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德國推行智慧電錶的發展現況與實務經驗

1. 概說
電力使用在日常生活與產業活動當中無所不在,安全與穩定的電力供應對於社會的進步發展至關重要,新型智慧電錶的運用對未來的用電效率將會有重大貢獻。
1.1 德國能源政策的重大目標
為了氣候保護與能源自主,德國能源政策的重大目標之一,是到2020年為止,再生能源占全國供電的比例至少提高到35%,到2050年更要達到80%,這也是再生能源法(EEG)第1條(第2項第1句)明定的法定目標,目的就是要使再生能源成為未來電力供應的主力,另一方面,也同時著手於提高能源效率,目標是要讓2020年時的用電量比2008年減少10%,到2050年時再減少25%的比率,而目前正在積極推展智慧電錶,就是為了提昇用電效率,透過其顯示每個時段使用電力的數據資料,將用電相關資訊透明化,可以讓消費者適當的節約用電、調整用電習慣,同時也可以提高消費者對於日常用電的敏感度。
1.2 智慧電錶扮演關鍵角色
智慧電錶對於智慧電網的發展有舉足輕重的地位。德國為了配合再生能源設施的大量建設,現有的電力供應系統也要進行根本性的調整和更換,其中最大的挑戰是要因應再生能源的特性,因為風力、太陽能的發電會隨著天氣、晝夜變換而出現大幅波動,為了能夠在短時間內應付發電量的波動,未來的能源供應系統必須要變得更有彈性,解決方法之一,就是運用資訊科技,把電力網建立成為連結能源系統中所有單元的智慧網絡,讓供給、輸送、儲存、消費等多方的資訊可以在智慧電網中互相交換傳遞,達成電力供需平衡的終極目的。
智慧電錶不只可以測量到用電狀態的即時數據資訊,並且可在短時間內顯示電價訊息,例如夜間風力增強,電網中的風力發電量增加,電價隨之下降,經智慧電錶顯示,或是也可上網查詢,便可以吸引消費者移轉部分的電力需求到這個時段,也就是說,智慧電錶可以讓消費者因為電價的誘因,配合風電、太陽能發電供給面的波動,而調整其需求面的用電習慣。
2. 什麼是智慧電錶?
2.1 智慧測量器
智慧電錶(Smart Meter)是屬於廣義的智慧測量器(intelligente Zähler)的一種,智慧測量器的應用範圍不只在電力,也包含天然氣(瓦斯)、暖氣、冷氣與自來水領域,而目前專業研究及發展多著重在智慧電錶,目的在讓消費者的用電具有彈性,提高用電效率。
2.2 智慧電錶不是一般的電子測量器
智慧電錶,是指配備電子通訊介面的電力測量器,不同於傳統電錶,它可以自動讀取並即時顯示用電的相關資訊,並按時自動更新。智慧電錶與一般稱的電子測量(計數)器(elektronische Zähler)不同,後者的技術層次不一,例如只有電子顯示介面,但功能與傳統電錶沒有多大差異者,或是具有遠端讀取功能者,或是配備雙向通訊介面兼具其他多項功能者,但能稱為智慧電錶的電子測量器,除單純的用電測量功能外,還必須具備能以資通訊介面自動傳輸數據資料的功能,如此才能讓用戶從智慧電錶顯示的資訊判斷較有效率的用電方式,供電商與電網業者也可透過遠端讀取,獲得消費端的需求資訊,讓電力調度達到更好的供需平衡,並且藉此判斷每個電網負載的狀態。
2.3 智慧電錶的功能
智慧電表會將每一時段(例如每15分鐘)的能源耗用數據等相關資料同時傳送給用戶、電網業者、供電商及其能源服務業者,在用戶方面,可以很精確的觀察到自己的能源消費行為,例如看到浪費的用電量,可以提高節能意識,調整日常用電行為,另外,供電商取得用電需求量,會按供電量調整電價,實現浮動電價,讓消費者因為電價的誘因改變電力消費行為,特別是隨著科技發展,儲電式的家電,如暖氣設備、電動車更為普及時,消費者就更能夠利用改變用電時間達到節能省錢的目的。智慧電錶可協助電網業者調度電力,已如前述,其再傳遞(回傳)供電狀況給供電商,可讓終端用戶配合電力供需狀況(電價)彈性調整用電行為,讓發電端與負載端取得更好的平衡。
整理智慧電錶的各項功能如下:
— 將用電資訊向消費者公開透明;
— 反映實際的電力供需情況,實現浮動電價;
— 提高消費者或供電商對於購電的預測能力;
— 提供電力網的現況資訊讓消費者、供電商查看;
— 連接到發電設備與可控制的(智慧型)用電設備,並精確的讀取發電與用電數據。
