Blog

I. Úvod: Analýza Konceptu Využití Větrných Turbín pro Spotřebu Přebytečné Energie a Poskytování Setrvačnosti

Představení a rozbor uživatelského dotazu

Tato zpráva se zabývá analýzou inovativního konceptu využití větrných elektráren (VtE) pro dva specifické účely. Prvním je záměrné spotřebovávání přebytečné elektrické energie, zejména ze solárních zdrojů v obdobích s vysokým slunečním svitem a nízkou rychlostí větru (například v letních měsících), přičemž by generátor větrné turbíny pracoval v motorickém režimu a aktivně roztáčel její rotor. Druhým, souběžným účelem, je využití kinetické energie této uměle udržované rotující hmoty jako okamžité zálohy setrvačnosti pro podporu regulace frekvence v elektrické síti. Klíčovou otázkou, kterou se tato zpráva snaží zodpovědět, je, zda je takovýto duální koncept v současnosti někde prakticky využíván, zda je technicky a ekonomicky realizovatelný a jak obstojí ve srovnání s jinými metodami poskytování setrvačnosti sítě či managementu přebytků energie.

Význam stability frekvence a role setrvačnosti v moderních energetických soustavách

Udržování stabilní frekvence, v Evropě typicky 50 Hz, je absolutně kritické pro bezpečný a spolehlivý provoz jakékoli rozsáhlé elektrické sítě.¹ Frekvence sítě je přímým ukazatelem rovnováhy mezi okamžitou výrobou a spotřebou elektrické energie. Pokud výroba převyšuje spotřebu, frekvence stoupá; pokud spotřeba převyšuje výrobu, frekvence klesá. Významné odchylky od jmenovité frekvence mohou vést k poškození připojených zařízení, aktivaci ochran, rozsáhlým výpadkům dodávky elektřiny (tzv. blackoutům) a v nejhorším případě i ke kaskádovým poruchám vedoucím k rozpadu celé synchronně propojené soustavy.¹

V tomto kontextu hraje klíčovou roli setrvačnost sítě (grid inertia). Setrvačnost je definována jako schopnost energetického systému odolávat rychlým změnám frekvence, a to díky kinetické energii uložené v rotujících hmotách velkých synchronních generátorů, které jsou přímo spojeny se sítí.¹ Tyto rotující hmoty, typicky turbíny a generátory v konvenčních elektrárnách (uhelných, plynových, jaderných, vodních), fungují jako přirozený „tlumič nárazů“ proti náhlým změnám ve výkonové bilanci.¹ Čím vyšší je celková setrvačnost systému, tím pomaleji se frekvence mění při nerovnováze, což poskytuje více času pro regulační mechanismy (např. primární regulaci frekvence) na obnovení rovnováhy.

S rostoucím podílem obnovitelných zdrojů energie (OZE), zejména solárních fotovoltaických (FV) elektráren a větrných elektráren, však dochází k postupnému poklesu celkové přirozené setrvačnosti v energetických systémech. Důvodem je, že tyto zdroje jsou k síti nejčastěji připojovány prostřednictvím výkonových elektronických měničů (střídačů), které je z hlediska mechanické setrvačnosti fakticky oddělují od sítě.¹ Zatímco tyto měniče umožňují optimalizovat výrobu energie z OZE a poskytují pokročilé možnosti řízení, jejich standardní konfigurace (grid-following) nepřispívá k přirozené setrvačnosti systému tak, jak to činí synchronní generátory.⁴ Tento trend je významnou výzvou pro provozovatele přenosových soustav, neboť systémy s nízkou setrvačností jsou náchylnější k rychlým a hlubokým frekvenčním propadům či nárůstům.¹

Pokles systémové setrvačnosti v důsledku masivní integrace OZE je tedy hlavním hnacím motorem pro zkoumání a implementaci alternativních zdrojů setrvačnosti nebo technologií, které její efekt dokáží emulovat. Tradiční elektrárny, které byly hlavním zdrojem setrvačnosti, jsou postupně odstavovány a nahrazovány zdroji připojenými přes měniče. Nižší setrvačnost znamená, že jakákoli porucha, například náhlý výpadek velké elektrárny nebo připojení velké zátěže, způsobí rychlejší a větší odchylku frekvence. To zvyšuje riziko nestability a potenciálních blackoutů, protože ochranné systémy mohou začít odpojovat další části sítě, aby zabránily jejímu úplnému kolapsu. Z tohoto důvodu existuje naléhavá potřeba hledat nové způsoby, jak setrvačnost do sítě dodat nebo její stabilizační účinky nahradit. Uživatelský dotaz, který je předmětem této zprávy, představuje jednu z takových inovativních, byť možná nekonvenčních, úvah.

