Artykuł branżowy - Innowacje w energetyce

Napisane przez jkopec dnia 23 czerwiec 2026. Wysłane Aktualności.

Transformacja energetyczna to nie tylko rozwój odnawialnych źródeł energii, ale także głęboka zmiana sposobu funkcjonowania całego systemu elektroenergetycznego. Tradycyjna, pasywna infrastruktura stopniowo ustępuje miejsca aktywnym i inteligentnym sieciom, które potrafią elastycznie reagować na dynamicznie zmieniające się warunki pracy.

Kluczową rolę w tym procesie odgrywają cyfryzacja, automatyzacja oraz efektywne wykorzystanie danych. Nowoczesne technologie sterowania, standardy komunikacyjne i zaawansowane systemy zarządzania umożliwiają bieżące monitorowanie oraz optymalizację pracy sieci. Dzięki temu możliwe jest sprawne zarządzanie coraz bardziej złożonym środowiskiem energetycznym, w którym istotną rolę odgrywają rozproszone źródła energii oraz zmienne zapotrzebowanie odbiorców.

Efektem wdrażania inteligentnych rozwiązań jest system elektroenergetyczny zdolny do samodzielnej adaptacji, szybkiego reagowania na zakłócenia oraz utrzymania wysokiego poziomu niezawodności dostaw energii. To kierunek, który wyznacza przyszłość współczesnej energetyki i stanowi jeden z najważniejszych filarów bezpiecznej oraz zrównoważonej transformacji sektora.

Zachęcamy do lektury i poznania kierunków rozwoju, które już dziś kształtują sektor energii.

Autem tekstu jest mgr inż. Michał Fifowski - Kierownik Biura Innowacji w PGE Dystrybucja S.A.

Innowacje w energetyce – cyfryzacja i inteligentne zarządzanie siecią

Wprowadzenie historyczne

Przez ponad sto lat energetyka była sektorem opartym na stabilności i przewidywalności. Infrastruktura elektroenergetyczna była projektowana z myślą
o wieloletniej eksploatacji, a podstawowym kryterium była niezawodność dostaw. W konsekwencji branża naturalnie preferowała sprawdzone rozwiązania techniczne, a wdrażanie innowacji następowało powoli i ostrożnie. Dopiero pojawienie się generacji rozproszonej, rosnącej liczby źródeł odnawialnych oraz
rozwój technologii cyfrowych wymusiły fundamentalną zmianę podejścia i przyspieszenie transformacji. Prawdziwy przełom nastąpił rozpoczął się pod koniec drugiej dekady XXI wieku i trwa do dziś. W przeciągu niespełna dziesięciolecia, struktura generacji energii i przepływów w sieci elektroenergetycznej uległą diametralnej zmianie. To wymagało zastosowania innowacyjnych narzędzi.

1. OZE i magazyny energii jako katalizator zmian

Rozwój odnawialnych źródeł energii (OZE) oraz magazynów energii wprowadził do systemu elektroenergetycznego nową jakość funkcjonowania – opartą na zmienności, rozproszeniu oraz dynamicznym bilansowaniu. W przeciwieństwie do klasycznej energetyki konwencjonalnej, produkcja energii z OZE – w szczególności z fotowoltaiki i energetyki wiatrowej – jest silnie uzależniona od warunków atmosferycznych, co skutkuje dużą zmiennością generacji w czasie rzeczywistym. W konsekwencji system elektroenergetyczny musi być zdolny do ciągłej adaptacji, a jego stabilność przestaje być funkcją jedynie mocy wytwórczych, a staje się wypadkową zdolności do zarządzania przepływami energii.

