21st Century Infrastructure

Keeping California Connected, Powered, and Competitive

最近能源和通信技术的进步超过了自电报发明或交流电发现以来人类所经历过的任何进步. 这些进步中,有许多使一度仅在科幻小说中才出现的技术——无人驾驶汽车成为可能, implanted medical devices, and vast supplies of renewable energy. 今天, 这些技术和相关技术对21世纪加州繁荣的重要性,正逐渐形成,就像道路和水路在20世纪所起的作用一样. 然而, 创新的步伐越来越快地突破了加州传统能源和通信基础设施的物质限制. Without upgrading to 21st century infrastructure, 加州将跟不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
Economic Institute Senior Director
特蕾西格罗斯
Former Economic Institute Vice President
杰夫Bellisario
Economic Institute, Vice President
亚历克斯Foard
Economic Institute Former Research Associate
纱织哈米迪
Economic Institute Former Research Associate

确认

咨询撰稿人Matt Chwierut和Brinda Dalal(总裁, Dhoopa Ventures LLC)在研究和叙事开发中发挥了关键作用. e世博游戏代理实习生卡罗琳·加勒特(Carolyn Garrett)和亚历克斯·哈泽尔(Alex Hartzell)参与了数据分析, 定性研究, and overall narrative of the report. The Economic Institute also thanks Olaf Groth, a Bay Area Council Economic Institute Research Council member, for his guidance and support.

20th Century Communications Infrastructure
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21st Century Communications Infrastructure
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Traditional Energy Infrastructure
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21st Century Energy Infrastructure
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对21世纪基础设施的投资将带来新技术,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福利, 教育, 公共安全, 医疗保健, 和公民参与. Californians will benefit from advanced communications through:

  • 改善公共服务和扩大公民参与.
  • Improved access to 医疗保健 through video conferencing, 远程传感器, 和诊断工具, reducing hospital and physician visits and saving costs.
  • 通过数字教育平台提高教育效率和获得教育的机会,特别是对打工学生和农村地区的学生. Schools that have received network investments, and are able to utilize technology more widely, have reported academic gains.

先进的能源技术使信息和电力的多向流动能够改善环境质量并增加消费者的选择. Benefits to Californians include:

  • 面对自然灾害,增强韧性和可靠性.
  • 通过更好地将可再生能源融入电网,带来更大的环境效益.
  • 电力系统从发电到使用的透明度提高, 改善电源管理,为创新型企业创造新的商机, especially in regard to data 管理 and optimization.
  • Greater choice for consumers in how to manage their energy use, providing an opportunity for cost savings by matching pricing, 时间的使用, 和其他首选项.

对通讯基础设施的投资对于维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. 因为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, 运输, and the power grid—internet usage is rapidly growing. 消费者正在推动对更快、覆盖范围更广的网络的需求, 今天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, and advanced industrial processes.

  • 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%之后,2013年又增长了81%.
  • 从机器到机器共享数据的设备将从4增加.9 percent of all devices today to 19.7%到2018年.
  • 二十亿台设备, such as wearable technologies and industrial sensors, 到2018年就能自动通信了吗.
  • 2013年至2018年,全球年度云存储预计将增长300%.

Infrastructure must be built. To more seamlessly meet growing network demands, 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安装电缆的管道, large and small cell towers to support wireless connectivity, 以及小型蜂窝和分布式天线系统,扩大了无线接入范围. 这些改进所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.

互联互通对于保持国家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显示有97.8%的加州住房单位拥有接入宽带所需的基础设施,数据速度超过每秒6兆比特, 连接设备的数量和功率的增加将要求增加带宽. 除了, 加州将需要继续解决在接入速度和质量方面的持续差距, including reaching rural and other areas without service.

不断发展的电信技术和商业模式需要一个新的监管框架. 建设有形基础设施需要大量的金融投资, navigation through permitting and other regulatory requirements, and a sustainable revenue model. 成本是完成本地宽带项目的最大障碍. 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, and evolving marketplace dynamics. 例如,在&T正在投资基于互联网的电话网络,作为其向更强大的全数字服务转变的努力的一部分, 而康卡斯特目前在该州提供全数字电话服务. 然而, 在加州, 电信运营商必须保持原有的有线电话网络, 这会造成额外的成本负担,减缓对更快技术的投资.

为了实现环保目标,对加州电网的投资是必要的, including the greater use of renewable power, and to ensure grid reliability.

电网正从单向供电的集中式模式转变为地理上多样化的发电系统模式,并为消费者提供新的角色, 电网运营商, 和发电机. Driving factors behind this shift include:

  • 改变消费者对其能源使用管理和减少其环境影响的期望.
  • 公共政策, including California’s Renewables Portfolio Standard, the California Global Warming Solutions Act (Assembly Bill 32, 或AB 32), 美国环境保护署对电力部门减少排放的规定, 以及其他旨在降低二氧化碳排放水平的政策.
  • Increasing penetration of renewable energy systems: As of 2012, 可再生能源占加州总发电量的13%, and just 4 percent nationally. 仅2013年一年, 2,145兆瓦(MW)的公用事业规模的太阳能容量进入服务在加州(作为比较, 大型天然气发电厂的平均容量为500兆瓦), giving the state total solar capacity of more than 8,500 MW. 一流的国家, 2,加州居民和企业已经安装了332兆瓦太阳能发电能力, more than two times that of the next most-active 州, 亚利桑那州和新泽西州.
  • Strong electric vehicle (EV) uptake 在加州, 预计到2020年将占到美国所有电动汽车销量的25%. EV charging is placing greater demands on the grid, 每辆车的需求大致相当于普通住宅客户的需求, 虽然电动汽车也代表了分布式存储的一个潜在来源,可以提供网格效益.

