21世纪基础设施

保持加州的连接、动力和竞争力

最近能源和通信技术的进步已经超过了自电报发明或交流电发现以来人类所看到的任何东西. 这些进步中的许多已经使曾经在科幻小说中才出现的技术——无人驾驶汽车——成为可能, 植入医疗器械, 以及可再生能源的大量供应. 今天, 这些技术和相关技术对21世纪加州的繁荣起到了与20世纪公路和水路同等重要的作用. 然而, 加州传统的能源和通信基础设施的物理约束日益受到创新步伐的制约. 没有升级到21世纪的基础设施, 加州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e世博游戏代理为湾区委员会的21世纪基础设施倡议编写.

报告编写人员

肖恩·伦道夫博士
e世博游戏代理高级所长
特蕾西格罗斯
前e世博游戏代理副所长
杰夫Bellisario
e世博游戏代理副所长
亚历克斯Foard
e世博游戏代理前研究员
纱织哈米迪
e世博游戏代理前研究员

确认

咨询撰稿人Matt Chwierut和Brinda Dalal(总裁, Dhoopa Ventures LLC)在研究和叙事发展中发挥了关键作用. e世博游戏代理实习生卡洛琳·加勒特和亚历克斯·哈泽尔对数据分析做出了贡献, 定性研究, 以及报告的总体叙述. e世博游戏代理也感谢奥拉夫·格罗斯, 湾区议会e世博游戏代理研究委员会成员, 感谢他的指导和支持.

20世纪通信基础设施
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二十一世纪通讯基础设施
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传统的能源基础设施
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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得以实现,从而改善加州人的生活.

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包括创业在内的一系列公共利益, 教育, 公共安全, 医疗保健, 和公民参与. 加州人将受益于先进的通讯方式:

  • 改善公共服务的提供和更广泛的公民参与.
  • 通过视频会议改善获得医疗保健的机会, 远程传感器, 和诊断工具, 减少去医院和看医生的次数,节约成本.
  • 通过数字教育平台提高教育效率和获得教育的机会,特别是对在职学生和农村地区的学生. 获得网络投资的学校, 并能够更广泛地利用技术, 报告了学术成果.

使信息和电力多向流动成为可能的先进能源技术可以改善环境质量,增强消费者的选择. 加州人的福利包括:

  • 更强的弹性和可靠性面对自然灾害.
  • 通过更好地将可再生能源融入电网,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, 改善电源管理,为创新型企业创造新的商业机会, 特别是在数据管理和优化方面.
  • 消费者在如何管理能源使用方面有更多的选择, 通过匹配价格提供了节省成本的机会, 时间的使用, 和其他首选项.

为了保持加州的全球竞争力,通信基础设施投资是必要的.

对通信网络的需求正在迅速增长和变化. 随着越来越多的经济领域依赖互联网和移动通信,包括支付系统, 娱乐, 运输, 而且电网和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、速度更快的网络的需求, 今天的互联网正在传输越来越多的数据,支持商业数据的交换, 个人通信, 交互式学习, 高清视频, 先进的工业工艺.

  • Monthly internet traffic in 1995 was 180 terabytes (180 million megabytes); in 2015 it will have expanded by a factor of 450,000.
  • 全球移动数据在2012年增长了70%,2013年增长了81%.
  • 从机器到机器共享数据的设备将从4个增加.占所有设备的9%.到2018年增长7%.
  • 二十亿台设备, 比如可穿戴技术和工业传感器, 到2018年能自动通信吗.
  • 从2013年到2018年,全球年度云存储预计将增长300%.

必须建设基础设施. 更无缝地满足日益增长的网络需求, 要求包括扩大光纤和无线网络的接入和建设. 实现这一目标所需的通信基础设施包括电缆管道, 支持无线连接的大小蜂窝塔, 以及小蜂窝和分布式天线系统,以扩大无线接入范围. 这些改进支持的网络也必须是安全的, 可靠的, 节能, 无处不在的, 有弹性的, 和高容量.

