雖然智慧電表已遍布世界，但在台灣仍處於發展中產業，本文將簡介台灣智慧電表發展歷程及相關創新應用等資訊，希望讀者都可透過本篇說明對先進讀表基礎建設有初步了解。
圖2提供計費表比較說明，電表依外觀不同主要可分為圓表及方表二大類，因為使用分布地區因素，圓表又可歸類為美規表(ANSI)，而方表可歸類為歐規表(IEC)。而於了外觀不同之外，使用方式及安裝方式亦有明顯差異，在電力線路預留後，必需將電表安裝至各住戶之電表盤，而圓表裝設備必需先安裝電表底座(俗稱碗公)，底座上會預留好進戶之雙火線及中性線，以確保室內有110/220v使用電源，但底座的上下端子是不連通的，必須透過電表連接才可導通，換言之，底座插上電表室內才會有電，電表拔除則停電。
而方表之安裝方法是透過電表下方鎖線槽，將原本預留線路直接與表體連接，因此，在方表安裝完成後，可以看到底部三進三出之線路。由電表設計可以感覺出美式及歐式不用風格，而圓表因採用預置底座的安裝方式，一般在使用年限內不會換新，因此，在進行電表更換時只需抽換電表即可，對用戶來說可能僅5~10秒的停電時間，即可接續使用電源，為圓表一大優點。
雖然現在智慧電表已是民眾知道之新式電表，但電表的演進並非由傳統之機械表直接演變到智慧電表，而是與一般電子設備演進一樣，經歷數位化的歷程，先有電子表進化為現在的智慧電表。機械表為傳統之電表，僅具備累計用電量單一功能，因此過去電力公司必需定期派員至用戶端抄取累計之用電度數，才能計算出當期(台灣為二個月)之用電量。
演進至電子表已有相當完善之計量功能，包含可記錄細部用電量、儲存電力異常事件及提供抄表器現場抄表之通訊端口，簡單來說抄表員不是抄一筆度數，而是一批歷史資訊。隨著科技進步、物與物聯接概念的興起，很快開始有人提倡具備通訊能力的電表，即現今的智慧電表。在電子表中加入通訊模組，由電子表本身提供部分電源予通訊模組，讓電表具備通訊功能，因為能源本身開始具備可以調配的可能，而讓計費這件事情有了本質上的改變。
AMI架構須軟硬整合
智慧電表系統的正式名稱為先進讀表基礎建設(Advanced Metering Infrastructure, AMI)，硬體包含機房伺服器、資料集中器及智慧電表三者(圖3)，其中資料集中器作為智慧電表及機房的通訊轉接器，集中器對電表間通訊技術稱為LAN(Local Area Network)，而集中器對伺服器間通訊稱為WAN(Wide Area Network)，近來因物聯網通訊技術興起，電表回報之資訊段亦常以FAN(Field Area Network)稱之。
AMI為一大範圍建置系統，通訊為整體系統重心，而系統效能亦已從系統設計時期就確立下來，要可以完整發揮系統效能，必須有好的軟體配合，因此，大量AMI軟體開發是不可避免的，搭配硬體建置的軟體區塊大致可分為智慧電表之計量軟體開發、LAN通訊模組軟體開發、集中器之中介層軟體開發以及伺服器端通訊伺服器(Headend)、資料伺服器(Database)、管理頁面及操作者頁面等。
隨著中、長距離通訊技術日漸成熟，無線通訊技術有著顯著進步，部分技術在通訊規格上可以看到通訊靈敏度已可達-150dBm，相較過去標準通訊技術在約維持在-100dBm左右有明顯進步，顯示有效通訊範圍已有成長，因此，部分廠商已提出不需使用集中器之系統架構，可大幅減少系統建置成本。
從上述說明可知，一個AMI系統供應商需具備多重能力，包含電表及集中器上的嵌入式系統(Embedded System)研發能力、LAN通訊技術整合能力、後端伺服器系統，以及最重要的現場測試及建置能力，缺一不可。亦因此，大多AMI系統供應商會採用策略合作方式進行投標，由不同領域廠商各司其職，以整合出可符合業主需求之讀表系統。台灣智慧電表發展歷程並不長，依照系統演進歷程大致上分為三個階段(圖4)。第一階段為草創時期，民國99年，當時智慧讀表系統仍為一全新概念，在國內尚未有完整供應鏈，當時的電表供應商包含大同、康舒、中興、台達及玖鼎等，而提供之電表仍算是實驗階段試作品。
