瓦茨对你很重要?配电

与我们在专题系列中讨论的其他基础设施类别相比，电力具有不同的方面，例如饮用水．电力行业顾问比尔·兰德尔(Bill Randle)强调说:“目前还没有成本效益高的电力储存方式，因此真正的挑战在于建设与我们的使用模式相匹配的基础设施。”消费者每次打开开关或改变恒温器设置时，都需要电能。电力基础设施是这样的，它可以通过增加输电和配电系统的发电量和相应的流量立即作出反应。电力公司没有一个选择“我们目前售罄，请稍后再试。”

电气工具商业模式

电力公司可能是我们商业世界中最后的垄断。他们有非常具体的服务领域，并负责建设和维护配电网，为该服务区域内的所有终端客户提供电力服务，作为其章程的一部分，不带任何偏见。全国的每个电力分配系统都由不同配置的变电站、降压变压器、开关柜、继电器、稳压器和配电线路组成，最后还有记录个人家庭或企业用电的电表。除了通过公司合并或收购之外，每个电力公司的既定服务边界通常不会改变。

美国提供的大部分电力(70%)是由投资者所有的公用事业公司提供的。我们剩余的大部分电力是由非营利实体(即农村合作社和市政当局)提供的。非营利机构的动机是为未来的资本项目取得财务储备，而不需要为股东创造稳定的股息。每千瓦时(kWh)的能源消耗或千瓦时的高峰需求电力的费率结构由当地公用事业委员会(PUCs)确定。这些委员会通常由政治任命的人组成。

分销基础设施驱动生成和传输基础设施决策

欠条必须以“费率案例”向当地的PUC上诉，以确定所收取的费率。因此，公用事业公司必须注意迎合委员会关于什么对其投票选民最有利的观点。几十年来，电力基础设施的资本投资计划主要取决于天气、人口和经济预测。现在重点是利用新技术来创建计划和激励分布水平,鼓励客户减少能源使用或把它从“峰值”到“非高峰小时,避免或推迟建立新的发电厂和输电线路。

越来越多地，电力速度制造商认识到，消费者所需的下一个千瓦的制造成本随着总瞬时需求而变化，并且在每天的过程中需求可能会显着变化。理论例子使挑战清楚。如果每个人在中午和下午1点之间使用了所有日常电力，我们都需要24倍的产生和传输基础设施，而不是如果电气使用全天都是完美的水平。在实践中，利用率随着天气和日常活动而异。

即使它们销售完全相同的产品，可能由相同的公用事业单位管理，并连接到同一个国家电网，但相邻的借据之间收取的电费也可能相差相当大。这些价格差异很大程度上是由单个公用事业公司控制成本的能力、有效利用资本建设最优基础设施的能力以及从PUC获得有利裁决的能力驱动的。

在国家一级，环境问题和节约能源的愿望和减少燃料使用的巨大划分在未来几年的电气基础设施将如何部署电气基础设施。新型电厂和新的传输线需要多年的时间来构建，需要一个非常大的资本承诺。而不是简单地在可以容易地满足需求的地方建立生成设施，如果未经检查，则有一致努力寻找减少整体能源使用的方法（通过效率计划），级别跨越电力的需求和季节（通过日期的速率结构和需求费用），并尽量减少化石和核燃料的使用（通过现有植物的污染控制技术投资以及添加新传输线的可再生发电技术）。

在本系列的前两部分中，我们讨论了发电和传输基础设施。利益相关者(公用事业公司、PUCs、EPA、费率支付方)预计，在配电水平上部署的新基础设施和费率将激励消费者节约能源和提高电力使用水平，从而减轻在发电和传输水平上对能源基础设施的需求。

那么，哪些新技术可以支持大规模集成到分销基础设施中呢?

智能仪表，智能恒温器和数据通信

传统上，居民用电用户的电表只测量当月的用电量，而工商业用电用户的电表只测量当月的用电量加上峰值用电需求。该公司每月会派抄表员去收集一到两个抄表读数，而这些读数是用来产生账单的参数。这一过程的任何自动化通常都旨在通过使用低功率无线电来加速准确的读数，以便在抄表者走路或开车经过时捕获相同的数据。此外，公用事业公司传统上依靠客户的电话来了解停电情况。

任何未来的一个关键组件的“智能”电网系统将是一个“智能”交流计——一个可以结合新的可编程的“智能”恒温器,让消费者根据新时段用电量决定利率结构,考虑家庭的需要或设施连接到。在理解了电力的商业现实和本质后，Randle认为任何智能电表的目标都将是在实际可行的范围内均衡24小时的电力负荷。通过向每个消费者(通过他们的智能电表)发送价格信号，电力消费模式可能会有益地改变，从而使舒适度与钱包的影响达到平衡。

智能电表旨在捕获比简单的能量使用或峰值需求更多的信息。电压电平，中断持续时间，电源质量指示灯，电源盗窃检测和电源使用配置文件都将远程访问到仪表的新双向数据通信连接。仪表旨在从实用程序接收价格信号，并通过附加数据通信链路将其传递给客户的恒温器。智能电表的另一个新方面是他们允许远程断开和通过新基础重新连接的能力，以节省公用事业服务调用的成本。

