这对你有什么关系?配电

电力与我们在专题系列中讨论的其他基础设施类别不同，比如饮用水。电力行业的顾问比尔·兰德尔强调说:“目前没有符合成本效益的电力储存方式，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的设置时，都需要电力。电力基础设施是这样的，它立即响应增加发电和相应的流量在输配电系统。电力公司不要说“我们现在售完了，请稍后再试。”’”

公用事业经营模式

电力公司可能是我们商业世界中最后一个垄断企业。他们有非常具体的服务区域，并负责建设和维护为该服务区域内的所有终端客户提供电力服务所需的配电网络，不受任何偏见，这是他们的宪章的一部分。全国各地的每个电力设施配电系统都由不同配置的变电站、降压变压器、开关柜、继电器、调压器和配电线路组成，以记录单个家庭或企业用电的电表结束。除了通过公司合并或收购，每个电力公司的既定服务边界通常不会改变。

美国的大部分电力(70%)是由投资者所有的公用事业公司(iou)提供的。我们剩余的大部分电力是由非盈利实体(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实现财政储备，而不需要为股东创造稳定的股息。每千瓦时(kWh)的能源消耗或千瓦的最高需求功率的收费结构是由当地公用事业委员会(PUCs)决定的。这些委员会通常由政治任命人员组成。

配电基础设施驱动发电和输电基础设施的决策

欠条必须向当地的公用事业委员会提出“税率案”，以确定所收取的税率。因此，公用事业公司必须注意迎合委员会关于什么对他们的选民最有利的意见。几十年来，电力基础设施的资本投资计划主要由天气、人口和经济预测驱动。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。

电价制定者越来越认识到，生产和输送消费者所需的下一千瓦的成本会随着瞬时总需求的变化而变化，而这种需求在每天的过程中可能会发生显著的变化。一个理论例子清楚地说明了这一挑战。如果每个人都在中午到下午1点之间使用所有的日常电力，我们将需要24倍的发电和输电基础设施，比如果电力使用完全在一天的水平。在实践中，利用率随天气和日常活动而变化很大。

电价在相邻的借据之间也会有相当大的差异，即使它们销售的是完全相同的产品，可能由同一个PUC管理，并与同一个国家输电网相连。这些价格差异在很大程度上是由单个公用事业公司控制成本、有效利用资本建设最优基础设施以及从公用事业公司获得有利裁决的能力驱动的。

在国家层面上，对环境的担忧以及节约能源和减少燃料使用的愿望，将在未来几年对电力基础设施的部署产生重大影响。新发电厂和新输电线路的建设需要许多年的时间，而且需要非常大的资金投入。而不是简单地构建发电设施的位置,可以随时满足任何需求可能增长到如果任其发展,有一个共同努力找到方法来降低整体能源利用效率(通过程序),水平在所有时间和电力需求的季节(通过)利率结构和需求费用),尽量减少化石燃料和核燃料的使用(通过对现有工厂进行污染控制技术投资，以及在新输电线路上增加可再生发电技术)。

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(公共事业、公用事业、环境保护署、费率支付者)预计，将会有新的基础设施和费率部署在分配层面，从而激励消费者节约能源，提高电力使用水平，从而减少发电和输电层面对能源基础设施的需求。

那么，PUCs支持将哪些新技术大规模集成到分发基础设施中呢?

智能电表、智能恒温器和数据通信

传统上，住宅用户的电表只测量能源使用量，而工业和商业用户的电表测量的是每月的能源使用量和峰值电力需求。公用事业公司每个月会派抄表员去抄一次表，从表上收集一两个读数，这些是用来产生账单的参数。这一过程的任何自动化通常都是为了通过使用低功率的无线电设备在抄表员走过或开车经过时获取相同的数据，从而加快精确读数的速度。此外，电力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。了解了电力的商业现实和本质后，Randle认为智能计量的目标将是使24小时的电力负荷达到尽可能实际的平衡。通过向每个消费者(通过他们的智能电表)发送一个价格信号，电力消费模式可能会得到有益的改变，从而使舒适度水平与对钱包的影响相平衡。

智能电表的设计目的是获取比简单的能源使用或峰值需求更多的信息。电压水平、停电时间、电能质量指标、电能盗窃检测和电能使用情况都可以通过与电表的双向数据通信连接进行远程访问。这些仪表的设计目的是接收来自电力公司的价格信号，并通过一个额外的数据通信链路将其传递到客户的恒温器。智能电表的另一个新功能是允许通过新的基站远程断开和重新连接，从而节省公用事业服务电话的成本。

我们国家希望减少对外国石油的依赖，这一愿望导致了插电式混合动力汽车(PHEVs)的大量研发支出。如果插电式混合动力车成为现实，它们将对电网提出新的要求，并在找到合适的充电口和计量装置方面提出一些挑战。

除了明显的新基础设施之外，为了让公用事业公司收集和智能处理每个客户数百倍的信息，并在新的、复杂的费率结构下生成准确的账单，还需要进行大量的后台更改。很多工作都被投入到建立信息交换和新设备互操作性的标准中，但是这项任务是艰巨的。

客户将受益?

