Grid forming stanowi jedną z kluczowych technologii warunkujących transformację systemów elektroenergetycznych w kierunku wysokiego udziału odnawialnych źródeł energii. Rozwiązania te umożliwiają źródłom energoelektronicznym, w szczególności magazynom energii oraz falownikom, pracę w trybie aktywnego kształtowania parametrów sieciowych, takich jak napięcie i częstotliwość. W przeciwieństwie do klasycznych układów grid following, technologia grid forming pozwala na autonomiczne tworzenie odniesienia częstotliwościowego i napięciowego, analogicznie do pracy elektrowni synchronicznych.
Ma to istotne znaczenie dla zapewnienia stabilności dynamicznej systemu, zwiększenia odporności na zakłócenia oraz umożliwienia bezpiecznej pracy sieci przy malejącej liczbie źródeł wirujących.
W kontekście polskiego systemu elektroenergetycznego technologia grid forming odgrywa szczególnie istotną rolę w integracji wielkoskalowych instalacji OZE oraz rozwoju infrastruktury ładowania pojazdów elektrycznych, która charakteryzuje się zmiennym i trudnym do prognozowania profilem obciążenia. Aktualnie trwają prace PSE nad przygotowaniem wymogów w zakresie zdolności magazynów energii do kształtowania parametrów sieci.
Spis treści
Dlaczego technologia grid forming zyskuje na znaczeniu?
Dynamiczny rozwój instalacji fotowoltaicznych oraz farm wiatrowych w Polsce prowadzi do stopniowego ograniczania udziału konwencjonalnych elektrowni węglowych i gazowych w miksie energetycznym. W konsekwencji maleje dostępność naturalnej inercji systemowej, zapewnianej dotychczas przez maszyny synchroniczne, co zwiększa podatność systemu elektroenergetycznego na wahania częstotliwości i zaburzenia stabilności dynamicznej.
Technologia grid forming odpowiada na tę lukę, umożliwiając źródłom energoelektronicznym generowanie syntetycznej inercji oraz aktywne podtrzymywanie parametrów sieciowych. Rozwiązania te pozwalają na bezpieczną integrację nawet 70–80% mocy z odnawialnych źródeł energii bez istotnego ryzyka destabilizacji systemu, co ma szczególne znaczenie w obszarach o słabej strukturze sieci dystrybucyjnej, takich jak region Małopolski.
W perspektywie roku 2026, wraz z zaostrzaniem wymogów Operatora Systemu Przesyłowego (#PSE) oraz Urzędu Regulacji Energetyki (#URE) w zakresie świadczenia usług systemowych, technologia grid forming przestaje pełnić wyłącznie funkcję stabilizacyjną. Staje się ona również istotnym elementem modelu biznesowego, umożliwiającym generowanie dodatkowych przychodów poprzez udział w aukcjach na usługi regulacyjne, takie jak syntetyczna inercja czy regulacja częstotliwości. W szczególności, w hybrydowych instalacjach fotowoltaicznych z magazynami energii zastosowanie trybu grid forming pozwala na ograniczenie kosztów utrzymywania rezerw mocy o około 20–30%, jednocześnie zmniejszając ryzyko wystąpienia rozległych awarii systemowych oraz wspierając proces dekarbonizacji sektora energetycznego.
Z perspektywy globalnej, analizy i raporty Międzynarodowej Agencji Energetycznej (#IEA) wskazują, że do 2030 roku rozwiązania grid forming staną się standardem w około 50% nowych projektów magazynów energii. Trend ten znajduje odzwierciedlenie również w Polsce, gdzie rynek magazynowania energii rozwija się w bardzo dynamicznym tempie, notując roczne wzrosty na poziomie około 150%. W tym kontekście technologia grid forming jawi się jako jeden z kluczowych filarów przyszłego, niskoemisyjnego systemu elektroenergetycznego.
Czym jest grid forming?
