  to  understand  feedback  on which actions to take while driving; Improved information presentation to fleet owner/manager in order to process data into meaningful information leading to actions to reduce fuel use; Incentives  for  fleet  owners/management  to  invest  in  driver  coaching  systems and technologies i.e. proof of cost savings and investment pay‐back; Model business case for investment in driver coaching; Incentive schemes for eco‐driving measures, for drivers and for companies; Fiscal incentives to encourage reductions of CO2 emissions; Insurance policy incentives to promote driver coaching;  Enhancements  to  digital  map  data  and  other  ICT  technologies,  e.g.  real  time traffic information.  Gear‐shift  indicators  (GSI):  for  vehicles  with  manual  transmission,  when  the current  gear  is  not  optimum  then  the GSI  displays  to  the  driver which  gear  to select for maximum fuel efficiency.  Tyre  pressure  monitoring  systems  (TPMS):  TPMS  alerts  the  driver  when  the vehicle’s  tyres  are  below  their  ideal  pressure.  A  well‐inflated  tyre  offers  least rolling resistance and thereby increases fuel efficiency. Driving on tyres with air pressure at 50kPA (0.5kg/cm²) below the recommended pressure decreases fuel efficiency by 2 per cent and 4 per cent in urban and suburban areas respectively. 

Page 164: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  164

Cruise control: Cruise control (sometimes known as speed control or Autocruise) automatically maintains a vehicle’s selected speed. The driver sets the speed and the  system  continually  adjusts  the  throttle  to maintain  the  set  speed;  this  can lead to lower fuel consumption than that of an unassisted driver. Enhanced  digital  maps:  both  the  in‐built  systems  and  the  driver  can  operate more  efficiently  with  additional  information  to  help  with  choice  of  gear  and speed. The most important data concern the current speed limit and the gradient of  the  road,  e.g.  to help decide when  to  change up or down a gear, or when  to ease off the accelerator.  Vehicle communications: vehicle‐to‐vehicle communication can enhance ACC to allow  a  vehicle  to  take  account  of  movements  of  others  further  ahead  in  the traffic,  thus  reducing  the  need  to  change  speed  abruptly.  Also,  vehicle‐to‐infrastructure  communication  can  transfer  onboard  driver  and  vehicle monitoring  data  to  a  service  centre,  or  to  the  Internet  where  the  driver  can compare his performance over time, and against his peers. 

Impacts: Eco‐driving can have a number of positive benefits, including: Fleet owners/management: Cost saving due to  Decreased fuel consumption Decreased costs for maintenance, service and repair Positive brand image, good will Possible reduction of insurance costs Lower cost of taxes; Driver: Rewards according to green driving skills Less stressful working conditions (due to lower speed) Safer driving, fewer accidents Satisfaction of reducing environmental impact. Long‐term  analysis  shows  that  the  promotion  of  efficient  driving  can  increase overall  fuel efficiency of passenger cars by  five  to  ten percent,  a non‐negligible contribution to reducing greenhouse gases. A review of transport CO2 abatement policies by ECMT, co‐funded by  the FIA Foundation, confirms that  initiatives  to improve  fuel  efficient  driving  play  a  key  role  for  effective CO2  abatement.  The report analyses over 400 abatement measures that have either been introduced or are under development across Europe and makes recommendations for future policy direction. While  there  is  general  agreement  on  the  order  of magnitude  of  the  benefits  of eco‐driving  support,  more  structured  research  is  needed.  For  example,  the 

Page 165: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  165

detailed mechanisms linking drivers’ actions with changes in instantaneous fuel consumption and CO2 emissions are not well documented. The link to gear shift and accelerator behaviour is not reflected in today’s micro‐simulation models of vehicle  behaviour  or  traffic;  engine/drivetrain  models  also  need  to  integrate driver behaviour.  Research at Leeds, TNO, Imperial.  

Cost (vehicle, infrastructure, etc): Systems to monitor fuel economy and display the information to the driver have little added cost, as most data are already available on the CAN bus and existing displays can be re‐programmed. The additional cost for a communication module can be shared with other systems such as pay‐as‐you‐drive or eCall. 

Deployment requirements: A proposal for a new regulation concerning type‐approval requirements for the general safety of motor vehicles was published recently, addressing Low Rolling Resistance Tyres (LRRT) and Tyre Pressure Monitoring Systems (TPMS) in order to  reduce  CO2  emissions  from  cars.  The  Commission  has  also  declared  its intention to require all new cars to be equipped with a Gearshift Indicator.  Data privacy and protection issues for data recorders, online monitoring. Although  it  has  been  shown  that  driver  behaviour  can  be  improved  towards greater  safety and  lower  fuel  consumption simply by  the  fact  that  the driver  is being monitored, it is important to ensure that the monitoring data are used with suitable protection in the case that the driver is an employee, or are anonymised in case the data are uploaded to the Internet. 

Other comments: Traffic  infrastructure, regulations and enforcement may need to be modified to support good eco‐driving behaviour, and prevent poor behaviour . 

 

Known Results 

 Eco‐driving training leads to a reduction in fuel consumption of up to 20% after training,  with  a  significant  long‐term  effect  of  7%  under  everyday  driving conditions.  In  2004 an  “Ecodrive”  programme  in  the Netherlands  resulted  in  a reduction in CO2 emission between 97.000 and 222.000 tons but it was felt that further  driver  training  and  promotion  of  the  programme  would  be  needed  to 

Page 166: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  166

maintain  reduced  fuel  consumption.  It  was  also  suggested  to  integrate  the principles of eco‐driving in new driver tests96 The European Climate Change Programme calculated that eco‐driving could save 50 million  tonnes  of  CO2  emissions  in  Europe  by  2010.  The  independent  TNO research institute estimates cost savings to society of up to € 128 per tonne CO2 saved. To  show  the  dimension,  with  an  average  of  7%  saving  this  is  equivalent  to approximate annual savings in EU‐27 of 16bn litres of petrol/diesel (> 20bn Euro p.a.)97 Another example of good practice is the European campaign to improve driving behaviour,  energy  efficiency  and  safety  (ECODRIVEN  initiative).  This  campaign runs across nine countries  throughout 2007‐2008 and aims  to raise awareness for  eco‐driving  and  smart,  smooth  and  safe  driving  techniques  that  lead  to average fuel savings of 5‐10%. The campaign wants to reach 2.5 million drivers and avoid 0.5 million tonnes of CO2 in the period up to 201098 

Recommendations: 

Research  to  identify and validate  the  critical parameters  for  fuel  efficiency and eco‐driving.  The  parameters  need  to  be  weighted  according  to  different scenarios and transport situations. HMI development based on user and customer needs and requirements in order to facilitate the deployment and outcome of driver coaching systems.  Hybrid  power  train  vehicles  require  specific  eco‐driving methods  according  to the type of hybrid technology, type of transportation, type of vehicle etc.  Research  is  also  needed  to  optimise  hybrid  eco‐driving  according  to  different variables,  such  as  long‐and  short  term  optimisation  of  considering  battery  life cycles,  the  interaction  between  electric  engines  and  combustion  engines, instantaneous eco‐driving actions, eco‐driving for long‐routes, the whole hybrid system’s life cycle etc. EU  to  make  low‐resistance  tyres,  tyre  pressure  monitoring  systems  and  gear shift indicators a (mandatory) option for all new cars 

                                                             

96 EEA Technical report No.2/2008: Success stories within the transport sector on reducing greenhouse gas emissions and producing ancillary benefits 

97 250 million Vehicles, 12.000 km p.a., 7.5l/100km, 7% sustainable saving, 1 liter= 1,30 € 

98 see http://www.ecodrive.org and http://ec.europa.eu/energy/intelligent/projects/doc/factsheets/ecodriven.pdf 

Page 167: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  167

Need  to  develop  standards  for  system  performance,  data  exchange,  interfaces etc. Driver  training  on  eco‐driving  should  be  part  of  the  learning  package  for  new drivers  and  could  also  cover  less  experienced  drivers.  In  this  context  driving schools  and  professional  driving  instructors  can  contribute  significantly. Automobile  clubs  could  also  offer  to  their  members  training  possibilities  and share good practice.  

Eco-Information & Guidance

Due to the explosive growth of portable navigation devices, a high proportion of drivers now use route guidance as an aide for finding their way and, increasingly, also  for  receiving  traffic  information  and  avoiding  congestion.  All  navigation systems, including in‐built and portable devices, depend on a digital map of the road  network.  Today’s  maps  provide  road  geometry  and  topology  as  well  as various features such as speed limits, road signs and points of interest99. Most  in‐built  systems  and  growing  number  of  portable  devices  use  TMC technology  to  receive  and  display  information  on  traffic  incidents  and  suggest alternative routes.  Other key features are: Vehicle integrated or mobile devices for use in the vehicle as well as outside Real‐time data about free/full parking facilities;  Pre‐trip & on‐trip multi‐modal journey planning;  Weather information, etc. Nearest public transport lines and fares; In  the  future  additional  safety  features  like  actual  incidents,  road  conditions, local  warning  messages,  accident  critical  zones  with  link  to  respective  traffic signs  e.g  sharp  curve  ahead,  speed  warnings,  commercial  vehicle  specific restrictions like weight of bridges, etc. are expected to be displayed as well. 

Navigation systems can provide substantial benefits for fuel economy and environmental impacts. These include: 

• Savings of driving time and fuel consumption, avoid traffic jams through real‐time traffic information 

• Reduction of mileage driven in unfamiliar areas by 16% (TNO study) 

• Saving of up to 30% mileage searching for a parking place 

                                                             

99 Wikipedia, Automotive Navigation System 

Page 168: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  168

• Less time caught in traffic jams, with lower energy consumption and emissions when supported by inter‐modal information. 

However,  there  are  opportunities  to  enhance  navigation  and  guidance  even further with  a  view  to  energy efficiency and  lower environmental  impacts.  For example, by adding additional  information  to a digital map such as gradient or environmental  sensitivity  it would  be  possible  to  use  a  routing  algorithm  that optimised a journey for fuel economy or least environmental impacts. Such “eco‐guidance”  features have  already  started  to  appear  in  some navigation  systems, where as well as a choice of shortest or fastest route, or route with most or least motorway, a driver could be offered the route with least‐CO2 emissions or with least nuisance.  In built‐up areas such eco‐information could extend to real‐time guidance taking account of traffic signal optimisation or actual and historic traffic data, or where a  routing  server  could  distribute  traffic  over  a  number  of  alternative  routes, thereby avoiding overloading any individual links.  Recent  evidence  for  the  potential  impacts  of  eco‐information  and  guidance includes a 2006 study by TNO 100 into the effects of driving with the help of a navigation system on traffic safety in the Netherlands. The research showed that use of navigation systems has a positive effect on traffic safety: 

• Drivers who do not use a navigation system make 12% more claims for damage and claim 5% more damage costs 

• Using a navigation system increases driver alertness and reduces driver stress 

• Using a navigation system improves the driving behaviour and performance of the driver when driving in an unfamiliar area and to an unfamiliar destination 

• Using a (good) navigation system when driving in an unfamiliar area can reduce driver workload, and reduce kilometres driven by 16% and journey time by 18%. 

Assuming penetration of 20% of cars in Europe and an average annual mileage of 12000 km and average consumption of 7.5 l/100km, a reduction in total mileage of 16% by 50% of all users would result in a saving of 48 billon kilometres or 3.6 billion litres of fuel, worth some €4.5 billion Euro per annum.101 Now  that  portable  navigation  systems  have  become  quite  inexpensive,  the remaining barriers to their introduction can be summarised as follows:                                                              

100 TNO 2007‐D‐R0048/B, December 2006 

101 250 million vehicles, 12.000 km p.a., 7.5 l/100km, 16% saving, 1litre = 1,25 Euro 

 

Page 169: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  169

Traffic data are often incomplete and inaccurate RTTI/TMC Traffic information is not always free of charge Lack of European‐wide standards and interoperability Important  safety  features,  environmental  and  alternative  traffic  mode information not yet integrated or available Lack of on‐line  information services  for drivers e.g. parking  information, urban road traffic information, environmental information Limited options for integration of mobile navigation systems in vehicles. 

Recommendations 

Insist  on  safe  and  sustainable  integration  of  mobile  navigations  systems  in vehicles; Agree  on  certification  process  for  nomadic  devices  to  prove  compliance  with European guidelines; Expand take‐up of vehicle based traffic data collection and integration with fixed systems; Explore  potential  for  cooperative  systems  to  improve  data  collection  and exchange and agree on deployment roadmap Integrate  more  safety  &  environmental  features  for  safer  and  eco‐friendlier driving. Stakeholders  comprise  a  diverse  group  including  the  European  institutions, vehicle manufacturers and automotive suppliers, nomadic device manufacturers, public  authorities/traffic  centers,  infrastructure  and  road  operators,  service providers.   As these systems are relatively simple and  inexpensive,  they can be introduced quickly and are easy to upgrade as technologies advance.    