互联互通对于维持该州的经济竞争力和高生活水平至关重要. 尽管服务提供者的官方报告显示97.8%的加州住房拥有接入数据速度超过每秒6兆的宽带所需的基础设施, 连接设备的数量和功率的增加将需要更多的带宽. 除了, 加州需要继续解决网络接入速度和质量方面的差距, 包括覆盖没有服务的农村和其他地区.

不断发展的电信技术和商业模式需要一个新的监管框架. 建设实体基础设施需要大量的金融投资, 航行通过许可和其他监管要求, 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点, 不断变化的需求, 以及不断发展的市场动态. 例如,在&T正投资于基于互联网的电话网络,作为其向更强大的全数字服务转型的一部分, 而康卡斯特目前正在该州提供全数字电话服务. 然而, 在加州, 电信运营商必须维护他们的传统有线电话网络, 造成额外的成本负担,可能会减缓对快速技术的投资.

对加州电网的投资对于实现环境目标是必要的, 包括更多地使用可再生能源, 并确保电网的可靠性.

电网正在从一个单向电力流动的集中式模型转变为一个具有不同地域的发电系统和新的用户角色的模型, 电网运营商, 和发电机. 这一转变背后的驱动因素包括:

  • 改变消费者对管理其能源使用和减少其环境影响的期望.
  • 公共政策, 包括加州可再生能源投资组合标准, 加州全球变暖解决方案法案(第32号国会法案), 或AB 32), 美国环境保护署关于减少电力行业排放的规定, 以及其他旨在降低二氧化碳排放水平的政策.
  • 增加可再生能源系统的渗透:截至2012年, 可再生能源占加州总发电量的13%, 全国只有4%. 仅2013年一年, 2,145兆瓦(MW)的公用事业规模的太阳能发电能力已在加州投入使用(作比较), 大型天然气发电厂平均发电能力500兆瓦), 这个州的总太阳能容量超过8,500 MW. 一流的国家, 2,加州的居民和企业已经安装了332兆瓦的太阳能发电能力, 是第二活跃州的两倍多, 亚利桑那和新泽西.
  • 强劲的电动汽车(EV)在加州的普及, 预计到2020年,它将占美国所有电动汽车销量的25%. 电动汽车充电对电网提出了更大的要求, 每辆车的需求大致相当于普通住宅客户的需求, 尽管电动汽车也代表了分布式存储的潜在来源,可以提供网格优势.

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的可靠性. 风能和太阳能系统产生的能量随时间和季节而变化. 这种可变性给电力公司和电网运营商带来了新的挑战. 因此,这种资源高度渗透的电力系统需要加强基础设施,以实现更智能的电网.

智能电网提高了公用事业电力网络的可靠性和弹性, 使可再生能源发电, 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. 加州在多个方面都取得了进步:

  • 加州在智能电表部署方面处于全国领先地位,使用的电表超过1200万.
  • 加州公共事业委员会(CPUC)在2013年发布了一项要求.到2020年,将有3千兆瓦(GW)的具有成本效益的储能系统接入电网.
  • 2010年至2012年间, 该州投资者所有的公用事业公司报告用电量减少了6,548千兆瓦时,由于住宅和商业能源效率计划, 相当于用电量725,000个美国家庭一年.
  • 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行——和电动汽车充电倡议正在加州试点.

随着电力生产和消费方式的演变, 公用事业和监管机构必须解决有关费率设计的问题. 屋顶太阳能的结合, 需求响应, 电能储存将使一些消费者减少对电网供电的依赖, 但不一定是在电网上. 由于公用事业公司提供电力的固定成本(估计约为平均能源账单的45%)通常根据使用情况按费率回收, 维持电网的费用将分摊到更少的客户身上, 导致更高的账单.

