本文发表在《大众科学》的前博客网络中，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
正如我在我的上一篇文章中介绍的那样，我最近以跨大西洋代表团成员的身份前往德国，该代表团由年轻的美国能源专业人士和学者组成，他们在智能电网和储能领域工作。此次访问的目的是与我们的德国同行分享想法，并建立持久的关系，这将有助于我们两国共同应对未来的能源挑战。
我的上一篇文章回顾了我在德国的经历，并分享了我认为美国应该从德国经验中吸取的两个教训。在这篇文章中，我将把目光转向德国，并指出我认为德国应该从美国能源经验中学习的两个领域。
教训 1：电价随时间和空间变化——市场应该反映这一事实
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从经济学的角度来看，电力与其他商品的一个区别特征是：电力生产和消费大大超过电力存储能力，因此电力通常在同一瞬间产生、输送和消耗。
电力的这种独特方面导致电价随时间和空间变化。当用电需求在例如下午五点达到高峰时，必须启动昂贵的调峰电厂，因此电价较高。同样，如果连接某个区域到电网的电力线路不足，则必须使用更昂贵的本地电厂，导致当地电价更高。
这些基本的电力经济学原理是美国电力市场使用 “边际节点电价”（即随时间和空间变化的价格）对给定区域内数千个不同节点的电力成本进行建模的原因。
我认为，随着我们向仅在一天中的某些时段（例如，阳光照射时）或某些地点（例如，多风的平原）发电的可再生能源过渡，有效的节点实时电价将变得至关重要。在德国，该国已经有许多地区的风能和太阳能发电量超过了可用输电线路的输出能力。然而，欧洲电力交易所 (EPEX) 现货市场目前仅对整个德国使用一个随时间变化的电价——没有为电力规划者和可再生能源开发商提供空间分辨率。
如果没有节点电价，德国市场就无法激励在实际需要电力的地区开发可再生能源。相反，欧盟的愿景是建造一个“铜板”输电线路，纵横交错欧洲，能够将欧洲任何地方产生的电力输送到欧洲任何其他地方。虽然拥有过剩的输电能力确实可以消除对节点电价的需求，但新的输电线路非常昂贵（每英里超过 100 万美元），而且这些成本会自动转嫁给消费者。
另一方面，节点电价可能会为德国带来经济效益。一份关于德克萨斯州向节点电价过渡的独立报告估计，日常电力消费者将在实施的头 10 年内节省 56 亿美元。2005 年对德国电网进行的类似研究发现，节点电价将比目前的统一电价模型更有效率，并更容易整合大规模海上风电。
在像德国这样的国家，批评具有远见的《可再生能源法》的人指出消费者电价上涨，我认为迫切需要改革市场，以激励在正确的时间和地点生产电力。在我看来，任何可能降低社会成本的市场效率调整，以实现德国到 2050 年可再生能源占比达到 80% 的令人钦佩的目标，都是值得做的。
教训 2：构建支持智能电网所需的技术骨干
我在德国惊讶地了解到，德国政府或多或少拒绝向每月用电量少于 500 千瓦时的电力客户推广智能电表——比德国平均水平高出 50%。因此，绝大多数德国电力客户在短期内都不会看到智能电表。
德国的情况与美国形成鲜明对比，美国在 2012 年安装了超过 4300 万台智能电表，这是有数据的最新年份。美国许多州已命令其公用事业委员会推广智能电表，以提高消费者参与度和缩短停电响应时间。如今，许多美国公司已经提供消费者数据驱动的能效报告，其中包含节省能源成本的建议。
由于没有智能计量基础设施，因此不可能生成自动化的能效建议或激励在一天中的某些时段用电，因此德国客户将无法获得美国消费者将看到的智能能源应用程序。
此外，德国仅在 2011 年开始要求在超过 7 千瓦的住宅太阳能装置上安装智能电表，因此通常客户和公用事业公司都无法访问来自太阳能电池板的实时生产数据。这意味着客户无法发现例如影响其太阳能发电量的阴影问题。此外，公用事业公司无法激励在一天中的某些时段进行太阳能发电，因此公用事业公司无法鼓励客户，例如，将其太阳能板朝西，以更好地使太阳能发电与电力需求高峰对齐。
考虑到德国能源转型（Energiewende）的关键部分是分布式电力系统的愿景，我认为德国应该考虑不安装智能电表骨干网以智能地互联数百万能源生产者和消费者的间接成本。随着德国继续增加可再生能源产量，我担心有效的需求侧管理可能会成为发展的制约因素。
能源转型（Energiewende）
我作为年轻的能源代表前往德国的最终收获是，全球能源系统正准备迎来不可避免的变化。来自美国、德国和世界各地更多国家的年轻人了解气候变化、资源枯竭和持续空气污染带来的全球挑战。我们可能对解决方案并非完全一致——但我们对利害攸关的问题有着一致的理解。我真的很高兴看到全球问题解决者社区将在未来几年提出哪些能源解决方案。
图片来源
德克萨斯州节点电价等值线图 - ERCOT。
智能电表安装照片 - Flickr 用户 portlandgeneralelectric。