21世纪基础设施

保持加州的互联、供电和竞争力

最近能源和通讯技术的发展速度超过了自发明电报和发现交流电以来人类所见过的任何事物. Many of these advances have enabled technologies that were once the realm of science fiction—driverless cars, 植入医疗器械, 还有大量的可再生能源. 今天, 这些以及相关的技术对21世纪的加州繁荣的重要性,将不亚于20世纪的道路和水路. 然而, 创新的步伐正日益挑战加州传统能源和通信基础设施的物理约束. 没有升级到21世纪的基础设施, California will not keep up with the level of competition and the rate of change in today’s global economy.

 
本报告由湾区委员会hg8868皇冠下载为湾区委员会的21世纪基础设施倡议编写.

报告编写人员

肖恩·伦道夫博士
hg8868皇冠下载高级所长
特蕾西格罗斯
前hg8868皇冠下载副所长
杰夫Bellisario
hg8868皇冠下载副所长
亚历克斯Foard
hg8868皇冠下载前副研究员
纱织哈米迪
hg8868皇冠下载前副研究员

确认

咨询撰稿人Matt Chwierut和Brinda Dalal(总裁, Dhoopa Ventures LLC)在研究和叙事开发中发挥了关键作用. Economic Institute Interns Carolyn Garrett and Alex Hartzell contributed to the data analysis, 定性研究, 以及报告的整体叙述. hg8868皇冠下载也感谢奥拉夫·格罗斯, 湾区委员会hg8868皇冠下载研究委员会成员, 感谢他的指导和支持.

二十世纪通讯基础设施
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21世纪通讯基建
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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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Investment in 21st century infrastructure will enable new technologies that will improve the lives of Californians.

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. 加州人将从先进的通讯中受益:

  • 改善公共服务,扩大公民参与.
  • 通过视频会议改善对医疗保健的访问, 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,特别是对打工学生和农村地区的学生. 获得网络投资的学校, 并且能够更广泛地利用技术, 曾报告学术成绩.

使信息和电力能够多向流动的先进能源技术可以改善环境质量,增加消费者的选择. 对加州人的好处包括:

  • 在面对自然灾害时提高弹性和可靠性.
  • Greater environmental benefits through better integration of renewable energy into the grid.
  • 提高电力系统从发电到使用的透明度, improving power 管理 and creating new business opportunities for innovative companies, 特别是在数据管理和优化方面.
  • 消费者在管理能源使用方面有更多选择, 通过匹配定价提供节约成本的机会, 时间的使用, 和其他首选项.

Investment in communications infrastructure is necessary to mainta在加州’s global competitiveness.

对通信网络的需求正在迅速增长和变化. As more facets of the economy rely on the internet and mobile communications—including payment systems, 娱乐, 运输, 电网和互联网的使用也在迅速增长. 消费者正在推动对覆盖面更广、速度更快的网络的需求, as today’s internet is transmitting growing volumes of data that support the exchange of business data, 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.
  • Global mobile data grew by 81 percent in 2013, after registering 70 percent growth in 2012.
  • 从机器到机器共享数据的设备将从4个增加.9%到19.到2018年达到7%.
  • 二十亿台设备, 比如可穿戴技术和工业传感器, 到2018年,我们能自动互相交流吗.
  • 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, requirements include expanding access to and building out fiber optic and wireless networks. The communications infrastructure needed to accomplish this includes conduit to house cables, 大大小小的手机信号塔,支持无线连接, 而小蜂窝和分布式天线系统则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.

Connectivity is critical to maintaining the state’s economic competitiveness and high standard of living. 尽管服务提供商的官方报告表明97.加州8%的住房单位拥有接入宽带所需的基础设施,数据传输速度超过每秒6m, 连接设备的数量和功率的增加将需要增加带宽. 除了, 加州将需要继续解决在速度和质量上存在的差距, 包括到达农村和其他没有服务的地区.

Evolving telecommunications technologies and business models require a new regulatory framework. 建设实体基础设施需要大量的财政投资, 通过许可和其他法规要求航行, 以及一个可持续的收入模式. 在完成当地宽带项目时,成本是最常被提及的障碍. A 21st century regulatory structure needs to be reflective of the character of modern infrastructure, 改变对它的需求, 以及不断变化的市场动态. 例如,在&T is investing in internet-based phone networks as part of its push to move to more powerful all-digital services, 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其传统的有线电话网络, 这增加了成本负担,可能会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, 包括更多地使用可再生能源, 并确保电网的可靠性.

