Magazyn energii jak elektrownia węglowa. Przełomowe badania nad technologią grid-forming

Opublikowany: Szacowany czas czytania: 3 minuty
Naukowcy przetestowali układ farmy PV 100 MW i magazynu 35 MW z technologią grid-forming. Wyniki pokazują, że baterie mogą stabilizować sieć tak samo jak tradycyjne elektrownie.
Źródło: Shutterstock

Naukowcy udowodnili, że wielkoskalowe magazyny energii wyposażone w zaawansowane falowniki typu grid-forming są w stanie błyskawicznie stabilizować sieć elektroenergetyczną. Przeprowadzone symulacje komputerowe wykazały, że technologia ta naśladuje dynamiczne właściwości generatorów synchronicznych stosowanych w elektrowniach konwencjonalnych, zapewniając bezprecedensową odporność systemów zdominowanych przez odnawialne źródła energii.

Cyfrowa alternatywa dla wielkich turbin

Tradycyjna energetyka opiera się na ciężkich, obracających się generatorach synchronicznych, które dzięki swojej masie naturalnie stabilizują częstotliwość i napięcie w sieci. Klasyczna fotowoltaika i wiatraki wprowadzają prąd przez zwykłe falowniki, które jedynie naśladują parametry sieci – gdy sieć zawodzi, one również się wyłączają.

Rozwiązaniem tego problemu jest technologia grid-forming. Falowniki tego typu tworzą własny stabilny profil napięcia i częstotliwości, emulując pracę maszyn synchronicznych.

Naukowcy z jordańskich uczelni (Yarmouk University oraz Al-Ahliyya Amman University) postanowili sprawdzić, jak taki system poradzi sobie w warunkach ekstremalnych. Wyniki ich pracy opublikowano w prestiżowym czasopiśmie Scientific Reports.

Test w warunkach ekstremalnych

Badacze stworzyli zaawansowany model cyfrowy odpowiadający rzeczywistej infrastrukturze przemysłowej. Układ składał się z:

  • Farmy fotowoltaicznej o mocy 100 MW.
  • Magazynu energii o mocy 35 MW i pojemności 60 MWh, wyposażonego w algorytmy grid-forming.
  • Lokalnego obciążenia oraz połączenia z siecią przesyłową wysokiego napięcia.

Aby sprawdzić granice możliwości technologii, system poddano serii rygorystycznych testów, symulując najczarniejsze scenariusze, z jakimi mierzą się operatorzy sieci:

  • Nagły spadek produkcji z PV o połowę (np. przejście wielkiej chmury) – moc całego układu spadła chwilowo do 70–72 MW, jednak magazyn GFM ograniczył wahanie częstotliwości do zaledwie 0,8–1,0 Hz, stabilizując sytuację w zaledwie 0,5 sekundy.
  • Gwałtowny skok zapotrzebowania na prąd (o 45%) – częstotliwość zachwiała się o 1,3–1,5 Hz, ale system grid-forming przywrócił pełną stabilność w czasie krótszym niż 0,4 sekundy.
  • Awaria sieci (całkowite odcięcie zasilania zewnętrznego) – po odłączeniu od sieci zewnętrznej układ zachował stabilność pracy.
  • Trójfazowe zwarcia (krótkotrwałe i trwałe) – nawet przy najcięższym zwarciu stałym, gdy napięcie tąpnęło, magazyn błyskawicznie wpompował w sieć moc bierną (szczytowo 45–48 MVAR), wspomagając odbudowę napięcia i stabilność układu.

Badania prowadzono przy różnych wskaźnikach zwarciowych (SCR od 0,42 do 4.5), co wskazało, że technologia grid-forming radzi sobie doskonale nawet w sieciach o niskiej stabilności i małej mocy zwarciowej.

Droga do sieci w 100% opartej na OZE

„Wyniki wykazały, że magazyn GFM-BESS potrafi błyskawicznie wspierać odbudowę częstotliwości i napięcia, utrzymując jednocześnie stabilną pracę farmy solarnej. Skala tej poprawy stabilności przerosła nasze początkowe oczekiwania” – podkreśla dr Lina Alhmoud, współautorka badań.

Praca naukowców dostarcza twardych, ilościowych dowodów na to, że technologia grid-forming jest brakującym ogniwem w transformacji energetycznej. Technologia może ułatwić zwiększanie udziału OZE przy zachowaniu stabilności systemu elektroenergetycznego.

W kolejnych krokach zespół badawczy zamierza skupić się na koordynacji kilku różnych źródeł grid-forming działających jednocześnie (np. baterii i farm wiatrowych) oraz na analizie ekonomicznej ich wdrożenia w rzeczywistych warunkach rynkowych.

Zmień zgody