21世纪基础设施

Keeping California Connected, Powered, and Competitive

自从电报的发明或交流电的发现以来,能源和通信技术的最新进展已经超过了人类所看到的任何事物。许多这些进步使曾经属于科幻小说领域的技术成为可能——无人驾驶汽车、植入式医疗设备和大量可再生能源。今天,这些技术和相关技术对加利福尼亚在 21 世纪的繁荣变得与 20 世纪的道路和水路一样重要。然而,创新的步伐越来越多地推动加州传统能源和通信基础设施的物理限制。如果不升级到 21 世纪的基础设施,加利福尼亚将无法跟上当今全球经济的竞争水平和变化速度。

 
本报告由湾区委员会188bet手机滚球为湾区委员会的 21 世纪基础设施倡议编写。

报告撰写人员

肖恩·伦道夫博士
188bet手机滚球高级主任
特蕾西·格罗斯
前188bet手机滚球副所长
杰夫·贝利萨里奥
188bet手机滚球副所长
亚历克斯·福德
188bet手机滚球前研究员
沙织·哈米迪
188bet手机滚球前研究员

致谢

咨询贡献者 Matt Chwierut 和 Brinda Dalal(Dhoopa Ventures LLC 总裁)在研究和叙事发展中发挥了关键作用。188bet手机滚球实习生 Carolyn Garrett 和 Alex Hartzell 为本报告的数据分析、定性研究和整体叙述做出了贡献。188bet手机滚球还感谢湾区委员会188bet手机滚球研究委员会成员 Olaf Groth 的指导和支持。

20世纪通信基础设施
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21世纪通信基础设施
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传统能源基础设施
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21世纪能源基础设施
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对 21 世纪基础设施的投资将使新技术能够改善加利福尼亚人的生活。

为移动和互联网通信提供更大带宽的先进通信网络可以支持一系列公共利益,包括创业、教育、公共安全、医疗保健和公民参与。加利福尼亚人将通过以下方式受益于先进的通信:

  • 改善公共服务的提供和更广泛的公民参与。
  • 通过视频会议、远程传感器和诊断工具改善获得医疗保健的机会,减少医院和医生的就诊次数并节省成本。
  • 通过数字教育平台提高效率和获得教育的机会——特别是对于在职学生和农村地区的学生。获得网络投资并能够更广泛地利用技术的学校报告了学术成果。

实现信息和电力多向流动的先进能源技术可以改善环境质量并增加消费者的选择。对加利福尼亚人的好处包括:

  • 面对自然灾害时具有更高的弹性和可靠性。
  • 通过更好地将可再生能源整合到电网中来获得更大的环境效益。
  • 提高电力系统从发电到使用的透明度,改善电力管理并为创新公司创造新的商机,尤其是在数据管理和优化方面。
  • 在如何管理能源使用方面为消费者提供更多选择,通过匹配定价、使用时间和其他偏好提供节省成本的机会。

对通信基础设施的投资对于保持加州的全球竞争力是必要的。

对通信网络的需求正在迅速增长和变化。 随着经济的更多方面依赖于互联网和移动通信——包括支付系统、娱乐、交通和电网——互联网的使用正在迅速增长。消费者正在推动对覆盖范围更广的更快网络的需求,因为当今的互联网正在传输越来越多的数据,这些数据支持业务数据的交换、个人通信、交互式学习、高清视频和先进的工业流程。

  • 1995 年的每月互联网流量为 180 TB(1.8 亿兆字节); 2015 年,它将扩大 450,000 倍。
  • 继 2012 年增长 70% 之后,全球移动数据在 2013 年增长了 81%。
  • 到 2018 年,机器间共享数据的设备将从目前所有设备的 4.9% 增长到 19.7%。
  • 到 2018 年,可穿戴技术和工业传感器等 20 亿台设备将能够相互自动通信。
  • 预计 2013 年至 2018 年间,全球年度云存储量将增长 300%。

必须建设基础设施。 为了更无缝地满足不断增长的网络需求,要求包括扩展对光纤和无线网络的访问和建设。实现这一目标所需的通信基础设施包括容纳电缆的管道、支持无线连接的大型和小型蜂窝塔,以及用于扩大无线接入范围的小型蜂窝和分布式天线系统。这些改进支持的网络还必须安全、可靠、节能、无处不在、有弹性和高容量。