3. 歐盟的智慧電錶政策
3.1 . 歐盟「第三次能源內部市場方案」
歐盟各國推動智慧電錶的運用,主要來自於歐盟2009年發布「第三次能源內部市場方案」(das Dritte Energiebinnenmarktpaket是由『電力指令RL 2009/72/EG』與『天然氣指令 2009/73/EG』以及歐盟第713/2009號命令(ACER-VO),第714/2009(StromhandelsVO)與715/2009號命令(ErdgasnetzzugangsVO)共同構成)的規定,該方案要求,到2020年為止,歐盟各國必須達到80%的電力用戶安裝智慧電錶。
3.2 各國兄弟登山各自努力
截至目前(2014年初)為止,歐盟各國推動智慧電錶有其各自不同的策略與作法,例如法國、瑞士與德國目前都採用規劃示範區的方式進行試點營運,義大利在數年前就已經決定先行全面安裝簡易版、可遠端讀取的電子測量器,瑞典則是透過法律規定每個月至少進行一次電流測量,藉此全面提倡安裝可遠端讀取的電子測量器,目前該國智慧電錶幾乎已達到全面滲透率。
3.3 整合技術標準
歐盟各國目前使用的電子測量器在部分功能與配備上有相當的差異,歐盟執委已經指示成立歐洲「智慧電錶合作工作小組」(smart meter cooperation Group),負責建立歐洲智慧電錶共通的軟硬體技術架構,包含技術標準化、系統相容性等,同時也對個人資料保護的統一定義進行討論。
4. 德國智慧電錶市場的現況
4.3 分階段實施
從2010年1月1日開始的初期階段,法令明定電錶業者(Messstellenbetreiber),主要即為配電網業者,必須為新建或全面整修的建築物安裝新的電子測量器(elektronische Zähler),由於當時法令並沒有明定相關標準,業者為了遵守法令大多只安裝了比較簡易版的電子測量器,但這類儀器並沒有智慧型的資通訊功能,直到2011年7月新修定能源經濟法之後,相關法令已明定自2013年開始必須安裝有資通訊與個資保護功能的智慧電錶。
4.2 用戶可選擇與電錶業者或供電商簽約
電錶業者與用戶約定安裝智慧電錶的契約具體條件,有的是收取一次性的安裝費,再按月分期支付購置智慧電錶的費用,有的則是採綁長約免安裝費的方式。除了與電錶業者簽約之外,德國自從開放售電市場以來,一般的民生用戶(住商用戶)都是與供電商(Stromlieferanten)簽訂統包契約(All-inclusive-Vertrag),由供電商負責統籌供電,因此在市場上,供電商也可以向用戶提供含有安裝智慧電錶、浮動費率、上網查詢用電資訊等相關服務的費率方案,讓用戶選擇。
5. 德國推動使用智慧電錶的作法
5.1 安裝義務
按能源經濟法(EnWG)規定,電錶業者(配電網業者)為安裝智慧電錶的法定義務人,對於以下三種情形負有安裝義務:
— 新建或全面整修之建築物;
— 年度用電量超過6000千瓦小時(KWh)的用戶;
— 根據再生能源法(EEG)與電熱共生法(KWKG)規定裝置發電容量超過7千瓦的再生能源或電熱共生設備的使用人或業者。
5.2 示範計畫
除了法定強制安裝義務外,德國目前推動智慧電錶較為全面性的實務經驗是來自於各地的示範計畫(Pilotprojekten),這類的示範計畫是在鄉、鎮、市當中劃出一定範圍的示範區,結合區內的用戶、能源事業、智慧電錶製造商、諮詢與研究機構一起試行辦理,藉此測試資通訊技術成熟度、用戶接受度及用電數據資料處理的效率與穩定性,除此之外,也進一步檢視依電網負載實施浮動費率的成效、與當地再生能源發電系統的整合,以及智慧電錶控制(智慧型)家電的操作情況等。
5.3 大型示範計畫
更大規模的示範計畫,是幫一個完整獨立供電區域(通常是當地配電網的範圍)的鄉、鎮、市全體用戶安裝智慧電錶,這樣的大型的計畫,目前已經有北萊茵-威斯特法倫邦的米爾海姆(Mülheim a. d. Ruhr)與南德邊境康士坦次湖畔的腓特烈港(Friedrichshafen)等地區開始試辦,目標是要蒐集對於大規模用戶使用智慧電錶更充分的經驗。
5.4「E-能源」電網推廣計畫
