W obliczu rosnących wymagań wobec sieci energetycznych, wynikających z dynamicznego wzrostu udziału odnawialnych źródeł energii (OZE) oraz coraz wyższych standardów bezpieczeństwa dostaw energii, technologie BESS (Battery Energy Storage Systems) odgrywają kluczową rolę w zarządzaniu obciążeniem, stabilizacją parametrów sieci oraz zapewnieniu ciągłości zasilania.
W artykule przybliżymy zastosowania systemów BESS z perspektywy inżynierów odpowiedzialnych za systemy OT (Operational Technology). Przyjrzymy się także temu, jak krótki czas reakcji BESS wspiera usługi pomocnicze sieci i dlaczego odpowiednia architektura komunikacji OT (np. z wykorzystaniem redundancji sieciowej) jest kluczowa dla niezawodności całego rozwiązania.
BESS w modelu „Front-of-the-Meter” i „Behind-the-Meter”
Systemy Battery Energy Storage Systems (BESS) to fundamenty dla: zarządzania energią z OZE, stabilizacji parametrów sieci, szybkiego reagowania na awarie. Istnieją dwa modele zastosowania BESS:
Front-of-the-Meter (FTM):
- integracja z siecią przesyłową i dużymi źródłami (farmy PV, wiatrowe),
- stabilizacja napięcia i częstotliwości,
- świadczenie usług systemowych.
Behind-the-Meter (BTM):
- magazynowanie nadwyżek z własnych OZE,
- peak shaving i optymalizacja kosztów,
- zasilanie awaryjne dla zakładów i obiektów komercyjnych.
Krótki czas reakcji BESS – kluczowy dla usług pomocniczych
W kontekście bezpieczeństwa systemu elektroenergetycznego systemy BESS pełnią istotną rolę.
Powyżej przedstawiony został wykres z uwzględnieniem przeglądu usług pomocniczych, gdzie każda z nich odpowiada na inne potrzeby sieci elektroenergetycznej lub odbiorców końcowych.
Choć każda pełni istotną rolę, to w kontekście bezpieczeństwa systemu elektroenergetycznego oraz wymagań operatorów sieci kluczowa jest najczęściej kontrola częstotliwości i napięcia (Frequency / Voltage Control).
Dlaczego?
Od częstotliwości (50 Hz lub 60 Hz) zależy praca większości urządzeń w sieci. Nawet niewielkie i krótkotrwałe odchylenia mogą mieć poważne skutki, prowadząc w skrajnym przypadku do blackoutu. Ta usługa wymaga błyskawicznej (w skali sekund lub nawet setek milisekund) reakcji magazynu energii.
Celem jest natychmiastowa stabilizacja sieci w momencie wystąpienia różnic pomiędzy podażą, a popytem na energię co powoduje wahania częstotliwości i napięcia. BESS może błyskawicznie dostarczyć dodatkową moc (lub ją pochłonąć) w reakcji na sygnał z systemów zarządzania.
Utrzymanie częstotliwości i napięcia w wąskim przedziale tolerancji to absolutna podstawa stabilności systemu elektroenergetycznego. Nawet krótkotrwałe odchylenia (rzędu ułamków herca) mogą prowadzić do poważnych konsekwencji w postaci przerw w dostawie energii.
Na czas pisania artykułu rynek BESS w Polsce jest na wczesnym etapie rozwoju – głównie realizowane są projekty pilotażowe. Kraje takie jak Australia czy USA mają już zaawansowane regulacje oraz produkty rezerwowe dla BESS. Doświadczenia z tych rynków mogą być wykorzystane w Polsce do stworzenia efektywnych rozwiązań technicznych i regulacyjnych. Z przedstawionych danych (np. w tabelach dla Australii, Wielkiej Brytanii czy Chin) widać, że operatorzy sieci coraz bardziej zaostrzają wymagania dotyczące usług pomocniczych.
Jak było dawniej?
Czas reakcji na poziomie 2–6 sekund w zakresie Primary Response czy Frequency Control Ancillary Services (FCAS).
Jak jest obecnie?
Oczekiwany czas aktywacji potrafi spaść nawet poniżej 1 sekundy lub poniżej 250 ms w niektórych regionach (a w Chinach nawet do 100 ms).