Implicitním předpokladem v dotazu je, že roztáčení větrné turbíny motorem automaticky poskytne využitelnou setrvačnost pro síť. Formulace „záloha setrvačnosti díky rotující hmotě“ evokuje představu přímého mechanického propojení této rotující hmoty se sítí, podobně jako u konvenčních generátorů. Jak však bylo zmíněno a bude podrobněji rozebráno v dalších kapitolách, moderní větrné turbíny jsou typicky připojeny přes frekvenční měniče, které tuto přímou mechanickou vazbu na frekvenci sítě ruší.¹ Pouhé roztáčení lopatek motorem tedy nemusí nutně znamenat, že se kinetická energie projeví jako efektivní setrvačnost na úrovni sítě, pokud to speciální řízení měničů neumožní, například formou tzv. syntetické setrvačnosti nebo pomocí síťotvorných (grid-forming) měničů. Tento potenciální rozpor mezi intuitivním předpokladem a technickou realitou moderních VtE bude jedním z klíčových bodů následující analýzy.

II. Větrné Turbíny v Motorickém Režimu: Technologické Předpoklady a Účel

Princip transformace generátoru na motor u větrných turbín

Základní principy elektromagnetismu umožňují, aby většina typů elektrických rotačních strojů, které běžně pracují jako generátory (přeměňují mechanickou energii na elektrickou), mohla pracovat i v motorickém režimu (přeměňují elektrickou energii na mechanickou). Toto platí i pro generátory používané ve větrných turbínách. Přechod do motorického režimu vyžaduje změnu směru toku energie a odpovídající řízení.

Specifika se liší podle typu generátoru:

• DFIG (Doubly Fed Induction Generator – Dvojitě napájený asynchronní generátor): Tento typ generátoru, často používaný ve VtE typu 3, má statorové vinutí přímo připojené k síti, zatímco rotorové vinutí je napájeno přes výkonový měnič (typicky AC-DC-AC konvertor s omezeným výkonem, cca 25-30 % jmenovitého výkonu generátoru).⁷ V generátorovém režimu umožňuje toto uspořádání regulovat otáčky rotoru v určitém rozsahu kolem synchronních otáček a řídit tok činného a jalového výkonu. V sub-synchronním generátorovém režimu (otáčky pod synchronními) je energie do rotoru dodávána z měniče, tedy ze sítě.⁷ Teoreticky by řízením toku energie do statoru a rotoru mohl DFIG pracovat i v čistě motorickém režimu, kdy by odebíral energii ze sítě a poháněl rotor turbíny.
• PMSG (Permanent Magnet Synchronous Generator – Synchronní generátor s permanentními magnety) a SCIG (Squirrel Cage Induction Generator – Asynchronní generátor s klecí nakrátko): Tyto generátory jsou typicky používány ve VtE typu 4 (někdy i typu 1 a 2 u SCIG s přímým připojením, což je ale starší technologie). U moderních VtE typu 4 je generátor plně oddělen od sítě pomocí výkonového měniče plného výkonu (full-scale converter).⁹ Tento měnič usměrňuje veškerý výkon z generátoru (který může mít proměnnou frekvenci a napětí v závislosti na otáčkách) na stejnosměrný meziobvod a následně jej střídačem převádí na střídavý výkon o síťové frekvenci a napětí. Pro motorický režim by bylo nutné zajistit reverzaci toku energie přes tyto měniče, tzn. měnič na straně sítě by fungoval jako usměrňovač a měnič na straně generátoru jako střídač napájející motor.