21世纪的互联景观

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战略伙伴关系和公共政策可以支持对通信和能源基础设施的投资, 以前瞻性的监管和激励的形式.

推进加州通信基础设施的选项:

  • 规划网络并加快本地审批流程. 能更好地了解自己资产的位置, 城市, 州, 联邦政府应该鼓励基础设施和共享机制的共存,以扩大宽带基础设施. 在地方规划中专门处理通信基础设施可以鼓励投资并减少延误. 城市也可以探索地毯式许可的方法, 哪一个将在整个市政当局范围内提供系统升级的批准,而不是在一个项目一个项目的基础上.
  • 评估治理模型. 专家们有一个广泛的共识,即当前的监管体系并不适合今天的宽带网络和竞争激烈的市场, 对未来的网络来说就更少了. 全国的电信网络长期以来一直在从传统系统向基于IP的服务过渡. 然而, 法规仍然要求现有的电信运营商维持其传统的电话网络, 尽管目前的用户数量很低,或者基于互联网的通信可能有多么优越. 一个新的, 需要技术中立的监督结构,以保持公众在应急服务方面的利益,而不对提供者实施过时的授权.
  • 创建高级网络任务组. 在目前的加州宽带委员会内,有机会形成一个多元化的利益相关者群体来探索加州网络的新模式. 由现有网络运营商组成的全州特别工作组, 州和市领导, 公益团体, 监管机构, 而那些开发依赖于该网络的新产品和服务的公司应该考虑在全州范围内实施标准化基础设施许可准则, 资本支出需要全州范围的, 安全性和隐私, 以及通行权规则和优先次序. 这样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式,以创建21世纪的网络模式.

将电网转变为多向信息流和能量流的步骤:

  • 在费率制定和监管方面寻求创新方法. 为了维护和增强网格, 所有用户都必须公平地分担电网投资的成本和收益. 最初围绕集中式模型构建的费率结构已经不再适用. 如果成本成分和网格级收益更加透明, 价格信号和费率机制可以设计成不会给消费者或公用事业留下未补偿成本的方式. 为公用事业公司提供在其监管框架之外运作的灵活性,可以使一套更广泛的能源相关服务成为可能, 例如电动汽车充电基础设施的管理, 不仅仅是电子的销售.
  • 利用存储技术和电动汽车充电作为电网的支持者. 采用存储技术可以创建一个更具弹性的网格, 尽管目前的高成本使它们无法获得更广泛的市场采用. 同样地,加州的太阳能电池板安装也通过居民退税获得补贴, 类似的项目可以促进网格级存储技术的采用. 基础设施也应响应电动汽车将创造的新需求和机遇. 开始这个过程, 加州所有投资者所有的公用事业公司都应该向CPUC提交汽车-电网整合计划,以电动汽车充电的使用时间率为目标,同时考虑电动汽车储能如何作为当地电网稳定的辅助资产.
  • 允许公用事业作为配电系统运营商(DSO)发挥作用. 更大的控制权, 管理, 而且,随着电网从集中式发电模式的转变,安全性也将成为必要. 类似于加州独立系统运营商在管理大容量电力系统中所扮演的角色, 区域DSOs可以管理和协调来自多个来源的电表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机可以重新投入电网的数量. 作为一个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, 同时确保在安全入侵变得更加复杂时将多层安全策略内置到网格中. 实施这一新功能需要仔细考虑成本效益,避免给用电用户增加不必要的成本.
  • 使能源数据能够以新的方式使用. 公用事业应该被CPUC鼓励收集, 分析, 和共享数据, 同时尊重客户的机密考虑. 数据标准化和所有权政策可以为一个强大的以信息为导向的能源市场奠定基础, 允许新型客户参与和能源相关服务. 新的以数据为中心的平台, 用户可以从各种服务选项中进行选择, 从通过移动设备管理他们的日常消费,到能源密集型设备的自动计时.
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