Można zatem zaobserwować globalną tendencję do skracania czasów reakcji usług pomocniczych sieci elektroenergetycznych. Ta zmiana jest spowodowana potrzebą szybszego reagowania na zmiany w sieci, co pozwala na lepsze zarządzanie stabilnością i niezawodnością dostaw energii.
Warstwowa architektura OT: podstawa niezawodności systemu
- Aby tak szybka reakcja była możliwa i wiarygodna, systemy OT (Operational Technology) muszą spełniać szereg wymagań pod względem:
- Czasu transmisji
Minimalizacja opóźnień komunikacyjnych między urządzeniami. - Niezawodności
Redundancja sprzętowa i programowa, aby awaria pojedynczego komponentu nie zakłóciła działania całego systemu BESS. - Bezpieczeństwa
System OT musi być odpowiednio chroniony przed cyberzagrożeniami oraz manipulacjami, mogącymi doprowadzić do przerwy w zasilaniu czy niekontrolowanego przepływu energii.
Na schematach dotyczących znaczenia systemów OT widać, jak ważny jest przepływ informacji pomiędzy warstwą sterowania (EMS), warstwą komunikacyjną (sieć OT) oraz samymi magazynami energii (moduły baterii i PCS). Każde opóźnienie czy przerwa w komunikacji przekłada się na potencjalne zagrożenie dla stabilności sieci.
Redundancja sieciowa: PRP, HSR i Moxa Turbo Ring
Żeby zapewnić wysoką dostępność systemów BESS, inżynierowie coraz częściej stosują następujące zaawansowane rozwiązania sieciowe.
PRP (Parallel Redundancy Protocol) i HSR (High-availability Seamless Redundancy)
Komunikacja odbywa się symultanicznie dwiema ścieżkami. W przypadku awarii jednej z nich – druga przejmuje ruch niemal natychmiast (recovery time = 0 ms).
Moxa Turbo Ring / Turbo Chain
W porównaniu z klasycznym RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol, 1–50 s) oferują szybki czas rekonfiguracji sieci (<50 ms). Dla operatorów BESS liczy się każda milisekunda – stąd tak duże zainteresowanie rozwiązaniami zbliżonymi do bezawaryjnej transmisji. Więcej na ten temat znajdziesz tutaj.
Wspomniane protokoły redundancji są obsługiwane przez zarządzalne switche Ethernet, które pełnią rolę „spoiwa” i łączą komponenty wewnątrz magazynu, a także w przypadku wielkopowierzchniowych projektów zapewniają w/w redundantną komunikację pomiędzy magazynami energii. Dzięki topologii pierścienia (Ring) bądź łańcucha (Chain) moduł BESS, składający się z wielu kontenerów baterii i falowników, jest w stanie utrzymać pracę nawet w sytuacji, gdy jedna z gałęzi komunikacyjnych ulegnie awarii.
Dzięki topologii pierścienia (Ring) bądź łańcucha (Chain) moduł BESS, składający się z wielu kontenerów baterii i falowników, jest w stanie utrzymać pracę nawet w sytuacji, gdy jedna z gałęzi komunikacyjnych ulegnie awarii. 
Widać to na ilustracjach, gdzie przełączniki Ethernet (E-Switch) współpracują z EMS w redundantnej konfiguracji, zapewniając ciągłe sterowanie i monitoring całego procesu ładowania/rozładowania magazynu.
Biorąc pod uwagę wymagane czasy reakcji dla usług pomocniczych okazuje się, że odpowiednia topologia sieci OT i wdrożony mechanizm redundancji jest jednym z kluczowych elementów odpowiednio zaprojektowanej infrastruktury dla wielkopowierzchniowych systemów magazynowania energii.
Przykładowy scenariusz szybkiej reakcji BESS
- Zakłócenie w sieci – np. nagły wzrost zapotrzebowania lub awaria linii przesyłowej powoduje spadek częstotliwości.
- Detekcja i przesłanie sygnału – operator systemu przesyłowego w ułamku sekundy wykrywa odchylenie częstotliwości i wysyła sygnał sterujący do BESS.
- Przetworzenie informacji w EMS – system zarządzania energią odbiera sygnał i natychmiast przekazuje go do systemu zarządzania baterią (BMS) i falownika (PCS).
- Uruchomienie baterii – BMS aktywuje moduły baterii, które zaczynają dostarczać (lub pochłaniać) moc, odpowiednio niwelując odchylenia w sieci.