OZE są obecnie jednym z najważniejszych filarów transformacji energetycznej, zarówno na poziomie krajowym, jak i europejskim. Ich rosnący udział w miksie energetycznym wynika z dążenia do redukcji emisji CO₂, poprawy bezpieczeństwa energetycznego oraz dywersyfikacji źródeł wytwarzania. W szczególności energetyka prosumencka – oparta na rozproszonych instalacjach fotowoltaicznych – znacząco zmienia strukturę sieci dystrybucyjnej, która z systemu jednokierunkowego przekształca się w układ wielokierunkowy, wymagający nowego podejścia do zarządzania.W tym kontekście magazyny energii stanowią istotny element wspierający stabilizację systemu, umożliwiając:

· bilansowanie krótkoterminowych wahań generacji,

· przesuwanie energii w czasie (time-shifting),

· ograniczanie przeciążeń sieciowych,

· stabilizację napięcia.

Jednak ich rola w praktyce jest ograniczona przez uwarunkowania regulacyjne oraz model rynku. Operator Systemu Dystrybucyjnego (OSD) może posiadać i eksploatować magazyny energii jedynie w szczególnych, uzasadnionych przypadkach (np. gdy brak jest alternatyw rynkowych). W efekcie wykorzystanie magazynów jako pełnoprawnego narzędzia operacyjnego w zarządzaniu siecią znajduje się obecnie głównie w gestii uczestników rynku energii, co ogranicza ich bezpośrednie zastosowanie w działaniach operatorskich.

Z perspektywy systemowej to właśnie potrzeba radzenia sobie ze zmiennością i nieprzewidywalnością generacji OZE stała się głównym impulsem do rozwoju cyfryzacji sieci oraz automatyzacji procesów operacyjnych. Wymusza ona wdrażanie rozwiązań takich jak:

· zaawansowane systemy zarządzania siecią (DMS, DERMS),

· automatyka sieciowa (FDIR, self-healing),

· prognozowanie generacji i obciążeń,

· aktywne zarządzanie odbiorcami (Demand Side Response).

Rozwój odnawialnych źródeł energii nie ogranicza się jedynie do dalszego zwiększania mocy zainstalowanej, ale obejmuje również ewolucję technologii wytwarzania oraz ich integracji z systemem elektroenergetycznym. Można wskazać kilka kluczowych kierunków:

1. Skalowanie i optymalizacja istniejących technologiidalszy rozwój fotowoltaiki (wyższa sprawność, magazyny przy instalacjach), wzrost znaczenia farm wiatrowych offshore, hybrydowe instalacje OZE (PV + wiatr + magazyn).

2. Integracja z systemem elektroenergetycznym, rozwój koncepcji Active Distribution Networks, zwiększanie tzw. hosting capacity sieci, wprowadzenie elastyczności jako usługi systemowej (flexibility markets).

3. Nowe technologie wytwarzania: zielony wodór jako nośnik energii i magazyn sezonowy,rozwój technologii Power-to-X (np. Power-to-Gas), mikroinstalacje i mikrosieci (microgrids) zdolne do pracy wyspowej.

4. Integracja sektorów (sector coupling): powiązanie energetyki z transportem (elektromobilność, V2G), integracja z ciepłownictwem (pompy ciepła, magazyny ciepła), wykorzystanie nadwyżek energii w przemyśle.

5. Cyfryzacja i autonomizacja systemu : rozwój systemów predykcyjnych i AI, przejście w kierunku sieci samooptymalizujących, decentralizacja decyzji (edge computing, DOL).

OZE przestają być jedynie alternatywnym źródłem energii – stają się centralnym elementem systemu elektroenergetycznego, determinującym sposób jego funkcjonowania. Ich rozwój wymusza transformację całej infrastruktury, od wytwarzania, przez sieci dystrybucyjne, aż po systemy zarządzania.