另外,由聯邦經濟部(BMWi)與環境部(BMU)故共同推動的「E-能源:未來以資通訊技術為基礎的能源系統」(E-Energy: IKT-basiertes Energysystem)推廣計畫,選定全德6個區域開始試辦,這個推廣計畫的特色是,除了安裝智慧電錶外,也配合鋪設新型的智慧電網,以測試智慧電錶與智慧電網整合後可能發生的技術問題、使用狀況,以及適合智慧電網發展的新能源市場模式。
5.5 智慧能源展示窗口計畫
最近的一項計畫是聯邦經濟部在2013年9月制定的「智慧能源展示窗口」(Schaufenster Intelligente Energie)計畫,該計畫的特色是結合「智慧電錶—智慧電網—高比例的再生能源發電」的三合一,是為準備落實「能源轉型」(Energiewende)政策所進行一步到位的試驗,其重點項目有:
— 智慧電網與再生能源系統的整合
— 供電安全與穩定
— 智慧電錶的運作試驗與技術發展
— 發展新型的電力市場機制
— 驗證資通訊技術的可靠性
為2020年之後全德新型態的能源供應系統預作準備,這項計畫的重點要成立「風力」與「太陽能」兩個示範區,區內將納入用戶、供電商、電網業者、發電機組與智慧電錶生產業者、儲能供應商、資通訊產業代表、再生能源產業代表、地方政府及大專院校等眾多對象,進行大規模的試驗。這兩個示範區的特色是,把增加比重的再生能源發電(例如按法定目標須必達到35%以上)與智慧電網進行整合,因此特別重視再生能源發電比例提高時,以及舊型電網與轉置到智慧型電網時,對於電力系統穩定性所產生的影響。此外,該計畫的目標也要繼續發展新型能源網路系統技術,並探討新的能源市場結構。
這項計畫是屬於德國「網路現代化革新運動」(Modernisierungsoffensive Innovative Netze)的一部分,直到2017年為止,「能源效率基金」將為該計畫投入8,000萬歐元的經費,這項計畫將為德國能源產業界提供結合智慧電錶與再生能源發電,進而全面實驗智慧電網的絕佳機會。該計畫目前的進度已經從2013年9月17日起到12月16日止完成了為期3個月的公開諮詢階段。
6.德國推動使用智慧電錶的實務經驗
截至目前為止,德國試辦智慧電錶示範區的成效與經驗,可分為以下5點說明:
6.1 電價透明化
在電價上升的時段,用戶會變得比較積極的去查詢價格,並且想辦法控制與降低用電費用,有智慧電錶的住商用戶可以很快的知道自己的用電量,這類訊息直接在家裡上網,或用智慧手機查詢也都可以輕易查到,並且可以比較在不同時段的用電量與價格。多項研究和田野調查都發現,在提高用電量與電價的資訊透明度之後,能夠節省約5%的用電量,用戶也會更積極的採取節能措施,例如淘汰舊型無效率的家電、更換更有效率的熱泵式熱水器(Heizungspumpe)等。
6.2 供電商與費率的更換
智慧電錶可以增加用戶更換供電商與費率的比例,因為電錶數據、平均用電量等重要的資訊都可自動被讀取,傳送給電錶業者,不必進行人工抄錶作業,住戶就可使用這些資訊,按自己特定時段的用電狀況,決定與更經濟的供電商簽約,同時選擇更划算的費率方案。
6.3 鼓勵住商用戶自行發電
自行安裝太陽能板或迷你型電熱共生設備(Mini-BHKW)發電的私人住宅或商辦,在安裝智慧電錶之後,可以瞭解比一般用戶更多的電力資訊,除了用電量與電價外,也可以知道自家每日的發電量情況,並知道用不完的發電量在何時被輸入到電網之中。
6.4 浮動費率
智慧電錶能夠讓住商用戶利用浮動費率節省電費支出,因為電力供需資訊透明化之後,供電商會將供電不足或過剩的情形反映在電價上,電價會按供需情況漲跌(前提:電力市場自由化),一些用電產品或系統,其使用時間可以提前或延後的,例如熱泵式熱水器、夜間蓄熱式電暖氣、電動車,就可以選擇在發電充足、負載降低的低電費時段進行充電。
6.5 智慧住宅的未來願景
智慧住宅(Smart Home, intelligentes Haus)是指配備全面通訊、自動化系統和可連線的智慧家電,並可能可以遠距遙控的方式管理家中用電的新住宅型態,智慧電錶未來也可連線到這個住宅智慧系統,自動控制家電的用電時段,讓用電更有效率、電費更節省,如果未來再加入瓦斯、暖氣和自來水的智慧控制系統,這些效益就會更明顯。
7. 使用智慧電錶的成本效益分析
7.1 增加新的法定安裝對象?