- Stabilizacja częstotliwości – w ciągu kilkuset milisekund do maksymalnie kilku sekund częstotliwość wraca do nominalnej wartości (np. 50 Hz), zapewniając bezpieczną pracę pozostałych elementów sieci.
Z wykresu reakcji BESS (z czasem od wysłania sygnału sterującego <100 ms do osiągnięcia pełnej mocy w okolicach 250 ms) wyraźnie widać, że jest to wydajniejsza metoda od klasycznych generatorów rezerwowych.
Co to oznacza w praktyce?
- Szybką stabilizację sieci
Przy wahaniach w okolicach 50 Hz (lub 60 Hz w niektórych regionach), liczy się każda milisekunda. BESS reaguje tak szybko, że potrafi zniwelować drgania częstotliwości, zanim te rozprzestrzenią się po całej sieci. - Mniejsze ryzyko blackoutu
Szybkie dostarczenie energii (lub jej pochłonięcie) może zatrzymać „efekt domina”, w którym kolejne generatory lub części sieci odłączają się przy niekorzystnych parametrach. - Minimalizację kosztów zakłóceń
Krótkie przerwy w zasilaniu czy odchyłki częstotliwości mogą generować ogromne straty finansowe (szczególnie w przemyśle wrażliwym na wahania zasilania). - Zgodność z regulacjami
Coraz częściej wymaga się błyskawicznej interwencji – w niektórych regionach jest to 1 sekunda, w innych schodzimy do setek milisekund. BESS to rozwiązanie, które bez problemu „wyrabia się” w narzuconym okienku czasowym.
Perspektywa inżynierów OT: co jest kluczowe?
- Niezawodność i bezpieczeństwo
Dobrze zaprojektowana sieć OT z redundancją i protokołami szybkiego przełączania (PRP, HSR czy Turbo Ring) pozwala na minimalizację ryzyka przestojów i utraty sterowania w newralgicznych momentach. - Zgodność z wymaganiami operatorów
Rosnące znaczenie standardów i norm zmusza do tworzenia architektur, które zapewniają odpowiedni czas odpowiedzi systemu. - Skalowalność
Użycie modułowych rozwiązań sieciowych (zarówno sprzętu, jak i oprogramowania) ułatwia rozbudowę i integrację z nowymi elementami.
Rola urządzeń Moxa w architekturze BESS
Rozwiązania Moxa pełnią kluczową rolę w systemach BESS, zapewniając nie tylko niezawodną łączność przemysłową, ale także bezpieczeństwo, skalowalność i długoterminową stabilność całej infrastruktury. Pozwala to efektywnie integrować i zarządzać magazynami energii, minimalizować ryzyko awarii oraz optymalizować koszty eksploatacji.
W obliczu dynamicznego rozwoju rynku BESS, kompleksowa oferta Moxa – obejmująca switche Ethernet, konwertery protokołów, routery zabezpieczające czy komputery brzegowe – pozwala elastycznie dostosowywać się do różnorodnych wymagań projektów magazynowania energii.
Dowiedz się więcej o naszych rozwiązaniach na dedykowanej stronie.
Podsumowanie: BESS i OT jako fundament nowoczesnej, odpornej energetyki
Systemy BESS to dziś jedno z najważniejszych narzędzi dla operatorów sieci, firm energetycznych i odbiorców przemysłowych chcących aktywnie zarządzać energią. Ich zalety – niezwykle krótki czas reakcji, wszechstronne zastosowanie (od niwelowania wahań częstotliwości, przez zarządzanie szczytami, po backup) oraz rosnąca opłacalność ekonomiczna – sprawiają, że ich rola w transformacji energetycznej będzie się jeszcze zwiększać.
Jednocześnie, aby w pełni wykorzystać potencjał BESS, niezbędne jest odpowiedzialne podejście do warstwy OT. Szybkie połączenia, redundancja oraz bezpieczeństwo cybernetyczne stanowią fundament, na którym opiera się nowoczesna infrastruktura magazynowania energii. Inwestorzy, którzy już teraz wdrożą zaawansowane i skalowalne rozwiązania w obszarze OT, zyskają przewagę w wyścigu o stabilne i zrównoważone dostawy energii.
W kontekście wyzwań stojących przed branżą – od regulacji prawnych, przez bezpieczeństwo, aż po rosnące zapotrzebowanie na usługi systemowe – BESS wraz z solidną infrastrukturą sieci OT będą kluczowym elementem przyszłości energetyki.