W efekcie energetyka przechodzi od modelu stabilnego, przewidywalnego systemu opartego na dużych jednostkach wytwórczych do modelu dynamicznego, rozproszonego i zarządzanego w czasie rzeczywistym – w którym kluczową rolę odgrywają dane, automatyka oraz inteligentne systemy sterowania

2. Cyfryzacja infrastruktury – IEC 61850

Cyfryzacja infrastruktury elektroenergetycznej oznacza przejście od systemów analogowych i statycznych do środowiska opartego na danych i komunikacji w czasie rzeczywistym. Transformacja energetyczna polegająca na wprowadzeniu do systemu elektroenergetycznego znacznych mocy wytwórczych opartych o OZE stawia wysokie wymagania przed służbami odpowiedzialnymi za ruch w sieci. I sam fakt dużych inwestycji sieciowych polegających na modernizacji istniejącej i budowie nowej infrastruktury sieciowej w klasycznym rozumieniu (budowa nowych połączeń sieciowych, zwiększenie przekrojów przewodów itp.) poprawia sytuację tylko do pewnego momentu. Szacuje się, że klasyczna infrastruktura pozwala na instalację ok. 30-40% źródeł odnawialnych w systemie. A co dalej? Istnieje konieczność stosowania zaawansowanych systemów zarządzania siecią opartych o dane z szeregu czujników, sensorów i źródeł. Ciekawostkę stanowi fakt, że np. kraje afrykańskie, których systemy elektroenergetyczne są oparte w dużo większej skali na źródłach OZE posiadają od wielu lat wdrożenia systemów tego typu.

Kluczową rolę odgrywa standard IEC 61850, który wprowadza obiektowy model danych oraz zunifikowane protokoły komunikacyjne. Dzięki temu możliwe jest tworzenie systemów interoperacyjnych, w których urządzenia różnych producentów współpracują bez konieczności stosowania indywidualnych interfejsów.

Zastosowanie IEC 61850 umożliwia także budowę cyfrowych stacji elektroenergetycznych, w których tradycyjne sygnały przewodowe zastępowane są komunikacją cyfrową. W efekcie następuje redukcja okablowania, zwiększenie elastyczności konfiguracji oraz możliwość zdalnej rekonfiguracji funkcji.
Cyfryzacja umożliwia również gromadzenie dużych ilości danych pomiarowych, co stanowi podstawę dla dalszej analizy i optymalizacji pracy sieci.

3. Smart Grid – inteligentna sieć elektroenergetyczna

Smart Grid to koncepcja systemu elektroenergetycznego zdolnego do dynamicznej adaptacji do zmieniających się warunków pracy. Kluczowym elementem tej koncepcji jest
integracja przepływu energii z przepływem informacji. Dzięki temu możliwe jest podejmowanie decyzji operacyjnych w oparciu o aktualny stan systemu.

W ramach Smart Grid wdrażane są systemy takie jak AMI, DMS, OMS oraz DERMS. Pozwalają one na monitorowanie zużycia energii, zarządzanie awariami, optymalizację rozpływów mocy oraz integrację źródeł rozproszonych.
Szczególnie istotna jest możliwość automatycznej rekonfiguracji sieci, która pozwala na utrzymanie ciągłości zasilania mimo wystąpienia zakłóceń.

Inteligentna sieć umożliwia również aktywne zarządzanie odbiorcami energii. Mechanizmy Demand Side Response pozwalają na czasowe ograniczenie poboru energii w okresach szczytowego zapotrzebowania, co przyczynia się do poprawy stabilności systemu oraz redukcji kosztów jego eksploatacji.

Rozwój technologii Smart Grid widoczny jest coraz bardziej również w naszych domach. Nie tylko telewizory, komputery ale również elementy oświetlenia, monitoringu, ogrzewania mogą być sterowane z poziomu smartfona, integrowane i zarządzane w sposób autonomiczny. To daje nam nie tylko realny wpływ na poszczególne urządzenia, ale także wiedzę o naszym profilu zużycia energii.

4. Nowe technologie sterowania i automatyki

Nowoczesne systemy elektroenergetyczne wymagają zastosowania zaawansowanych metod sterowaniaSystemy DLR (Dynamic Line Rating), po polsku określane jako dynamiczna obciążalność linii (DOL), to rozwiązania umożliwiające bieżące, dynamiczne określanie dopuszczalnej obciążalności prądowej linii elektroenergetycznych w zależności od aktualnych warunków środowiskowych. W przeciwieństwie do tradycyjnego podejścia statycznego (SLR), które opiera się na konserwatywnych założeniach (np. wysokiej temperaturze otoczenia i niskim wietrze), systemy DLR wykorzystują pomiary takich parametrów jak temperatura przewodów, prędkość i kierunek wiatru, nasłonecznienie czy obciążenie linii. Dzięki temu możliwe jest zwiększenie rzeczywistej przepustowości infrastruktury bez konieczności jej fizycznej rozbudowy, co ma kluczowe znaczenie dla integracji niestabilnych źródeł odnawialnych oraz poprawy efektywności wykorzystania sieci.

