Síťové střídače při Tvorba sítě aktivní kontrolu nad napětím a frekvencí v síti – a tím zajišťují spolehlivou bezpečnost dodávek. To bylo dosud po desetiletí zajišťováno velkými elektrárnami. Tyto Synchrongenerátory disponují rotujícími setrvačníky, které udržují konstantní síťovou frekvenci a napětí i při náhlých výkyvech – mluví se zde o Momentální rezerva nebo „setrvačnost“.
S rostoucím podílem obnovitelných zdrojů se tato situace zásadně mění: fotovoltaické a větrné elektrárny dodávají svůj proud přes Výkonová elektronika ein. Tato je sice velmi účinná, ale přináší žádná přirozená setrvačná hmota do sítě. To znamená: čím více konvenčních elektráren bude odstaveno, tím méně klasických stabilizačních mechanismů bude k dispozici. Bez dodatečných opatření to může vést k Bezpečnost dodávek a Stabilita sítě ohrožují.
Formování sítě prostřednictvím inovativní technologie střídačů nyní umožňuje, aby zařízení na výrobu energie z obnovitelných zdrojů v kombinaci s Velké bateriové úložné systémy sám síťový působit. To znamená: Místo pouhého sledování existujícího síťového signálu přebírají zařízení aktivně úkoly, které byly dříve vyhrazeny synchronním generátorům – poskytují napětí a frekvenci, zajišťují virtuální setrvačnost a stabilizují síť. Grid forming se tak stává klíčovou součástí energetické transformace.
Jak funguje Grid Forming?
Zatímco konvenční střídače typu Grid-Following spoléhají na existující síťový signál, střídače typu Grid-Forming ve spojení s Systémy řízení spotřeby energie (EMS) i samotnou roli „dirigenta sítě“. Aktivně vytvářejí vlastní referenční hodnotu napětí a frekvence, čímž poskytují základ pro stabilní provoz sítě – i v případě, že již nebudou k dispozici žádné rotační generátory.
Virtuální setrvačnost – software místo setrvačníku
Konvenční synchronní generátory stabilizují energetickou síť svou fyzickou setrvačností. Pokud náhle ubydou nebo přibudou zátěže, rotující hmota těchto generátorů krátkodobě tlumí výkyvy frekvence. Střídače typu Grid-Forming přebírají tento úkol ve spojení s obnovitelnými zdroji a úložišti na čistě softwarové úrovni. Převádějí roli synchronních generátorů na moderní výkonovou elektroniku a mohou tak během milisekund dodávat nebo odebírat energii.
Díky extrémně krátké době odezvy se tato zařízení chovají jako konvenční setrvačníky, přestože nedochází k žádnému fyzickému pohybu. To je umožněno řídicími postupy jako je Regulace propadů nebo koncept Virtuální synchronní stroj, které bleskurychle reagují na změny frekvence. Tímto způsobem je zajištěna okamžitá rezerva, která účinně zachycuje veškeré odchylky frekvence. To dokonce umožňuje kompletní Start ze sítě pomocí bateriových úložišť.
Tvorba napětí – aktivní řízení místo pouhého následování
Kromě stabilizace frekvence přebírají střídače typu grid-forming také aktivní řízení napětí v síti. Na rozdíl od klasických, na síti řízených zařízení se chovají jako Zdroj napětí a mohou nezávisle definovat úroveň a kvalitu napětí. Prostřednictvím postupů, jako je Regulace poklesu napětí nepřetržitě přizpůsobují svůj výkon aktuálním síťovým podmínkám. Tím zůstává napětí stabilní i v dynamických situacích. Dokonce i při vážných síťových poruchách, například při Zkrat, jsou systémy schopné dále podporovat síť. Tato schopnost se nazývá Fault Ride Through označuje a je klíčovým stavebním kamenem odolnosti budoucích energetických sítí.
Inteligentní řízení v reálném čase
Základem grid formingu tvoří vysoce dynamická měřicí a regulační technika. Systémy typu grid forming nepřetržitě monitorují všechny relevantní síťové parametry, jako je proud, napětí a frekvence. Pomocí Zpětnovazební smyčky mohou přizpůsobit své chování v reálném čase a okamžitě tak reagovat na změny. Ať už omezením proudů, podporou frekvence nebo stabilizací napětí – systémy pracují s rychlostí a přesností, která předčí konvenční generátory. To umožňuje stabilní provoz sítě i ve scénářích, kde se účastní výhradně výkonoví elektronici, jako jsou fotovoltaické a větrné elektrárny a bateriová úložiště.