Eco-Traffic Management

It is estimated that traffic congestion costs about 2% of EU GDP. It also leads to extra  fuel  consumption  and  thus  CO2  emissions.  Optimised  traffic  flow management & control helps to improve road safety and also contributes to clean & efficient mobility as improving traffic flow leads to shorter journey times and lower average fuel consumption, while fewer stop‐start cycles leads to lower fuel consumption and related emissions. There  are  a  number  of  ways  to  improve  traffic  management  to  yield  lower overall  fuel  consumption  and  CO2  and  pollutant  emissions.  The  aim  is  to  help 

Page 170: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  170

traffic  flow  more  smoothly,  by  reducing  vehicle  stops  and  acceleration‐deceleration  cycles  and  by  helping  drivers  to  travel  at  the  speed  where  fuel consumption is minimised.  Another  group  of  measures  aims  to  give  drivers  information  and  guidance  to help them reach their destination with least delay and lowest emissions, through collection of traffic monitoring data, and providing routing recommendations to avoid any congestion. Where the volume of demand in the network does not permit such optimisation, then various tools for demand management are available. These aim to suppress part or all of vehicle‐based  trips and  to encourage drivers  to use more energy‐efficient means of travel and transport. Significant  benefits  can  be  achieved  by  the  deployment  of  one  of  the  latest generation of dynamic urban traffic control (UTC) systems. These measure traffic flows  and queue  lengths  and  alter  the  traffic  signal  parameters  dynamically  to minimise  total  vehicle  delay  or  another  criterion.  Installing  such  a  system  to replace  fixed‐plan  traffic  control  can  already  bring  significant  benefits  for  the environment.  However,  there  is  potential  to  increase  benefits  further  by optimising the traffic network management according to energy consumption or emissions.   

Case study: Co‐ordinated Dynamic Urban Traffic Control and Traffic Management

Description of measure: Dynamic traffic signal control relies on the detection of vehicles in real time and uses  an  embedded  model  to  estimate  a  performance  measure  based  on  such traffic  parameters  as  delay,  stops  and  congestion.  This  performance  measure may be optimised to maximise the traffic capacity across a signal control region, or  to  coordinate  vehicle  flows  so  as  to  minimise  the  number  of  stops. Performance  measures  may  be  converted  to  air  pollutant  emissions,  fuel consumption  or  carbon  emissions  so  that  signal  timings  can  be  optimised  to reduce environmental impact or minimise journey cost by reducing fuel used.  Good  traffic management  becomes most  important when  the  network  reaches saturation. At  this point queue  location must be managed  (to prevent blocking upstream  junctions)  and  also  speeds  and  flow  levels  (to  reduce  emissions  or noise). This can be achieved through gating and metering of traffic by using the green splits and offsets, or with variable message signs (VMS) to advise speeds or alternative routes. When  traffic  problems  recur  at  the  same  time  and  place  then  management measures  can  be  implemented  in  specific  areas  of  the  network  or  at  specific times  of  the  day  (or  both).  These  measures  can  be  tactical  or  strategic.  One tactical  measure  could  be  the  relocation  of  traffic  congestion  away  from  a narrow, residential street, with many pedestrians,  to a more open space where 

Page 171: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  171

natural ventilation can disperse any pollution.  Strategic measures include park and ride schemes and bus priority lanes, giving pedestrians greater priority at traffic lights or green wave signal synchronisation through a series of junctions.   

Functioning (how it works): The intelligence and flexibility of ITS provide the potential to manage networks across modes so  that an  integrated  traffic control and management system has due consideration for the benefits achieved through public transport integration. Traffic  management  measures  on  motorways  include  variable  speed  limits through  VMS,  emergency  stop  lane/hard  shoulder  running  and  access  control using ramp metering.  Multi  criteria  traffic  control  can  be  achieved  dynamically  in  time  and  space against  different  objectives,  according  to  various  high‐level  operational strategies. Even if a measure reduces the volume of stop‐start traffic it may have second order effects that can encourage traffic demand to grow. In urban areas traffic management can try to balance the conflict between providing priority for public  transport  (red  truncation,  green  extension),  pedestrians  (short  cycle times, scramble junctions) or vehicles. It  is  important to develop evaluation tools to assess the different trade‐offs and the performance of various measures. This information can be presented to the operator and traffic manager to improve decision support, and also to the public to affect route and mode choice.   

Enabling factors: Reliability of data collection Sensors for traffic, carbon emissions and air quality Standardised  databases  and  statistical  analysis  to  gain  information  and knowledge from the data collected Accepted  methodology(ies)  for  assessing  the  emissions  and  relating  these  to traffic system parameters Communication network (low latency) between adjacent traffic signals Standardised, user friendly and simple to understand information platform  

Impact: The  impacts of dynamic  traffic management usually begin  immediately and the pay back period is usually within short periods typically two years. Main impact is in reduction in congestion and related emissions. 

Page 172: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  172

 

Timing  Intelligent transport systems are being delivered to a greater and lesser extent, across the whole of Europe mainly on trunk roads, motorways, towns and cities but  also  in  rural  and  other  networks.  However  the  real  challenge  is  for  the control  and management of  traffic  to be  integrated  across  all  systems  (up  to 3 years), networks (up to 5 years), and modes (10 years).  

Deployment requirements & barriers: It  is  becoming  increasingly  important  to  have  standardisation  not  just  of  the hardware but the database formats, software, information platforms. As ITS and other  technologies  are  rolled  out  across  Local  Authority  boundaries,  across regions, nationally and across Europe consistency in all respects will have to be achieved.  Barriers  are  political,  organisational,  technical  and  will  require investment.  Difficulties  will  arise  if  nationally  managed  motorways  are  not integrated  with  the  urban  road  network  to  provide  seamless  management  of traffic.  

Deployment actions (what, who, when, how…): These depend on the technology and the purpose for which it has been deployed. In  urban  areas  demand  responsive  control  would  be  implemented  by  traffic engineers  when  the  traffic  flows  in  a  signal  controlled  region  are  continually varying through the day and from day to day by typically more than about 10%‐15%  resulting  in  congestion.  The  demand  responsive  technology  would  be  a substantial  investment  made  by  the  Local  Authority  and  when  installed, calibrated and fully commissioned will have  justified  its  investment  in  typically 18 months. Maintenance and running costs of the system should be outweighed by benefits in terms of reduced delay shorter journey times, fewer accidents and less impact on the environment.  An air quality action plan would be deployed when  the weather conditions are such that at the expected level of traffic demand a pollution ‘hot spot’ is likely to occur. In this case when the combination of conditions occur a predefined signal plan will  be  implemented  to,  for  example,  relocate queues  to  an open  space  to enable the natural dispersion of tailpipe emissions. This strategy does not reduce emissions but simply spreads them around the network to avoid excessive levels at a particular junction. A complementary strategy would be to implement a park and ride scheme to reduce the traffic flows sufficiently to prevent the congested related emissions from occurring.  

Recommendations 

Page 173: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  173

Set  up  a  European  study  group  of  stakeholders  to  identify  and  specify  best practice. Develop  a  harmonised  technical  framework  allowing  competition  and freedom to integrate technologies. Evidence  for  the  effectiveness  of  dynamic  urban  traffic  control  is  strong  and established over many years of experience. A pioneering system was the SCOOT (Split Cycle Offset Optimization Technique) UTC system developed by TRL as a tool for managing and controlling traffic signals in urban areas. It is an adaptive system that responds automatically to fluctuations in traffic flow through the use of on‐street detectors embedded in the road. The effectiveness has been assessed by  major  trials  in  five  cities  (Glasgow,  Coventry,  Worcester,  Southampton, London) where a reduction in journey travel time by 8% (cars) and 6% (buses) was measured, and a 20% reduction in delays102. On critical route sections improved traffic management can reduce traffic delay and  congestion  by  up  to  40%,  with  equivalent  energy  savings.  A  recent quantitative  evaluation  trial  study103  on  the  Tokyo  Metropolitan  Expressway and its new “Oji section” showed that the reduction of traffic congestion reduced annual CO2 emissions in central Tokyo by between 22 and 31 million tonnes. In fuel  conversion  terms,  this  reduction  corresponds  to  the  annual  gasoline consumption of approximately 10,000 passenger cars. A study in Southampton found that a Parking Guidance and Information System could reduce the average time spent searching for a parking space by 50%. If as is  the  case  in  some  cities  up  to  30%  of  all  vehicles  in  urban  central  areas  are looking for a parking spot, overall saving on fuel and related emissions would be substantial. Traffic  light  synchronization  has  the  potential  to  increase  intersection throughput  for  private  traffic  by  15%.  ACEA104  estimated  the  yearly  CO2 reduction  potential  and  costs  of  substituting  50% of  current  traffic  lights with modern  dynamic  UTC, which  generates  an  optimal  traffic  flow  by  adjusting  to traffic conditions, and came to the result that 2.4 million tonnes of CO2 p.a. could be saved across the EU. The  UTOPIA  (Urban  Traffic  Optimization  by  Integrated  Automation)  /SPOT (System  for  Priority  and  Optimization  of  Traffic)  system  developed  by  Fiat Research Center, ITAL TEL and MIZAR Automazione in Turin, Italy has been fully operational  since  1985  on  a  network  of  about  40  signalized  junctions  in  the central area of Torino and is now used in several cities in Italy, the Netherlands, USA, Norway, Finland and Denmark. 

                                                             

102 SCOOT: http://www.scoot‐utc.com/ 

103 JAMA documentation on CO2 

104 ACEA Position Paper “ Reducing CO2 emissions through infrastructure measures”, May 2008 

Page 174: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  174

The  improvements  attributed  to  UTOPIA  (at  1985/86  traffic  situations)  were increase in private traffic speed of 15,9% on  average, and of 35% in peak times. Public transport, which was given absolute priority, showed a speed increase of 19.9%. 

 FIGURE 0.6 SPECIFIC VEHICLE CO2 EMISSIONS VS. SPEED 

Increase  in  average  speed  dramatically  reduces  fuel  consumption  as  shown  in Figure 8. Future development aims to adapt UTOPIA into a flexible, scalable and modular system for  Traffic light controller monitoring Actuated and adaptive traffic control and  to  become  the  platform  to  build  on  future  Urban  Traffic  Control applications105 Another measure  in  the  Green  ITS  traffic  management  toolbox  is  the  variable message  sign  (VMS). VMS can guide  traffic  away  from problem areas,  optimise section  speed  and  capacity  and  lead  to  10‐30%  less  accidents  with  2‐8%  less emissions.  It  can  also  provide  traffic  information  and  re‐routing recommendations, that can influence drivers to change their behaviour and lead to congestion relief. Intelligent  Co‐operative  Systems106  are  the  next  big  challenge  in  automotive electronics and ITS. Cooperative systems allow communication between vehicles and  infrastructure  (vehicle‐to‐vehicle,  vehicle‐to‐infrastructure  and  vice  versa) and even with an equipment rate of only 20% (according to the German INVENT project)  could  lead  to  fewer  traffic  jams  on  selected  highway  sections  due  to 

                                                             

105 Fabrizio Biora, Mizar Automazione S.p.A.,Nordisk Trafiksignalkonferenz, Stockholm May 2007 

106 http://www.cvisproject.org/en/about_cooperative_systems/introduction/ 

Page 175: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  175

smoother  traffic  flows.  For  example,  the  provision  of  personalised  real  time traffic  information  to drivers represents a promising service whose application will  allow motorists  to make  informed route choices.  It will  also be possible  in the  future  to  book  a  parking  space  ahead  of  the  trip.  In  this  context  “search traffic”  can  account  for  up  to  30%  of  urban  traffic  at  peak  hours107,  so  the resulting  decrease  in  congestion  can  significantly  contribute  to  energy  savings and environmental protection. Indeed  intelligent co‐operative systems  increase  the "time horizon",  the quality and  reliability  of  information  available  to  drivers  about  their  immediate environment,  and  about  other  vehicles  and  road  users,  enabling  improved driving conditions leading to enhanced safety and efficiency of mobility.  Similarly,  co‐operative  systems  offer  increased  information  about  the  vehicles, their  location and the road conditions to the road operators and infrastructure, allowing  optimized  and  safer  use  of  the  available  road  network,  and  better response to incidents and hazards. Intelligent  co‐operative  systems  will  build  and  expand  on  the  functionality  of autonomous and stand‐alone  in‐vehicle and  infrastructure‐based systems,  such as  Intelligent  Vehicle  Safety  Systems  (eSafety  systems),  including  Advanced Driver Assistance Systems (ADAS), traffic control and management systems, and motorway management systems.  The  benefits  of  intelligent  co‐operative  systems  stem  from  the  increased information that is available of the vehicle and its environment. The same set of information can be used to extend the functionality of in‐vehicle safety systems, and  through vehicle‐to‐infrastructure  communications  for more efficient  traffic control and management. The benefits include: Increased road network capacity  Reduced congestion and pollution  Shorter and more predictable journey times  Improved traffic safety for all road users  Lower vehicle operating costs  More efficient logistics  Improved management and control of  the road network (both urban and inter‐urban)  Increased efficiency of the public transport systems  Better and more efficient response to hazards, incidents and accidents. 