採用歐規IEC 62056協定 新電表提供家用端通訊
第二階段為第一次官方示範建置，隨著幾次功能新增，電表功能日漸完整，在民國101年由台電公開採購1萬戶智慧讀表系統後製訂出第一款正式交付表，此款電表與前階段電表最大不同處在於採用美規ANSI C12.18為LAN通訊協定，自此，台灣電表之實作可依循國際通訊協定開發。
然而，隨著物聯網概念普及，更多智慧電表應用架構因應而生，為了提供更多使用者服務以及減少已知的維護問題，台灣電力公司於2016年委託工研院研發新式智慧電表，由於本案完全重新制定電表通訊規範，將此歸納為第三階段，此電表捨棄原先美規而改採用歐規IEC 62056協定，變更電表設計內部通訊模組為可插拔功能，以及於電表內新增家用端通訊模組(Home Area Network, HAN)。此版本電表被採用於下一階段之採購案中，功能面最大不同在於新式電表可提供家用端通訊，住戶可透過IHD(In Home Display)設備於家中掌握即時用電資訊，並可透過家庭能源管理系統(Home Energy Management System, HEMS)連結家中各項電器，建立智慧家庭之物聯網應用，使能源管理更加容易及確實。
AMI LAN通訊技術為電表回報資料予伺服器之唯一途徑，可採用通訊技術種類很多，包含WiFi mesh、WiSUN FAN、LoRa等無線通訊技術，G3-PLC、Home plug等電力線通訊技術，或是3G、4G、NB-IoT等電信商網路等，因AMI為一全時運行系統，且正常運行時程介於5~10年，如何可以建置出穩定的通訊網路為系統建置重要課題(圖5)。
台灣電表通訊網路擴展受阻礙
在大量建置前，在台灣已有數個示範建置場域供系統穩定測試及用戶體驗，包含台北民生社區示範場域(民國99~105年)、台電1萬戶建置場域及台北智慧公共住宅示範場域等，從過去現場建置狀況可歸納幾個通訊建置狀況說明(圖6)。
未規範電表設定位置
國外之建築法規有明確指定電表裝設位置，可能設置於大門邊或是同樓層相關電表盤且指定高度。
而台灣在這塊並未加以規範，使得同路段不同門牌號電表可能依建物不同而有不同裝設位置的情形發生，例如公寓式住宅大多集中於1樓入口之電表盤、集合式住宅則大多集中設置電表於地下室、國宅，及住辦合一大樓則多設置於各樓層之電表房，這使得LAN端通訊網路的擴展，受到非常大的阻礙，網路範圍變小，則須設置之硬體設備相對提高。
住宅環境之無線遮蔽多
無線通訊技術是建置智慧電表最關鍵的通訊技術，美國、日本、馬來西亞的建置案都有逾9成占比，可見無線通訊技術具備穩定性及有效控制建置成本，然而台灣住宅型態複雜，常見鐵門、鐵捲門或金屬電表箱等先天通訊阻礙，影響無線通訊之連通率。
電力線覆蓋範圍小、戶數少
在1萬戶示範場域及台北民生場域皆有採用電力線通訊技術(PLC)之實證案例，結果顯示在部分不利無線通訊之案例可採用PLC技術取代。然而，台灣地區採用之供電變壓器容量較少，單一變壓器供電戶常在50戶以下，因此單一集中器可服務之電表數量少。
雖然可使用電力線耦合器(Coupler)連接多具變壓器，但連接多路電力線通道可能會影響傳送頻譜之通道響應，使得原先可通訊之電表穩定性下降。
建置限制多、通訊配套措施少
集中器設置及智慧電表換裝為建置之必要流程，在集中器建置部分，因為設備用電需求，裝設位置大多相依於變壓器以及取電，而電表之設置位置亦無法變動，在缺少更多配套布建方案之下，部分場域的建置彈性非常有限，例如國宅型式建築，因電表設置於各樓層，現況大多評估無線通訊技術無法穿透實體牆面而採用電力線通訊方案，但可能因此需要採用多具集中器而影響建置成本，或是若該類場域之電力線環境不佳則無其他更替建置方案。
因應前述布建問題，如何建置高穩定性網路使得系統穩定截取資料，為AMI通訊系統供應商最重要的課題，依照過去經驗及場域測試結果提出三點應對方案。
Sub GHz為較合適之通訊頻段