V obou případech je pro řízený přechod do motorického režimu, regulaci otáček a odebíraného výkonu nezbytná přítomnost a odpovídající naprogramování řídicích systémů a výkonové elektroniky. Frekvenční měniče, jak jsou obecně popsány například v ¹¹, slouží k regulaci otáček elektromotorů změnou frekvence a napětí napájecího proudu, což je princip, který by se uplatnil i zde.

Přehled existujících či zvažovaných aplikací motorického režimu

Ačkoliv je motorický režim VtE technicky možný, jeho praktické aplikace jsou spíše specifické a nejsou běžně zaměřeny na pouhé roztáčení lopatek naprázdno pro účely setrvačnosti sítě. Jedna ze studií popisuje integrovaný systém větrné elektrárny (WPS – Wind Power System), který je schopen pracovat jak v generátorovém, tak v motorickém režimu v závislosti na přebytku či nedostatku generované větrné energie ve vztahu k lokální zátěži.¹² V tomto konkrétním systému, který využívá PMSG a vektorové řízení, je v motorickém režimu přebytečná energie využívána k čerpání vody do horní nádrže, čímž se energie ukládá podobně jako u přečerpávacích vodních elektráren. Tento příklad jasně demonstruje technickou realizovatelnost motorického provozu VtE pro účely spotřeby a ukládání energie, avšak s konkrétním účelem (čerpání vody), nikoli pro prosté udržování rotace pro setrvačnost.

Jiné potenciální, i když méně relevantní pro daný dotaz, aplikace motorického režimu by mohly zahrnovat specifické testovací procedury, diagnostiku nebo určité úkony údržby, například pro pomalé otáčení rotoru bez nutnosti větru.

Posouzení možnosti využití pro spotřebu přebytečné solární elektřiny

Z technického hlediska by větrná turbína vybavená odpovídajícím řízením a výkonovou elektronikou mohla fungovat jako regulovatelná zátěž a spotřebovávat přebytečnou elektřinu ze sítě, například z FV elektráren. Otázkou však zůstává efektivita a celková smysluplnost takového řešení. Energie spotřebovaná na roztáčení a udržování rotace masivních lopatek proti aerodynamickému odporu a mechanickým ztrátám by byla z velké části přeměněna na teplo a hluk. Pokud by jediným cílem byla spotřeba přebytečné energie, existují pravděpodobně efektivnější metody, jako je ukládání do bateriových systémů (BESS), výroba zeleného vodíku pomocí elektrolýzy, řízené nabíjení elektromobilů, tepelná čerpadla, nebo v krajním případě řízené omezování výroby (curtailment).

Zatímco motorický režim VtE je technicky proveditelný, jak ukazuje příklad s čerpáním vody ¹² a teoretické možnosti u DFIG a PMSG turbín typu 4 ⁷, jeho nasazení čistě pro spotřebu přebytků elektrické energie a současné poskytování setrvačnosti sítě prostým roztáčením lopatek naprázdno není v dostupných materiálech popsáno jako zavedená nebo široce zvažovaná praxe. Aplikace v ¹² má jasný cíl ukládání energie, nikoli jen „volnoběžný“ provoz pro setrvačnost. To naznačuje, že koncept navrhovaný uživatelem je spíše teoretickou úvahou než běžně implementovaným řešením.

Schopnost větrných turbín pracovat v motorickém režimu a potenciálně poskytovat služby síti je kriticky závislá na schopnostech a řízení jejich výkonové elektroniky. Moderní VtE (zejména typ 3 DFIG a typ 4 s PMSG/SCIG) využívají sofistikované měniče ⁷, které řídí tok činného a jalového výkonu, otáčky generátoru a další parametry. Pro motorický provoz by tyto měniče musely být schopny nejen reverzovat tok energie, ale také přesně řídit motor tak, aby spotřebovával požadovaný výkon a udržoval rotující hmotu v pohybu. Obecné principy frekvenčních měničů pro řízení motorů, včetně regulace otáček změnou frekvence a napětí ¹¹, by se zde uplatnily. Složitost a náklady na takové řízení, navržené pro potenciálně častý motorický provoz specificky pro setrvačnost a spotřebu přebytků, by byly významným faktorem při posuzování celkové proveditelnosti.