                                                             

107 “Sustainable roads”, ERF/IRF Discussion Paper, April 2007 

Page 176: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  176

A key project in this context is CVIS (Cooperative Vehicle Infrastructure Systems) to Create  a  unified  technical  solution  allowing  all  vehicles  and  infrastructure elements to communicate with each other in a continuous and transparent way using a variety of media and with enhanced localization; Enable  a  wide  range  of  potential  cooperative  services  to  run  on  an  open application framework in the vehicle and roadside equipment;  Define  and  validate  an  open  architecture  and  system  concept  for  a  number  of cooperative  system  applications,  and  develop  common  core  components  to support  cooperation  models  in  real‐life  applications  and  services  for  drivers, operators, industry and other key stakeholders;  Address  issues  such  as  user  acceptance,  data  privacy  and  security,  system openness and interoperability, risk and liability, public policy needs, cost/benefit and business models, and roll‐out plans for implementation. The project deals with  the  following applications  (listed according  to customer preferences): Area routing and control  Cooperative traveller assistance  In‐vehicle map update Obstacle warning Road status report Urban parking zones Flexible lane allocation Personalized route planning In‐vehicle internet. All  of  the applications are of  environmental  relevance but  the project  is  still  in progress and no results are currently available. 

 FIGURE 0.7 BETTER DATA – BETTER INFORMATION 

Page 177: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  177

 This figure shows how cooperative systems can break the “vicious circle” of ever‐worsening traffic problems by offering – for the first time – new ways for drivers and  their  vehicles  to  interact  (and  not  just  react)  with  a  more  intelligent infrastructure. And that new intelligence is due to new kinds of information that come, at least partly, from individual road users. Urban  traffic  management  and  control  centres  cover  a  certain  road  traffic network  of  relevance.  They  are  not  applicable  to  other  roads.  E.g.  traffic  light synchronization is not relevant for rural roads. The innovation in CVIS is to link vehicles  to  the  nearby  roadside  systems,  allowing  the  traffic  control  system  to interact with individual vehicles, e.g. to set up a local “green wave”, or to give a driver a recommended route to his destination that avoids known trouble‐spots. Such a system could easily be optimised for  least total  fuel consumption rather than  delay,  that  could  further  reduce  emissions.  In  principle,  with  vehicle‐infrastructure communication it would be possible to monitor each vehicle’s fuel consumption in real time and provide feedback to drivers as well as anonymous data to the traffic control system for signal optimisation. Barriers to better traffic management & control are: Technologies that are needed to create applications where vehicles and roadside infrastructure  can  talk  to  each  other  directly  are  not  yet  fully  developed  and validated  Cost  of  investment  in  road  construction,  road  safety  improvements  and  for intelligent infrastructure Cost of traffic data collection High market  fragmentation  for  roadside  and  in‐vehicle  equipment  and  related Telematics services Lack of technical standards No  or  poor  information  on  alternative  or  complementary  traffic modes/means including time and cost to reach a destination Low willingness of drivers to pay for traffic information Political  priorities  and  limited  budgets.  Main  entities  involved  are  not  yet persuaded of the utility and benefits of investing in cooperative system RTD, and the whole domain is as yet undeveloped. 

Possible Solutions 

Structured and organized exchange and political acceptance of best practices Gather  and  disseminate  evidence  for  environmental  benefits  of  advanced management & control systems 

Page 178: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  178

Improve  and  organise  collection  of  traffic  information  through  floating car/phone/device data Initiate  research  &  development  of  eco‐optimised  traffic  management  models including multi‐modal traffic planning and forecasting Investigate  potential  of  cooperative  systems  with  regards  to  safety  and  eco‐efficiency Expand  work  on  R&D  for  environmental  monitoring  &  modelling,  methods  of impact  assessment  and  impact  analysis,  development/adaptation  of  simulation models Improve incident detection and post‐accident management Dissemination  and  application  of  onboard  diagnostics  to  identify  problems before they lead to breakdowns or accidents Give drivers on‐line access to real‐time traffic, travel and parking information After careful analysis public authorities/road operators should invest in state‐of‐the‐art  intelligent  infrastructure, e.g. VMS, traffic control, speed management  in respective areas National and  local governments  should cooperate and harmonise  the approach to environment‐friendly mobility in order to ensure interoperability, lower cost and greater impact 

Eco-Demand And Access Management

Under  the  heading  of  “Eco‐demand  and  access  management”  there  are  two related  types of measure  that can  influence emissions and energy use, Demand Management  and  Access Management.  Each  has  a  different  focus  but  are  both used  to  better  manage mobility  by  acting  directly  on  demand  for mobility,  as opposed to Eco‐traffic management that tries to optimise its supply. Demand Management describes measures to influence the demand for transport and mobility. Mobility management  tries  to  enable mobility while  at  the  same time reducing the burden of increasing traffic. 

Key Principles 

Focus on mobility and accessibility, and not traffic Strive for sustainable, more efficient, socially acceptable and ecological mobility Base measures on information, communication, organization and coordination Change  choice  of  traffic  means  (modal  split)  in  the  direction  of  more environmentally  friendly  and  more  sustainable  means  of  transportation  (e.g. walking,  bicycling,  car  sharing,  public  transport,  railway  &  inland  water transportation vs. truck, cars and planes) 

Page 179: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  179

Managing  demand  for  mobility  in  an  eco/energy‐efficient  way  requires  an integrated  approach  and  involvement  of  all  relevant  stakeholders,  provision of reliable, real‐time and dynamic information on alternative means and schedules and  information  on  how  they  connect  to  allow  the  private  and  commercial customer to go from A to B. Last but not least information must be provided on journey  costs  and  travel  time.  Each  customer  needs  full  knowledge  of  the alternatives  to  choose  according  to  his  personal  priorities  (energy‐efficiency, environmental friendliness, productivity (cost/time)).  This networking of alternatives is not yet deployed. Consequently environmental benefits  are  either  not  yet  fully  evaluated  or  are  based  on  simulations  under limited assumptions. Socio‐economic aspects on how modal shift would  impact employment,  overall  cost  of  mobility  and  disposable  income  have  not  been investigated neither. 

 FIGURE 0.8 REDUCTION CONTRIBUTIONS BY MODAL SPLIT 

 ISIS108 sees the potential for a 15% reduction in CO2 through modal split alone, an  additional  7%  with  the  help  of  ITS  and  another  1%  through  incentives  to further improve vehicles.  A variety of techniques may be used for demand management. Probably the most common is some form of charge relating to vehicle type or vehicle use. This can take  the  form  of  a  specific  tax  or  charge,  or  can  be  related  to  the  distance travelled,  to  the  location  where  the  vehicle  is  used,  or  the  time  of  day.  A congestion charge,  for example, may even vary directly according to the degree of congestion.  

                                                             

108 Maurizio Tomassini, ISIS, Presentation Brussels 23 May 2008 

Page 180: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  180

As  a  complement  to  demand  management  measures,  it  is  important  to  raise awareness  of  modes  of  transport  that  are  less  energy‐consuming  than  road transport, especially for moving goods long distances. Switching to rail transport or  developing  efficient  short  sea  shipping  can  be  particular  effective  when different modes  of  transport  are  effectively  combined.  Air  transport  still  has  a much greater environmental impact than other modes and is growing fast. Great efforts  are  needed  to  make  necessary  trips  more  energy‐efficient  without sacrificing productivity. Access  Management  helps  to  achieve  the  necessary  balance  between  traffic movement  and  accessibility  by  controlling  access  by  vehicles  to  specific  areas, with the aim to reduce congestion or improve air and environmental quality. The scheme may distinguish between different vehicle  types or characteristics such as  emission  class, may  restrict  access  to  residents  of  a  zone,  or may  limit  the number of trips. A number of ITS technologies may be used for vehicle detection and access management.  Traffic  access  to  environment‐critical  areas  can  be  controlled  by  intelligent access restrictions, intelligent infrastructure and charging schemes in order to Manage daily traffic load and flow Create a safer environment, less severe crashes Reduce inner‐city congestion and pollution Increase fuel economy Improve inner urban living quality  Charge according to polluter‐pays principle  

Case study: Access Management taking account of emission criteria 

Description of measure: Road charging and Low Emissions Zones. 

Technologies that control the access of vehicles to a specific part or area of a city or  urban  area.  This  involves  ways  of  observing  number  plates  of  vehicles entering,  transiting  and  exiting  from  the  ‘controlled’  zone.  The  measure  can address  policy  objectives  such  as  reducing  congestion  and/or  emissions.  Any pricing policy should reflect the objective, for example to influence congestion a charge relating to distance or to enter a zone would be the same for all vehicles. An  emissions  policy might  lead  to  no  charge  for  smaller,  cleaner  vehicles  and heavy penalties for the higher emitters.  

Functioning: Through the pricing policy the driver is faced with higher out of pocket costs for each  trip  requiring  access  to  the  controlled  area.  This  makes  the  alternative 

Page 181: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  181

modes less costly and may induce a modal shift.  

Enabling factors: Off‐vehicle technologies are applied in London and other cities, where roadside monitoring  is  combined  with  automatic  number  plate  recognition; comprehensive  database  and  link  with  the  national  vehicle  number  plate database for enforcement; billing mechanism and exemption database. Tolling gates can collect charges through automatic fare collection. Access  control  through  electronic  vehicle  identification  (EVI);  for  example identifying whether the vehicle is private or commercial, fuel type, Euro standard whether or not a diesel vehicle has a filter etc. as in the Netherlands.  Air quality within a city varies by time of day; technologies with flexibility and a predictive mechanism needed to allow pre‐trip warning of potential problems. Development  of  a  ‘fair’  system  is  essential.  However,  in  the  case  of  threats,  to health, measures do not have to be fair, switching in mandatory measures when need. Require mechanisms for dissemination to the users. Potentially  in  the  future,  technologies  on  vehicles  to  provide  information  for billing and enforcement  but will need incentives eg lower tax/rebate on fuels  

Impacts: Reduced congestion, lower fuel consumption and emissions. 

 Evidence  of  impacts  is  still  growing  as  these  measures  are  applied  more generally across Europe. The London congestion charging zones have resulted in a 16,4% reduction in CO2 emissions (2003 vs. 2002) and 12% lower emissions of NOx and PM10 from road traffic, based on a 30% reduction in traffic congestion. Similar  schemes  have  been  successfully  implemented  in  Oslo  and  Trondheim, where they also led to an increase in revenue.  However, there are also critical voices. A Swedish newspaper109 reports on the Stockholm congestion charging scheme that costs for the urban charging stations have doubled over the last 5 years compared with an initial estimate of around € 97 million, and that first benefits cannot be expected before 2011 at the earliest. In the access control scheme in Milan, city center PM emissions were down 30% and the number of cars by 10%, resulting into quicker public transport journeys. 

                                                             

109 Dagens Nyheter, 20.02.2008 

Page 182: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  182

There is a trend to introduce environmental zones in more European cities using different  methods.  The  environmental  zone  in  Prague  has  been  successful  in reducing  emissions  from  heavy  vehicles  entering  the  city  centre  through application of weight restrictions. Estimated reduction of CO2 from this measure was given as 1650 tons p.a.110 

Barriers To Introduction 

Integrated  planning  processes  are  hampered  by  organizational  divisions between transport modes, government agencies and services Transport planning tends to be regarded as a technical task, quite often lacking adequate stakeholder participation and delivering only piecemeal measures111 General  poor  acceptance  by  drivers  who  see  higher  journey  costs  and  less freedom Public  transport  alternatives  not  always  available,  may  be  expensive  & inconvenient for some travellers High cost of infrastructure based schemes Lack of interoperability across Europe Conflict of interest between travellers and residents of environmental zones 

Recommendations 

Develop  and  agree  amongst  European  Commission  and  Member  States  for  a European  interoperable  solution  and/or  framework:  one  device,  one  contract, one invoice principle Offer  flexible  access  to  core  and/or  environmentally  sensitive  areas  of  a  city based on traffic density, congestion, air quality (e.g. smog) and time of day Apply intelligent systems with effective enforcement Set up Congestion Management Centres to measure air quality (online) in order to  redirect  and  guide  vehicles  based  on  temporary  speed  limits  displayed  on variable  message  signs  and/or  on  vehicle  displays,  opening/closing  additional lanes (incl. hard shoulder), remote ramp metering, traffic  light synchronization, etc. 

                                                             

110 EEA Technical report No. 2/2008: Success stories within the road transport sector on reducing greenhouse gas emissions and producing ancillary benefits 

111 EU sponsored PILOT Project on “Sustainable Urban transport Planning” (SUTP), 2007 

Page 183: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  183

Expand Park & Ride offer and provide multi‐modal alternatives in a transparent way Privilege environmentally friendly vehicles  Exchange and learn from best practice. 