电网正在从单向电力流动的集中模式转变为地理上不同的发电系统和消费者的新角色的模式, 电网运营商, 和发电机. 这一转变背后的驱动因素包括:

  • Changing consumer expectations regarding the 管理 of their energy use and the reduction of their environmental impact.
  • 公共政策, 包括加州可再生能源投资组合标准, 《hg8868皇冠下载》(Assembly Bill 32, 或AB 32), the US Environmental Protection Agency’s rules on reducing emissions from the electricity sector, 以及其他旨在降低二氧化碳排放水平的政策.
  • 可再生能源系统的普及: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 megawatts (MW) of utility- scale solar capacity entered service 在加州 (for comparison, 大型燃气电厂平均发电能力500兆瓦), 给国家的太阳能总容量超过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, 是排名第二的最活跃州的两倍多, 亚利桑那州和新泽西州.
  • 加州的电动汽车(EV)销量强劲, 预计到2020年将占美国电动汽车总销量的25%. 电动汽车充电对电网提出了更高的要求, with each vehicle’s needs roughly equivalent to those of the average residential customer, though EVs also represent a potential source of distributed storage that can provide grid benefits.

加州在提高能源效率和清洁能源方面取得了重要进展, but new infrastructure is required to leverage distributed energy resources and ensure grid reliability. 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,一个高渗透此类资源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, 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展:

  • 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1200万米.
  • 2013年,加州公共事业委员会(CPUC)发布了一项命令,要求1.到2020年,成本效益高的3千兆瓦的储能将被纳入电网.
  • 2010年至2012年, 该州投资者所有的公用事业公司报告用电量减少了6,548千兆瓦时的住宅和商业能效项目, 相当于725的用电量,1年的时间.
  • 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——和电动汽车充电计划正在加州试点.

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费率设计方面的问题. 屋顶太阳能的结合, 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, 但不一定是在电网上. 由于公用事业公司提供容量的固定成本——估计大约占平均能源账单的45%——通常是根据使用情况来回收的, 维护电网的成本将分摊到更少的用户身上, 导致更高的账单.

21世纪互联的景观

(点击图片面板可以放大图片.)

Investment in communications and energy infrastructure can be supported by strategic partnerships and public policy, 以前瞻性的监管和激励的形式.

推进加州通信基础设施建设的方案:

  • 规划网络并加快本地许可流程. 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的共享机制,以扩大宽带基础设施. Specialized treatment of communication infrastructure in local planning can encourage investment and reduce delays. 城市也可以探索地毯式许可的方法, which would provide approval for system wide upgrades throughout a municipality rather than on a project-by-project basis.
  • 评估治理模型. 专家们有一个广泛的共识,即当前的监管体系不太适合今天的宽带网络和竞争激烈的市场, 更不用说未来的网络了. 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, regulation still requires incumbent telecommunications carriers to maintain their legacy telephone network, despite low numbers of current users or how superior internet-based communication might be. 一个新的, 需要技术中立的监督结构,在不对服务提供者实施过时任务的情况下,维护与紧急服务有关的公共利益.
  • 创建高级网络任务组. 在当前的加州宽带委员会中,有机会形成一个多元化的利益相关者团体,探索加州网络的新模式. 一个由现有网络运营商组成的全州范围的任务小组, 州、市领导, 公益团体, 监管机构, 那些开发依赖于网络的新产品和服务的公司应该考虑在全州范围内制定标准化基础设施许可准则, 资本支出需要全州范围, 安全性和隐私, 通行权规则和优先排序. 这样的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式,以创建21世纪的网络模式.

Steps for transforming the power grid into a multi-directional flow of information and energy:

  • 在利率制定和监管方面寻求创新. 为了使电网得到维护和加强, 所有用户必须公平地分享电网投资的成本和收益. Rate structures that were originally built around the centralized model are no longer adequate. 如果成本构成和电网层面的利益更加透明的话, 价格信号和费率机制的设计,可以不让消费者或公用事业公司蒙受未补偿的成本. 为公用事业公司提供在其监管框架之外运作的灵活性,可以使一系列更广泛的能源相关服务成为可能, 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更具弹性的网格, 尽管它们目前的高成本使它们无法获得更广泛的市场采用. In the same way that solar panel installations have been subsidized 在加州 through residential rebates, 类似的程序可以促进采用网格级存储技术. 基础设施也应该响应电动汽车将创造的新需求和机遇. 为了开始这个过程, 所有加州投资者所有的公用事业公司都应该向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率,并考虑如何将电动汽车储能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). 更大的控制权, 管理, and security will be needed as the power grid shifts away from a centralized generation model. Similar to the role that the California Independent System Operator plays in managing the bulk power system, 区域dso可以管理和协调来自多个来源的表后能源生产和储存,并更好地预测消费者和其他可再生能源发电者可以重新接入电网的电量. 作为一个DSO, utilities could also develop and manage data platforms for collecting and analyzing information on a large scale, while ensuring that multi-layered security strategies are built into the grid as security intrusions become more complex. 这种新功能的实现需要仔细考虑成本和效益,以避免给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应该鼓励收集实用程序, 分析, 和共享数据, 同时尊重客户的保密考虑. Data standardization and ownership policies can lay the foundation for a robust information-oriented energy market, 允许新类型的客户参与和能源相关服务. 以数据为中心的新平台, 用户可以从多种服务选项中选择, from managing their daily consumption via mobile device to automating timing of energy-intensive appliances.