隨著智慧電表系統的建置與智慧電網的推動，整合電網與家庭/建築能源管理系統的議題日益受到重視，而其中的關鍵就是能源資訊系統的互通性。目前在市場上最受矚目的技術應用就是ZigBee，可滿足鄰近網路(Neighborhood Area Network, NAN)與家庭網路(Home Area Network, HAN)的功能需求，並提供家庭自動化控制(Home Automation, HA)、先進讀表系統(Advanced Metering Infrastructure, AMI)和智慧電表系統(Smart Metering)應用。
整合能源與資訊系統 提高能源使用效率
為降低能源系統產生二氧化碳對環境的衝擊，各國政府一方面導入再生能源並逐漸提高占比，以降低石化燃料的使用；同時提升用戶端如家庭、建築等能源使用效益，並以最適化的方式，即時平衡能源的供需，提高系統整體運作效益。為達此目標，能源與資訊系統有效整合與運用將至為關鍵。
能源以多種形式存在並被使用，現今最被廣為使用的能源形式為電力。近幾年來國際間積極推動的能源系統智慧化也多優先聚焦於電力系統，如智慧電表系統以至於智慧電網，期能透過資通訊技術的導入，協助電力公司更精確掌握電力需求發生的時間及規模，進而擬定更有效率的發電計畫；或是滿足使用者對家電設備耗能資訊的需求，提升節能意識，並降低能源的浪費。
電力系統組成所牽涉的層面非常廣泛，基本上含括發電、輸電、配電及用電等階段。以屬性而言，發、輸及配電牽涉專門的系統與技術，主要由電力公司掌控，一般使用者涉入程度不深；而用電端，主要可分高壓及低壓兩部分，高壓主要是工業用戶為主，而低壓部分包括建築大樓、賣場及家庭等用戶。
近些年來隨著能源價格日益高漲，用電端也興起透過節能手段，包括導入智慧化控制及節能管理系統等，藉以降低電源的浪費並提升能源效率。值得注意的是，為推動用電端能源管理應用，基本需求就是各設備相互通訊所需的能源通訊網路及共通通訊標準。
近年來，隨著科技發展，各式各樣的通訊產品日益普及，而能源領域也是各類通訊技術積極搶進的領域，而目前市場應用最普及的技術應該就是ZigBee。
ZigBee(IEEE 802.15.4)具備低耗電、低成本的特性，此技術及標準是著眼於工業及家庭自動控制等領域應用需求的興起；舉凡保全、定位、環境監測與健康照護等皆是相當適合ZigBee的應用，ZigBee除滿足家庭端的設備管理與能源管理外，亦可滿足智慧電表系統的通訊需求。
近幾年隨著國際積極推動AMI系統，ZigBee聯盟更是積極開發貼近終端能源應用領域的標準，並制定Smart Energy Specification，期能應對用戶端能源管理的需求，並以提升能源資訊透明度的方式，再佐以自動控制的方式，調整設備運轉，降低尖峰用電需求對電力公司的衝擊，達到聰明用電的規畫。
Smart Energy規範受矚目
至於ZigBee Smart Energy的推動目標，是讓廠商可應用Smart Energy公共應用規格所規定的八種設備，包括能源服務入口(Energy Service Portal, ESP)、計量裝置(Metering Device)、預裝顯示設備(In-Premise Display)、可程式化通訊溫控器(PCT)、負荷控制器(Load Control Device)、智慧家電(Smart Appliance)和預付式終端設備(Prepayment Terminal)等，進行互通性的產品開發，產品類型包含智慧電表(Smart Meter)、家用能源監視器(In-home Display)、負載控制器(Load Controller)及能源閘道器(Gateway)。
在標準化的發展上，ZigBee的Smart Energy Profile也有進展，不但是美國智慧電網標準化推進團體(National Institute of Standards and Technology, NIST)制定的住宅內家電無線通訊標準，更列為美國在2009年完成智慧電網互通標準框架(Initial Smart Grid Interoperability Standards Framework)1.0版的新一代輸電網計畫所使用的標準規格。
通訊技術讓電網更聰明
隨著全球節能減碳的聲浪日益升高，不光電力需求端的效率受重視，電網系統的效率升級更是全球共同推動的目標。然而，電力系統含括發、輸、配電，且運轉與調控的條件須相互搭配，而為達到系統最佳化，資訊系統的導入與整合被視為是成功與否的關鍵，然由於電力系統所含括的幅員與數量廣大，設備系統組成複雜，網路系統的管理與通訊功能，係為評估技術是否適用於電網系統智慧化的關鍵。
因應不同應用領域需求，現今各類網路標準十分紊亂，使得智慧電網無法在統一標準下大量普及。為能有效整合各類通訊技術的優勢，並加速智慧電網推動，以支援同一實體層(Physical Layer, PHY)的多種網路規格，如無線區域網路(Wi-Fi)與電力線通訊(PLC)等，推動標準互通，以進一步擴大智慧電網的控制範圍。
ZigBee Smart Energy 2.0將採用IPv6的架構，且ZigBee所使用的實體通訊技術將不再僅限於IEEE 802.15.4，亦可支援Wi-Fi聯盟IEEE 802.11、電力線網路等技術，突破原先制定網路管理功能的設備數量及傳輸速度的問題，以有效串接電力系統與能源使用端，並滿足電力系統智慧調控的功能規畫(圖1)。
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| 圖1 ZigBee Smart Energy 2.0通訊層架構 |
智慧電網的願景包括能源導入、電網系統監控及負載端管理等，其中不可或缺的就是共通的通訊標準。ZigBee聯盟提出Smart Energy 2.0架構，進一步強化此標準於能源系統優勢(圖2)。
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| 圖2 ZigBee Smart Energy & Home Automation整合規畫 |
統一標準助力 智慧電網發展更順遂
隨著智慧電網推動與普及，家庭能源管理的重要性會日益突顯，而欲達此一目標，一致性的通訊標準是智慧電網市場發展成功與否的重要關鍵，包括日本智慧家電組織所推動的ECHONET Lite標準正積極研擬與Smart Energy橋接策略。
而依據美國家用電器製造商(Association of Home Appliance Manufacturers, AHAM)評估，ZigBee Alliance的Smart Energy Profile 2.0(SEP 2.0)應用協議獲得最高評級，因此Smart Energy未來可順利跨過最後一哩，以一致化的通訊標準，平衡發電與用電，提升電網效益，並擴大能源管理範疇。
智慧電網要能順利發展，勢必須統一通訊標準，然而智慧電網需要多種不同的通訊技術才可讓整體系統順暢運作，因此ZigBee聯盟積極與Wi-Fi聯盟、HomePlug聯盟合作，推出Smart Energy Profile 2.0標準，加速智慧電網市場發展。
(本文作者任職於工研院綠能所電能技術組)