Rozdíl mezi Grid Forming a Grid Following
Abychom pochopili princip fungování grid forming, je užitečné srovnání s klasickým principem Střídač sledující síť užitečný. Systémy sledující síť se spoléhají na „sledování“ existujícího síťového signálu. Dodávají svůj výkon synchronně k již existující frekvenci a napětí a mohou fungovat pouze tehdy, když je k dispozici stabilní síťový signál.
Grid-Forming střídače naopak zaujímají mnohem aktivnější roli: „tvoří“ samotnou síť tím, že nezávisle generují referenci pro napětí a frekvenci. Konvenční synchronní generátory, které udávají takt pro frekvenci a napětí, se tak stávají nadbytečnými.
Zatímco sledování sítě funguje spolehlivě ve stabilních sítích s dostatečným počtem konvenčních elektráren a představuje důležitý nástroj pro integraci obnovitelných zdrojů energie, formování sítě je pro moderní, budoucí a na EE založené energetické systémy nezbytné.
Porovnání Grid Forming vs. Grid Following
| Sledování sítě | Tvorba sítě | |
| Odběr ze sítě | Potřebuje existující síťový signál (frekvence a napětí) | Samo nastavuje aktivně napětí a frekvenci |
| Stabilizace | Reaguje pouze na existující síťové podmínky | Aktivně a dynamicky stabilizuje síť |
| Setrvačnost/Sekundová rezerva | Žádná vlastní setrvačnost, závislé na synchronních generátorech | Emuluje virtuální setrvačnost prostřednictvím algoritmů a paměti |
| Použitelnost | Funguje pouze ve stabilních sítích se synchronními generátory | Funguje i v sítích bez rotačních strojů |
| možnost studeného startu | Nelze | Možné: Sítě si dokáží samy obnovit |
| Typické použití | Klasické fotovoltaické a větrné elektrárny napojené do stávajících sítí | Bateriové úložiště, mikrosítě, obnovitelné zdroje s podporou sítě |
Technické provedení a oblasti použití
Technická realizace Grid Forming spočívá v zásadě v síťotvorných střídačích nebo měničích ve spojení s EMS. Hardware musí být schopna autonomně udávat napětí a frekvenci a převzít všechny fyzikální funkce. EMS jako software řídí provozní režim, orchestruje nasazení grid-formujícího hardwaru a rozhoduje například o ostrovním provozu, prioritizaci zátěže nebo resynchronizaci.
Měniče jako hardware
Střídače tvořící síť přebírají fyzickou úlohu tvorby sítě. Aktivně poskytují napětí a frekvenci a mohou je ve stabilní síti udržovat. Tím tvoří základ pro funkce, jako je ostrovní provoz nebo schopnost černého startu. Jejich úkolem je přesně implementovat cílové hodnoty definované softwarem a rychle reagovat na změny v síti.
EMS jako software
V případě formování sítě s odpovídajícím hardwarem navíc EMS řídí provoz měničů a koordinuje jejich součinnost s úložišti a zdroji. Rozhoduje, zda se aktivuje ostrovní režim, jak se upřednostňují zátěže nebo kdy dojde k resynchronizaci s veřejnou sítí. EMS tak zajišťuje inteligentní orchestraci hardwaru a umožňuje formování sítě jako celého systému.
Hlavní oblasti nasazení Grid Forming
- Bateriová úložiště: V kombinaci s výkonnými úložišti mohou střídače typu Grid-Forming v řádu milisekund dodávat nebo odebírat energii a tím vyrovnávat krátkodobé fluktuace v síti. Tyto systémy jsou vhodné i pro scénáře černého startu, kdy se síť po výpadku elektřiny autonomně znovu spouští.
- Mikrogridy a ostrovní sítě: Zejména v decentralizovaných strukturách nebo v regionech bez zajištěného připojení k síti jsou technologie typu Grid-Forming nepostradatelné pro spolehlivý a nezávislý provoz lokálních sítí.
- Integrace obnovitelných zdrojů energie: V rozsáhlých fotovoltaických nebo větrných parcích mohou síťové střídače převzít úkoly, které dříve zvládaly pouze rotační generátory. To umožňuje přímé začlenění obnovitelných zdrojů energie do stability sítě.
- Podpora sítě v propojené síti: I v existujících elektroenergetických soustavách s klesajícím podílem konvenčních elektráren se stává formování sítě stále nezbytnějším pro zajištění regulace frekvence a napětí a pro zachování stability sítě.
Tímto Grid Forming otevírá celou řadu nových možností, jak zajistit bezpečnost dodávek a stabilitu sítě i ve vysoce obnovitelných energetických systémech. Technologie tak není pouze technickou možností, ale klíčovou součástí energetické transformace.
