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经济参考网读书频道
从宏观到微观:规模与集群攻击
美国电网是19世纪的构想,20世纪的设计产物,现在我们要给它装上感应网络和合适的扩展协议,用21世纪的管理工具对它进行管理。但是真正的恢复力革命只有等新的结构功能综合进这个系统之后才会到来。第一个创新的是微型电网,它很小,能够独立运行,这个分配网络能够将一个地区可用的能源给一小片建筑、住宅和工厂供电。 当北美电网刚刚开始设计的时候,发电过程肮脏得不堪入目,不仅危险,而且还很昂贵,所以一般在大型集中化的发电厂完成,之后再传输给几十英里之外的用户。后来这种距离越来越远,从几十英里、几百英里一直发展到几千英里。这就好像在大型计算机那个年代,你要使用它来进行计算一样:我们共享发电厂发出来的电,就跟早期电脑程序员共用一台占据整个房间的巨型计算机一样。 发电厂选址一般要靠近那些特别的基础设施,例如铁路线路和河流,这是为了降低成本,同时保证原料运输的通畅。为了保证不影响市容,同时保证安全,发电厂一般远离用电的居民。因此,如今,就算你仔细打量家里的电源插座,你也几乎不可能看出用的电到底是从哪里来的。 但是如果将微型电网与电网配合使用,情况就反过来了。在这套电网体系中,至少有一部分能源是本地生产的,比如利用小规模的风能、太阳能或者水力发电,这样一来就避免了电力的远距离传输。从原理上讲,这套电网的用户再也不用担心遥远的某处发生的意外会影响到自己了。 这套电网的能源生产起来必须既清洁又安全——毕竟,没有人愿意自家后院就是一座火力发电站,要是发生什么事故就更惨了。当然,产出的电力必须要足够便宜——就算满足了清洁安全的条件,要是运营成本太昂贵也是不行的。 一旦我们能够解决成本和清洁的问题,我们就能够为每个城市社区、每个家庭,甚至每个人建立一张自动运行的小规模电网。现在的电网也就将变得原子化,由无数个微型电网组成。 可能对于微型电网概念最感兴趣的是美军,原因不难解释。如果世界变得像阿奎拉所说的那样,相互连通,各处都存在密集的中心,那么对于军队来说就没有后方这一说了——前方运营基地外延360度都是前线。这些前线基地需要源源不断的能源与物资供应,一般来说运输队伍需要偷偷穿越那些由极端敌对势力控制的区域。这些运输车辆缺乏强有力的保护,行动缓慢,极易遭到攻击:一份2009年的研究显示,在阿富汗战场,美军每进行24次能源供应运输,就会有一名士兵伤亡。给阿富汗的军事基地每补给一加仑汽油,成本是叫人咋舌的400美元,而美国海军陆战队每天就要消耗200 000加仑汽油。 如果这些军事基地的能源能够做到自给自足,战斗部队的部署就能加快很多,也能够提高自己的独立作战能力。美国陆军开始实施一个叫作“净零”的计划,希望能够充分利用风能、太阳能、燃料电池,以及其他可再生能源来实现微型电网的发电。在伊拉克和阿富汗的海军陆战队也开始试用一种叫作“能量顶棚”的装置,这是一种可拆卸太阳能电池板的油布,可以覆盖在一个标准的军用帐篷上,并能够安静地给帐篷提供照明,不会发出发电机的噪音引来敌人。另外一项正在试用的装置叫作“野外地面可再生能源系统”,它能够给一个排的指挥中心发电。甚至有一个计划建议,美军应当鼓励阿富汗农民不要再种植鸦片了,而是开始种植提供生物燃料的经济作物——一方面消灭鸦片贸易,另一方面建立本地新产业,为美军提供后勤保障的同时削弱塔利班的势力。 在民用经济领域,投资者和发明家们投下重注,认为微型电网是下一代电力生产的重要组成部分——通用和IBM(国际商业机器公司)等公司已然预测,在接下来的几十年中,超过一半的美国家庭将为自己提供至少一部分电能。很多人预计,微型电网发挥的作用将不仅仅局限于输电:它们还将用电居民跟电力生产者二者之间的关系正常化了。现在,电力传输是单向的,即从发电厂通过电网输送到消费者;如果微型电网能够达到预期目标,用电者在从中央电网获取电力的同时还能够将自己用不完的电力上传。