连通性对于维持该州的经济竞争力和高生活水平至关重要。 尽管服务提供商的官方报告表明,加利福尼亚州 97.8% 的住房单元拥有访问数据速度超过每秒 6 兆比特的宽带所需的基础设施,但连接设备的数量和功率的增加将需要增加带宽。此外,加州将需要继续解决接入速度和质量方面存在的差距,包括覆盖农村和其他没有服务的地区。

不断发展的电信技术和商业模式需要新的监管框架。 建设实体基础设施需要大量的金融投资、通过许可和其他监管要求的导航,以及可持续的收入模式。成本是完成本地宽带项目最常被提及的障碍。 21 世纪的监管结构需要反映现代基础设施的特征、不断变化的需求以及不断变化的市场动态。例如,AT&T 正在投资基于互联网的电话网络,作为其推动转向更强大的全数字服务的一部分,而康卡斯特目前正在该州提供全数字电话服务。但是,在加利福尼亚州,电信运营商必须维护其传统的有线电话网络,从而增加了成本负担,从而减缓了对更快技术的投资。

投资加州电网对于实现环境目标(包括更多地使用可再生能源)和确保电网可靠性是必要的。

电网正在从具有单向电力流动的集中模式转变为具有地理上多样化的发电系统以及消费者、电网运营商和发电商的新角色的模式。这种转变背后的驱动因素包括:

  • 改变消费者对能源使用管理和减少环境影响的期望。
  • 公共政策,包括加州的可再生能源投资组合标准、加州全球变暖解决方案法案(议会法案 32,或 AB 32)、美国环境保护署关于减少电力部门排放的规则,以及其他旨在降低二氧化碳水平的政策( CO2) 排放。
  • 提高可再生能源系统的渗透率:截至 2012 年,可再生能源占加利福尼亚总发电量的 13%,而在全国仅占 4%。仅在 2013 年,加利福尼亚就有 2,145 兆瓦 (MW) 的公用事业规模太阳能容量投入使用(相比之下,大型天然气发电厂的平均容量为 500 MW),使该州的太阳能总容量超过 8,500 MW .加州居民和企业安装的太阳能装机容量高达 2,332 兆瓦,是排名第二的亚利桑那州和新泽西州的两倍多。
  • 加州电动汽车 (EV) 的使用率很高,预计到 2020 年,该地区将占美国销售的所有电动汽车的 25%。 电动汽车充电对电网提出了更高的要求,每辆车的需求大致相当于普通住宅的需求客户,尽管电动汽车也代表了可以提供电网收益的分布式存储的潜在来源。

加州在提高能源效率和清洁能源方面取得了重要进展,但需要新的基础设施来利用分布式能源并确保电网可靠性。 风能和太阳能系统产生的能量因时间和季节而异。这种可变性给公用事业和电网运营商带来了新的挑战。因此,具有此类资源高渗透率的电力系统需要增强基础设施以实现更智能的电网。

智能电网提高了公用电网的可靠性和弹性,支持可再生能源发电,集成存储,提高能源效率,减少对环境的负面影响,并创造新的产品和服务市场。加州在多个方面取得了进展:

  • 加利福尼亚州在智能电表部署方面领先全国,使用中的电表超过 1200 万。
  • 加州公用事业委员会 (CPUC) 于 2013 年发布了一项指令,要求到 2020 年将 1.3 吉瓦 (GW) 的具有成本效益的储能并网。
  • 2010 年至 2012 年间,该州投资者拥有的公用事业公司报告称,由于住宅和商业能效计划,电力使用量减少了 6,548 吉瓦时,相当于 725,000 个美国家庭一年的用电量。
  • 美国一些最先进的微电网项目——允许机构在停电时独立于传统电网运营——以及电动汽车充电计划正在加州进行试点。

随着电力生产和消费方式的发展,公用事业和监管机构必须解决有关费率设计的问题。 屋顶太阳能、需求响应和电力存储的结合将使一些消费者减少对电网供电的依赖,但不一定依赖电网本身。由于公用事业公司提供容量的固定成本(估计约为平均能源费用的 45%)通常根据使用情况按费率回收,因此维护电网的成本将分摊给更少的客户,从而导致更高的账单。

