Zapotrzebowanie sieci energetycznej w Europie przechodzi głębokie zmiany: Rosnąca liczba zdecentralizowanych punktów zasilania i zmienne dostawy energii ze źródeł odnawialnych sprawiają, że interakcje między komponentami sieci energetycznej stają się bardziej złożone, co stanowi wyzwanie dla zachowania stabilności systemu. Dlatego też w ramach projektu TenSyGrid, Fraunhofer Institute for Wind Energy Systems IWES, Universitat Politècnica de Catalunya – BarcelonaTech (UPC), eRoots Analytics, Hamburg University of Applied Sciences (HAW) i University of Malta (UM) opracowują zestaw narzędzi do bezpośredniej oceny stabilności przy użyciu modeli wieloliniowych w celu uchwycenia złożonej dynamiki komponentów sieci energetycznej. Celem jest wsparcie operatorów sieci w ocenie dużych sieci energetycznych zasilanych głównie energią odnawialną. Zestaw narzędzi powinien być kompatybilny z istniejącymi komercyjnymi pakietami oprogramowania, aby ułatwić integrację z istniejącymi przepływami pracy. Projekt rozpoczął się w grudniu 2024 r. i jest finansowany przez BMWK Niemcy, MICIU, AEI, CDTI Hiszpania i XJENZA Malta w ramach unijnej inicjatywy Clean Energy Transition Partnership (CETP).
Wyższy udział energii odnawialnej w strukturach sieci dystrybucyjnej i przesyłowej zwiększa wymagania dotyczące integracji sieci. Tradycyjne podejścia, które wykorzystują uproszczone symulacje sieci energetycznej, nie są w stanie odwzorować szybkiego przejściowego zachowania energoelektroniki stosowanej w wielkoskalowych źródłach odnawialnych. W rezultacie istnieje niepewność co do wynikającej z tego dynamiki systemu energetycznego sieci zdominowanych przez konwertery o niskiej bezwładności. Konserwatywne limity są ustalane jako środek zapobiegawczy w celu zapewnienia stabilnej pracy. Limity te ograniczają ekspansję odnawialnych źródeł energii.
Obecnie tylko symulacje mogą uwzględniać wszystkie scenariusze. Jednak symulacje elektromagnetycznego modelu przejściowego (EMT) wykorzystywane w tym celu są intensywne obliczeniowo, ponieważ w każdym przypadku należy uwzględnić kilkaset scenariuszy. Dlatego też symulacje EMT dużych sieci nie są obecnie praktyczne.
TenSyGrid (Tensors for System Analysis of Converter-dominated Power Grids) to wspólny projekt badawczy, którego celem jest wspieranie badań EMT przy użyciu modeli wieloliniowych. Universitat Politècnica de Catalunya – BarcelonaTech (UPC), eRoots Analytics (eRoots), Hamburg University of Applied Sciences (HAW), University of Malta (UM) i Fraunhofer IWES, jako koordynator projektu, łączą w tym celu swoją wiedzę specjalistyczną. Podczas inauguracji projektu w grudniu 2024 r. partnerzy omówili swoje perspektywy i cele projektu.
© Fraunhofer IWES
Dr Carlos Cateriano Yáñez, koordynator projektu w Fraunhofer IWES, wyjaśnia: „Projekt zapewni, że ramy modelowania dla bardzo dużych systemów elektroenergetycznych będą skalowalne i łatwe do aktualizacji w celu odzwierciedlenia bieżących zmian w sieci. Ostatecznie TenSyGrid ma na celu opracowanie narzędzi, które można płynnie zintegrować z istniejącym oprogramowaniem komercyjnym”. Dzięki temu nowe metody będą dostępne dla operatorów bez konieczności wprowadzania znaczących zmian w obecnych systemach.
Prof. Eduardo Prieto-Araujo, koordynator projektu w UPC, stwierdza: „Przyszłe systemy energetyczne będą radykalnie różnić się od tradycyjnych sieci z poprzednich dekad. Masowa integracja opartego na elektronice wytwarzania energii odnawialnej, magazynowania i obciążeń głęboko przekształca nowoczesne systemy elektroenergetyczne. Aby sprostać tej ewolucji, potrzebujemy zaawansowanych narzędzi zdolnych do niezawodnego i wydajnego modelowania i analizowania tych sieci. Systemy wieloliniowe stanowią interesującą alternatywę dla dokładnego uchwycenia charakterystyki nowoczesnych systemów elektroenergetycznych, oferując innowacyjne metody wspierania działania sieci elektroenergetycznych w czasie rzeczywistym”.
Mgr Josep Fanals i Batllori, CEO i główny badacz w eRoots, podkreśla możliwości, jakie mogą pojawić się dzięki modelom wieloliniowym: „Podczas gdy badania stabilności systemu elektroenergetycznego tradycyjnie charakteryzowały się intensywnymi obliczeniowo symulacjami dynamicznymi, modele wieloliniowe w połączeniu z innowacyjnymi algorytmami analitycznymi mogą na nowo zdefiniować sposób przeprowadzania takich badań. Systemy elektroenergetyczne mogą zatem stać się podatnym gruntem do zastosowania podstawowych koncepcji matematycznych leżących u podstaw TenSyGrid, ponieważ ich nieliniowe równania przypominają format wieloliniowy”. TenSyGrid stanowi nie tylko fascynujące wyzwanie, ale także potencjał do stworzenia transformacyjnego narzędzia dla przemysłu.
Prof. Gerwald Lichtenberg z HAW czeka na ten projekt: „Po około 10 projektach krajowych, w których podejście do modelowania wieloliniowego zostało opracowane, rozszerzone i z powodzeniem zastosowane do różnych problemów, takich jak projektowanie sterowników, wykrywanie anomalii lub diagnostyka błędów, szczególnie w obszarze systemów energetycznych, TenSyGrid nie tylko da możliwość dzielenia się i rozpowszechniania tych metod szerzej w Europie, ale także wyostrzenia ich na specjalne potrzeby sieci energetycznych”.
Prof. John Licari, koordynator projektu na UM, podkreśla: „Integracja systemów energii odnawialnej z sieciami energetycznymi stanowi poważne wyzwanie dla operatorów sieci. Nieregularny charakter źródeł odnawialnych i wprowadzenie przekształtników energoelektronicznych wymagają zaawansowanych rozwiązań w celu zapewnienia niezawodnej pracy sieci. Posiadanie alternatywnych, innowacyjnych, szybkich i dokładnych narzędzi do modelowania ułatwi działanie sieci energetycznych poprzez identyfikację potencjalnych problemów, zanim dojdzie do ich eskalacji. Ta transformacyjna technologia umożliwi operatorom poruszanie się po złożoności integracji odnawialnych źródeł energii, zwiększając odporność sieci i torując drogę do zrównoważonej przyszłości energetycznej”.
W porównaniu do klasycznej symulacji EMT, projekt TenSyGrid przyjmuje zupełnie nowe podejście: sieć energetyczna jest mapowana jako model wieloliniowy przy użyciu tensorów. Modele te mogą reprezentować istotne zjawiska w sieciach energetycznych zdominowanych przez konwertery, ale są znacznie mniej intensywne obliczeniowo niż modele klasyczne. Jednocześnie są one wysoce interpretowalne. Wykorzystując tę innowacyjną strukturę wieloliniową, TenSyGrid ma na celu umożliwienie oceny stabilności sieci elektroenergetycznych w czasie rzeczywistym w zakresie, który nie był wcześniej możliwy.
Źródło: Fraunhofer Institute for Wind Energy Systems