我们有一个国家渴望减少我们对外国石油的依赖，并且这种愿望是导致插件混合动力电动车（PHEV）上的显着的研发支出。如果PHEV变得实用，他们将对电网进行新的需求，并在获得正确的充电网点和计量到位方面存在一些挑战。

除了明显的新基础设施之外，后台办公室的改变需要允许公用事业收集和智能处理每个客户数百倍的信息，并在新的、复杂的利率结构下生成准确的账单，这将需要大量的投资。目前正在进行大量工作，以建立信息交换和新设备的互操作性标准，但这项任务是艰巨的。

客户将受益?

许多精明的商业和工业消费者已经以某种形式或时尚“装载平衡”或“尖峰”。例如，在较大的设施，运行一个冷却水厂用于建造冷却，冰蓄单位正如Buildipedia.com中所讨论的那样第二十三课知识库可能会安装。基于单独消耗的功率，更大的企业在更大程度上受到可变电率的影响。因此，它们往往比平均房主更涉及这些问题，并且可能已经投资了一些工具，以帮助他们降低电力成本。许多大型企业和行业通常会致力于奉献员工，软件，设备和生产惯例，以便在当天特定时期利用较低的电价。

国内智能电表

然而，管理家庭用电的智能电表并不一定不切实际。考虑一个4000平方英尺的带暖气的房子游泳池可能会有几个冷藏柜和几个热水器。智能恒温器可以在夜间居民睡觉时操作这些设备，从而显著降低成本;然而，智能电表加上智能恒温器的成本对电力负荷小的客户来说可能没有经济意义。

兰德尔第一次涉及这个问题是在近20年前，也就是20世纪90年代早期，当时智能计量还处于起步阶段，使用的是更笨重(尽管有效)的智能计量设备。当时，他参与了数百个家庭的试点项目计量设备的安装。该试点项目表明，智能电表在技术上是可行的，对于需要控制大量电力负载的家庭来说，可能具有经济意义，但广泛部署将需要房主的大量参与，使之值得。鉴于我们的文化，这是否会实现还有待商榷。

最近的《美国复苏与再投资法案》(ARRA)再次凸显了这一问题。这个国家的一些地区开始见证阿拉资助的智能计量试点项目。与许多联邦资本项目一样，这些ARRA项目的运作理念是，国家的一部分，通过联邦税收，为一些特定地区的利益买单，在这些地区进行这类试点项目。在某些情况下，当地的PUCs支持批准新利率所需的资本融资。重要的是要认识到，虽然客户可以选择使用新的面向时间的费率，但他们不太可能选择是否拥有智能电表。一个服务区域要么被智能电表完全覆盖，要么根本不覆盖。

在德克萨斯州，PUC正在推动公用事业公司广泛部署数百万个智能电表，每个电表都配有远程断开电表底座，并与可选的智能恒温器建立通信链路。在加州，智能电表的广泛部署也正在发生，当需求如此之高，以至于电力供应受到威胁时，费率结构将实施高得令人望而却步的电价(甚至比现在更高)。在Buildipedia.com的故乡俄亥俄州哥伦布附近，一个试点项目将在12万户家庭中安装智能电表。有人提议，其中1000户试行实时电价，电价每5分钟变化一次。

“智能”米 - 他们真的很聪明吗？

除了刺激经济之外，这些ARRA/PUC项目(或智能计量的一般概念)是否会被认为是成功的，还有待观察。所有新的配电基础设施成本必须通过满足节能和负荷平衡目标来抵消，以便至少建立一个长期的经济权衡，以保持电力的可承受性。这将要求公众认识到这种技术提供的任何投资回报。例如，我们提到的4000平方英尺、电器密布的房子的主人可能会通过智能计量感到价值增加。然而，这些长期利益可能涉及到对智能设备的初始投资，或者客户可能不愿意投入的专用时间。毕竟，目前的模拟电表提供了一个准确的每月账单的一生，相当好，在舒适的价格。

另外，租一间只有一台电视机和一台冰箱的小公寓的人可能不会有任何显著的投资回报。他倾向于不喜欢这个新的基础设施，特别是如果它需要增加税收或电费(这是必然的)。

智能计量系统对维修公用事业公司有一些好处。目前，在效用的“总部”之间的监测或控制方面没有太多的方式，以及他们的电网实际上发生的事情。与最终客户智能计量一起安装的通信设备将允许更大的系统对实用程序提供商的认识和控制。

美国多快且强大的美国在我们的电配电系统中拥抱智能计量仍然非常令人投机。承认新基础设施和速率结构所带来的机会的建筑师，工程师和设施管理人员可以通过将它们与区域智能电网努力匹配来帮助他们的客户利用新的效率技术。

下次在Buildipedia.com加入我们，我们将调查美国的危险废物处理基础设施。

Bill Randle接受了本文的采访，他是一名技术贡献者。他是电力行业的专业顾问。