Eco-Mobility Services

Under  this  heading  we  understand  a  wealth  of  applications  using  information and communication technologies that complement the principal means of travel and transport considered under “Intelligent Transport Systems”. These services (mainly  intended  for  use  by  persons  and  not  for  goods)  share  the  quality  that their use  implies a  lesser  impact on the environment than the use of  individual road transport.  Although  there  are  many  examples  we  could  include  in  this  section,  we concentrate here on three groups of service, that are described below: incentive schemes individual mobility collective mobility.  

Incentive Schemes 

Under  incentive  schemes we  include  ideas  such  as  “green  bonus”  or  “earn‐as‐you‐travel”  and  “pay‐as‐you‐drive”.  Beginning  perhaps  as  a  voluntary  scheme where  people  try  to  live  within  a  certain  CO2  budget,  this  could  work  by  an application  in  a  user’s  GPS‐enabled  mobile  device  that  could  record  sufficient journey information to allow an estimate of CO2 emissions. The analysis could be made  via  an  Internet  service  operated  by  a  service  provider  or  agency  on  the basis of uploaded data from each user.  The scheme would then reward or punish the user according to his/her CO2 use compared  to budget – awarding extra points  for  saving CO2 and claiming back points when spending more than the allowance. Already there are a number of schemes in the marketplace for “pay‐as‐you‐drive”  insurance, where the cost of insurance  is  invoiced  regularly  on  the  basis  of  detailed  exposure  information (location, time, date) that is closely related to risk. These schemes are successful in both reducing the cost to users (who modify their driving to reduce costs) and reducing the risk to insurers (who receive more or less revenue when driving is more or less risky, respectively). 

Individual Mobility 

Under individual mobility schemes we consider ideas that preserve many of the qualities of individual transport that today favour its continual growth in the face 

Page 184: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  184

of  ever‐growing  demand  and  consequent  congestion.  Thus,  the  “door‐to‐door” convenience  of  a  private  car  or  two‐wheeler;  the  freedom  to  enjoy  one’s  own infotainment  content  and  climate  control;  the  feeling  of  security;  and  the flexibility  to  set  one’s  own  timetable  and  route  are  benefits  that  must  be approximated by  any  innovative  service  aspiring  to  attract  drivers out  of  their vehicles.  However, pressure is growing to find more economical ways to travel, and with rising  fuel  prices  and  advantages  such  as  those  granted  to  “high‐occupancy vehicles” where they may use a reserved highway lane,  there  is  interest to  find novel ways to  increase vehicle occupancy. A combination of mobile phone with GNSS positioning, an Internet‐based broker service and a kind of “Web 2.0” social community  could  offer  a  way  that  a  vehicle  driver  could  find  compatible  and trustworthy passengers to share a ride whilst offsetting some of his travel costs and perhaps even provide an agreeable travelling companion!  Such  new  mobility  services  could  be  stimulated  by  suitable  tax  or  other incentives. A user could call up  the ride‐share service on  the Internet or on his mobile device, and see on a map who was offering places to his destination, with the time of passing a number of potential pick‐up points. 

Collective Mobility 

Collective  transport  services,  ranging  from taxis  through mini‐ and midi‐bus  to full‐scale  bus  services,  could  be  configures  to  help  reduce  greenhouse  gas  and other emissions, and  fuel consumption. Starting with  taxis,  these could become more  responsive  if  a  potential  customer  could  see  on  his  mobile  device  the availability  of  all  taxis  in  the  nearby  area,  and  could  call  one  up  simply  by “clicking on” the nearest one. The customer could also indicate his destination & departure time to an online Web‐service, and the interested taxis could respond directly.  This would make booking  easier  for  both  customer  and  taxi  driver.  It could also open the way to a more successful shared taxi service by helping taxis and passengers to meet up and match.  The  smaller  service  buses  could  gain  customers  and  improve  revenue  by adapting their routes and service timetable, by using communication with users’ mobile  handsets  to  identify  potential  customers  and  to  provide  them  with information on the next service to pass (location and time).   Similarly,  even  fixed‐route  large‐vehicle  services  could  benefit  from  knowing passengers’  intended destination, as  this  could help  to adapt  the  timetable and the service volume offered. Departures could be programmed more  flexibly  for example to synchronise with feeder services or Park & Ride facilities. However, users  need  to  know  in  advance  and  during  the  journey  the  timetable  of  each vehicle  relevant  to  their  journey.  This  information  is  needed  before  the  driver sets  off  in  his  car,  and  during  the  journey  if  it  is  still  possible  to  use multiple modes. 

Page 185: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  185

All these improvements could increase the attractiveness of collective transport and help persuade drivers  to  leave  their vehicle at home or at a peripheral car park, thus providing direct environmental benefits. And these technologies could help make the service offering much better adapted to the changing demand, that would of course need to grow to compensate for those drivers changing from car to collective means.  

Eco-Freight And Logistics Management

The final domain of Green ITS to be considered is that of freight and logistics, and fleet management. The predominant form of ITS today in this sector is the fleet management  system  and  services.  ITS  for  fleet  management  includes  the management of cars, vans and trucks.  Fleet  (vehicle)  management  functions  can  include  vehicle  maintenance  and financing,  vehicle  and driver despatching,  telematics  services  (such as  floating‐vehicle  data  collection,  vehicle  tracking  and  geo‐fencing,  cargo  tracing,  remote diagnostics and electronic fee collection), driver time and shift management, fuel monitoring and management, and health & safety management.  This requires an in‐vehicle unit (original or after‐market fit) for collecting certain monitoring  data  from  the  vehicle,  driver  and  cargo,  and  sending  these  to  a service centre. This  is  linked by two‐way wireless communication (using either cellular or dedicated radio networks) with a service back‐office that analyses the monitoring  data  and  forwards  it  to  the  fleet  owner,  freight  forwarder  and/or cargo customer. The management or service centre can then contact  the driver directly  with  advice  or  questions,  and  also  the  recipient  of  the  goods  at  the destination of the journey, for example to confirm their expected arrival time. ITS  systems  allow  the  collection  of  data  for  both  real‐time  and  “a  posteriori” evaluation.  It  also helps  the  transport operator  to develop  strategies  for better capacity utilization, select and optimise different transport modes (also from an environmental  point  of  view)  and  to  inform  the  customer  on where  his  order currently is and when it will arrive. Concerning driver behaviour ICT plays a key role  to  check  working  hours,  violation  of  traffic  or  other  transport  related regulations (e.g. overspeeding or alcohol misuse) and represents  the means for integrated and interoperable payment. Professional planning and control avoids unnecessary trips, reduces accidents and related emissions and helps to cut cost. ITS  also  enters  into  the  overall  logistics  chain,  by  linking  in  the movement  of goods  (using multiple modes  if appropriate) with  the production, handling and delivery  processes.  Such  “smart  logistics”  can  benefit  from  the  use  of  mobile communications  between  vehicle  and  other  actors  in  the  chain,  to  better synchronise  the  transport process with  all  other processes  that depend on  the timely delivery of goods. Thus the use of traffic information, route guidance and electronic payment services can allow better coordination with the receiving end of a goods shipment – with adaptation  in case of unforeseen problems – and a 

Page 186: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  186

more  efficient  process  if  paperwork  is  replaced  with  online  payment  and administration services.  This  ITS domain offers potential  for substantial environmental benefits beyond those  achievable  by  the  services  mentioned  above.  For  example,  one  of  the biggest  sources of  inefficiency  is a  low  load‐factor  (ratio of  the average  load  to total vehicle freight capacity) of many goods vehicles on the road. The proportion of truck journeys where the truck is empty (load‐factor zero, or “empty hauling”) was  25%  of  total  truck‐km  in  Germany  in  2000,  and  more  than  40%  in  the Netherlands.  There  is  also  a  tendency  towards  more  frequent  but  smaller shipments  as  a  result  of  the  drive  for  greater  logistics  efficiency,  that  has  a negative impact on load factors.  Online services to auction spare transport capacity can improve load factors, as can advances in packaging and loading systems that allow more flexible use of a truck’s capacity. Also operational  improvements such as  transhipment  facilities with  communication  links  to  operators  and  their  vehicles  can  increase  load factors without adding excessively to journey or shipment times.  According  to  market  research  from  independent  analyst  Berg  Insight,  the number of fleet management units deployed in commercial fleets in Europe will exceed 1 million in 2008. Even though the overall penetration level is just a few percent, some segments such as road transport fleets may attain adoption rates above 30 percent. Smart logistics & fleet management belong to an area where the market provides powerful  incentives  to  take  up  Green  ITS  measures,  and  government interventions  may  not  be  needed.  If  investing  in  ICT  provides  economic  and energy  efficiency  rewards  to  the  investor,  the  market  will  develop  itself.  The main limitation of the market mechanisms is apparent when the costs of time are more  valuable  than  the  costs  of  transport,  hence  there  is  not  a  strong disincentive to running empty or lightly‐loaded goods vehicles.  

For the purpose of this report we have identified the following measures that can yield environmental benefits: 

• Administration, planning, directing and control of vehicle fleets  

• Optimization of end‐to‐end flow of goods 

• Coordination of road and inter‐modal goods transport 

• On‐line tracking & tracing of goods vehicles & cargo 

• Speed alert and control 

The key benefits are: 

• Significant productivity gains through optimized route planning and guidance 

Page 187: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  187

• Reduction of empty trips leading to less emissions 

• Lower fuel consumption by maintaining an optimum vehicle speed 

• Less accidents, less thefts/follow up actions 

A  recent  study,  the  SMART  2020  Report112,  argues  that  through  a  host  of efficiencies in transport and storage, smart logistics in Europe could deliver fuel, electricity and heating  savings of 225 Mt CO2 equivalent. The global  emissions savings  from  smart  logistics  in  2020 would  reach  1.5  Gt  CO2  equivalent,  with energy  savings  worth  €280  billions.  The  implementation  of  efficient  logistics levers  enabled by  ICT  could  result  in  an  emissions  reduction  of  approximately 27%,  and  road  transport  abatement  opportunities  represent  70%  of  the  total abatement potential from energy efficiency measures in all sectors. There are significant barriers to progress including: Fragmented, highly competitive market in Europe Many  small  companies  with  only  few  vehicles  supplying  a  local/regional markets, low penetration of ITS technologies High investment costs for systems, high operating costs Lack of standards and need for open systems Insufficient interoperability between products Uncertainty and inconsistency on regulatory issues Lack of fiscal or operational incentives available from public sector As solutions the following points are under discussion: Investigate possibilities of “green” logistics using an integrated approach focused on emission reduction and interaction of in‐vehicle technology and systems with infrastructure and information Convergence of multiple applications in single on‐board unit Harmonization and interoperability for on‐line services to combat fragmentation of on‐line service market Integration of multiple services via Internet Develop/enhance truck specific navigation systems & maps 

                                                             

112 SMART 2020: Enabling the low carbon economy in the Information age, The Climate  Group, June 2008 

 

Page 188: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  188

Introduction of  city  logistics,  special  systems and  facilities optimised  for urban deliveries,  e.g.  favouring  electric  vehicles  for  downtown  operation  and transhipment  facilities  where  goods  can  be  transferred  from  large  vehicles  to city‐friendly vehicles. 

Eco-Monitoring And Modelling

This last “Green ITS” area is horizontal in the sense that it is not an end service itself  but  can be  an  essential  input  to  all  the other  services.  Traffic monitoring techniques  are  rapidly  becoming  more  accurate,  with  more  complete  road network  coverage  and with  enhancements  such  as  the  integration of  historical data. Floating‐vehicle data collection is moving from a few “islands” of equipped fleets  (e.g.  taxis,  trucks)  in  large  cities  to  a more  generalised monitoring  of  all drivers’ mobile phone  location,  and now  to  full‐network monitoring across  the entire country by  the newest generations of portable navigation devices with a cellular data connection.  Infrastructure‐based monitoring  is also expanding, with use of embedded cable loops  or  video/radar  detectors  at  key  locations.  These  may  also  be  used  for traffic control vehicle detection or automatic enforcement.  Environmental monitoring  is  still  largely  limited  to  the  collection of  air quality data  at  a  limited  number  of  locations  in  Europe’s  larger  cities.  These  data  are required  for  compliance with European  legislation on permissible  levels  of  the main  airborne  pollutants.  However,  they  fall  a  long  way  short  of  the  sort  of complete coverage achieved for traffic monitoring for example.  Already a number of cities use vehicle‐based air quality monitoring, and the UK MESSAGE project  is  investigating  the potential  of mobile monitoring  combined with data management  to relate air quality  to vehicle emissions, weather,  road design and driver behaviour.   The results of both traffic and air quality monitoring are needed as the basis of other  Green  ITS  services.  Thus,  travellers  need  to  know  where  there  is unexpected  traffic  congestion  in  order  to  find  the  quickest  route  to  their destination. But  they may also wish  to know where air quality  is poor so as  to avoid  an  ozone  peak.  Traffic  managers  also  need  these  data  in  order  to implement strategies for redirecting or reducing traffic in the locations and at the times when air pollution exceeds permitted standards.  For  both  traffic  and  environmental  monitoring,  data  collection  alone  is  not sufficient to guide remedial actions. What is needed is forecasts of conditions in the future and at points of particular interest in the road network. This need can only  be  met  by  an  integrated  traffic  and  environmental  model.  The  first generation of such dynamic forecasting models is now entering the market, such as  the EnViVer  integration between the Vissim dynamic microsimulation traffic model  (PTV  and  Vialis)  and  the  VERSIT  emission model  (TNO),  but  there  still remains much development and validation to be done.  