Výzvy a aktuální trendy pro Grid Forming
Velké nasazení grid-forming je stále v plenkách. Dva hlavní důvody pro to byly dosud nedostatečná digitalizace energetických sítí a absence celoplošně nasazených EMS. Bez těchto digitálních řídicích systémů nelze střídače tvořící síť plně koordinovat. Navíc byly bateriové zásobníky po dlouhou dobu relativně nákladné, a proto je bylo možné ekonomicky využívat pouze v pilotních projektech.
Obě se však v současnosti výrazně mění: S rostoucí digitalizací energetického systému, novými EMS řešeními a klesajícími náklady na technologie ukládání energie se rozsáhlé nasazení Grid Forming dostává do dosažitelné blízkosti. Tím se otevírají nové možnosti pro spolehlivou stabilizaci frekvence a napětí i v síti ovládané obnovitelnými zdroji energie.
Technické výzvy
Střídače tvořící síť se musí bezproblémově integrovat do stávajících sítí s klasickými synchronními generátory. Je nezbytné spolehlivě udržovat frekvenci a napětí i při vysokém podílu obnovitelných zdrojů, což vyžaduje, aby střídače tvořící síť reagovaly velmi rychle a přesně na poruchy v síti. Paralelní nasazení různých zařízení přitom vede ke složité regulační a ochranné technice, neboť je třeba předcházet nestabilitám způsobeným kmity a interakcemi. Navíc jsou mnohá řešení stále ve fázi pilotního provozu a interoperabilita mezi různými výrobci a validace v reálném provozu sítě představují další překážky. Celkově je tedy formování sítě (Grid Forming) výrazně složitější než klasický provoz se synchronními generátory a vyžaduje nové, robustní systémové koncepty a standardy.
Regulační rámec
Evropské síťové kódy, zejména nařízení EU 2016/631 (Požadavky na výrobny – RfG), tvoří základ pro požadavky na vlastnosti tvořící síť. Toto nařízení je v platnosti od roku 2016 a stanovuje technické a provozní požadavky na výrobny. V Německu je implementace prováděna prostřednictvím národních síťových kodů a technických pravidel pro připojení (TARs) VDE/FNN z července 2024, které jsou právně zakotveny a neustále se vyvíjejí. Pro připojení nových zařízení k síti je splnění těchto pravidel povinné a musí být prokázáno prostřednictvím certifikací. Regulační rámec pro bateriová úložiště je rovněž v pohybu – ale ještě zdaleka není prakticky použitelný. Zejména u víceúčelových úložišť pro formování sítě se projevují právní nejistoty ohledně daně z elektřiny, síťových poplatků, koncepcí měření, hlášení o pokroku stavby, redistribuce a bilančního oddělení.
Aktuální vývoj a pilotní projekty
V současnosti zažívají střídače tvořící síť v Německu dynamický vývoj, který je zrychlován především cílenou podporou výzkumu a regulačními podněty. Spolková agentura pro sítě (Bundesnetzagentur) na jaře 2025 stanovila konkrétní požadavky na tržně orientované získávání okamžité rezervy, takže systémy s vlastnostmi tvořícími síť budou poprvé odměňovány. Řada pilotních projektů zkoumá technické požadavky, interoperabilitu a nasazení bateriových úložišť a fotovoltaických systémů pro stabilní provoz sítě. Jsou prováděny terénní testy na všech napěťových úrovních, zkoušejí se systémové služby a validuje se integrace decentralizovaných systémů pro normální provoz, ostrovní provoz a obnovu sítě. Cílem je do roku 2028 umožnit stabilní a bezpečný provoz dílčích sítí dominovaných střídači a získané poznatky přímo začlenit do procesů normalizace.
Tvorba sítě pro stabilitu a integraci obnovitelných zdrojů energie
Grid Forming je mnohem víc než jen technická možnost – je základem stabilního energetického systému bez konvenčních elektráren. Střídače řídící síť přebírají úkoly, které byly dříve vyhrazeny synchronním generátorům, a umožňují tak spolehlivé dodávky elektřiny i při vysokém podílu obnovitelných energií.
Dosavadní překážky – vysoké náklady na bateriová úložiště a nedostatek digitálního řízení – ztrácejí na významu. S klesajícími cenami úložišť, výkonnými systémy řízení energie a jasnějšími regulatorními požadavky je tato technologie na prahu průlomu na trhu.
Díky tomu se grid forming stává klíčovým článkem spojujícím obnovitelnou výrobu, stabilitu sítě a spolehlivost dodávek – a klíčovým faktorem pro energetický systém budoucnosti.