Sterownik KLASTER+, czyli autonomiczne zarządzanie mikrosiecią i współpraca z siecią OSD

Na Politechnice Warszawskiej rozpoczęły się prace nad projektem KLASTER+. Głównym jego celem jest opracowanie oraz wdrożenie nowatorskiej funkcjonalności sterownika polowego przeznaczonego do pracy w punkcie przyłączenia mikrosieci do sieci OSD. Opracowany sterownik z nową funkcjonalnością umożliwi dwukierunkową komunikację pomiędzy mikrosieciami a siecią OSD. Umożliwi to zwiększenie udziału OZE w miksie energetycznym, zmniejszenie nierynkowego redysponowania, lepsze sterowanie lokalnymi źródłami OZE, magazynami energii oraz odbiornikami w mikrosieci, a także zwiększenie społecznej akceptacji dla zielonej energii. Projekt rozpoczął się w czerwcu 2026 r. i będzie realizowany do maja 2029 r. 

Realizacja projektu wniesie istotny wkład w rozwój nauki i technologii w dziedzinie energetyki rozproszonej, klastrów energii oraz koncepcji wirtualnych elektrowni. Projekt dostarczy nowe rozwiązania w zakresie inteligentnych metod zarządzania energią na styku mikrosieci i sieci OSD. Zakłada on również stworzenie narzędzi umożliwiających jakościową i ilościową ocenę parametrów energii w punktach przyłączenia mikrosieci do sieci OSD. Ważnym rezultatem będzie także opracowanie i demonstracja w operacyjnym środowisku przemysłowym nowej generacji sterownika polowego z innowacyjną funkcjonalnością, integrującego funkcje sterownicze, diagnostyczne i prognostyczne. W ramach projektu zostaną również opracowane praktyczne modele funkcjonowania wspólnot energetycznych, które będą mogły być replikowane w różnych regionach Polski. Powstanie też zestaw rekomendacji i wytycznych dla praktyków wspierających skuteczne wdrażanie nowoczesnych rozwiązań energetycznych.

– Ambicją projektu jest osiągnięcie znaczącego postępu technologicznego w zakresie zarządzania mikrosieciami poprzez przyczynienie się do rozwoju nowoczesnych, zdecentralizowanych modeli funkcjonowania wspólnot energetycznych w Europie. Rezultaty projektu będą miały charakter innowacji systemowej i organizacyjnej, wspierając transformację energetyczną, rozwój energetyki obywatelskiej oraz wzrost udziału energii odnawialnej w lokalnym miksie energetycznym – zapowiada dr inż. Tadeusz Daszczyński z Wydziału Elektrycznego Politechniki Warszawskiej, kierownik projektu KLASTER+.  – Innowacja systemowa polega na powiązaniu innowacji technicznej – sterownika polowego o nowej funkcjonalności – z innowacją społeczną, czyli ograniczeniem wyłączeń OZE, co przekłada się na niższe koszty społeczne energii elektrycznej. Innowacja organizacyjna obejmuje zintegrowane podejście do współpracy nauki z biznesem oraz usprawnione zarządzanie mikrosiecią i źródłami OZE. 

Rezultatem projektu będzie również zbudowanie ekosystemu innowacji na styku mikrosieci i sieci OSD. Lider projektu (Politechnika Warszawska, CEZAMAT) zbuduje go poprzez zaangażowanie krajowych partnerów działających w obszarze mikrosieci (ESA HUB Sp. z.o.o., EnH2O Sp. z o.o.) oraz krajowego producenta sterowników polowych i rozdzielnic SN/nn (Elektrometal Energetyka S.A.). Projekt stworzy także podstawy dla realizacji kolejnych projektów technologicznych na styku nauka – operatorzy mikrosieci – przemysł.

– Realizacja projektu przyczyni się także do ograniczenia ubóstwa energetycznego, które ma negatywny wpływ nie tylko na osoby bezpośrednio dotknięte tym zjawiskiem, ale również na całe społeczeństwo. Według Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego, zaspokojenie regionalnego zapotrzebowania na energię za pomocą OZE stanowi podstawowy warunek ograniczenia ubóstwa energetycznego – zwraca uwagę dr Daszczyński. 