Page 189: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  189

CONCLUSIONS The  Working  Group  (WG)  is  convinced  that  global  warming  and  the  need  to preserve the environment in the face of growing demands for mobility must be addressed  and  that  the  need  is  urgent  to  act  quickly.  The  WG  accepts  the European challenge to the road transport sector to make its contribution to the overall reduction CO2 emissions by 20% by the year 2020.  The WG believes  that  the  key  to  achieving  sustainable mobility  for  people  and goods  lies  in  the  application  of  Information  and  Communication  Technologies (ICT)  in  the  form of  “Green  ITS” measures,  that can deliver substantial benefits especially  if  coordinated  in  an  integrated  approach  across  a  number  of  key sectors.  Already the introduction of advanced ICT for road transport will bring secondary effects on environmental criteria and energy efficiency, even if these are not their primary purpose. So the WG supports the efforts to accelerate the deployment of ITS and ADAS promoted by the eSafety initiative. The  WG  believes  that  there  is  substantial  untapped  potential  for  a  new generation of Green  ITS  technologies,  applications and services whose primary purpose is to reduce environmental impacts or increase the energy efficiency of road transport. These measures lie within the triangle of an integrated approach that treats simultaneously the infrastructure, the vehicle and the driver.  The  WG  concludes  that  to  achieve  sustainable  mobility  needs  an  integrated approach,  where  non‐ICT  measures  can  take  their  place  alongside  the  new “intelligent”  techniques.  The  success  of  Green  ITS will  nevertheless  depend  on the  quality  of  the  underlying  infrastructure.  Therefore  it  is  necessary  to  bring Europe’s road, traffic management and transport system infrastructure up to the current  state‐of‐the‐art  before  full  benefits  can  be  obtained  from  ITS deployment. The WG has  identified seven types of Green ITS measure that seem to offer the greatest potential  for environmental benefits. Although  the WG did not  reach a clear consensus on which of  these measures was expected to yield the greatest benefits, a qualitative assessment did show a common view of how to group the measures according to their importance, as shown below: Eco‐driving support Eco‐traffic management Eco‐information and guidance Eco‐demand and access management Eco‐mobility services Eco‐freight and logistics management Eco‐monitoring and modelling 

Page 190: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  190

However,  each  measure  is  seen  as  yielding  positive  benefits  so  there  is  little justification  to  spend more  effort  to  try  a  better  ranking.  The WG  accepts  the need  to  investigate  the potential  benefits of  each group  so  that  a well‐founded action plan can be formulated to promote their implementation. While  the WG  believes  that  Green  ITS measures will  deliver  benefits,  it  is  not possible  today  to  form  a  reliable  and  quantitative  estimate  of  these  impacts, either singly or if implemented together. Therefore, more research is needed to understand the mechanisms by which impacts are generated and how the effects of integrated and interdependent systems can be assessed.    

OVERALL RECOMMENDATIONS ‐MOBILITY This final section suggests a number of recommendations reflecting the views of members of the Working Group, directed at different actors: 

General Recommendations

To  ensure  that  the  road  transport  sector  contributes  towards  the  European target  of  a  reduction  of  total  CO2  emissions  by  the  year  2020,  the  WG recommends that a new pan‐European and multi‐sector initiative be established to promote the development and rapid deployment of Green ITS, along the lines of the eSafety initiative.  As  this should  include a different grouping of key actors,  it  should probably be set  up  separately  from  the  eSafety  framework.  This  new  partnership  should include  public  authorities  and  agencies,  automotive  industry,  passenger  and freight transport operators, public and commercial road operators, road energy industry, service providers, ICT industry etc. The lead for this initiative should lie with the European Commission. To  ensure  a  consistent  policy  approach,  a  link  should  be  created  between  ITS benefits  and  existing  and/or  planned  EU  strategies,  for  example  in  the  area  of CO2 limits for cars. Given the high costs of some of the measures discussed in this paper,  mandatory  fitment  across  100%  of  cars  is  unlikely  to  be  possible  or advisable for a number of measures. Therefore, intelligent incentive systems, e.g. credit  systems,  should  be  considered  that  would  reward  companies  for  the installation of systems whose CO2 benefit can be demonstrated. 

Recommendations For Priority Green Its Measures

Eco­Driving Support 

Page 191: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  191

Research  is  needed  into  how  the  “golden  rules  of  eco‐driving”  might  be automated within onboard and off‐board services; R&D  should  be  embedded  in  the  upcoming  calls  of  FP7  but  also  promoted  by national projects and industry initiatives; With  growing  demand  automotive  manufacturers  should  offer  optional  eco‐driving support functions such as fuel‐consumption display, gear‐shift indicator, cruise  control,  adaptive  cruise  control  (ACC),  stop‐start  assistant,  eco‐driving feedback display, reporting and analysis, on‐line coaching etc.; On‐line services should be promoted that support eco‐driving behaviour through comparison with the performance of a driver’s peers, through competitions and incentives, etc.; To  create  awareness  and  acceptance  for  eco‐driving  measures  multi‐media campaigns should be launched in a coordinated way. 

Eco­Traffic Management 

Research  and  development  is  needed  into  a  new  generation  of  urban  traffic control systems that can be optimised according to environmental criteria, such as least overall fuel consumption, or that minimise CO2 emissions or pollutants;  City traffic authorities should be encouraged to deploy as widely and as quickly as possible today’s traffic management systems that minimise congestion, traffic incidents, stop‐start traffic and that promote smooth traffic flows and a balanced distribution  of  traffic  throughout  the  network,  that  favour  the  most  efficient modes  of  transport  –  all  key  factors  for  reducing  environmental  impact  and energy use;  Speed  advice,  management  and  enforcement  measures  should  be  extended widely  across  Europe  where  this  is  likely  to  yield  benefits  in  lower  fuel consumption and safety; Parking information, guidance and booking services should be extended in urban areas; A  guidebook  should  be  compiled  featuring  best  practice  on  energy‐efficient traffic  management  strategies  and  measures,  and  distributed  widely  to  urban traffic managers; Guidance is welcomed from the European Commission while execution should be under  the  responsibility of  the national,  regional  and  local public  governments and traffic authorities; public – private partnership models should be explored. 

Eco­Information And Guidance  

Page 192: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  192

Historic data on air pollution and traffic congestion “hot‐spots” should be added to the map data used in navigation systems so that drivers can more easily avoid such problem areas or times of day;  Digital  maps  should  include  additional  attributes  with  an  impact  on  fuel efficiency or emissions such as road gradient (slope), speed limits, truck‐specific restrictions, road charging/ controlled access zone data, accident risk etc.; In  implementing  the  above  recommendation,  digital  map  providers  should  be supported  by  the  public  authorities who  own much  of  these  data,  to minimise avoidable data collection cost and effort; Navigation  system  algorithms  should  include  an  option  to  calculate  the  route offering least‐fuel consumption; Real‐time  traffic  information  (RTTI)  service  providers  should  offer  enhanced road and traffic information including critical weather conditions; RTTI  service  providers  should  offer  drivers  information  and  recommendations for suitable multi‐modal alternatives, including Park + Ride location, availability and real‐time timetables;  To  improve  the  quality  of  traffic  and  travel  information  the  possibilities  of floating car/device data need to be researched and implemented through a joint stakeholder effort. 

Eco­Mobility Services  

There  is  a need  for  a multi‐sector working group at European  level  to develop innovative eco‐mobility service concepts;  Research is needed into the factors influencing public acceptance of eco‐mobility services, to help design schemes that can prove attractive for car users and lead to a substantial shift towards more eco‐friendly modes; Explore  potential  of  ride‐sharing,  car‐sharing, multi‐modality  concepts  to  yield environmental benefits and fuel savings; Exchange of best practices 

Eco­Demand And Access Management 

Scheme technologies for demand and access management should be harmonised across Europe, around a core of European standards; There is a need for a multi‐sector working group (include public & private road operators  and  traffic  authorities)  at  European  level  to  develop  innovative  eco‐demand  and  access management  concepts,  within  a  framework  that  promotes investment in improved roads, collective transport and other measures to reduce congestion and offer high‐quality individual mobility;  

Page 193: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  193

Eco­Freight And Logistics Management 

Research  is needed  into potential  ICT solutions  that  could  lead  to  fewer empty haul journeys and a higher load factor, such as an online auction, the use of Web 2.0 technologies etc.; Research  is  needed  to  develop  concepts  for  a  standards‐based  open  platform offering all sizes of commercial vehicle fleet operators a range of services likely to improve fuel economy and reduce environmental impacts;  A  multi‐sector  forum  is  needed  where  the  road  haulage  industry  and  public authorities and road operators can meet to agree a common European approach to city logistics. 

Eco­Monitoring And Modelling 

The  impact  on  the  environment  of measures  taken  need  to  be  controlled  in  a systematic way and feedback given to improve the measurement For  better  decision  making  measurement,  forecast  and  impact  calculation models need to be developed and tested in real life environment 

Recommendations To Stakeholders

In  this  section  we  gather  some  recommendations  grouped  according  to  the intended audience.  

For The Esafety Forum 

Implementation  Roadmaps  WG  should  add  Green  ITS  measures  to  their deployment  roadmaps,  and  should  add  environmental  aspects  to  the  business case for all eSafety priority measures  Continue work  and  exploit  results  of  this WG  in  an  appropriate way,  towards deployment of priority Green ITS measures (in eSafety Forum, or in a new body) RTD WG should propose research work items on the theme of Green ITS for the next round of R&D activities SOA WG should also consider “Green ITS” use cases and services  International  cooperation  aspects  of  these  themes  should  be  included  in  the work of  the  International Cooperation Working Group, with  the aim to adopt a coordinated framework of research and other common activities with the other global regions. Follow‐up of  the results of  the WG RTTI should  include environmental aspects, such as providing air quality and pollution information services for travellers.   

Page 194: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  194

For The European Commission  

Develop  different  future  scenarios  on  global  and  European  emission  and pollution output and assign probabilities. “Green  ITS”  measures  (e.g.  infrastructure‐based  with  impact  on  efficiency  and environment)  should  be  taken  into  account  in  policy  initiatives  such  as  the forthcoming  ITS  Roadmap  and  Action  Plan,  and  the  synergy  with  eSafety measures should be highlighted. Development of “green ITS” technologies and applications should be given higher priority in future R&D programmes such as the next FP7 calls for proposals and large scale field operational tests (FOTs).  In  particular,  work  is  urgently  needed  on  the  reliable  appraisal  and quantification  of  potential  environmental  impact  and  benefits  of  eSafety technologies and applications; EC,  in  cooperation with  the  Committee  of  the  regions  and  other  stakeholders, could publish a best practice guide  for municipalities on energy efficient  traffic management solutions EC to evaluate and favour the use of incentives to encourage eco friendly driver behaviour  and  promote  the  so‐called  “golden  rules  of  eco‐driving”  to  initiate sustainable driver behaviour change EC and Member States to include eco‐driving within the scope of driver licensing and license examination EC should put additional focus on other fast growing transport areas like rail and air  transport  to  increase  their  contribution  to  energy  savings  and  ensure  fair competition between the different transport modes ICT related environmental benefits should be adequately considered within the overall CO2 reduction target system 

For Industry 

Traffic management  industry  should  develop  products  and  promote  standards for eco‐traffic management systems; Public  transport  and  traffic management  system  suppliers  should  cooperate  to offer integrated & compatible mobility systems Automotive  industry  should  explore  approaches  to  promote more  eco‐friendly driving and driver behaviour as a complement to current efforts to improve fuel efficiency and reduce emissions through vehicle engineering Need  for data exchange standard  for  transfer of engine parameters  to  (“engine map”) navigation system for eco‐navigation support 

Page 195: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  195

Digital  map  makers  to  enhance  database  with  attributes/features  to  support “eco‐navigation” Both traffic management and automotive industries should collaborate with each other  in  developing  cooperative  vehicle  infrastructure  systems  for  lower emissions and fuel consumption. 

For Operators And Service Providers 

Road operators  (both public  and private)  should add environmental  aspects  to road management schemes & systems; Traffic  and  travel  information  providers  should  consider  including  broadcast messages and guidance to promote eco‐driving and eco‐ITS; Consumer  organisations  such  as  automobile  clubs  should  offer  their members advice on the benefits of and support for eco‐driving; Driver  education  and  training  organisations  should  increase  their  offer  of courses in eco‐driving. 