III. Setrvačnost Elektrické Sítě a Přínos Rotačních Hmot

Fyzikální podstata setrvačnosti a její klíčová role pro udržení stability frekvence sítě

Setrvačnost elektrické sítě, jak již bylo naznačeno, je fundamentální vlastností, která přispívá k udržení stability frekvence. Fyzikálně je tato setrvačnost dána kinetickou energií uloženou v rotujících hmotách všech synchronních generátorů připojených k síti. Tato kinetická energie Ek​ je dána vztahem Ek​=21​Jω2, kde J je moment setrvačnosti rotujících částí (rotor generátoru a turbíny) a ω je jejich úhlová rychlost. V kontextu energetických systémů se často používá tzv. konstanta setrvačnosti H, která normalizuje uloženou kinetickou energii vztaženou ke jmenovitému výkonu stroje Srated​ a synchronní rychlosti ωm,sync​ 5:

H=21​Srated​Jωm,sync2​​

Tato konstanta H (obvykle udávaná v sekundách) vyjadřuje, po jakou dobu by generátor mohl dodávat svůj jmenovitý výkon pouze z uložené kinetické energie, pokud by nedocházelo k žádnému dalšímu přísunu primární energie.

Klíčový význam setrvačnosti spočívá v její schopnosti tlumit rychlé změny frekvence. Při náhlé změně výkonové bilance v síti (např. výpadek velkého zdroje nebo připojení velké zátěže) se přebytek či nedostatek energie projeví zrychlením či zpomalením rotujících generátorů. Rychlost této změny frekvence (Rate of Change of Frequency – RoCoF, obvykle udávaná v Hz/s) je nepřímo úměrná celkové setrvačnosti systému.⁵ Systém s vysokou setrvačností bude reagovat na poruchu pomalejší změnou frekvence, zatímco systém s nízkou setrvačností zaznamená mnohem rychlejší a strmější změnu frekvence.

Vysoké hodnoty RoCoF jsou pro energetický systém nebezpečné. Mohou vést k aktivaci ochranných relé (např. RoCoF ochran nebo ochran proti podfrekvenci/přefrekvenci), které mohou odpojit další zdroje nebo zátěže ve snaze stabilizovat situaci. To však může paradoxně vést k dalšímu zhoršení nerovnováhy a vyvolat kaskádovou poruchu vedoucí až k úplnému kolapsu systému (blackoutu).¹ Dostatečná setrvačnost tedy poskytuje kritický časový prostor pro to, aby mohly zareagovat primární a sekundární regulace frekvence a obnovit rovnováhu mezi výrobou a spotřebou dříve, než dojde k rozsáhlým problémům.

Tradiční zdroje setrvačnosti a výzvy spojené s jejich úbytkem

Historicky byla dominantním zdrojem setrvačnosti v elektrických sítích velká flotila synchronních generátorů v konvenčních elektrárnách: tepelných (spalujících uhlí, plyn nebo jiná fosilní paliva), jaderných a také ve velkých vodních elektrárnách.¹ Tyto zdroje se vyznačují masivními rotujícími částmi (turbíny a generátory) a jejich přímým synchronním spojením se sítí.

Současný trend dekarbonizace energetiky a přechod na obnovitelné zdroje energie však vede k postupnému odstavování těchto konvenčních elektráren.⁴ Zatímco tento přechod je nezbytný z hlediska ochrany klimatu, má za následek snižování celkové přirozené setrvačnosti v energetických soustavách. Jak již bylo zmíněno, větrné a solární elektrárny, které tyto konvenční zdroje nahrazují, jsou k síti typicky připojeny přes výkonové měniče, které jejich mechanickou setrvačnost od sítě oddělují. Důsledkem je, že sítě s vysokým podílem OZE mají tendenci vykazovat nižší přirozenou setrvačnost, což zvyšuje jejich zranitelnost vůči frekvenčním poruchám a klade vyšší nároky na rychlé regulační zálohy a alternativní zdroje setrvačnosti či její emulace. Podle plánu rozvoje německých provozovatelů přenosových soustav (TSO) pro období 2037/2045 bude nutné v budoucnu využít všechny potenciální zdroje pro poskytování dodatečné setrvačnosti, aby bylo možné pokrýt tuto rostoucí poptávku.¹⁴

