國立高雄師範大學工業科技教育研究所研究生 曾川榮
壹、 緒論
在全球高度重視氣候變遷與節能減碳的趨勢中，綠色新政為全球施政新潮流，以美國為例，美國將投入2,090億美元推動「淨潔能源計畫」；德國的「經濟振興淨能計畫」，包含能源效率提升、能源技術研發與建築節能；日本的「經濟緊急對策方案」提供環保車輛購買補助、太陽能裝設補助；韓國的「綠色新政」涵蓋了LED產業、綠色運輸系統及先進綠色城市，更投入建築節能與再生能源與潔淨車輛(綠色能源產業旭升方案行動計畫，2009)。
目前不論大自然身陷的危機或人類社會面對的困境，許多皆由科技進步而衍生，人類除了應從根本思維作反省之外，更須積極利用科技來解決問題。面對能源短缺，節省能源之浪費與使用就猶如另一種形式之能源開發，面對此轉型關鍵時刻，科技先進國家競相挹注龐大資金，積極研擬綠能政策、開發技術與扶植相關產業。而台灣雖處於天然資源匱乏，能源進口比率近達百分之百之劣勢，但若能將具優勢地位的研發能量和製造能力投入此波新興能源產業，期待未來能自給自足，甚至發展為能源產業大國，邁向低碳化與產業高值化之雙贏境界。
節能減碳的落實向度有很多，若從國家層級應有之管理角度觀之，更有效率地管控及使用電力絕對是必行之路。除了大家耳熟能詳的再生能源外，建置智慧型電網與完整穩定的電力能源系統，更成為近來所有國家及產業重要的政策及目標。而藉由廣設智慧電表（Smart Meter）來架構先進電表系統（Advanced Metering Infrastructure，AMI），正是提高電能使用效率的首要步驟。本文將先從智慧電網之架構作為切入點，進而介紹在各國綠色能源政策中擔任要角之「智慧電表」。
貳、智慧電網（Smart Grid）
一、智慧電網的重要性
每一個國家都有架設發電及輸配電系統，對電力用戶而言，最重要的則是供電狀況的穩定度、便利性、安全性與價格。然而由於能源短缺，開發與製造再生能源的腳步似乎猶未能追上能源消耗之速度，需要更全面、根本的方式來管理能源，而智慧電網即結合電力、通訊、資訊的技術所建設之系統，藉此提高能源的使用效率、穩定度與安全性。
若電力公司能透過智慧電網掌握用戶的即時用電數據，就可進行供電、配電方面的管控，例如：當用電負載提高時，就能適時調度預備發電設備來因應，減少斷電意外發生；當然也能對用電戶發出警訊，限制用電、降低負載；平時也能提出時間電價或約定用電量等方案，讓用電負載更為平均穩定，相對也能減少備載發電設備的成本和電廠的需求，長期下來並能成為預測電力、調整電價等依據。
以目前的火力電廠發電效率，約為每10個單位的能源，只能產生4個單位的電，同時再經過輸電、配電等程序，以及馬達運轉、電器效率等因素的浪費，到最後實際用於做工的電，只剩下約20％。換句話說，假使能在使用端提高1％的效率，就相當於在供應端提高5倍的發電效率；效率的槓桿作用，對於節能減碳將有很大的幫助，也是亟需建構智慧電網的原因(智慧電表讓你聰明用電，2009)。
二、智慧電網之基本架構
每個國家依其經濟發展程度、先天地理環境、人口密度等條件，發展智慧電網的方法與路徑一定都有差異，但智慧電網基本上可分為三大區塊(劉炘，2010)：
（一）電網管理，分散式能源：
電力網絡的架設是國家建設最重要的一環。因此從發電到輸配電網絡的更新、自動化、安全性等都應持續進行，這些工作其實就是智慧電網中一部分的電網管理。至於分散式能源之管理則是指平穩各類發電來源的輸配電以及有效且安全的儲存離峰時間的大量發電，例如：風力發電廠往往是晚間發電量達到高峰。
（二）輸配電自動化：
無論發電來源為何，電力要能平穩、安全、及時的輸配到用戶端，才能真正發揮「電力」的作用。在此所謂的自動化不僅是輸配電正常時所有狀況的監控與訊息回報自動化，更重要的是如何快速偵測到輸配電中有斷電、任何中段設備迴路的不正常狀況發生、斷電發生時備援迴路立刻啟動、重大災害發生時在極短的時間內局端即可得知進而控制災害損失到最低等等。在智慧電網中就是要利用各類有線及無線通訊技術來正確及迅速的傳達所有訊息以達到輸配電自動化的目標。而有線或無線方式的選擇，成本和架設速度是最主要的考量因素。
（三）AMI及HEMS：
先進電錶系統(Advanced Metering Infrastructure，AMI)係指連接電表和室內終端使用之間的系統，包括智慧電錶、通訊系統、資料集中器、通訊伺服器、電錶資料管理系統等；家庭電源管理系統(Home Energy Management System，HEMS)的作用則是讓每個家庭可做到監控分析單一家電用電狀況、家庭用電狀況、用電效率、成本分析等的系統。
AMI與HEMS兩者屬於用戶端的投資，各類所需設備的單價最便宜，生產技術層次相對於前兩項所需架設的設備來看也是最低的，但卻是整個智慧電網中最重要的一段。因為每一個用戶都聰明用電，才能真正達到提高能源使用效率的目標，電網可靠度與能源安全性才有意義，所以智慧電網主要依靠AMI 及HEMS 的商機吸引投資者的注意。