Życie w nieodpowiedniej temperaturze oraz stres związany z niemożnością opłacenia rachunków za energię elektryczną zwiększa ryzyko chorób fizycznych i psychicznych. Osoby dotknięte ubóstwem energetycznym często popadają w spiralę pogarszającego się stanu zdrowia, w której problemy fizyczne i psychiczne wzajemnie się nasilają. Nieodpowiednie warunki mieszkaniowe utrudniają wykonywanie codziennych obowiązków, takich jak praca czy nauka, a widoczne oznaki trudnej sytuacji finansowej zwiększają ryzyko stygmatyzacji społecznej. Dodatkowo korzystanie z mniej bezpiecznych źródeł energii podnosi ryzyko pożarów i emisji szkodliwych substancji, obniżając jakość życia i zwiększając prawdopodobieństwo wystąpienia chorób, w tym nowotworowych, wśród szerszej społeczności. Dzięki lepszemu wykorzystaniu energii z OZE wspólnoty lokalne zyskują również większą niezależność od wahań cen energii na rynkach krajowych i światowych.

Cele techniczne projektu: autonomiczne sterowanie mikrosieciami OZE w integracji z OSD

Głównym celem projektu jest opracowanie i wdrożenie nowatorskiego sterownika polowego realizującego nową funkcjonalność KLASTER+, zlokalizowanego w punkcie przyłączenia mikrosieci do sieci OZE. Mówiąc bardziej szczegółowo, nowa funkcjonalność opracowanego sterownika zawierać będzie dwustronną komunikację pomiędzy mikrosieciami a systemem SCADA sieci OSD, która w połączeniu z algorytmem zero-eksport realizowanym przez mikrosieć, umożliwi autonomiczne sterowanie lokalnymi OZE, magazynami i odbiornikami w mikrosieci, tak aby spełnione były następujące założenia:

• zapewnienie, aby parametry mocy w punkcie przyłączenia mikrosieci do sieci OSD nie przekraczały wymagań określonych w kodeksach sieci i wytycznych OSD,
• przeciwdziałanie, redukcja lub eliminacja konieczności wyłączeń poszczególnych źródeł OZE w mikrosieci oraz eliminacja konieczności wyłączeń całej mikrosieci przez OSD,
• optymalizacja autokonsumpcji energii wytworzonej lokalnie w mikrosieci,
• poprawa stabilności i bezpieczeństwa pracy Krajowego Systemu Elektroenergetycznego (KSE) poprzez komunikację sterownika polowego z systemem zarządzania mikrosiecią.

Zgodnie z założeniami opracowane rozwiązanie osiągnie poziom gotowości technologicznej TRL7, co oznacza zademonstrowanie i zweryfikowanie działającego prototypu sterownika polowego KLASTER+ w rzeczywistym środowisku operacyjnym mikrosieci we współpracy z zaangażowanymi w projekt partnerami przemysłowymi. 

Dodatkowym celem projektu jest opracowanie koncepcji algorytmu wykrywania pracy wyspowej mikrosieci, przeznaczonego do implementacji w sterownikach polowych instalowanych w punktach przyłączenia mikrosieci z siecią OSD. W ramach realizowanego projektu rozwiązanie to ma osiągnąć poziom gotowości technologicznej TRL4, co oznacza implementację zaproponowanej koncepcji algorytmu i podstawową weryfikację w środowisku laboratoryjnym. Realizacja tego celu może stanowić podstawę do dalszego rozwoju opracowanego przez zespół sterownika polowego, umożliwiając wykorzystanie rezultatów niniejszego projektu jako punkt wyjścia do kolejnych prac badawczo-rozwojowych (post-project exploitation).

Cele pozatechniczne projektu: wpływ społeczny, ekonomiczny i środowiskowy

Poza realizacją celów ściśle technicznych, projekt obejmuje również następujące cele nietechniczne:

• zwiększenie świadomości i akceptacji społecznej dla mikrosieci poprzez promowanie korzyści wynikających z autonomicznego sterowania mikrosieciami i integracji z sieciami OSD, w szczególności edukację społeczności lokalnych oraz środowisk przemysłowych i naukowych w zakresie efektywnego wykorzystania energii odnawialnej,
• wsparcie krajowej polityki energetycznej i klimatycznej poprzez przyczynienie się do realizacji celów transformacji energetycznej, zwiększenia udziału OZE w krajowym miksie energetycznym i poprawy stabilności Krajowego Systemu Elektroenergetycznego, a także wsparcie krajowych regulacji dotyczących integracji mikrosieci i inteligentnych systemów dystrybucyjnych,
• wzrost potencjału rozwojowego i innowacyjnego krajowej gospodarki poprzez rozwój technologii sterowników polowych i inteligentnych systemów zarządzania energią, a tym samym zwiększenie konkurencyjności krajowego przemysłu energetycznego i technologicznego poprzez wdrożenie innowacyjnych rozwiązań i komercjalizację wyników projektu,
• poprawa bezpieczeństwa energetycznego i jakości zasilania poprzez redukcję ryzyka przerw w dostawie energii dzięki minimalizacji wyłączeń mikrosieci przez OSD, a tym samym wzmocnienie odporności lokalnych sieci energetycznych na niestabilności wynikające z dużego udziału OZE,
• promocja współpracy międzysektorowej i partnerskiej poprzez współpracę nauki, przemysłu i operatorów systemów dystrybucyjnych OSD w ramach prac badawczo-rozwojowych i wdrożeniowych.

Projekt oparty na współpracy i dialogu

Zespół projektowy tworzą naukowcy z Wydziału Elektrycznego Politechniki Warszawskiej: dr inż. Tadeusz Daszczyński (kierownik projektu), dr hab. inż. Marcin Szewczyk, dr inż. Łukasz Rokicki, dr inż. Szymon Stoczko, mgr inż. Michał Połecki, a także dr inż. Robert Wójtowicz z Centrum Informatyzacji PW oraz mgr inż. Kamil Przygoda, doktorant ze Szkoły Doktorskiej PW. 

Obraz (old)

Projekt na każdym etapie uwzględnia zaangażowanie użytkowników końcowych, m.in. poprzez udostępnianie wyników badań na dedykowanej stronie internetowej, aktywność w mediach społecznościowych oraz publikacje kierowane do różnych grup odbiorców. Działania partycypacyjne, konsultacje społeczne oraz dialog społeczny umożliwią wymianę wiedzy i doświadczeń pomiędzy społeczeństwem, przemysłem i środowiskiem naukowym, a także identyfikację potrzeb i wzajemnych oczekiwań w kontekście transformacji energetycznej oraz wdrażania innowacyjnych rozwiązań.

Projekt, dzięki realizacji celów technicznych i pozatechnicznych, przy zaangażowaniu instytucji badawczych, operatorów mikrosieci i producenta infrastruktury sieciowej, wpisuje się w założenia krajowych dokumentów strategicznych wspierających transformację energetyczną. Promuje współpracę międzysektorową pomiędzy nauką, przemysłem i operatorami systemów dystrybucyjnych, wspiera rozwój lokalnych wspólnot energetycznych, tworząc trwały ekosystem innowacji w obszarze mikrosieci i sieci OSD oraz fundament dla przyszłych projektów technologicznych.

– Projekt zwiększy świadomość oraz akceptację społeczną dla wspólnot energetycznych poprzez promocję korzyści płynących z ich autonomicznego sterowania i integracji z sieciami OSD, a także upowszechnianie wiedzy wśród społeczności lokalnych, przemysłu i środowisk naukowych. Wesprze krajową politykę energetyczną i klimatyczną, przyczyniając się do transformacji energetycznej, wzrostu udziału OZE w miksie energetycznym oraz poprawy stabilności KSE – zaznacza dr Daszczyński. – Projekt zwiększy potencjał innowacyjny gospodarki poprzez rozwój technologii inteligentnych systemów zarządzania energią. Przyczyni się też do poprawy bezpieczeństwa energetycznego i jakości zasilania dzięki ograniczeniu ryzyka przerw w dostawach energii oraz wzmocnieniu odporności lokalnych sieci na wahania bilansu energii.

Proponowane rozwiązanie stanowi wartość wykraczającą poza obecny stan wiedzy i technologii poprzez rozszerzenie funkcjonalności sterownika polowego o inteligentne przetwarzanie danych (edge computing), opracowanie i implementację w sterowniku metody ilościowej oceny stanu mikrosieci w punkcie przyłączenia. Praktyczne zastosowanie tego rozwiązania pozwoli ograniczyć wyłączenia OZE, a tym samym zwiększyć rolę wspólnot energetycznych w transformacji energetycznej.

Projekt jest finansowany ze środków budżetu państwa, przyznanych przez Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego w ramach programu „Nauka dla Rozwoju Społeczeństwa”. Nr projektu: NdRS/SP/0189/2025/01; całkowita wartość projektu: 1 999 757,15 zł.

Więcej informacji o projekcie można znaleźć na stronie projektu oraz na kanale YouTube.