於2017年2月，交通部已公告920MHz為物聯網專用頻道，920MHz通訊頻道為國外常見之公開頻道，許多知名通訊技術皆支援此頻道之解決方案，其中幾個較著名者包含LoRa、Silver Spring及Sigfox，而Silver Spring亦為美國AMI之成功案例。相較於過去2.4GHz之通訊技術方案，改採用920MHz通訊頻帶，使用較低頻頻譜可有效增加通訊之穿透性，對於金屬遮蔽的適應性亦會有所有改善。針對AMI需要之高穩定性通訊效能，NCC亦著手規畫840MHz為系統專屬頻道，專屬頻道為日後系統建置商一大利多。
建議導入網路橋接器之建置方案
現有系統架構如同圖3所示，部分場域之建置經驗，顯示此系統架構較缺乏建置彈性。主因在於集中器及電表之裝設位置皆難以變動，因此原架構之通訊效能，僅能依靠LAN通訊技術克服環境問題，或是使用中繼器(Repeater)來改善問題。
資策會智通所團隊於2015年提出多元網路通訊橋接器架構，如圖7所示，於集中器及電表間加入通訊橋接器，利用此設備將通訊網路分割為數個子網路，藉此提高通訊效能，亦減少單一迴路之PLC設備數量，以避免多迴路界接時發生訊號反彈而相互影響的問題。
此通訊架構於2016年已實際開發(ZigBee-BPL橋接器)且於台北民生示範場域及台北智慧公共住宅運行，實測結果表現優異(網管系統顯示通訊失敗率低)，國外亦有許多相關實證案例，預期未來無線通訊，將部分改採用Sub GHz通訊技術，且可再擴大通訊範圍。
規範/系統功能趨完備 大量建置配套措施有待強化
智慧電表為國家級建設，雖然目前仍未全面建置，但政策已明確往此方向推動，且目前規範及系統功能已漸趨完備，檢視過去建置經驗及比較國外成功案例，建議未來在大量建置時期可以有相對應的配套措施輔助，因台灣已全面實施電路地下化，在路上已較少看到電線桿，取而代之的是戶外停置式電場，而失去無線接收器架設於高處，會有較佳通訊範圍的優勢。
在國外已有相對應的配套方案，例如Silver Spring使用路燈架設通訊中繼器(Repeater)以提升通訊穩定性，為異業合作的成功案例之一，或是韓國KEPCO採用異質網路界接通訊的方式克服阻礙較高的環境等等，都是台灣未來可借鏡之處。
創新應用層出不窮 智慧電表服務更多元
近年來物聯網發展興起，過去曾興起的智慧家庭概念也再次隨智慧城市、智慧社區而往下再細分而引起業界討論，下面將說明幾個未來可能的創新應用。
木柵智慧公共住宅是台灣第一個智慧社區，也是微電網的優良示範場域，該社區之智慧化設施是由科技部第二期能源國家型科技計畫(NEP II)研發，執行面由台北市政府都市發展局、科技部第二期國家能源型計畫及台電公司共同辦理，透過許多綠能設施整合為一可發電自用的微電網系統(圖8)。包含透過頂樓的太陽能發電，在供應部分公共用電之餘儲存至B1的儲能設備，未來若實行時間電價可於尖峰時段放電使用，可有效達到削峰填谷的節費效果，社區的能源使用情形更可透過管理中心的社區能源管理系統BEMS進行全面掌握。
此外，本社區建置智慧電表及家庭能源管理系統HEMS，伺報器可傳送用電歷史資訊予家用端之電子裝置，住戶可準確掌握自家用電行為，以配合進行節費，智慧電表做為社區能源的眼睛，提供給住戶更多元的科技服務。
承上微電網案例所提及HEMS系統，圖9所示為日本電力公司推行的智慧家庭管理系統，用戶除可透過HEMS閘道器連接家中冷氣、冰箱、烤箱等電器外，更可掌握家庭的能源即時使用情形，包含太陽能、燃料電池、儲能系統及電動車充電柱等，使得前案的智慧社區可以縮小實現於獨棟住戶，這歸功於採用Echonet Lite應用層通訊協定，整合家中所有設備之通訊格式，實現智慧家庭系統。
隨著科技的腳步，感測網路通訊產品也不斷邁進，不論是家用弱電或是工業用電都已逐步邁向全面建置里程碑。雖然台灣電價較許多先進國家低廉，但台灣要走向綠色家庭的願景智慧電表是不可或缺的，在電業法修法完成後，台灣也走向電業自由化，使得綠色能源商機可正式解放，加速造電推動步伐。在不久將來，台灣將開始實施多元電價方案，勢必對民生用電習慣造成影響，如何可以適應未來計價方案來節省荷包，也是聰明消費者的一大考驗。