这张能源互联网将成为个人能源生产和使用的平台。在这个去中心化的电网中,没有任何一个实体在控制整个系统。相反,许多半自动化的单位将整个系统扩大了:成为了系统中的系统。 在这场革命的最前沿,麻省理工学院著名化学家丹·诺塞拉正在研发一种最新科技,这种新型系统甚至具备一个微型电网都不具备的功能,即将电能储存起来。他希望能够有朝一日完全替代整个电网,从而引领我们走进一个个人能源的新时代。 2008年夏天,诺塞拉发布了一则震撼性的消息,引起国际能源界和化学界的极大反响:他的研究团队通过使用一种新的化学催化剂,将水分解成了氢气和氧气,从而部分实现了人工光合作用。这意味着人们有可能从阳光中直接获得能量。这样一来,他解决了长期以来困扰人们的最大问题。虽然太阳能分布得非常广,但是怎么在夜晚将太阳能储存起来?很简单:只需要在白天用一块转化率一般的太阳能电池储存太阳能,到了晚上,再把它与一个充满这种催化剂的盒子相连,就能够在夜间为你提供充足的能源。 诺塞拉对我们说:“用最简单的构造,在你的屋顶安装一个太阳能电池板,就能够在白天为你提供生活电能。多余的电将被储存在一个充满催化剂的电瓶里,这些新发明的催化剂能够将水分解成氢气和氧气,实现本地化储存。到了晚上,(或者是没有太阳的阴天,)这些储存起来的氢和氧将会在能源电瓶里化合,为全家提供晚上的电能,并且在你休息的时候为车库里的电动车充电。” 在诺塞拉有关个人能源的设想里,每一户人家都将成为一个太阳能电网和加油站。由于系统只牵涉太阳和转化成氢气以及氧气的水,是一个封闭的环路,因此只需要非常少量的水。少到什么程度呢?诺塞拉最喜欢的一种估量办法,就是拿他所执教的麻省理工学院里的池塘做比方。 “麻省理工的池塘跟奥运会比赛的游泳池差不多大,我们只需要里面1/3的水来不断地转化成氧气和氢气,就可以解决全世界的能源问题。为了达到这个目标,我们需要更多类似于催化剂这样的新发现,你仔细想想:只需要奥运会比赛游泳池里1/3的水啊!” 诺塞拉现在执掌一家分散式能源储存公司,名叫太阳催化,他想要把这套人工光合作用的技术商业化和产业化。虽然眼前的工作很多,诺塞拉坚信个人化能源的时代最迟在10年之内就会到来,真正能源充足的时代也即将拉开序幕。现在,诺塞拉已经开始与印度超级财团塔塔合作,开发一种完全自给自足的迷你发电站,它能够完全改变现在的乡村用电状况,并且能够给地球上整整30亿现在还用不上电的农民带来福音。在他们设想的后电网时代,人们不再从电网获取所需的电力,而是自己生产电力。这样想来,也许像沃尔玛这样的企业能够成为世界上最大的个人消费者电力提供商,把电一小包一小包地出售,还可以出售家用发电设备。 无论这样一个愿景是否能实现,也无论最后被广泛应用的是不是诺塞拉的技术,迷你电网这种自下而上的方式将会改变自上而下的智能电网设施,而后者在几年内就将铺开。这两种不同的构想其实代表了两种不同的思路,目的其实都是为了让大规模电网能有更高的恢复力:智能电网的关注点放在提高中央系统的智能度上,这其实是历史的遗留;而前者则让系统的每个部分都有更大的自主权和自给能力。 将这两种思路结合起来,我们必须设计一种新协议,这种协议必须简单易懂,适应性强,类似于互联网的TCP/IP协议,能够替代SCADA系统(很有可能就是在TCP/IP协议的基础上改变而成,因为这个协议的应用非常广泛,有各种支持资源)。这种新型的协议将极大地提高不同系统之间的可操作性,保证各种不同的发电技术能够便捷地介入电网,哪怕这种新的发电方式现在根本没有办法设想。用这种方式,智能电网将成为信息与能源的设备。 采用这些方式能够极大地提高电网的效率。电力研究院估计,如果智能电网充分发挥设计效能,每年能够为全美消费者节省200亿美元的电费,将全美二氧化碳的排放量削减10%——这相当于减少1.4亿辆车在道路上所排出的尾气。