21 世纪的互联景观

(单击图像面板将其放大。)

战略伙伴关系和公共政策可以以前瞻性监管和激励措施的形式支持对通信和能源基础设施的投资。

推进加州通信基础设施的选择:

  • 规划网络并加快本地许可流程。 有了更好的关于自己资产位置的信息,城市、州和联邦政府应该鼓励基础设施和共享机制的共址,以扩展宽带基础设施。在地方规划中对通信基础设施进行专门处理可以鼓励投资并减少延误。城市还可以探索一揽子许可方法,这将为整个城市的系统范围升级提供批准,而不是在逐个项目的基础上。
  • 重新评估治理模式。 专家们普遍认为,当前的监管体系不太适合当今的宽带网络和竞争激烈的市场,更不用说未来的网络了。长期以来,全国的电信网络一直在从传统系统向基于 IP 的服务过渡。然而,尽管当前用户数量很少或基于互联网的通信可能有多么出色,但监管仍然要求现有电信运营商维护其传统电话网络。需要一种新的、技术中立的监督结构,以保护与紧急服务相关的公众利益,而不会对提供者施加过时的授权。
  • 创建一个高级网络工作组。 有机会组建多元化的利益相关者群体,在当前的加州宽带委员会内探索加州网络的新模式。由现有网络运营商、州和市政领导人、公共利益团体、监管机构以及依赖网络开发新产品和服务的人员组成的全州工作组应考虑全州标准化基础设施许可指南、全州资本支出需求、安全和隐私,以及通行权规则和优先级。这样的一个小组也可以用来将加州各地的城市聚集在一起,这些城市目前正在探索与互联网服务提供商合作的新方法,以创建 21 世纪的网络模型。

将电网转变为信息和能量多向流动的步骤:

  • 在费率制定和监管方面寻求创新方法。 为了维护和增强电网,所有用户必须公平分享电网投资的成本和收益。最初围绕中心化模型构建的费率结构已不再适用。如果成本构成和电网层面的收益更加透明,那么价格信号和费率机制的设计方式不会让消费者或公用事业公司承担未补偿的成本。为公用事业提供在其监管框架之外运营的灵活性可以实现更广泛的能源相关服务,例如电动汽车充电基础设施的管理,而不仅仅是电子销售。
  • 利用存储技术和电动汽车充电作为电网支持者。 采用存储技术可以创建更具弹性的电网,但目前的高成本使其无法获得更广泛的市场采用。与太阳能电池板安装在加利福尼亚通过住宅回扣获得补贴的方式相同,类似的计划可以刺激电网规模存储技术的采用。基础设施还应响应电动汽车将创造的新需求和机遇。为了开始这一过程,所有加州投资者拥有的公用事业公司都应向 CPUC 提交车辆电网整合计划,目标是电动汽车充电的使用时间费率,并考虑如何将电动汽车储能用作当地电网稳定性的辅助资产。
  • 允许公用事业公司充当配电系统运营商 (DSO)。 随着电网从集中式发电模式转变,将需要更好的控制、管理和安全性。与加州独立系统运营商在管理大容量电力系统方面的作用类似,区域 DSO 可以管理和协调来自多个来源的电表背后的能源生产和存储,并更好地预测电力消费者和其他可再生能源发电商的数量可以放回网格。作为 DSO,公用事业公司还可以开发和管理用于大规模收集和分析信息的数据平台,同时确保随着安全入侵变得更加复杂,将多层安全策略内置到网格中。这一新功能的实施需要仔细考虑成本和收益,以避免为电力消费者增加不必要的成本。
  • 以新的方式使用能源数据。 CPUC 应鼓励公用事业公司收集、分析和共享数据,同时尊重客户的保密考虑。数据标准化和所有权政策可以为强大的面向信息的能源市场奠定基础,允许新型客户参与和能源相关服务。借助新的以数据为中心的平台,用户可以从多种服务选项中进行选择,从通过移动设备管理日常消费到能源密集型电器的自动定时。