For National, Regional And Local Governments 

Public  authorities  should  promote  advances  in  eco‐friendly  technologies  for mobility, the purchase of new environmentally friendlier cars and more efficient driver behaviour through targeted measures such as fiscal or other incentives, as well as the adoption of “clean mobility” objectives within transport, energy and environment policy; Governments should include eco‐driving within the scope of driver licensing and licence examination, and within the curriculum of required driver training; Transport  aspects  of  energy  efficiency  should  feature  strongly  in  the  work programme of EU Presidencies; National and local governments in Europe should cooperate and harmonise the approach  to environment‐friendly mobility,  in order  to ensure  interoperability, lower costs and greater impact. Carbon  and  fuel  taxes  are  an  effective measure  for  addressing  CO2  emissions, especially  when  earmarked.  Focus  should  be  more  on  lower  cost  options  like labelling  for  certain  components,  support  for  eco‐driving  and  improved  freight logistics  Public  authorities/road  operators  should  invest  in  latest  intelligent infrastructure, e.g. VMS, traffic control, speed management MS  should  drive  for  deployment  of  such  IC  technologies  and  services  where saving  potential  has  already  been  proven  including  adequate  monitoring  & measurement  systems;  optimisation  of  traffic  management  &  control  and 

Page 196: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  196

investing  in  intelligent  infrastructure  like VMS  (variable message  signs),  urban traffic control centres and speed management; MS to promote a more energy‐efficient modal‐split as well as the use of dynamic in‐vehicle navigation systems; MS  in  cooperation  with  industry  to  develop  and  implement  area  traffic management  strategies  optimised  for  environmental  criteria  including  mobile data collection, real‐time traffic and travel information, parking management and energy‐optimised dynamic traffic control 

Others 

Standardisation  bodies  should  identify  the  need  for  European  and  global standards  for  certain  ITS‐technologies,  and  promote  a  corresponding standardisation road‐map and action plan; Universities & research institutes should prioritise work on: environmental monitoring and modelling  techniques – high resolution as  input to new eco‐mobility services extended methods of impact assessment  include health impacts as a dimension of eco‐ITS assessment expand EDUNET training programmes and curriculum to include eco‐ITS  The  impact  of  ITS  on  “Efficient  and  sustainable  mobility”  should  be  a  major theme in future ITS events such as European and World Congresses; Lastly,  the key stakeholder  interests should establish a  forum to  link and  focus the many activities in the domain of ICT for clean and efficient mobility, and set priorities for action.  Make link to other relevant forums e.g. ERTRAC, etc.] Develop  information  material  for  ICT  for  Clean  &  Efficient  Mobility  (eSafety Support) Measures  for  shared  access  to  traffic  &  environmental  monitoring  data  – problem of access to diverse and incompatible sources 

Page 197: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  197

ANNEXES TO ICT FOR CLEAN & EFFICIENT MOBILITY Terms of reference 

ESAFETY WORKING GROUP ON ICT FOR CLEAN & EFFICIENT MOBILITY Co‐chair ACEA, ERTICO Aim: Identify and discuss the potential benefits ITS applications might have with regards to cleaner and more energy‐efficient mobility for people and goods. Background The environmental effects of  steadily  increasing demand  for mobility of people and goods present challenges that need to be addressed in the  interest of  long‐term sustainability and public concern.  ITS per se means that traffic systems are designed in an intelligent way to secure “sustainable mobility”, which stands for “the ability to meet the needs of society to move freely, gain access, communicate,  trade and establish relations without sacrificing  other  essential  human  (traffic  safety)  or  ecological  (environment) values, today and in the future”. ICT is the technology behind ITS and clearly relates to “communication”. The application of  ICT with  regard  to  “cleaner and efficient mobility” generally means to improve communication and the flow of information between v2v, v2i, i2v and i2i in order to organize a smoother, more flexible traffic flow (people and goods) in a most cost efficient way.  In this sense ITS applications could produce some positive environmental side effects, for example infrastructure measures that reduce vehicles’ time spent in heavy traffic by flexible traffic management systems (less consumption, less emission). However,  there  are  practically  no  ITS  systems  and  services  that  specifically address environmental objectives.  The eSafety Forum has proposed to look into the environment as a potential area for  future  ITS development  and deployment  exploiting  the  architectures under development  for  safety  applications.  This  new Working  Group  should  take  the first steps to mobilise the various sectors that need to cooperate to work towards identifying possible new solutions. Examples of the technical and non‐technical work areas include: • Environmental  traffic  management  strategies  &  operations,  e.g.  traffic  light 

synchronisation,  automatic  traffic  incident  detection,  congestion  management, parking management, urban goods delivery management, etc. 

• Integrated traffic/mobility systems Infrastructural measures reducing the negative impact of mobility; 

Page 198: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  198

Cooperative  vehicle‐infrastructure  systems,  e.g.  optimisation  of  vehicle‐traffic management,  in  order  to  avoid  congestion, which would  have  some  additional environmental side benefits; On‐line environmental information services for drivers; Driver education and support for environment‐friendly driving behaviour; Systems and tools that support drivers in environmentally‐friendly driving; Objectives Discuss,  which  ICT  applications  and  services  for  mobility  have  the  strongest benefits with regards to addressing environmental issues Examine relevant measures that could complement and enhance environmental compatibility of mobility; Participants Around 15 – 20 people representing key stakeholders, users, public authorities, infrastructure  and  telecom  operators,  automotive  industry,  transport  industry, integrated traffic management specialists, etc.  ICT FOR CLEAN & EFFICIENT MOBILITY – CURRENT ACTIVITIES This Annex presents a summary of known projects, products and other activities in  the domain of Green  ITS, or  “ICT  for  clean and efficient mobility”. These are presented  separately  for  activities  for  mobility  of  people  and  for  mobility  of goods.  

  ICT for People  ICT for Goods Education/instruction based systems 

Eco‐Driving behavior instructions, simulation, training 

iManage (GE fleet) includes the ability to look at drivers performance in terms of spend, maintenance costs and CO2 profiles 

  85,2% of accidents are caused by pure human error [source?] 

Economical driving training for truck, bus and coach drivers 

Internet/ Telecommunication/Sensor based systems 

Online environmental information/ eco‐information for journey planning 

Online environmental information (e.g. temperature, smog alarm) 

  Personalized information systems 

ITSWAP (transport services via wireless applications) 

  AMBIESENSE (information system for mobile users) 

ROLLING STOCK (internet monitoring of cargo for time of arrival) 

  DIAMOND (ITS application through 

TROP (virtual enterprise for forwarders) 

Page 199: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  199

Multimedia DAB)   APNEE/APNEE‐TU 

(Combine environmental data with travel information) 

GIFT (Global freight information system) 

  MESSAGE (use busses and pedestrians to act as mobile sensors, collecting vital real time air quality data 

MOSCA (DSS for door to door delivery) 

  PEPTRAN (Pedestrian + public transport navigator) 

Ad‐hoc journey & load sharing management 

Vehicle based systems 

Driver information feedback systems 

Driver information feedback systems 

  Vehicle crash prevention systems 

Vehicle crash prevention systems 

  Navigation systems  Navigation systems   Energy efficiency of 

safety related applications like ADAS/ACC systems  

Energy efficiency of safety related applications like ADAS/ACC systems 

  Enhanced engine & drive train management/control and feedback 

Enhanced engine & drive train management/control and feedback 

     Infrastructure based systems 

5,1% of accidents are related to infrastructure issues 

Adaptive network management & control using real data 

    Online quality control   Inter‐modal support 

(TRASCOM, TRANS‐3) Tracking and Tracing (PARCELCALL, MOCONT‐II 

  Synchronization of traffic lights 

Route & Load optimization 

  Incident detection and management 

Delivery optimization 

  Network supported route & parking guidance 

 

  Map related projects: NextMap, ACTMAP, MAPS&ADAS,  FEEDMAP

 

Cooperative systems 

CVIS project (www.cvisproject.org); SAFESPOT project (www.safespot COOPERS project  

 

Page 200: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  200

6. IMPACT MATRIX (BASED ON RESEARCH RESULTS) Below are compiled a number of results of the impact of vehicle and/or infrastructure measures to reduce environmental impact. Note that some are expressed as a reduction of fuel consumption, others as reduction of emissions; these are of course closely associated.  

 

  Impact indicator  Emission reduction 

Eco‐Driving  20‐25% decrease after driver training  and  10%  less  fuel consumption  as  sustainable training  effect  on  driving behaviour 

A  10%  decrease  in consumption would translate into  40  billion  litres  of  fuel and  100  mega‐tones  carbon dioxide (CO2) emissions 

Gearshift Indicator (GSI) 

GSI  as  driver  assistance measure  will  reduce  fuel consumption by some 3% 

Related  reducing  effects  on CO2 and other emissions 

  GERICO  on‐board  system design  (driver  to  adopt  best driving  behaviour,  smooth speed  and  good  gear management  by  visual  and vocal  messages (optimization  algorithm) leading  to  up  to  15% consumption  reduction  (80 tests) 

ECODRIVEN  project (European‐wide  eco‐driving campaign)  with  500.000  car drivers  to  reach  0.5 Mton  of CO2 emission reduction until 2010 

Adaptive  Cruise Control (ACC) 

0.4‐3.6%  in  normal  traffic (field data) 

 

  Simulation:  10%  ACC vehicles 28%  

Up  to  60%  less  pollution  in specific situations 

  Intelligent  vehicles  with ACC/LDW  cut  accidents  by 8%  (Dutch  Field  test)  and saved 3% of fuel 

Emissions decreased by up to 10% when  driving with  ACC and LDW (Dutch Field test) 

Traffic Management 

Up to 40% in traffic standstill and congestion 

 

Smart NETS: new software + real‐time  traffic  data  in urban traffic control centres: considerable energy savings Free flowing traffic along the motorways  consume  on average  60%  less  fuel  than when  travelling  on  the  local 

By penalizing  left‐hand turns in route planning (trucks) the ROADNET  software generates savings on fuel and emissions 

Page 201: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  201

urban network (Greece) 

Floating Vehicle Data  for  Traffic Management and  incident data  to  vehicle systems 

  Congestion  information  from highways and interurban and urban roads 

Traffic  Light Synchronisation 

Utopia (Italy) dynamic urban traffic  control  system increased  intersection throughput for private traffic by 15% 

 

Transport Demand Management Strategies (TDMS) 

HEAVEN  DSS  (2003): Decision  Support  System  to evaluate  the  environmental effect  (air/noise  quality)  of TDMS. Driven by 6 European cities 

 

 

CITEAIR  (based  on  HEAVEN experience)  11‐18  European cities are developing efficient means to collect, present and compare  air  quality  data across  a  multitude  of  sites and  provide  input  to  the  air quality  reporting  and  action planning. 

Predictive cruise control 

CC  linked  to  intelligent  map information  +  GNSS  position +  maps:  up  to  2%  of  fuel economy 

 

Navigation systems 

Linked  to  real‐time  traffic information: reduced driving time and fuel consumption 

 

Cooperative systems 

PReVENT: equipment rate of only  20%  of  vehicles  could avoid traffic jams on selected highway  sections  with subsequent energy savings 

 

 Bibliography and references 

Page 202: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  202

The European Conference of Ministers of Transport  (ECMT) report  “Cutting Transport CO2 emissions: What Progress?”, which was co‐funded by the FIA Foundation, examines the  level  of  CO2  emissions  from  the  transport  sector  and  reviews  the  effectiveness  of CO2 abatement policies.  URL: http://www.fiafoundation.com/policy/environment/index.html 

Page 203: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

  203

Page 204: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

Page 204 of 222 

 

Page 205: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

Page 205 of 222 

 

6 ‘Restructuring’ by the innovative use of ICT    Final Report:  Submitted September 25 2008 

Page 206: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

Page 206 of 222 

 

SUMMARY 

Restructuring describes  a  reduction  of  the material  and  energy  intensity  of  economic processes (production, transport, consumption, waste disposal). (Hilty 2008) Whilst  there are many constraints on restructuring. Their resolution can be facilitated by enhanced, innovative use of ICT. The  present  environmental  overheads  of  economic  activity  are  poorly  understood, inconsistently measured and as such difficult to manage downward at all levels. There is a need for a clear understanding and policy position in relation to the balance between  competitive  open  economic  activities  and  the  environmental  cost  of  such competition.  A  clear,  accessible,  comprehensive  and  consistent  strategic  messaging  and communication programme is critical. A focus on the opportunities rather than challenge is required. Addressing the reduction of the environmental impact of economic activity will require short medium and long term changes at all levels of the economy and society. Regions  and  cities  have  a  key  role  the  initiation,  testing  and  deployment  of  ICT facilitated short, medium and long term initiatives. ICT  is an enabler not a solution. Social change is also required. Cash not conscience will drive the initial stages of transformation.  Few existing business models  leverage existing ICT facilitated restructuring. Lack of standards reduce likelihood of business and individual change Social norms in relation to future consumption and responsible environmental actions can be influenced at an early age especially in schools  using ICT tools. Existing social norms are can be influenced by immediate explicit rewards for beneficial change in personal behaviours. ICT can enable restructuring of work, work spaces and practices. Present business management techniques are geared to managing 19th century labour not 21st century minds. There is no comprehensive audit of existing ICT enablers that can support the initiation of short term reduction activities. 