Nízká setrvačnost nejenže zrychluje změny frekvence, ale může také vést ke kaskádovým poruchám. Při náhlé nerovnováze výkonu a následné rychlé změně frekvence (vysoký RoCoF) mohou ochrany mnoha distribuovaných zdrojů (včetně některých OZE) tyto zdroje hromadně odpojit. Tyto ochrany jsou navrženy tak, aby zabránily provozu zdrojů v nestabilní síti nebo tvorbě nechtěných ostrovních provozů.⁶ Takové hromadné odpojení však dále zhoršuje původní výkonovou nerovnováhu, což může vést k ještě rychlejším změnám frekvence a odpojení dalších prvků sítě, čímž vzniká riziko kaskádové poruchy vedoucí až k blackoutu. Vyšší setrvačnost zpomaluje RoCoF, poskytuje více času primární regulaci a dispečerským zásahům na reakci a snižuje riziko nežádoucího spuštění těchto ochran.

Setrvačnost je vlastností celého propojeného systému a přináší prospěch všem jeho účastníkům, neboť stabilní frekvence je nezbytná pro všechny spotřebiče a generátory. Historicky bylo poskytování setrvačnosti velkými synchronními generátory víceméně „vedlejším produktem“ jejich primární funkce – výroby elektřiny – a nebylo obvykle samostatně placenou službou. S úbytkem těchto tradičních generátorů ⁴ se však ukazuje, že setrvačnost není samozřejmostí. To vede k intenzivním diskusím o trzích s podpůrnými službami, kde by poskytování setrvačnosti (nebo jejích ekvivalentů, jako je syntetická setrvačnost) mohlo být finančně ohodnoceno. Takové ohodnocení by mohlo motivovat investice do technologií schopných tuto službu poskytovat, jako jsou synchronní kompenzátory, setrvačníkové systémy (FESS), bateriové systémy (BESS) se síťotvornými schopnostmi, nebo pokročilé řízení větrných a solárních elektráren.

IV. Větrné Turbíny jako Potenciální Zdroj Setrvačnosti: Současné Přístupy a Koncept Uživatele

Standardní zapojení větrných turbín a oddělení od sítě pomocí frekvenčních měničů

Většina moderních větrných turbín, zejména ty s proměnnými otáčkami (typicky typ 3 – DFIG a typ 4 – s plným měničem a PMSG nebo SCIG), využívá výkonové elektronické měniče pro připojení generátoru k elektrické síti.⁷ Tyto měniče jsou klíčové pro optimalizaci zisku energie z větru, protože umožňují rotoru turbíny pracovat při optimálních otáčkách pro danou rychlost větru. Současně však tyto měniče elektricky oddělují mechanickou stranu systému (rotor turbíny a generátor) od frekvence elektrické sítě.¹

Důsledkem tohoto oddělení je, že přirozená mechanická setrvačnost masivního rotoru větrné turbíny (lopatek, hřídele, převodovky a rotoru generátoru) se přímo nepřenáší do sítě a nepřispívá tak k tlumení frekvenčních odchylek stejným způsobem jako u synchronních generátorů. Jak uvádí Minna Laasonen, senior poradkyně finského provozovatele přenosové soustavy Fingrid, „frekvenční měnič mezi větrnou turbínou a elektrickou sítí brání kinetické energii rotující hmoty větrné turbíny v poskytování setrvačnosti během období změny frekvence“.¹ Větrné turbíny jsou tedy, i přes svou značnou rotující hmotu, často označovány jako zdroje s nízkým nebo žádným přirozeným setrvačným příspěvkem k síti.¹

Koncept „syntetické setrvačnosti“ u moderních větrných turbín

Aby bylo možné využít potenciál větrných turbín pro podporu stability sítě i přes jejich oddělení měniči, byl vyvinut koncept tzv. „syntetické setrvačnosti“ (někdy též virtuální setrvačnosti).⁵

