有鑑於人們對於能源的需求越來越高，能源產業供給的產能如何提高至關重要。除可利用傳統能源配送的形式提高供應量及配送效益外，智慧三表的導入也是近期歐美國家提倡且值得切入的亮點。
全球人口遽增及大量都市化的趨勢，使得近年來能源供給產業有越來越大的壓力。針對更多用戶及更大的能源需求，各國能源公司甚至政府在思考如何增加能源供應的產能，提高配送效率，甚至透過數位轉型提高能源的總營運效率。傳統能源配送在探討整體提高供應的「量」及配送的「效應」時，也顧及到如何使用新科技去提高原先依賴人工操作的各類營運工作。長期以來電力、天然氣瓦斯及自來水能源供應商在配送業務方面，最依賴人工操作的部分，莫過於計量表的人工讀表操作。在通訊技術發達的今天，全球的電表/瓦斯表/水表大部分仍舊依賴每一兩個月需要挨家挨戶拜訪的抄表員，到用戶家裡執行現場讀表工作。
根據國際物聯網媒體IoT Analytics報導，2019年11月全球智慧能源表(Smart Meter)的普及僅有14%，以歐洲及美國市場26~40%的布建率居首，其中法國、西班牙、希臘與丹麥的智慧能源表目標預計於2020年達到80%的普及率，主要因為歐盟政府於2014年就督促歐盟28國要邁向實現物聯網智慧能源表的普及；亞洲能源市場以中國大陸領先(自2011年以來安裝4.76億具智慧能源表，已經是全球智慧能源表總數的一半)。而日本的能源市場則由於2015年後電力市場的自由化、人工成本昂貴、數位轉型需求高、自由市場競爭激烈，因而水、電與瓦斯業者也紛紛積極布局物聯網智慧瓦斯表、電表及水表的安裝並提高普及率。
日本瓦斯公司以Sigfox開展市場數位革命
日本瓦斯市場自2017年自由化，全國有上百家天然氣及桶裝瓦斯供應業者，競爭激烈使業者在價格及服務上都呈現不相上下的局面。總部位於東京著名鬧區澀谷區(Shibuya)的Nippon Gaz(Nicigas)，主要服務關東地區(包括大東京市區)桶裝及天然氣瓦斯配送營運，總共有150多萬用戶，其中80多萬為天然氣瓦斯用戶。
Nicigas算是日本瓦斯市場的一匹黑馬，因為這家有60多年營運歷史的瓦斯供應商深知在如今自由化的市場上不可能再有太大的市場擴展空間，如果要維持現有的競爭力，便需要開始做競爭對手做不到的。同時，日本的超高齡社會已經導致日本人力市場近年來大量的縮小，連便利商店都出現人手不足。面對這個問題，需要大量人工抄表的瓦斯公司也同樣壓力遽增。如何維持一定競爭力而同時需要解決人手不足的問題呢？
Nicigas於2018年看到機會—當全日本瓦斯市場持續有50%的瓦斯供應，是用手抄讀表的方式取得用戶瓦斯消費帳單；同時，所有瓦斯業者都同樣面臨人手不足，營運成本日增的壓力，Nicigas嗅到一藍海商機—如果能夠跟上國際能源市場趨勢，將所有瓦斯表升級成無線通訊物聯網遠端抄表，為瓦斯配送系統智慧化升級，使用戶家裡的瓦斯表能夠自動上傳用戶消費數據，除了能省去人力成本及找不到抄表員的棘手問題，更重要的是可以透過無線抄表技術，讓瓦斯公司實際上成功數位轉型，將所有用戶的消費數據即時「線上化」，開始實現智慧瓦斯供應網管理，使用大數據更靈活管理上百萬的用戶。該公司甚至先為自身80多萬天然氣瓦斯用戶的瓦斯表提供遠端讀表器，成功升級自己的瓦斯供應系統，確切驗證了數位轉型後的大數據營運模式，能讓服務品質提高及營運效果大增，因此第二階段整個日本天然氣瓦斯市場就變成Nicigas新的藍海市場，無線讀表器系統成為可以賣給其他瓦斯公司讓服務升級，將原本的競爭對手變成自己智慧瓦斯表的客戶。
傳統瓦斯利用人力抄表，但因人力不足加上聯網技術的進步，催生智慧瓦斯量表的出現。