智能电网支持者认为这种省电模式相当于是燃煤、石油、核能和可再生能源之外的第五种能源。 前途是光明的,道路是曲折的。想要广泛应用智能电网,我们要克服科技上和人们行为习惯上的双重挑战。阿明为了验证实时监控原则和预测电网需求原则进行了很多试验。在一些早期试验中,他发现在体验住宅智能电网电表时,电力公司遇到了一个让人尴尬的事实:许多人非常讨厌智能电表。 根据最初的构想,智能电表是现在传统住宅地下室中电表的升级产品。之前,传统电表放在地下室,是为了让人们看不到它们,眼不见心不烦。而现在,用不着读表员每个月来抄一次数字,智能电表能够不断地用无线方式将用电情况报告给用户,让他们能够实时监控自己的用电情况。智能电表还能适时改变电价,在用电高峰提高电价,用电低谷时降低电价,通过价格信号改变人们的用电习惯。 理论上,这些信号能够帮助用户改变自己的用电习惯,从而降低电费开支,同时帮助用电设备更好地管理电的供给与需求,抹平高峰与低谷。从原理上讲,这张更稳定的电网不但更加高效,同时对于用户来说性价比更高,用这样的电网能够使用更多可再生能源,降低二氧化碳排放——这是一种潜力巨大的双赢局面。 但是调整电的供应与需求需要人们做出新的尝试:搞清楚什么时候用电最合适,比如什么时候给冰箱除霜,或者选择在非高峰期用洗衣机洗大量衣物。要抹平高峰和低谷,就需要用户们在不同的时候用电——他们至少有一部分人必须反周期用电。为了实现这个目的,工作人员将经济上的优惠和惩罚与电网实时监控的特性相结合,让许多智能电表的早期用户感到他们正在被一股看不见的强大势力监控着,一旦做出错误选择就必须付出昂贵代价。 不幸的是,对于早期的智能电表产品,电力公司要么就基本上没有向用户解释清楚系统规则,要么就做得很糟糕。于是许多意见团体纷纷发声,认为智能电表不可行,理由如隐私、成本、安全和健康,不一而足。一位太平洋电气公司的早期智能电表用户说:“我一度认为电力公司水平不行。”他是被强制安装的,后来公司决定将他排除出体验客户行列,同时提高电价。“所以我现在觉得他们不但水平不行,而且正在监视我。” 为了消除这种敌意,许多电力公司不再选择采用更多的高科技,而是从行为经济学的角度,采用更加清晰的沟通方式,并通过简单的笑脸图标来鼓励用户。电力公司采用了一种以消费者为核心的新型节电平台,这个平台是一家叫作Opower(一家软件服务公司)的公司设计的。 Opower的创始人是丹·耶茨和亚历克斯·拉斯基,他们研究自己的新公司的商业计划时发现,就算消费者愿意节约电力(很多人在口头上都是支持的),但是这个目的实现起来还是困难重重,因为他们根本就看不懂电力公司发出的账单:这些账单都是一刀切的,没有针对性。所以这就构成了一个典型的反馈恶性循环——账单上充斥着不相关的过时信息,让人没办法照做,用户当然不知道应该怎样适应系统的规定,于是也没有任何想要改变的意愿。 之后,在一次偶然的会议上,耶茨和拉斯基接触到了行为科学家罗伯特·恰尔迪尼的研究成果。恰尔迪尼是亚利桑那州立大学的荣休教授,非常有名,他在说服科学领域有30年的研究经验,尤其擅长通过社会规范的作用来改变人们的行为习惯。恰尔迪尼写作了许多关于说服和市场营销的畅销书,还曾经将他的学术研究与一线实践结合起来——他曾经做过汽车销售,电信市场人员,以及其他很多需要说服陌生人的工作。 恰尔迪尼最重要的研究领域之一是社会认同,即人们最容易受到隔壁邻居行为的影响,这比任何其他形式的刺激都来得有效。 恰尔迪尼和他的同事们进行了一个实验来验证社会认同的威力,现在这个实验已经成为了经典。这个实验的道具是毛巾:宾馆工作人员请求房客多用几次毛巾,不要轻易扔出来给服务员洗,这样就能够节约一些水资源。在一间美国西南部的宾馆卫生间里,他们随机放置了三张不同的标准告示,请求大家反复使用毛巾。其中一张告示强调环境保护,一张强调与宾馆合作,还有一张强调其他客人的行为: 携手保护我们的环境 拿出您对自然的尊敬,帮助保护环境,请在您住店期间重复使用毛巾。 