许多精明的商业和工业消费者已经在以某种形式或方式进行“负载均衡”或“峰值调整”。例如，在较大的设施中，运行用于建筑冷却的冷水厂冰蓄单位正如Buildipedia.com中所讨论的部门23知识库可能是安装。更大的企业在更大程度上受到可变电价的影响，而可变电价是根据单独的用电量来确定的。因此，他们往往比一般的房主更关心这些问题，而且可能已经投资了一些工具来帮助他们降低电力成本。许多大型企业和行业通常会合理地利用一天中特定时段的低电价，提供员工、软件、设备和生产流程。

国内智能电表

然而，管理家庭用电的智能电表并不一定是不切实际的。想想一个4000平方英尺的房子，里面有暖气游泳池，也许有几台冰箱和几台热水器。智能恒温器可以在居民睡觉时整夜运行这些设备，从而大大降低了成本;然而，智能电表加上智能恒温器的成本，对于电力负荷小的客户来说，可能没有经济意义。

大约20年前，也就是20世纪90年代初，Randle第一次涉及到这个问题，当时智能计量还处于起步阶段，使用的是更笨重(但有效)的智能计量设备。当时，他参与了在数百个家庭安装测量设备的试点项目。这个试点项目证明了智能计量在技术上是可行的，而且对于那些需要控制大量电力负荷的家庭来说，智能计量在经济上也是可行的，但是广泛的应用需要大量的房主的参与才能使其有价值，考虑到我们的文化，这种情况是否会发生还是值得怀疑的。

最近通过的《美国复苏与再投资法案》(American Recovery and Reinvestment Act, ARRA)再次凸显了这一问题。美国少数地区开始见证由美国国家计量委员会资助的智能计量试点项目。与许多资本联邦项目一样，这些ARRA项目的运作理念是，国家的一部分通过联邦税收为少数特定地区的利益买单，在这些地区开展此类试点项目。在某些情况下，地方公共部门支持批准新费率所需的资本融资。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有智能电表。一个服务区域要么被智能电表完全覆盖，要么完全不覆盖。

在德州，公用事业公司正推动公用事业公司广泛部署数百万台智能电表，每台电表都配有远程断开连接的电表基座和可选智能恒温器的通信链路。在加州，智能电表的广泛应用也正在进行，当需求如此之高以致电力管制受到威胁时，电价结构将实施高得令人望而却步的电价(甚至比现在还要高)。在Buildipedia.com的家乡俄亥俄州哥伦布市附近，一个试点项目将使12万户家庭安装智能电表。据提议，1000户家庭将进行实时电价试点，电价每5分钟变化一次。

“智能”电表——它们真的很智能吗?

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实现节能和负载均衡目标来抵消，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。这将要求公众承认这项技术提供的任何投资回报。例如，我们提到过的4000平方英尺(约合4200平方米)、布满家电的房子的房主可能会通过智能计量来感知附加值。然而，这些长期的利益可能涉及对智能家电的初始投资或客户可能不愿意投入的专用时间。毕竟，目前的模拟效用电表已经提供了一个终身准确的每月账单相当好，在舒适的价格。

另外，租一间只有一台电视和一台冰箱的小公寓可能不会有显著的投资回报。他倾向于不欣赏这个新的基础设施，特别是如果它需要增加他的税收或电费(它会的)。

智能计量系统对服务公用事业公司有一些好处。目前，在公用事业的“总部”和他们的配电网络上实际发生的事情之间没有太多的监控方法。与终端用户一起安装的通信设备将为公用事业提供商提供更好的系统感知和控制。

美国在配电系统中采用智能电表的速度有多快，力度有多强，目前还不得而知。认识到新基础设施和费率结构带来的机遇的架构师、工程师和设施经理可能能够帮助他们的客户利用新的能效技术，将它们与区域智能电网工作相匹配。

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

Bill Randle接受了本文的采访，他也是本文的技术贡献者。他是电力行业的专业顾问。