而Nicigas是如何將其85萬瓦斯表升級成具備無線遠端讀表功能呢？在所有無線網路技術選擇中，最能夠讓智慧三表(水、電及瓦斯)達到巨量化(成千上萬個聯網裝置)，以及家喻戶曉效果的無線網路技術應該就是低功耗廣域網路(Low Power Wide Area Network, LPWAN)技術。比起市面上眾所周知的Wi-Fi、Zigbee、藍牙或3/4/5G，LPWAN技術使用的傳輸原理是用使用小量電源傳輸小量的數據及低廉的通訊費用，將需要被傳輸的數據壓縮到最小，使得無線傳輸所需的功耗也能夠最小，同時將傳輸的頻率降到每天一兩次，因此可以讓一台安裝在瓦斯表上的無線傳輸器能夠持續性於8~10年期間上傳瓦斯表的消費數據。Nicigas在2018年就開始研究使用LPWAN技術中較省電的Sigfox(又稱0G)傳輸協定，委託一家日本物聯網系統整合商研發能夠使用Sigfox網路的遠端抄表技術，為目前Nicigas在用戶家中已經安裝的瓦斯表升級。
但該供應商提出的研發費用過於昂貴，使瓦斯表無線傳輸裝置(業內稱為瓦斯表通訊子機)單價遠遠超出Nicigas的期待，使得原本將所有用戶的瓦斯表都升級的計畫初步受挫，因為昂貴的單價使得此方案無法部署超過1萬個瓦斯表。後來透過日本電信商KDDI旗下公司Soracom，Nicigas認識了Sigfox台灣及新加坡授權營運商優納比(UnaBiz)，該公司具研發Sigfox通訊功能電子裝置的經驗，可針對Nicigas近85萬件裝置的需求量，提供較具吸引力的通訊子機單價。於是在2019年11月Nicigas宣布與UnaBiz、Soracom及日本Sigfox營運商京瓷集團(Kyocera)旗下公司KCCS共同合作，為用戶提供台灣設計的Space Hotaru(太空螢火蟲)瓦斯表無線通訊子機，並預計在2020~2021年共16個月期間，將所有用戶升級為智慧瓦斯表。
Sigfox物聯網技術是LPWAN技術中較低功耗的無線技術，傳輸Sigfox的裝置如果使用2,400mAh的電池，以每十分鐘上傳一次的頻率，最多12字節(Byte)的封包只占用100MHz頻寬，可以使用1.5(每秒傳輸100Bit)~2.5年(每秒傳輸600Bit)而不需充電或換電池。如Nicigas客製化的瓦斯表通訊子機，其又稱網路控制單元(Network Control Unit, NCU)，當然不須每十分鐘更新數據，因此以每天僅上傳一次瓦斯表消費數據的頻率，讓瓦斯公司可以每天監督每家用戶的瓦斯用量，並持續運作長達10年。Nicigas技術長松田有紀針對該技術表示，該公司也曾經研究使用過用3G及4G技術去傳輸瓦斯表的數據，不過當將需要被傳輸的真正重要數據減少到最低量，實際上只需要傳輸非常小量的數據，因此讓Sigfox的低功耗、小封包率及廉價通訊費成為該公司的選擇。
有了這顆NCU，Nicigas獲得每個月多720倍的數據量，藉由物聯網，在供應瓦斯成本上省下40%費用，較3G/4G技術便宜50%的總成本，其中包括因耗電而產生的電池更換維護成本，每年省去一共1,000萬日幣(約272萬台幣)的人工抄表成本(圖1)。
圖1 多家業者共同公告智慧瓦斯表讀表器NCU的設計
北水水表以LPWAN技術實現智慧水表
同樣面臨將來抄表員人手不足、水供應狀況能見度低，而無法即時知道任何異狀的情況發生，無法即時收取全台北市170萬用戶用水量數據的台北市自來水營業處(簡稱北水)，在台北市智慧城市政策的要求及指引下，於2016年開始著手智慧水表業務。北水於2019年台灣國際水週時表示，智慧水表對於北水有三個具體目的：首先是未雨綢繆，提前因應未來10年面臨抄表成本增加與勞動人力不足的問題；其次，解決目前兩個月人工抄表一次，無法及早發現漏水或用水異常，以及入屋抄表干擾居家生活的問題；再者，建置智慧水表整合發展智慧管網，以提升供水效能及節省水資源。
為台灣自來水產業供應自來水計量、水壓計及水質感測等設備的弓銓企業則認為，台灣需要智慧水表的主要原因，是因為台灣為全球嚴重缺水的國家之一，因為雖然有極大的降雨量，但因為水庫淤積，地形特殊及全國供水管管道陳舊而嚴重漏水，導致台灣時常缺水。而要降低全台灣缺水問題的最好方法，就是讓每一家自來水用戶能夠使用智慧水表(遠端抄表)而知道每天的用水量，積極及自治地開始節約用水。而弓銓企業提供台灣自來水公司及台北自來水事業處的智慧水表，使用2G/GPRS網路傳輸技術的TH系列C級電子水表；該技術當初是透過RS-485數據線將數台電子水表數據匯合在一起，然後透過訊號集中器及訊號傳輸模組，使用各大電信商提供的2G或GPRS訊號將水表數據傳輸到全國伺服器，再透過伺服器將數據推送到用戶的智慧型手機(圖2)。