Page 207: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

Page 207 of 222 

 

INTRODUCTION ‐ RESTRUCTURING: A DEFINITION 

Restructuring describes a reduction of the material and energy intensity of economic processes (production, transport, consumption, waste disposal). (Hilty 2008) ‐As such it includes the entire scope of economic activity, including agriculture, at all levels of society. It looks to arrive at a position where the environmental impact of economic activity is reduced to a level that is sustainable in the short to medium term and positive in the long term. 

 The European Union is being presented with an historical opportunity to fundamentally influence,  drive  and  lead  the  global  economic  transformation  required  to  address  the challenges of climate change. Unlike past economic transformations, which were gradual and organic, the impending transformation is time definite and has to be target driven. This is due to the impending arrival  of  a  point  of  uncontrolled  environmental  degradation  due  to  the  impact  of human activity planet wide.  No  other  entity  in  the world  has  the  established  economic  power,  emerging political will or social  legitimacy to address the opportunities and challenges of climate change in  a  coordinated,  consistent  and  comprehensive  fashion.  As  such  it  has  a  moral responsibility to initiate and lead. Whilst the challenges are well known the opportunities and actions to achieve them are less evident and poorly explored.  In the following report the restructuring group of the ICT for Energy Efficiency initiative examines  the  key  challenges,  opportunities,  responsibilities  and  preferred  outcomes achievable  through  the  transformation  of  the  processes  and  outcomes  of  production and consumption. In its simplest form the group looked at what was achievable through focusing the three main  stakeholders  (political,  business  and  social)  on  the  establishment  of  production and consumption frameworks that do more with less.  Essentially this is the transition to and establishment of a transformed economic system that  enhances  present  and  future  social well  being,  increases  business  efficiency  and viability whilst reducing the lifecycle material, energy and environmental cost of goods and services. What emerged is a comprehensive view of what is possible, what is required and what is  dependent  on  restructuring.  Its  implications  are  clear:  There  are  real  and  rapid opportunities  available  for  efficiency  today  that  pre‐position  Europe  for  enhanced, environmentally positive prosperity and renewed competitive advantage tomorrow.   

Page 208: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

Page 208 of 222 

 

RESTRUCTURING EXAMPLES Restructuring can involve the reduction of energy intensity, material resource intensity or both.  ICT plays a critical role in this due to its ability to be used to identify inefficiencies, plan more effectively or simply transition processes and products to an entirely digital form and facilitate their use. Emerging examples of Physical to Digital are of this are :   

The  music  /  video /software industries: 

Moving  from  Disc  to  digital provision 

The travel Industry:  Move  to  online  bookings  and reservation 

Business travel:  Move to video conferencing 

Publishing:  Move  to  print  on  demand  /  E‐Books 

Business  and administration: 

Replacement  of  paper  with online billing 

Banking  Online banking and ATMs 

Advertising:  Hardcopy to digital marketing 

 Examples of  ICT enabled material  intensity reductions are also being  identified. These are generally  of influence over the lifecycle of products and involve: 

• Software upgrades instead of hardware upgrades 

• Opening new services without the need for new equipment 

• Product convergence (More services from a single material item) 

• Online support (reduces material and energy input to a Lifecycle process) 

• Miniaturisation (new ICT technologies allowing material reductions (Ram Sticks V hard disks) 

• Computerisation of design processes (Better design / Less materials in products) 

• Managed  disposal  and  repurposing  (reduced  the  net materials  required  in  the economy) 

Such examples  indicate the opportunities being revealed by considering restructuring. The  pervasiveness  of  ICT makes  it  a  key  facilitator  of  that  process  and  realising  the opportunities. 

Page 209: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

Page 209 of 222 

 

However, whilst  these  examples  illustrate what  is possible,  they have also  thrown up challenges  to  the  traditional mechanisms, methods  and management  of  business.  The lessons  of  experience  to  date  need  to  be  carefully  factored  into  the  planning  and implementation of deeper restructuring initiatives. 

Company Examples

The  following  two  examples  will  illustrate  the  impact  of  using  ICT  in  managing  the identification and realisation of energy efficiencies. 

Irish  food  producer  Jacob  Fruitfield  set  up  an  Energy  Monitoring  System  to  tackle deficiencies  identified  in  an  energy  audit.  The  system  has  helped  reduce  gas consumption by 9%, provided better understanding of consumption patterns, and has instilled greater energy awareness among staff. Energy Focus System to measure and monitor energy consumption Broad network of meters and sub‐meters for gas, electricity and water show specific consumption on the manufacturing site The readings from the metering system are transferred to computer application where the data is transformed into a useful form Evaluation and processing of the data leads to activities to reduce energy consumption Changed practices after monitoring reduced gas consumption by 9% p.a. Better understanding of energy consumption patterns Acquisition of more energy‐efficient equipment Continuous education of the staff to increase energy awareness Prospects are focusing on further energy consuming  

 Coop, Switzerland’s second‐largest retailer set up an Energy Management System in an attempt  to  reduce  electricity  consumption,  and  to  meet  its  commitments  under national climate policy. The system combines data collection from its 1500 stores with a  comprehensive  building management  system, which makes  sure  that  target  values for  temperature  and  consumption  of  fuel  and  water  are  met.  It  also  oversees  the recovery of energy from the cooling system, which has reduced heat energy demand by 60%. 

Page 210: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

Page 210 of 222 

 

Electricity spending alone approx. 50/m2 or 38 million per annum for all 950 stores Tet / MESA Energy Management System (developed in close collaboration with specialized engineering company)  EMS consists of a variety of ICT‐supported organisational and equipment changes 

o Standardisation of buildings  o Time‐of‐use management system (lighting, temperature) o Data monitoring, use of waste heat etc. 

Integrated building management system Co‐developed by Coop and B+B Engineering, meanwhile offered commercially in 3rd generation  Black boxes helping to collect all relevant data Set  target values  for room temperature and  for consumption of electricity,  fossil  fuel, and water  Electronic alarm system if actual and set values diverge (remote diagnostics)  Heat  energy  demand  (room  heating,  baking  ovens)  reduced  by  60%  due  to  energy recovery from the cooling system  Specific  heat  consumption  of  new  retail  outlets  is  50%  lower  than  average consumption level of all supermarkets New  supermarkets  with  data  collection  system  have  an  annual  specific  heat consumption of less than 40 kWh/m2 

E-Government Examples

 The use of ICT in reducing the service overheads borne by government can be seen in the World Bank (2008) illustration below. In 2007 over 30% of OECD citizens use e‐Govt services  In  2007  47%  of  EU  15  enterprises  submitted  completed  forms  via  e‐govt  services (Greece and Finland had over 70%) In 2006 over 50% of Czech medical practitioners accessed health information online Survey of opinions   

FORRESTER 2006: (US AND CANADIAN CONSUMERS) 53% of people believe e‐govt makes services more 

convenient 52% believe it makes service more impersonal 

49% believe it increases the level of communication with Govt 

42% believes it improves service efficiency 41% believe it increases the level of interaction 

Page 211: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

Page 211 of 222 

 

39% say it will decrease cost of services 35% say it increases govt accountability 

Selected ICT Applications Creating Value for Citizens  

 Country  Service provided  

Time  to complete  

Time  to complete  online 

Chile  Paying taxes    25 days   12 hours 

Andhra Pradesh,  

Registering land 

7–15 days   5 minutes 

Karnataka, India  

Updating land    1–2 years   30  days  for approval 

Singapore   Issuing tax   12–18 months   3–5  months Assessments 

 Post offices:  Internet services are offered by 60% of global post offices.  ( 56% of developing countries, 86% of industrialized). 

Page 212: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

Page 212 of 222 

 

Major services offered Track and trace (offered by at least 49% of countries) Information on tariffs (41%) Postcode lookup(32%) Sale of philatelic products(31%) E‐mail service (30%) 

Business Model examples These examples illustrate the impact of ICT on the business models of companies. As can be seen not all of them are positive. Books:  Amazon launched its Kindle e‐book reader in 2007. Sales are at the same pace as for the IPod year one release of 360,000. Amazon revenue from e‐books in 2006: 0%.  Amazon revenue from e‐books in 2007 12%. Projected revenues 2009 :€487 million. Music:  In 2007 Physical sales of CDs and DVDs fell 13 percent to $15.9 billion. Sales of downloaded songs and mobile‐phone ringtones rose 34 percent to $2.9 billion. John Kennedy, chairman of the IFPI, “30 billion illegal downloads in 2007“, while “physical and digital piracy cost the U.S. music industry alone $5.3 billion“. Education: Online distance learning has increased 12% in the US since petrol reached over $4 a gallon. 

Indicative prices: 2008 Customer service call for tracking information to courier company €2.50 Same information provided online €0.001 

 

Telecommuting

The most current and comprehensive research found relating to trends in ICT enabled telecommuting  (e‐Work,  Distance Working)  is  from  the  United  States.    This  provided some interesting attitude, work practice and commute / travel habit data. The uptake of wireless  is  especially  interesting  in  relation  to  considerations  given  to  the  linking  of various sensors and meters in the home. 

General Figures (Various Sources) 

• A 40 minute commute equates to 8 working weeks per year • Office space for the average worker costs $10,000 per year • The manager/staff ratio in a virtual organization is 1:40.  It's 1:4 in a traditional office • The average commute of a teleworker when not teleworking is 18 miles • Teleworkers save an average 53 minutes of commuting each day they don't drive to 

work • Teleworkers drive 9.3 miles to run errands on days they telework • Commuters, when adding errands to their commute, drive 7.9 additional miles • Teleworker ages:  17%, 18‐29 Yrs;  60%, 30‐49 Yrs;  22%, 50‐64 Yrs • Likelihood to use wireless:  88% higher than a non teleworker  

Page 213: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

Page 213 of 222 

 

• Home teleworker have 1 PC for work and 1 PC for non‐work purposes • Non‐teleworkers who have 0.8 PCs for work and 0.5 PCs for non‐work • Teleworkers work 39% from a spare bedroom, followed by 10.5% from the dining room • 33% of Canadians would prefer to telework over a 10% wage increase • 43% of Canadians would change jobs to an employer allowing teleworki 

 

Issues With Teleworking 

While  a  large  majority  of  executives  believe  telecommuters  are  equally  or  more productive than their peers who work in offices, many of those same business leaders believe telecommuters are less likely to advance in their careers. The  survey  found  that  61  percent  of  executives  downgraded  telecommuters' advancement chances compared with those of employees who work in traditional office settings.   Despite their negative outlook, 78 percent of executives still regarded telecommuters as productive  employees,  according  to  the  survey  from  Futurestep,  a  subsidiary  of Korn/Ferry International.  

Business Impact Of Teleworking 

Dow Chemical 

Administrative costs have dropped 50% annually (15% in real estate costs.)  Productivity  increased  by  32.5%  (10%  through  decreased  absenteeism,  16%  by working at home and 6.5% by avoiding the commute.) JD Edwards Teleworkers are from 20 to 25% more productive than their office workers 

RESTRUCTURING: KEY DESIRED OUTCOMES  

Restructuring can be considerably assisted or facilitated by ICT (Heiskanen et al., 2001; Hilty and Ruddy, 2002, Bohn et al., 2002;). 

Desired Outcomes

Page 214: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

Page 214 of 222 

 

Ideally such ICT facilitated restructuring would lead to: 

Optimization of processes and products with respect to material and energy efficiency A ubiquitous, standard,  communications backbone for ICT interconnectivity Faster dissemination on knowledge, expertise and interaction on viable approaches Long term competitive advantage at a supra national, national and business level Enhanced Regional and city provision of lower overhead services to citizens Infrastructure and building energy efficiency and resource management Lifecycle management of physical and virtual products, services and facilities Innovative new business models, products and services Reorientation of consumption and demand trends and types Organization of innovative ICT facilitated services Increased contribution of information services to the net product value Avoidance of transport by telecommunication Sale of the use of material / service goods rather than products /services  themselves Better work life balance 

 For  these  to be politically,  economically  and  socially  realized and viable,  a number of non‐technical  requirements must  be met.  These  include,  for  example,  organization  of technology  in  accordance with  human  requirements  (Technology working  for  people rather  than  people  working  for  technology)  and  overall  consistent  policy  control  of developments across the political, economic and social landscape. 

Restructuring: Transition

To arrive at a position where such outcomes are an organic integrated part of the social, economic  and  political  fabric  of  the  EU  will  require  a  carefully  managed  transition process. Such  a process  cannot be precisely  time  lined but  is  highly  likely  to be  target driven, slow to start and accelerate as experience and benefits are gained. The  ability  to  change  and  the  disruption  of  change  will  be  different  in  every  socio‐economic sector.  Three key areas of change will be required in order for the transition process to lead to the desired outcomes: Business, Social and Political. 

