Strefa Wiedzy

1. Transformacja energetyczna postępuje i odsłania swoje słabości 

Transformacja energetyczna w Polsce stała się faktem. Potwierdzają to zmiany w strukturze mocy zainstalowanej, rosnący udział produkcji energii elektrycznej z OZE, liczba aktywnych uczestników rynku energii oraz nowe modele biznesowe opierające się na różnych źródłach strumieni przychodów. I osiągnęliśmy już moment, w którym dalszy przyrost mocy źródeł odnawialnych jest już tylko częściowym sukcesem, bo jednocześnie stanowi coraz większe wyzwanie dla systemu elektroenergetycznego. 

Do codzienności należą takie zjawiska jak:  

• okresowa nadprodukcja energii elektrycznej ze źródeł pogodozależnych skutkująca ujemnymi cenami energii¹, 
• marnotrawstwo czystej i zielonej energii poprzez redysponowania nierynkowego źródeł OZE², 
• ograniczona sterowalność konwencjonalnych jednostek wytwórczych prowadząca do niskiej elastyczności systemu elektroenergetycznego³.  

To nie są chwilowe zakłócenia – to problemy systemowe, wynikające z odchodzenia od scentralizowanej energetyki konwencjonalnej w kierunku systemów rozproszonych. Dalszy wzrost udziału źródeł odnawialnych zwiększa presję na zdefiniowanie metod obrony systemu elektroenergetycznego przed zakłóceniami oraz zapewnienia zasobu stabilności. Nowy wymiar elektroenergetyki wymaga nowych rozwiązań technicznych.  

2. Przyszły system elektroenergetyczny – ewolucja falowników z grid following na grid forming 

Jednym z kluczowych wyzwań związanych z dalszym rozwojem OZE jest zapewnienie im aktywnego udziału w utrzymaniu stabilności systemu elektroenergetycznego. 

Tradycyjne falowniki (Grid Following Inverter – GFL) zostały zaprojektowane tak, aby biernie podążać za parametrami sieci elektroenergetycznej (napięciem i częstotliwością) wyznaczanymi przez centralne, konwencjonalne jednostki wytwórcze. Nie posiadają one cechy zwanej inercją, czyli zdolności do bezwładnościowej reakcji na zakłócenia, co osłabia odporność systemu na nagłe zmiany i znacząco ogranicza ich potencjał w zakresie wsparcia stabilności sieci. 

Wraz ze wzrostem udziału odnawialnych źródeł w systemie elektroenergetycznym, dotychczasowe rozwiązania okazały się niewystarczające dla zapewnienia jego stabilności. Odpowiedzią na to wyzwanie jest pojawienie się bardziej zaawansowanej technologii falowników typu Grid Forming Inverter (GFM). Są to odpowiednio oprogramowane urządzenia, które „naśladują” parametry konwencjonalnych zespołów wytwórczych⁴ (generatorów synchronicznych), przejmując aktywną rolę w kształtowaniu parametrów sieci, takich jak napięcie i częstotliwość. Jest to możliwe dzięki wykorzystaniu dynamicznych algorytmów sterowania oraz dostępności rezerw energii zgromadzonych w magazynach. Dzięki temu mogą one nie tylko aktywnie tłumić zakłócenia w sieci, ale również pokrywać nagłe wzrosty obciążenia oraz kompensować awaryjne ubytki generacji. 

Takie podejście wymaga integracji OZE z magazynami energii oraz wdrożenia rozwiązań technicznych i algorytymicznych umożliwiających szybką i precyzyjną reakcję na zmieniające się parametry sieci elektroenergetycznej. 

Jak podkreśla Rafał Koziel z SMA Solar Technology, nie oznacza to, że wszystkie nowo projektowane instalacje OZE muszą być wyposażone wyłącznie w falowniki o funkcjonalnościach typu grid forming, ani że istnieje konieczność wymiany wszystkich obecnie stosowanych urządzeń na ich bardziej zaawansowane technologicznie odpowiedniki.  

„Kluczowe jest, aby równolegle do powstawania nowych źródeł OZE (nastawionych na maksymalizację produkcji energii elektrycznej i wykorzystujące technologię grid following) rozwijać również źródła wspierające stabilność systemu elektroenergetycznego. Mogą to być zarówno magazyny energii, jak i instalacje hybrydowe typu PV + magazyn, których celem biznesowym będzie świadczenie usług systemowych, w pełnym lub określonym wolumenie produkcji”– mówi Rafał Koziel. 

3. Grid forming – czy jest to brakujące ogniwo transformacji energetycznej? Próba wsparcia systemu elektroenergetycznego?

Technologia grid forming staje się więc kluczowym elementem umożliwiającym dalszą transformację systemu elektroenergetycznego i bezpieczną integrację dużych mocy z OZE.  

„Dzięki realnej zdolności do wpływania bądź nawet samodzielnego tworzenia napięcia sieciowego o określonych parametrach falowniki grid forming mogą przejąć rolę <<wirtualnych generatorów>>, wspierając stabilność i odporność sieci. Proces budowy takiej instalacji jest porównywalny do procedury budowy i przyłączenia magazynu energii – trwa znacznie krócej i jest niewspółmiernie łatwiejszy niż budowa tradycyjnej elektrowni. Pozwala również na dostarczanie usług stabilności w bardzo elastyczny sposób – w wielkości i umiejscowieniu zależnych od lokalnych potrzeb systemu. To nie tylko techniczne uzupełnienie brakującej funkcjonalności źródeł OZE, ale wręcz fundament nowego paradygmatu pracy systemu – bardziej zdecentralizowanego, elastycznego i odpornego na zakłócenia” – mówi Rafał Koziel. 