綜言之，智慧電網的建構和資通訊技術的應用可提供自動調控 (Self-Healing)、需量管理 (Demand Response Management)、即時量測 (Real Time information) 和最佳化用電配置 (Optimization) 等功能，有助於電力部門進行電力供應整合及調度管理，也便於消費端從事電力使用管理，其架構如下圖所示(能源資通訊產業簡介，2009)：
圖2：智慧電網的架構
三、智慧電網在台灣
台灣在2009年的全國能源會議上，確立了邁向「低碳家園」的共識，其中建設「智慧型電網及電表」即是具體施政項目之一。後續還通過了「綠色能源產業旭升方案」，推動「能源光電雙雄」（太陽光電與LED照明）與「能源風火輪」（風力發電、生質燃料、氫能與燃料電池、能源資通訊、電動車輛）等綠色能源產業，預估可在2015年前創造超過兆元的年產值。
我國「綠色能源產業旭升方案」於2009年4月通過，其方案之五大發展策略如表一所示(綠色能源產業旭升方案5大策略及內容一覽，2009)：
表1：「綠色能源產業旭升方案」五大策略
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五大策略 |
內容 |
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技術突圍 |
◆結合「能源國家型計畫」發展相關科技 ◆五年內至少投入200億元，提升七項關鍵技術效率、建立自主化技術 |
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關鍵投資 |
◆大型綠能投資計畫，列入國發基金優先投資項目 ◆國發基金優先投資五家以上投資綠能為主的創投基金 |
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環境塑造 |
◆盡速通過「再生能源發展條例」立法 ◆建置「綠能產品國際驗證實驗室」，以利外銷 |
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出口轉進 |
拓銷海外市場，包括：大陸、義大利、日本、韓國、澳洲、美國 |
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內需擴大 |
◆擴大公共建設經費10%用於綠色內涵 ◆五年內投入250億元推動再生能源、節能設置及補助 |
在「內需擴大」策略中「AMI基礎架構」的建立，正有助於引領台灣邁入開創智慧節能時代，進而轉型為符合時代潮流的低碳國家，實現低碳家園的終極目標。因此，經濟部為推動未來智慧電網之建置所研擬之「智慧型電表基礎建設推動方案」，已於2010年6月23日獲行政院核定，以建立自主AMI系統技術為目標，因此將與業界科專計畫緊密結合，建立能源資通訊產業發展相關的核心技術，輔導廠商導入台電場域驗證；並協助國內相關領域廠商跨入國際市場。企圖建立台灣智慧型電表產業等下中上游產業，帶動國內智慧型電表產業的蓬勃發展。(經濟部掌握智慧電網關鍵技術，協助國內資通訊產業跨入新領域，2010)。
參、智慧電表（Smart Meter）
由前述可知，AMI之建立與運作，有賴以智慧電表作為其基礎設備，收集完整、即時的能源使用資訊。因此，從整個智慧電網的架構來看，若將AMI比喻為整個智慧電網的神經系統，智慧電表就是其關鍵的神經細胞。
一、智慧電表的重要性
若從技術面簡單地說，智慧電表只不過是電子電表再加上雙向通訊功能，但與傳統電表最大的差異，在於能大幅改變目前用電的環境與行為。曾看過傳統機械式電表的人都知道，使用者只能看到不停轉動的圓盤與不斷累積的數字，但對於電的「實際使用狀況」，卻是毫無所知。特別是用電具有即時性，既然對耗電情況、用了多少電、效率如何一無所知，就更不用談要如何省電了。
不用像傳統電表須透過抄表才能知道用電情形，智慧電表只要透過通訊功能即可將用電情況即時（real time）傳送出去，使用端藉由螢幕顯示，即可了解耗電量的變化與用電的效率，有了明確的數據與分析，就能了解家中各種電器的用電耗能情形，並進一步調節用電量或省電，養成用電者「主動」節電的態度，例如：提醒自己調整電器使用時間，或是思考改用更省電的電器，如變頻家電、LED照明等。
根據英國牛津大學研究指出，透過家中電力資訊平均可讓使用者每月節省5∼15%的電費，若50%的美國家庭皆同時省10%的用電量，將相當於節省800萬輛汽車所消耗的能源(全球推動開發綠色新能源 論全球推動智慧電表之概況，2009)。舉具體實例來說，在熱水瓶與插座之間裝上簡易型智慧電表後，一年下來的用電就要約七百多元，已經接近一般市面上價格較低的熱水瓶；如果在下班後至隔日上班時將電源關掉，就可以省下多達75％的電，提供用電資訊的影響力可見一斑，更不用說冷氣、冰箱等高耗電的電器了(智慧電表讓你聰明用電，2009)。