Mechanismus funkce: Syntetická setrvačnost nevyužívá přímou mechanickou vazbu rotoru na síťovou frekvenci. Místo toho se spoléhá na schopnost moderních výkonových měničů velmi rychle měnit dodávaný činný výkon do sítě na základě detekované změny frekvence sítě, respektive její rychlosti změny (RoCoF).⁵ Pokud řídicí systém turbíny detekuje pokles frekvence (indikující nedostatek výkonu v síti), může krátkodobě zvýšit dodávku výkonu do sítě tím, že uvolní část kinetické energie uložené v rotujících lopatkách (což vede k dočasnému mírnému zpomalení rotoru). Naopak, při nárůstu frekvence může turbína dočasně snížit svůj výkon (pokud má provozní rezervu nebo mírně zrychlí rotor a uloží více kinetické energie). Tímto způsobem větrná turbína aktivně napodobuje setrvačnou odezvu tradičního synchronního generátoru.⁵ Pro efektivní fungování syntetické setrvačnosti jsou nezbytné pokročilé řídicí algoritmy a velmi rychlé a přesné měření frekvence sítě, často s využitím fázorových měřicích jednotek (PMU – Phasor Measurement Units).⁵

Výhody: Hlavní výhodou syntetické setrvačnosti je, že umožňuje obnovitelným zdrojům energie, jako jsou větrné turbíny, aktivně přispívat ke stabilitě sítě bez nutnosti zásadních hardwarových změn na samotné turbíně; využívá se především stávající výkonová elektronika a její pokročilé řízení.

Omezení: Poskytování syntetické setrvačnosti má však svá omezení. Množství dodatečné energie, kterou může turbína krátkodobě poskytnout, je limitováno kinetickou energií aktuálně uloženou v jejím rotoru a jejím aktuálním provozním stavem (např. rychlostí větru a otáčkami rotoru).⁵ Některé studie uvádějí, že maximální příspěvek syntetické setrvačnosti nemůže překročit přibližně 10 % ekvivalentu energie před poruchou.⁵ Dále, reakce je „syntetická“, tj. algoritmicky řízená, a nikoliv přirozená fyzikální reakce jako u synchronních strojů. Aktivace syntetické setrvačnosti může dočasně ovlivnit optimální bod výroby energie z větru, protože turbína se krátkodobě odchýlí od své optimální křivky výkonu. Rychlé změny výkonu spojené s poskytováním syntetické setrvačnosti mohou také potenciálně vést ke zhoršení některých parametrů kvality elektřiny.⁵

Praktické implementace: Navzdory těmto omezením je koncept syntetické setrvačnosti stále více implementován výrobci větrných turbín a vyžadován provozovateli sítí. Například společnost Siemens-Gamesa úspěšně demonstrovala provoz větrné farmy Dersalloch ve Skotsku o výkonu 69 MW v tzv. síťotvorném režimu (GFM – Grid-Forming Mode), což je pokročilý koncept úzce související se schopností poskytovat setrvačné služby.¹⁰

Analýza přímého využití rotující hmoty turbíny v motorickém režimu pro poskytování setrvačnosti (dle dotazu)

Uživatelský dotaz se zaměřuje na koncept, který se liší od syntetické setrvačnosti. Navrhuje udržovat větrnou turbínu v neustálé rotaci pomocí jejího generátoru pracujícího v motorickém režimu (spotřebovávajícího přebytečnou energii ze sítě) a využívat takto udržovanou fyzickou kinetickou energii rotující hmoty jako zálohu setrvačnosti.

Při porovnání s konceptem syntetické setrvačnosti je zřejmé, že uživatelův koncept cílí na fyzickou setrvačnost neustále rotující hmoty, zatímco syntetická setrvačnost je aktivní řízená reakce na změny frekvence, typicky poskytovaná během normálního generátorového provozu turbíny.

Technické výzvy spojené s realizací uživatelova konceptu by byly značné. I kdyby byla turbína udržována v rotaci motorem, problém oddělení od sítě frekvenčním měničem by stále přetrvával, pokud by nebyly použity speciální typy měničů. Aby se fyzická setrvačnost rotující hmoty mohla efektivně projevit v síti, musely by být měniče větrné turbíny schopny pracovat v síťotvorném (grid-forming) režimu. Tyto měniče se chovají jako napěťové zdroje, aktivně vytvářejí napětí a frekvenci na svých svorkách, podobně jako synchronní generátory, a mohou tak přirozeněji interagovat se sítí a poskytovat setrvačné vlastnosti.¹³ Implementace grid-forming schopností do VtE provozovaných v motorickém režimu by byla technicky náročná a nákladná. Alternativou by bylo přímé synchronní připojení generátoru VtE k síti, což je však u moderních VtE s proměnnými otáčkami velmi neobvyklé a omezovalo by jejich efektivitu při výrobě energie z větru.