Współczesne systemy DLR/DOL coraz częściej integrują komponenty analizy danych oparte na sztucznej inteligencji (AI), w tym algorytmy uczenia maszynowego i modele predykcyjne. AI pozwala nie tylko na bieżące przeliczanie obciążalności, ale także na prognozowanie jej wartości w horyzoncie krótkoterminowym (np. na kilka godzin do przodu), uwzględniając prognozy pogody i historyczne wzorce pracy sieci. Takie podejście wspiera operatorów systemów elektroenergetycznych w podejmowaniu decyzji operacyjnych (np. redispatch, zarządzanie przeciążeniami), zwiększa bezpieczeństwo pracy sieci oraz umożliwia bardziej efektywną integrację generacji rozproszonej. W efekcie systemy DLR wzbogacone o AI stają się elementem inteligentnych sieci elektroenergetycznych (smart grids), łącząc monitoring, analitykę i predykcję w jednym spójnym ekosystemie zarządzania infrastrukturą.

Istotną rolę odgrywają również wspominane już techniki predykcyjne oparte na analizie danych historycznych oraz bieżących pomiarów. Umożliwiają one prognozowanie obciążeń, generacji oraz potencjalnych stanów awaryjnych. W połączeniu z algorytmami sztucznej inteligencji tworzą one podstawę dla systemów autonomicznego sterowania.

Funkcje FDIR stanowią jeden z najważniejszych elementów automatyki sieciowej. Automatyczne wykrywanie uszkodzeń, ich izolacja oraz przywracanie zasilania pozwalają na znaczące ograniczenie liczby i czasu trwania przerw w dostawach energii. W nowoczesnych rozwiązaniach proces ten przebiega w pełni automatycznie, bez udziału operatora.

5. Zaawansowane systemy zarządzania siecią SN i nN

Na poziomie średnich napięć wdrażane są systemy umożliwiające pełną obserwowalność sieci oraz zdalne sterowanie jej elementami. Automatyzacja obejmuje
m.in. sekcjonowanie sieci, zarządzanie napięciem oraz integrację źródeł rozproszonych. Systemy DMS wspierają operatora w podejmowaniu decyzji poprzez analizę scenariuszy pracy sieci.

Na poziomie niskich napięć wyzwania są jeszcze większe ze względu na dużą liczbę mikroinstalacji oraz ograniczoną infrastrukturę pomiarową. W odpowiedzi rozwijane są systemy monitoringu w czasie rzeczywistym, inteligentne stacje transformatorowe oraz rozwiązania edge computing. Umożliwiają one lokalne podejmowanie decyzji oraz ograniczanie skutków przeciążeń i wahań napięcia.

Kluczowym elementem jest integracja wszystkich systemów w jednolitą architekturę informatyczną. Połączenie SCADA, DMS, OMS oraz DERMS umożliwia uzyskanie pełnego obrazu sytuacji sieciowej oraz koordynację działań na wszystkich poziomach napięć.

Podsumowanie

Transformacja energetyki zmienia charakter systemu elektroenergetycznego z pasywnego w aktywny i inteligentny. Kluczową rolę odgrywa cyfryzacja, automatyka
oraz wykorzystanie danych. Nowoczesne technologie sterowania, standardy komunikacyjne oraz zaawansowane systemy zarządzania umożliwiają efektywne funkcjonowanie sieci w warunkach rosnącej złożoności i zmienności. W rezultacie powstaje system zdolny do samodzielnej adaptacji, optymalizacji oraz zapewnienia wysokiego poziomu niezawodności dostaw energii.