Business 

Page 215: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

Page 215 of 222 

 

Business  will  be  challenged  to  respond  to  two  major  transition  drivers:  policy  and consumers.  Policy  will  drive  business  transition  through  regulations,  procurement  processes, support of business initiatives and partnerships. To maintain commercial viability business must be enabled to balance the returns from present activity / investments, the impact and returns of transition investments and its ability to strategic positioning for future operation and returns. Businesses  therefore  will  be  critical  to  managing  the  expression  of  policy  and  the maintenance of  the  volume and velocity  of  business whilst  reducing  the material  and energy intensity of economic processes that service consumer demand. Business,  in  parallel  to  this,  will  play  a  key  role  in  the  sensitization  of  their  staff, customers and stakeholders to the necessities of transition and change. They are a key partner in the process of implanting and internalizing the need for change at all levels of the economy and society. Any business focused transition process will require the following characteristics: 

It is consultative in its creation and ongoing management It is future scoped to protect prior investments and support future investments It has clear, consistent metrics and standards across the EU It values, recognises and supports first movers It is non disruptive where possible 

Social 

The success or failure of any transition process will depend on the action and reaction of individuals.  The restructuring group had a difference of opinion as to whether the key focus of social change initiatives should be at the aggregated level of society or that of  the individual and  their  responsibility  for  personal  consumption  and  its  management.  Neither approach precludes the other. It is likely that the emphasis of policy and mechanisms of transition  will  change  over  time  depending  on  progress  made  to  the  targets  set  for achievement. The group also discussed  the  impact of  technology on  society  and  the  individual. The Internet  and  its  rapid penetration  into  the  fabric  of  personal  and  social  life  is  a  clear indication  that  individuals  can,  and often do,  get  ahead of  business  and policy  on  the adoption curve.  Because  of  the  sheer  scale  of  the  challenge  and  uncertainties  that  exist  as  to  the implications of actions (eg: Bio fuels and food supply ) the education and “management” on  social  change  (at  an  individual  and  aggregate  society  level)  will  be  of  critical 

Page 216: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

Page 216 of 222 

 

importance.   Adoption of new but damaging consumer  level practices and behaviours can radically impact the ability of business and policy to affect change and meet targets.  It  is here that regions and cities have a major role as they are core to the provision or facilitation of key, high impact services to consumers such as energy, transport, health, education,  social  facilities  and  support.  Both  are  also  ideally  placed  to  deal  with  the cultural differences that exist between and within social groups and best placed to tailor initiatives,  support  and  management  to  the  socio‐economic  and  cultural  micro environments  in  their  remit.  They  provide  key  multiplier  opportunities  where  large scale impact can be had through coordinated and consistent actions that focus on both the societal and individual levels. Any socially focused transition process will require the following characteristics: 

Clearly identifies, quantifies and projects the issues and opportunities Is consistent, comprehensive, future scoped and credible Provides activity level measurements for consumption behaviours Provides immediacy of benefit to individuals or households Protects individuals from misrepresentation and exploitation Influences  at  key  change  and  consumption  points  in  an  individual  or  household lifecycle Is ICT enabled to offload management overhead from individuals Is seen to be led by business, region, city and state actions 

Political 

The  political  leg  of  the  transition  triumvirate  will  be  most  challenged  and  most influential  in  establishing  the  landscape  and  the  will  to  begin,  maintain  and  achieve transition. It  is  the  one  constituency  that  has  the mandate  and  legitimacy  to  establish,  influence and, if necessary, impose the leadership and actions required to establish, manage and enforce the changes necessary. Key  to  exercising  the  mandate  and  legitimacy  of  their  position  will  be  leadership  in vision,  thought  and  action.  Lack  of  these  will  undermine  or  negate  willingness  and consistency of action by both business and individuals. The  establishment  of  leadership,  policy  and  action  positions  that  are  practical  for business,  popular  to  individuals  and  politic  across  the  political  spectrum will  require consultation, consensus, consistency and confidence. Just  how  this  will  be  achieved  the  group  did  not  address.  It  did  however  see  it  as problematic and worthy of further attention. 

Page 217: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

Page 217 of 222 

 

RESTRUCTURING: KEY ENABLERS The  restructuring  group  identified  that  addressing  the  ubiquitous  issues  related  to environmental  change  would  require  a  multi  dimensional  and  dynamically  changing approach.  However  in  its  deliberations  a  single  equation  summed  up  its  approach  to enablers: 

Society + Systems = Solution 

Whilst simple, it captures the groups conviction that technology alone cannot solve the issue of climate change without the input,  influence and interaction of society to drive the exploitation of the opportunities presented by such technologies at a business and individual level. The transition phase will be core to identifying and making available the key enablers of restructuring to business and individuals. These will change over time and can broadly be divided into short medium and long term. 

Short term enablers

Experience to date with computerisation, the Internet and wireless technologies clearly points  to  the enormous opportunities  for dematerialisation of many existing products and also the provision of services via non physical means. Short  term  enablers    can  basically  be  classified  as  relatively  low  impact  actions  or positions, enabled by the availability of existing ICT , that initiate, educate and integrate what is possible and practical in a relatively short time frame.  Whilst these may seem minor  and  relatively  low  impact  they  are  CRITICAL  to  initiating,  illustrating  and educating  business,  individuals  and political  levels  as  to what  is  possible  through  the use of ICT as a means of reducing the energy and material intensity of their processes. They also begin the process of sensitization, education and attitudinal change that will be  critical  to  rapid  adoption  of  medium  and  long  term  advanced  ICT  capabilities, efficient products and digital services. A  key  characteristic  of  short  term  enablers  is  that  they  generally  require  little  or  no deployment of physical infrastructure, employ existing ICT technologies (perhaps with online  software upgrades) and are not disruptive  to business models or  consumption pattern. Examples of these are:  

Page 218: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

Page 218 of 222 

 

Availability of cost accessible ICT ,high capacity fixed and wireless data links Availability of online business services and e‐Government services.  Greater visibility on existing ICT enabled restructuring technologies  ICT enabled monthly billing of actual utility consumption ICT enabled business and individual level 360° carbon measurement tools Machine readable carbon labelling, capture and reporting at point of sale ICT facilitated disposal of goods and materials Clear projection of a consistent strategy, actions, implications and rewards Greater ICT  and restructuring skills during education  Initiation of coordinated , multi city level restructuring action plans  

 

Medium term enablers

Whilst short term enablers rely on the broad availability and use of existing capabilities, processes and ICT, medium term enablers require the additional input of innovation at a policy, business, social and ICT levels. The majority of these medium term enablers will require significant (in overall terms) creation,  diffusion  and  integration  of  new  technology  innovations,  service  transition, product capabilities and behaviours at all levels of politics, business and society. Upgrade cycles to medium term enablers also absolutely require the availability of ICT enabled  recycling,  repurposing  or  disposal  services  and  management  of  existing technologies and infrastructure.  A further characteristic of medium term enablers is that they may, in cities and regions, be  the  precursors  of  the  mega  infrastructure,  long  term  enablers  of  high  impact reduction  technologies  such  as  energy  and  communication  grids,  efficient  water  and liquid  disposal  systems,  road  and  building  design  technologies  and  replacement strategies. Regions and cities adopting first generation mega infrastructure technologies will  be  highly  attractive,  both  socially  and  economically  as  their  cost  of  living  and production positions are competitively advantaged. A key characteristic medium term enablers is that they will require managed but quite radical  changes  in  the  technologies,  policies,  business  models  and  consumption behaviours at a political, business and social level. Examples of these are:  

Page 219: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

Page 219 of 222 

 

Clear aligned competition and environment policies Taxes and incentives to initiate and motivate behavioural changes  Clear definitions and accounting responsibilities for all stages of a product lifecycle Enhanced standards for buildings, infrastructure, products and processes Extensive trials of mega infrastructure developments at region and city levels Repositioning of digitally capable services and products to be purely digital Repositioning of work practices and management / business models Lower or eliminated cost of change for utilities and services  Implementation of mobile and micropayment capabilities for micro service use Personal  IP  recognition  and  protection  to  release  talent,  innovation  and  life  long earning 

 

Long term enablers

Long term is defined, not by a time line, but rather by the success or failure of short and medium term enablers to achieve or surpass levels of reduction required to mitigate or halt climate change. This implies that where such short and medium term reductions, as result from the use of initial measures  fall short,  nations will have to initiate mega infrastructure programs earlier to achieve their targets. This  has  huge  implications  at  an  economic,  technology maturity,  business  and  social level  in  terms  of  the  cost,  financing  and  disruption  of  a  fast  tracked  change  to  such infrastructures. As such it also argues for an aggressive approach to short and medium term  enablers  and  a  staged  sensitization  as  to  the  creation  and  implementation  and implications of long term enablers. The key characteristic and aim of mega  infrastructure upgrades or replacement  is  the maximization of efficient sourcing, generation, supply and disposal / recycling of basic utilities and enablers of a nation.  These  will  include  electricity,  liquid  and  solid  fuels,  water,  waste  disposal,  transport infrastructure, defense, buildings, health and communications related to emergencies.  Key common themes across all these infrastructures is the very long lead time between initiation and completion of  change, difficulty  in  initiating  such change,  the enormous cost of the required change and the severe disruption of doing it badly or inadequately. Because of  their nature mega  infrastructures do not  test well  in small  scale  trials and this  argues  for  testing  to  be  carried  out  at  a  city  or  regional  level  where  broad, nationally applicable lessons can be learnt. 

Page 220: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

Page 220 of 222 

 

A key characteristic  long term enablers is that they will require radical changes in the technologies,  policies,  business  models  and  procurement  behaviours  at  a  political, business and social level. Examples of these are: 

Establishment of innovative long term private / public partnerships Clear policies on returns for the intensive investments required for success Open transparent competition, operation and reporting Initiate, announce and support initiatives early to position for early impact Early establishment of priorities and strategies for mega infrastructures Focus on nationally appropriate, lowest lifecycle cost, power sources Renovation or replacement of housing stock to new high yield standards High bandwidth communications network in support of ICT enabled products  Behavioural change  Consumer/individuals education‐awareness raising Introduction of personal carbon trading and phase out free carbon credits Guaranteed product lifecycles (service not physical upgrades)  

RESTRUCTURING: KEY CONSTRAINTS The  definition  of  restructuring  as  being  “A  reduction  of  the  material  and  energy intensity  of  economic  processes  (production,  transport,  consumption, waste  disposal” contains  some  key  indications  as  to  the  major  constraints  that  are  being  faced  in realizing restructuring. These are:  Scale    The challenges are so big  they are easier to ignore, delay or 

deny at all levels Leadership vacuum    The ubiquity of the challenge has led to a leadership vacuum. No first 

mover advantage is yet seen in the political, business or social domains. 

Length of effort    The time scales do not fit into existing business, political or personal strategic timeframes. 

No perceived Strategy 

  There is a lack of clear meaningful, tailored, consistent and focused statement of the strategy and its implications  

Poor Positioning    The challenges are pitched as a crisis rather than an opportunity. As such it frightens rather than motivates 

Key Metrics    Restructuring requires a 360° view, understanding and management of any product, process or service in order to arrive at its true 

Page 221: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

Page 221 of 222 

 

material and energy overhead.  True costs   The true overall cost of the material and energy overhead of products 

and services is presently invisible  Static Business Models 

 Many business models are highly static and slow to change. 

Cost insulation   Consumers do not know or bear the true lifecycle costs of their consumption. 

Slow evolution of social Norms 

 Changes in personal behaviour and social norms is slow and hard to drive or orientate when purely voluntary.  

 

RESTRUCTURING: EMERGING PROPOSALS Two proposed initiatives have emerged from the Restructuring group. The focus on: 

A. The dynamic measurement of footprint in support of restructuring using ICT tools 

B. The establishment of coordinated and multi city action plans for footprint reduction supported by ICT tools. 

 These  two  initiatives  have  clear  interconnections  and  mutually  benefit  from  being actioned:  

They are both ICT dependent The Cities proposal relies on clear measurement of the baseline position today The measurement proposal relies on large scale access to cities and businesses Both require an ongoing dynamic data set to measure progress to targets They test areas and techniques that will have to be tested eventually They are fast to market using existing ICT technologies They are low cost / low disruption They are scalable and reusable within existing ICT technology boundaries They are presently practical and future scoped  They create key skills, knowledge sets and experience at all participatory levels 

 

Page 222: ICT for Energy Sectors Reports - European Commissionec.europa.eu/information_society/activities/... · The accelerated usage of ICT to improve Energy Efficiency will require more

ICT for Energy Efficiency: 6 Consultation Groups –Sectors Reports 

2008 

 

Page 222 of 222 

 

Whilst  both  are  presently  in  the  creation  and  discussion  phases  they  have  gained support within the Ad Hoc group as they address questions and issues that are common across all the groups These are: 

The lack of clear data and measurement The lack of scale of existing data and experience The lack of standard data, measurement and consistency across participants The lack of dynamic data to measure progress to target The inability to quickly identify failure or success from present data collection means 

 As such they will service a broader agenda than just that of restructuring because they will  identify  immediate  tactical  efficiencies  and  reduction  strategies,  measure  the outcome  of  these  and  explicitly  support  advanced  businesses  and  cities  in  their efficiency and restructuring activities