二、智慧電表的概念
圖2：智慧電表概念圖
下方智慧電表的概念圖，說明了電力公司的遙控控制：電力公司透過無線通訊技術連接到WAN端的家庭電表，然後透過短距無線與LAN端的家庭設備作連結。右邊照片即為一智慧電表之外型。
圖2：智慧電表的概念
三、智慧電表的設置現況
（一）國外的設置現況：
根據ABI Research的研究調查，預計全球電力用的電表總裝置量在 2010年將達到7億台。每年智慧電表裝置會逐步成長並淘汰掉傳統機械式電表，預計到2013年全球智慧電表安裝量將成長至2億台，佔總電表裝置量的比重將從2008年10%提高到 2013年約25%。
由於歐盟提出 20-20-20 目標，在2020年將降低溫室氣體排放量 20%，提高能源效率20%，以及提高再生能源比重到 20%，要達到該目標，必須強化電力使用管理能力，改善供電效率及整合分散式發電，智慧電網的建構勢在必行，因此世界各國推動智慧電表計畫概況中，目前以歐洲為最重要的市場(能源資通訊產業簡介，無日期)。
以德國著名T-City為例，德國電信於Friedrichshafen這個地方打造的T-City，在1,600戶家庭中，有1,000戶建置了結合水表、電表、瓦斯表甚至太陽能電力表的智慧電表系統，它可以讓每一家庭成員，隨時知道自己用了多少水？多少電？多少瓦斯度數？甚至冰箱或電視各家電用了多少電？更詳細的耗能資訊都可以輕易掌握。只要透過廣播系統、電腦系統，這些資訊都可傳輸到德國電信、電力公司和水公司，只要15分鐘的軟體分析，所有用水、電和瓦斯、太陽能電力等資訊都會登錄在家庭網路平台上。如此一來，大家都會愈來愈懂得怎麼省電省水省瓦斯，平均來說這個計劃推動下來，社區居民約可節省至少4％，至多20％的電力。
（二）國內的設置現況：
在國內，台灣電力公司已於2008年開始著手台灣智慧電網的規劃與推動，該計畫預計分為三階段(能源資通訊產業簡介，無日期)：
- 第一階段(2008∼2009年)：以特高壓用戶為主，並納入高壓和低壓用戶各300戶。此階段將完成含自動讀表系統應用軟體和讀表介面單元的控制中心，已發包給大同公司。
- 第二階段(2010∼2011年)：完成高壓用戶共約23,000戶之自動讀表系統建置。此階段台電將輔導並採購國內電表廠產製具通訊模組之智慧電表，是台灣電表產業發展的關鍵時段。
- 第三階段(2011年∼未定)：檢討評估低壓用電戶系統推動方式，逐步推動建置。
肆、結語
綜上所述，智慧電表不僅代表了人類對於自身環境破壞的反思，亦為解決能源短缺問題希望之所冀。然而，除了智慧電表能帶來的種種好處，我們也該思考期相對面向：被智慧電表取而代之的傳統電表，汰換後應如何處理得當？智慧電表之大量製造是否又會造成另一種工業污染與能源消耗問題？這些也是不遺餘力製造或設置智慧電表的各國應納入思考的重要課題。
參考文獻
「綠色能源產業旭升方案」行動計畫(2009)。行政院全球資訊網。2010年8月12日，取自：http://www.ey.gov.tw/ct.asp?xItem=64405&ctNode=2907
經濟部掌握智慧電網關鍵技術，協助國內資通訊產業跨入新領域(2010)。經濟部全球資訊網。2010年8月12日，取自： http://www.moea.gov.tw/Mns/populace/news/News.aspx?kind=1&menu_id=40&news_id=19362
劉炘(2010)。智慧電網。TISC研究週報。2010年8月12日，取自： http://www.tisc.com.tw/new/newreport/industry/upload/industry20100507-1.pdf
綠色能源產業旭升方案5大策略及內容一覽(2009)。聯合理財網。2010年8月12日，取自：http://money.udn.com/report/storypage.jsp?f_ART_ID=183766
智慧型電表有助降低能源使用(2009)。Nikkei Electronics Taiwan。2010年8月12日，取自：http://www.greenpublishers.com/neat/200901/feature.pdf
智慧電表讓你聰明用電(2009)。工研院電子報。2010年8月12日，取自：http://edm.itri.org.tw/enews/epaper/9808/a01.htm
能源資通訊產業簡介(無日期)。綠色能源產業資訊網。2010年8月12日，取自：http://www.taiwangreenenergy.org.tw/Domain/domain-5.aspx
T-city節能智慧電表有一套(2010)。中時電子報。2010年8月11日，取自：http://money.chinatimes.com/news/news-content.aspx?id=20100711000220&cid=1206