示範區的試驗畢竟只是過渡時期,因為智慧電錶費用昂貴的關係,目前德國一般民眾主動安裝智慧電錶的意願不高,為了能夠及早普及化,能源經濟法除明定安裝智慧電錶的三種法定對象(參5.1)外,並授權經濟部採取成本效益的分析方法,按分析結果如認為具有正面效益的其他範圍的用戶,得以行政命令增訂為法定安裝對象。經濟部為了解使用智慧電錶可能為用戶帶來(或損失)的經濟效益,委託研究單位Ernst & Young進行「推廣使用智慧電錶之成本效益分析」(Kosten-Nutzen-Analyse für den flächendeckenden Einsatz intelligenter Zähler)的研究,該研究並於2013年7月30日公開最終報告。
研究結論認為,能源經濟法目前規定的法定強制安裝對象,應是最符合安裝智慧電錶的經濟效益,至於現階段是否再增加其他對象,應審慎逐步確認,因其特別指出,年度用電量低於6000千瓦的一般小型用戶為智慧測量系統支出的費用將會超過安裝智慧電錶後所能節省下來全年度電費,並不符合經濟效益,另外也建議,法令應該要求大部分已裝有再生能源發電設備的用戶應該安裝不必具備資通訊功能的數位電錶(即一般功能的電子測量器)。
7.2 如何降低一般用戶安裝智慧電錶的負擔
為了審查這項研究結果的可行性,經濟部已經透過該部所成立的「智慧電網與電錶」(Intelligente Netze und Zähler)工作小組平台,邀集產業協會與消費者團體的代表與委託鑑定人共同進行研討,另外為確認安裝智慧測量系統的費用與補助相關問題,也與專司能源網路系統管制的聯邦網路局(BNetzA)共同成立一個工作團隊,工作的重點在探討,如何確保終端消費者不會因為安裝智慧測量系統造成經濟上過重的負擔。
8. 智慧電錶與個人資料保護
智慧電錶需要處理大量的資訊,這些資訊會透露個人消費行為、私人住宅與商辦的活動,涉及個人資訊保護的敏感議題,而且與其他的數位通訊設備一樣,智慧電錶也免不了有被駭客攻擊的危險,因此能源經濟法規定,智慧電錶必須符合歐盟個人資料保護與技術指令的規定,為此,經濟部已擬定「測量系統命令」草案提交歐盟執委會進行「通知程序」(Notifizierungsverfahren),該程序於2013年9月24日完成,該草案已經通過執委會的認可。
「測量系統命令」(Messsystemverordnung)的內容主要在個資料保護、維護資訊安全,並確保資訊在有權取得人之間的可流通性。在個資保護方面,由於電錶業者、電網業者會取得智慧電錶所傳送的用戶數據資料,這類資訊的傳遞、處理與使用,涉及個人重要的資料與隱私,因此該命令規定,原則上只有為促進能源經濟的重要公益,或用戶個人有明確的請求時,始得為之。
9. 結語
從德國的經驗顯示,智慧電錶能夠讓用戶的用電量與電價量透明化,創造促進能源消費行為最適化(Optimierung)的經濟誘因,提高能源使用效率,帶動能源產業,特別是對於再生能源產業的蓬勃發展,而在推廣智慧測量系統普及化的同時,也必須從成本效益合比例性的角度,考慮到不同的用戶群體安裝智慧電錶的成本效益,更重要的是,應確保安裝智慧電錶之後,個人資料傳遞與使用的安全性,這方面政府必須先作好法令的準備工作,以預先為用戶個人資料安全築起有效的防火牆。

(德國柏林洪堡大學法律系博士生黃俊凱)

參考資料:
BMWi: Monatsbericht 11-2013. Smart Metering in Deutschland - Auf dem Weg zum maßgeschneiderten „Rollout“ intelligenter Messsysteme.
BMWi: Projektbeschreibung [Konsultationspapier] 12. September 2013. Schaufenster Intelligente Energie.
DENA: Intelligente Zähler – Smart Metering: Ein Lösungsbaustein für ein zukunftsfähiges Energiesystem.
Ernst & Young: Kosten-Nutzen-Analyse für den flächendeckenden Einsatz intelligenter Zähler, 30.07.2013.

更新日期 : 2014/01/29