Další zásadní otázkou je energetická náročnost takového řešení. Udržování masivních lopatek větrné turbíny v neustálé rotaci pomocí motoru, zejména za bezvětří nebo slabého větru, by vyžadovalo značné množství energie ze sítě, která by byla z velké části disipována jako ztráty.

Syntetická setrvačnost představuje snahu využít stávající (nebo mírně upravené) schopnosti větrných turbín pro podporu sítě, aniž by bylo nutné je provozovat neefektivně v motorickém režimu nebo zásadně měnit jejich hardware. Jedná se primárně o softwarové a řídicí řešení, které umožňuje VtE přispívat k setrvačnosti, když vyrábí elektřinu z větru, krátkodobým využitím kinetické energie rotoru nebo rezervy ve výkonu. To je energeticky efektivnější, protože primární účel VtE (výroba energie) zůstává zachován. Omezení syntetické setrvačnosti, jako je závislost na aktuálním větru a stavu „nabití“ kinetickou energií, jsou kompromisem za to, že se nevyžaduje dedikovaný a energeticky náročný provoz pouze pro účely setrvačnosti.

Pokud by se koncept roztáčení VtE motorem pro poskytování fyzické setrvačnosti měl přiblížit realitě s moderními turbínami, vyžadovalo by to implementaci již zmíněných síťotvorných (grid-forming) schopností v jejich měničích. Tyto měniče aktivně vytvářejí napětí a frekvenci, podobně jako synchronní generátory, a mohou tak přirozeněji poskytovat setrvačné vlastnosti a další služby pro stabilizaci sítě.¹⁰ Tento koncept je však stále ve fázi výzkumu a pilotních projektů, a jeho aplikace na VtE v trvalém motorickém režimu by byla dalším, ještě komplexnějším krokem.

V. Alternativní a Doplňkové Technologie pro Poskytování Setrvačnosti a Řízení Přetoků Energie

Problém klesající setrvačnosti sítě a potřeba efektivního řízení přebytků energie vedly k vývoji a nasazení řady alternativních a doplňkových technologií. Následující přehled představuje klíčové z nich.

Synchronní kompenzátory (SK)

Princip: Synchronní kompenzátory jsou v podstatě synchronní stroje (motory nebo generátory) navržené tak, aby běžely naprázdno (bez mechanického pohonu a bez mechanické zátěže), připojené přímo k elektrické síti.4 Jejich primární funkcí je dodávka nebo odběr jalového výkonu pro regulaci napětí v síti, ale co je pro tuto diskusi klíčové, díky své značné rotující hmotě poskytují do sítě fyzickou (skutečnou) setrvačnost.1 Jak uvádí jeden ze zdrojů, „v podstatě je synchronní kompenzátor motor bez aktivní zátěže nebo generátor bez primárního pohonu“.4

Výhody: Jedná se o osvědčenou technologii, která se používá již desítky let. Poskytují skutečnou, přirozenou setrvačnost, která pomáhá stabilizovat frekvenci sítě. Dále jsou schopny dodávat do sítě vysoký zkratový výkon (typicky 5 až 7krát vyšší než jejich jmenovitý výkon), což je kritické pro správnou funkci ochran sítě a pro udržení „silné“ sítě v místech s vysokou koncentrací zdrojů připojených přes měniče.16 Některé SK mohou také absorbovat harmonické složky proudu generované měniči.16 Zajímavou možností je také repasování a úprava stávajících generátorů z vyřazovaných konvenčních elektráren na synchronní kompenzátory, což může být nákladově efektivní řešení.3

Nasazení v praxi: V posledních letech zažívají synchronní kompenzátory renesanci právě kvůli poklesu přirozené setrvačnosti v sítích s vysokým podílem OZE.4 Příkladem může být nasazení SK v bývalé plynové elektrárně v severním Walesu pro „akumulaci rotační setrvačnosti“.3

Setrvačníkové systémy pro ukládání energie (Flywheel Energy Storage Systems – FESS)

Princip: FESS ukládají energii ve formě kinetické energie masivního rotoru (setrvačníku), který se otáčí velmi vysokou rychlostí (až desítky tisíc otáček za minutu).3 Aby se minimalizovaly ztráty třením, je rotor obvykle umístěn ve vakuové komoře a uložen na speciálních ložiscích s nízkým odporem, často magnetických.3 Energie se do setrvačníku dodává (roztáčení) nebo z něj odebírá (brzdění) pomocí integrovaného elektrického stroje (motoru/generátoru) a připojené výkonové elektroniky.