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. 这种可变性给公用事业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电力网络的可靠性和弹性, enables renewable generation, 集成存储, 提高能源效率, reduces negative environmental impacts, and creates new product and service markets. California has made progress on multiple fronts:

  • 加州在智能电表部署方面处于全国领先地位,已使用超过1200万米.
  • 加州公共事业委员会(CPUC)在2013年发布了一项命令:1.到2020年,30亿瓦(GW)的低成本能源存储将被整合到电网中.
  • 2010年至2012年间, 该州的投资者所有的公用事业公司报告说,用电量减少了6,548千兆瓦时,由于住宅和商业能源效率项目, equivalent to the electricity use of 725,000 US households for one year.
  • 一些美国最先进的微电网项目——允许机构在停电情况下独立于传统电网运行——和电动汽车充电计划正在加州进行试点.

As the way electricity is produced and consumed evolves, utilities and regulators must address issues around rate design. The combination of rooftop solar, 需求响应, 电力储存将使一些消费者减少对电网供电的依赖, but not necessarily on the grid itself. 因为公用事业公司提供电能的固定成本——估计大约是平均能源账单的45%——通常是根据使用情况按费率收回的, 维持电力网络的成本将分摊到更少的用户身上, 导致更高的账单.

The Connected Landscape of the 21st Century

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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, in the form of forward-thinking regulation and incentives.

推进加州通信基础设施的选择:

  • Plan for networks and expedite local permitting processes. With better information about the location of their own assets, 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和减少延误. Cities can also explore blanket permitting approaches, 哪个部门会批准整个市政当局进行系统范围的升级,而不是逐个项目进行升级.
  • 评估治理模型. 专家们普遍认为,目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, much less for the networks of the future. 长期以来,全国范围内的电信网络一直在从传统系统向基于IP的服务转变. 然而, 监管仍要求现有电信运营商保留原有的电话网络, 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优越. 一个新的, 需要建立技术中立的监督结构,以维护公众在紧急服务方面的利益,同时不对服务提供者实施过时的规定.
  • Create an Advanced Networks Task Force. 有机会形成一个不同的利益相关者集团,以探索一个新的模式,为加州的网络在当前的加州宽带委员会. A statewide task force composed of existing network operators, state and municipal leaders, 公益团体, 监管机构, 而那些依靠网络开发新产品和服务的人应该考虑标准化的基础设施,允许全州的指导方针, capital expenditure needs statewide, 安全性和隐私, and right-of-way rules and prioritization. 这样一个团体也可以用来把整个加州的城市聚集在一起,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.

将电网转变为多向信息流和能量流的步骤:

  • Pursue innovative approaches in ratemaking and regulation. In order for the grid to be maintained and enhanced, 所有用户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建立的费率结构已不再适用. If cost components and grid-level benefits are more transparent, 价格信号和费率机制可以设计成不让消费者或公用事业公司承担未补偿成本的方式. 为公用事业公司提供在其监管框架之外运营的灵活性,可以使能源相关服务的范围更广泛, such as the 管理 of EV charging infrastructure, beyond simply the sale of electrons.
  • 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有弹性的网格, 尽管它们目前的高成本阻碍了它们获得更广泛的市场采用. 就像太阳能电池板安装在加州通过居民退税获得补贴一样, 类似的项目可以促进电网规模存储技术的采用. 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,以电动车充电的使用时间为目标,并考虑如何将电动车储能用作当地电网稳定的辅助资产.
  • 允许公用事业公司充当配电系统运营商(DSO). 更大的控制权, 管理, 随着电网不再采用集中式发电模式,安全性也将变得必不可少. 类似于加州独立系统运营商在管理大容量电力系统中扮演的角色, 区域dso可以管理和协调来自多个来源的非电表能源发电和存储,并更好地规划电力消费者和其他可再生能源发电者的数量,使之重新回到电网中. 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, 当安全入侵变得更加复杂时,确保在网格中构建多层安全策略. 这个新功能的实施需要仔细考虑成本和效益,避免给电力消费者增加不必要的成本.
  • Enable energy data to be used in new ways. Utilities should be encouraged by the CPUC to collect, 分析, 和共享数据, while respecting customer confidentiality considerations. 数据标准化和所有权政策可以为强大的信息导向能源市场奠定基础, 允许新型客户参与和能源相关服务. With new data-centric platforms, users can choose from a variety of service options, 从通过移动设备管理他们的日常消费,到能源密集型电器的自动定时.