本文發表在《大眾科學》的前部落格網路中，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
正如我在我的上一篇文章中介紹的那樣，我最近以跨大西洋代表團成員的身份前往德國，該代表團由年輕的美國能源專業人士和學者組成，他們在智慧電網和儲能領域工作。此次訪問的目的是與我們的德國同行分享想法，並建立持久的關係，這將有助於我們兩國共同應對未來的能源挑戰。
我的上一篇文章回顧了我在德國的經歷，並分享了我認為美國應該從德國經驗中吸取的兩個教訓。在這篇文章中，我將把目光轉向德國，並指出我認為德國應該從美國能源經驗中學習的兩個領域。
教訓 1：電價隨時間和空間變化——市場應該反映這一事實
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從經濟學的角度來看，電力與其他商品的一個區別特徵是：電力生產和消費大大超過電力儲存能力，因此電力通常在同一瞬間產生、輸送和消耗。
電力的這種獨特方面導致電價隨時間和空間變化。當用電需求在例如下午五點達到高峰時，必須啟動昂貴的調峰電廠，因此電價較高。同樣，如果連線某個區域到電網的電力線路不足，則必須使用更昂貴的本地電廠，導致當地電價更高。
這些基本的電力經濟學原理是美國電力市場使用 “邊際節點電價”（即隨時間和空間變化的價格）對給定區域內數千個不同節點的電力成本進行建模的原因。
我認為，隨著我們向僅在一天中的某些時段（例如，陽光照射時）或某些地點（例如，多風的平原）發電的可再生能源過渡，有效的節點即時電價將變得至關重要。在德國，該國已經有許多地區的風能和太陽能發電量超過了可用輸電線路的輸出能力。然而，歐洲電力交易所 (EPEX) 現貨市場目前僅對整個德國使用一個隨時間變化的電價——沒有為電力規劃者和可再生能源開發商提供空間解析度。
如果沒有節點電價，德國市場就無法激勵在實際需要電力的地區開發可再生能源。相反，歐盟的願景是建造一個“銅板”輸電線路，縱橫交錯歐洲，能夠將歐洲任何地方產生的電力輸送到歐洲任何其他地方。雖然擁有過剩的輸電能力確實可以消除對節點電價的需求，但新的輸電線路非常昂貴（每英里超過 100 萬美元），而且這些成本會自動轉嫁給消費者。
另一方面，節點電價可能會為德國帶來經濟效益。一份關於德克薩斯州向節點電價過渡的獨立報告估計，日常電力消費者將在實施的頭 10 年內節省 56 億美元。2005 年對德國電網進行的類似研究發現，節點電價將比目前的統一電價模型更有效率，並更容易整合大規模海上風電。
在像德國這樣的國家，批評具有遠見的《可再生能源法》的人指出消費者電價上漲，我認為迫切需要改革市場，以激勵在正確的時間和地點生產電力。在我看來，任何可能降低社會成本的市場效率調整，以實現德國到 2050 年可再生能源佔比達到 80% 的令人欽佩的目標，都是值得做的。
教訓 2：構建支援智慧電網所需的技術骨幹
我在德國驚訝地瞭解到，德國政府或多或少拒絕向每月用電量少於 500 千瓦時的電力客戶推廣智慧電錶——比德國平均水平高出 50%。因此，絕大多數德國電力客戶在短期內都不會看到智慧電錶。
德國的情況與美國形成鮮明對比，美國在 2012 年安裝了超過 4300 萬臺智慧電錶，這是有資料的最新年份。美國許多州已命令其公用事業委員會推廣智慧電錶，以提高消費者參與度和縮短停電響應時間。如今，許多美國公司已經提供消費者資料驅動的能效報告，其中包含節省能源成本的建議。
由於沒有智慧計量基礎設施，因此不可能生成自動化的能效建議或激勵在一天中的某些時段用電，因此德國客戶將無法獲得美國消費者將看到的智慧能源應用程式。
此外，德國僅在 2011 年開始要求在超過 7 千瓦的住宅太陽能裝置上安裝智慧電錶，因此通常客戶和公用事業公司都無法訪問來自太陽能電池板的即時生產資料。這意味著客戶無法發現例如影響其太陽能發電量的陰影問題。此外，公用事業公司無法激勵在一天中的某些時段進行太陽能發電，因此公用事業公司無法鼓勵客戶，例如，將其太陽能板朝西，以更好地使太陽能發電與電力需求高峰對齊。
考慮到德國能源轉型（Energiewende）的關鍵部分是分散式電力系統的願景，我認為德國應該考慮不安裝智慧電錶骨幹網以智慧地互聯數百萬能源生產者和消費者的間接成本。隨著德國繼續增加可再生能源產量，我擔心有效的需求側管理可能會成為發展的制約因素。
能源轉型（Energiewende）
我作為年輕的能源代表前往德國的最終收穫是，全球能源系統正準備迎來不可避免的變化。來自美國、德國和世界各地更多國家的年輕人瞭解氣候變化、資源枯竭和持續空氣汙染帶來的全球挑戰。我們可能對解決方案並非完全一致——但我們對利害攸關的問題有著一致的理解。我真的很高興看到全球問題解決者社群將在未來幾年提出哪些能源解決方案。
圖片來源
德克薩斯州節點電價等值線圖 - ERCOT。
智慧電錶安裝照片 - Flickr 使用者 portlandgeneralelectric。