圖2 2G/GPRS無線集中抄表技術
有鑑於2G及GPRS無線通訊符合智慧水表小量數據、便宜及省電的通訊需求，使該公司提供的2G智慧水表得到不少自來水用戶的喜愛，尤其是每個月有大量自來水用量的商業及工業用戶。但因2018年台灣各大電信商停止提供2G服務，使該公司只能同時將其2G通訊機制升級到更耗電的3G機制，再輾轉到4G機制。到了4G階段，因為耗電高及通訊費昂貴，造成其通訊技術較不具有競爭力，因而促使業者開始探討使用LPWAN技術替代4G集中抄表技術。2017年是台灣LPWAN物聯網技術元年，交通部國家傳播委員會於當年4月釋放ISM(工業、科學及醫療用)免執照頻段，讓LPWAN可以在920~928MHz的Sub-G頻段傳輸M2M(Machine to Machine)的各種應用，當時許多業者如優納比、正文科技、LoRa營運商富鴻網都開始與傳統電信商(3G/4G/NB-IoT)共同爭霸，開始在物聯網市場上爭一席之地。
在嘗試使用過NB-IoT及LoRa兩種LPWAN技術後，相關業者也探討將智慧水表技術轉為使用省電、省錢的Sigfox傳輸協定，同時，也因為Sigfox在全球鋪蓋了70多個國家，使業者如果能成功結合Sigfox通訊技術，全球性的Sigfox市場將成為其在國際市場上提高競爭力的一大元素。 2019年弓銓與優納比完成北水南港POC案以後，陸續執行2020年水利署前瞻計畫的木柵二期建案(裝設100顆Sigfox智慧水表)以及9月的FOT營運測試採購案，其中包含布建2,200顆Sigfox智慧水表，預計2021年3月安裝完畢並試營運至2022年11月(圖3、圖4)。
圖3 弓銓企業使用Sigfox通訊的智慧水表系統得到北水在技術上的認可
圖4 安裝在台北木柵區建案的弓銓水表+UnaMIU智慧水表讀表器
5G時代帶來0G商機
打開Sigfox全球地圖，2020年底該技術已經鋪蓋了全球72國家(圖5)，2020年最重要的里程碑是歐洲波蘭，橫跨歐洲及亞洲的俄羅斯，以及非洲人口第一大國奈及利亞、東非最發達的國家肯亞等國都陸續於2020年開始鋪蓋Sigfox網路，加上2019年年底加入的印尼及泰國，Sigfox的全球實力蒸蒸日上。
圖5 Sigfox 0G 2020年底全球鋪蓋地圖
2019年開始命名為0G技術的Sigfox物聯網技術，在2020年5G元年除了在能源產業，也推出其他垂直產業的具體案例。如全球車用輪胎商米其林(Michelin)使用Sigfox網路執行跨國貨櫃定位(Monarch Service)及追蹤(Atlas Service)，提高貨物跨國運輸的能見度，透過該數據實現「準時制物流(Just-in-Time Logistics)」，讓汽車組裝廠可因為更能夠掌握輪胎到港到貨時間而降低庫存成本。其他著名物流案例為澳洲兩家啤酒桶租賃公司，因為昂貴的啤酒桶時常丟失以及運輸狀態缺乏能見度，讓營運商常常丟失啤酒桶資產或無法有效檢測運輸效應(如何時出發、何時抵達等)，因而決定使用Sigfox網路，將定位追蹤器電焊在啤酒桶桶身上，開始追蹤啤酒桶運輸蹤跡，用大數據管理澳洲啤酒的運輸。
最後一個2020年值得關注的Sigfox應用是美國Bemis超市購物車供應商(圖6)。美國超市購物車因為遭竊而每年平均損失200萬美元資產，尤其是在都會區域。如西部大城市鳳凰城每週可能會收集到4萬台遺失的購物車。而塑膠聚合物(Polymer)製的購物車針對Sigfox的無線傳輸技術不會造成干擾，如該公司於2020年在80台購物車上安裝Sigfox追蹤器測試了6個月，發現前後只遺失22次購物車，而這些遺失的購物車因為能夠提供所在地，因此較容易被超市員工找回。
圖6 美國Bemis購物車
(本文作者為優納比公共關係經理)