与我们携手保护环境 为了感谢您加入我们的项目,我们酒店将会把节省下来的能源费用中的一部分捐献给非营利性环境保护组织。保护大自然需要我们的携手努力。请您加入我们的行列,在住店期间重复使用毛巾。 跟其他住客一起携手保护环境 在我们的真诚请求之下,大约75%的住客会参加我们的资源节约计划,至少重复使用毛巾一次。您可以跟其他住客一起,为保护环境,在住店期间重复使用毛巾。 第一张和第二张告示获得了几乎完全相同的回应——分别有38%和36%的回应率。但是第三张告示则明显更有效果:差不多两个客人中就有一个重复使用了毛巾(48%)。(为了保证一致性,恰尔迪尼的研究团队只统计了单人房客住店的第一晚。)这得到了一个明确的证据,不管人们说他们相信什么,真正影响到人们环保行为的是你周围的人在做什么。 恰尔迪尼所做的一系列研究都得到了同样的结果,他作为Opower的首席科学家,同意帮助耶茨和拉斯基建立一个系统。这个系统运用复杂的数据分析和清楚方便的沟通,通过社会认同的方式公告,鼓励消费者节约用电。为了实现这个目标,公司一开始从电表中搜集了大量消费者电力使用的数据,将其与天气状况和其他情况结合分析,然后通过复杂的算法,将消费者取暖与制冷的用电需求区分开来,还会区分偶尔一次的用电情况,以及那些需要持续开着的电器,比如电冰箱的用电情况。 之后Opower用这些数据来制作一份个性化的能源报告,用简单的语言告知用户他们的电力使用情况。这不是抽象的内容,而是将他们与周围100名住宅面积相近的邻居做比较,此外还提供了一些实实在在的个性化建议,告诉用户他们可以怎样改进。 比周围邻居平均水平表现更好的消费者,他们的报告上面会有一个笑脸;那些排名前20%的用户能够获得两个笑脸。 这就是全部奖励机制。没有额外的补贴,没有经济刺激。只是相关的信息,足够的激励,明确的建议,许多接下来要做的事情,还有一些笑脸。 人脑中管理社会回报的脑部组织对于社会规范极其敏感。Opower宣称,85%接到报告并在之后保持沟通的家庭,在一定程度上降低了电力的使用——这证明规范性行为模式对不同的年龄、收入水平和教育程度的用户都有效。单独看,那些已经安装了这一系统的电力公司报告说明,在最初阶段,一般用户平均节电2%~3%——这只是翻新建筑和安装节能灯泡花销的一小部分。在作者写作本书时,Opower已经拥有3 000万家庭用户,而这个数字还在增加。Opower声称它帮客户节约的电比整个美国的太阳能发电量还要多。 但是更重要的是:就算一个去中心化、动态、智能、有恢复力的电网对我们助益良多,但是从长期来看,能够保证恢复力的还是人。如果一个电网无法调动所有的人,让人们能够充分发挥力量,自发地来参与其中,那么这个电网还是不够智能的。 在本章中,我们在讨论恢复力机制的时候,谈到了好几个主题。首先,用模块组件建构一个系统,将它们组合成一个网络,用开放、“简单”的协议连接起来;其次,在系统各个地方安插接收情报的感应器;最后,给人们正确的信息和鼓励,这样一来你就能够创造一个具有极强恢复力的环境。这个系统可以感受自己的状态,感受其周遭的环境,预测挫折和问题,充满活力地调整自己的规模来应对各种问题,并且在有需要的时候在运营上采取本地化或者化整为零的方法。 这种系统以去中心化和共同管理(即集群攻击)为原则,所以没有任何一个实体处于绝对领导地位。但是这不意味着这一系统因此陷入了无政府状态。这种系统没有完全否定集权化领导,只是将本地授权和独立行事有机地结合了起来。 不是说这种系统要用一种最大化的网络连接起来,事实上正相反。在本书接下来的部分,我们将看到,许多具有恢复力的系统表现出了一种平均分布的、不同程度上的密集,就像是城市、珊瑚礁和花园。这才是集群原则的真谛。
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