Grid forming (GFM) to zaawansowany tryb sterowania falownikami inwerterowymi, w którym urządzenie samodzielnie generuje napięcie sieciowe o określonej amplitudzie, fazie i częstotliwości, naśladując charakterystykę pracy synchronicznych generatorów obrotowych. W odróżnieniu od klasycznego trybu grid following (GFL), który reaguje na parametry istniejącej sieci, GFM działa autonomicznie, tworząc tzw. „wyspę energetyczną” zdolną do stabilnego podtrzymywania napięcia i częstotliwości w sieci.
Podstawowe mechanizmy działania GFM obejmują:
- Syntetyczna inercja – emulacja wirującej masy rotacyjnej, która opóźnia zmiany częstotliwości systemowej, umożliwiając natychmiastową reakcję na odchylenia df/dt w czasie rzędu poniżej 150 ms.
- Regulacja droop – automatyczne dostosowanie mocy czynnej i biernej do zmieniającego się obciążenia, zgodnie z charakterystykami P–f i Q–V, co zapewnia stabilność dynamiczną i równomierne rozłożenie obciążenia między źródłami.
- Odporność na zakłócenia – możliwość pracy przy gwałtownych spadkach napięcia (nawet do 0% przez kilka sekund) oraz przy zwarciach, co zwiększa skuteczność krótkotrwałej mocy zwarciowej i odporność sieci na awarie.
Zaawansowane algorytmy sterowania, takie jak Tryb Wirtualnej Maszyny Synchronicznej (VSM) czy Power Synchronization Control (PSC), umożliwiają efektywne funkcjonowanie w mikrosieciach, hybrydowych systemach OZE wraz z magazynami energii oraz w konfiguracjach off-grid.
SOLA Titan z funkcjonalnością grid-forming
SOLA Titan, czyli seria produkowanych w Polsce przemysłowych magazynów energii, przygotowana jest do współpracy z siecią energetyczną i obsługą funkcjonalności grid forming. SOLA Titan aktywnie stabilizuje lokalne sieci elektroenergetyczne, zapewniając syntetyczną inercję, usługi regulacji częstotliwości (FCR – Frequency Containment Reserve) oraz wsparcie w zakresie mocy biernej (Q-services).
Kluczowe cechy w kontekście GFM:
- Skalowalność – magazyny SOLA Titan wyposażone są w przetwornice o sprawności przekraczającej 98%, które umożliwiają elastyczne dopasowanie do wymagań sieci i aplikacji.
- Szybka reakcja – czas odpowiedzi systemu poniżej 100 ms na polecenia operatora, co pozwala na efektywne funkcjonowanie w mikrosieciach i trybie wyspowym („island mode”).
- Zgodność i bezpieczeństwo – certyfikaty zgodności z normami IEC 62933 i PN-EN 50549-1, a także pełna integracja z systemami monitoringu SOLA umożliwiającymi zdalną diagnostykę i zarządzanie pracą instalacji.
- Integracja – za sprawą obsługiwanych protokołów i najwyższych norm zabezpieczeń, SOLA Titan posiadają pełną integrację z giełdami energii – TGE oraz Nord Pool.
Podsumowując, magazyny energii stają się kluczowym komponentem systemu elektroenergetycznego, który aktywnie kreuje i podtrzymuje właściwe parametry sieci. Pozwalają one zastąpić tradycyjne elektrownie wirnikowe, zapewniając odpowiednią bezwładność sieci.
SOLA Titan stanowią odpowiedź na potrzeby operatorów sieci przesyłowych. Potężne funkcjonalności w obszarze kształtowania parametrów sieci czynią to rozwiązanie istotne z punktu widzenia bezpieczeństwa energetycznego naszego kraju. Dodatkowo, magazyn ten może stać się narzędziem do monetyzacji usług systemowych, oferując zwrot z inwestycji (ROI) poniżej 4 lat przy udziale w aukcjach PSE.