„Grid-forming to zdolność techniczna źródeł energoelektronicznych, którą należy wdrażać rozważnie. Powinna być dostępna i możliwa do aktywacji, lecz nie wymagana w stałej pracy – podkreśla Szymon Witoszek, Wiceprezes Zarządu Polskiego Stowarzyszenia Fotowoltaiki. – W elektrowniach fotowoltaicznych, układach PV z magazynem, mieszanych konfiguracjach przekształtnikowych (PV/wiatr/magazyn) oraz w mikrosieciach przemysłowych grid-forming może poprawić stabilność, ułatwić zasilanie lokalne i bezpieczną ponowną synchronizację po zakłóceniu. Jednocześnie pochopna aktywacja bywa ryzykowna: możliwe jest błędne wykrywanie pracy wyspowej, niespójne reguły ponownej synchronizacji, nieprzewidywalne interakcje wielu mniejszych źródeł, niekontrolowane przepływy mocy biernej oraz wzrost zakłóceń w węzłach o niskiej mocy zwarciowej. Dlatego zamiast bezrefleksyjnego wdrażania, wymagajmy zdolności do grid-formingu, definiujmy jasne kryteria aktywacji, testujmy ustawienia z operatorem i stosujmy tę funkcję tam, gdzie faktycznie podnosi jakość pracy systemu” – mówi Szymon Witoszek. 

4. Cecha, wymóg techniczny (funkcjonalność) czy też może dodatkowe źródło przychodów?  

Wciąż otwartym pozostaje pytanie, czy w Polsce usługi stabilności powiązane zostaną z procesem uzyskiwania warunków przyłączenia, a ich świadczenie będzie obowiązkowe w danej instalacji. Alternatywnym kierunkiem jest powstanie rynku konkretnych usług stabilności (inercja, moc zwarciowa), które staną się kolejnym strumieniem przychodowym dla inwestorów w magazyny energii. Podobne mechanizmy są aktualnie tworzone m.in. w Wielkiej Brytanii i w Niemczech. Ciekawym kierunkiem mogą być: 

1. Zdefiniowanie katalogu wymogów przez OS. 
2. Zdefiniowanie katalogu usług systemowych stanowiących dodatkowe źródła przychodów (może w ramach systemu aukcyjnego premiującego konkretne zdolności np. Capability-based CfDs. 
3. Dodatkowe zachęty dla źródeł wytwórczych posiadających możliwość stabilizacji sieci.  

„To jednocześnie wymóg i potencjalne źródło przychodów. Grid-forming należy traktować jako wymaganą zdolność techniczną wynikającą z aktualizacji kodeksów sieci, wdrażaną przepisami krajowymi. Wymagana jest dostępność i gotowość funkcji, natomiast aktywacja odbywa się wyłącznie według jednoznacznych, krajowych zasad operacyjnych (kryteria, weryfikacja, interoperacyjność). Świadczenie nieekwiwalentne poza stanami awaryjnymi nie powinno mieć miejsca. Model wyceny powinien być prosty: ryczałt za aktywację proporcjonalny do certyfikowanego ekwiwalentu inercji syntetycznej danej jednostki, z opcjonalnym współczynnikiem lokacyjnym dla węzłów wrażliwych; dla źródeł o małych mocach — progi i ryczałty. Tak ujęty grid-forming porządkuje wymagania i daje przejrzyste zasady wynagradzania” – mówi Szymon Witoszek. 

Profesjonalizacja rynku energii postępuje. W tym kontekście technologia grid forming może odegrać kluczowa rolę nie tylko jako wymóg techniczny, ale również element przewagi konkurencyjnej dla nowoczesnych instalacji PV i magazynów energii. Jedno jest pewne, jeśli chcemy kontynuować rozwój energetyki odnawialnej bez utraty stabilności, musimy inwestować z technologie, które nie tylko produkują energię, ale również aktywnie współtworzą sieć. 

Publikacja została opracowana po przeprowadzonej IV Akademii O&M: Grid Forming – przyszłość integracji PV i magazynów energii z siecią. 

OPRACOWALI (kolejność alfabetyczna): 

Katarzyna Jabłońska-Przywecka 

Rafał Koziel 

Tomek Kuczek 

Szymon Witoszek 

¹ Ujemne ceny energii elektrycznej w Polsce to zjawisko, które pojawiło się w 2024 roku, w związku z rosnącym udziałem
produkcji z OZE, w szczególności fotowoltaiki. Pojawia się coraz częściej, już nie tylko w weekendy i święta, ale również w 
dni robocze. Przyczyną jego powstawania jest niska elastyczność systemu elektroenergetycznego oraz ograniczone
możliwości eksportu. W 2024 roku odnotowano ponad 150 godzin z ujemnymi cenami energii.
² Od początku 2025 roku poziom redysponowania produkcji z OZE został ograniczony o 731,4 GWh. Dodatkowo, do tej 
wartości należałoby uwzględnić eksport interwencyjny na poziomie co najmniej 234,6 GWh. Razem daje to wartość ok. 966
GWh (źródło: Forum Energii). Dla porównania, wartość redysponowania w 2024 roku wyniosła ok 691,7 GWh, a w 2023 roku
66,07 GWh.
³ Skutki niskiej elastyczności systemu elektroenergetycznego wynikają z charakterystyki źródeł wytwarzania – przede
wszystkim elektrowni konwencjonalnych, w tym węglowych i gazowych, których technologia nie pozwala na szybkie zmiany
mocy wytwórczej. W efekcie nie można w wystarczającym stopniu obniżyć ich produkcji w odpowiedzi na zmienna generację
z OZE.
⁴ Kacejko P., Pijarski P., Podstawy elektroenergetyki, PWN, Warszawa 2024, s. 482-483.