Přínos pro setrvačnost a regulaci frekvence: FESS se vyznačují velmi rychlou reakční dobou (v řádu milisekund) a schopností provádět velké množství nabíjecích a vybíjecích cyklů bez významné degradace.19 Díky tomu jsou velmi vhodné pro krátkodobé vyrovnávání frekvenčních odchylek a poskytování rychlé setrvačné odezvy (někdy označované jako „rychlá frekvenční odezva“ nebo emulace setrvačnosti).18 Mohou být také integrovány přímo s větrnými turbínami pro zlepšení jejich spolehlivosti a stabilizace dodávky.18

Výhody: Mezi hlavní výhody patří dlouhá životnost (až stovky tisíc cyklů), vysoká účinnost přeměny energie (typicky 90-95 %), rychlá odezva a relativně malý dopad na životní prostředí během provozu (bez emisí).19

Omezení: Hlavním omezením FESS je obvykle menší celková kapacita uložené energie ve srovnání například s bateriovými systémy. Jsou tedy primárně vhodné pro aplikace vyžadující vysoký výkon po krátkou dobu (např. několik sekund až minut pro vyrovnání frekvence), nikoli pro dlouhodobé ukládání velkého množství energie.3

Bateriové systémy (BESS) se síťotvornými (grid-forming) střídači

Princip: Bateriové systémy ukládají elektrickou energii v chemické formě. Pro jejich připojení k síti a řízení toku energie se používají výkonové střídače. Tradiční střídače (grid-following) se synchronizují na existující síť a dodávají do ní proud. Novější generace tzv. síťotvorných (grid-forming, GFM) střídačů však umožňuje BESS chovat se jako napěťový zdroj, který aktivně reguluje napětí a frekvenci na svých svorkách. Díky tomu mohou BESS s GFM střídači emulovat setrvačné chování synchronních generátorů a poskytovat služby podobné syntetické setrvačnosti nebo dokonce přispívat k vytváření stabilní sítě.13

Přínos pro setrvačnost a regulaci frekvence: BESS s GFM střídači nabízejí velmi rychlou reakci (v řádu milisekund až desítek milisekund), schopnost plynule absorbovat přebytečnou energii i dodávat chybějící energii do sítě, a jsou flexibilní z hlediska umístění a škálovatelnosti. Mohou poskytovat „syntetickou setrvačnost“ 15 a další podpůrné služby.

Výhody: Mezi výhody patří modularita, klesající investiční náklady na baterie, vysoká hustota energie a multifunkčnost (kromě setrvačnosti a regulace frekvence mohou poskytovat i arbitráž energie, regulaci napětí, kompenzaci jalového výkonu atd.).

Omezení: Hlavními omezeními jsou životnost baterií (vyjádřená počtem cyklů nebo kalendářní životností), degradace kapacity v čase, a environmentální a sociální aspekty spojené s těžbou surovin pro jejich výrobu a s jejich následnou recyklací.

Následující tabulka shrnuje a porovnává klíčové charakteristiky diskutovaných technologií pro poskytování setrvačnosti a řízení přetoků energie, včetně konceptu navrhovaného uživatelem.

Tabulka 1: Srovnání technologií pro poskytování setrvačnosti a řízení přetoků energie

Kritérium	Větrná turbína (syntetická setrvačnost – standardní provoz)	Větrná turbína (motorický režim pro setrvačnost a spotřebu přebytků – dle dotazu)	Synchronní kompenzátor (SK)	Setrvačníkový systém (FESS)	Bateriový systém (BESS) s grid-forming střídačem
Princip funkce	Řízená změna výkonu VtE na základě Δf / RoCoF	Roztáčení VtE motorem, využití kinetické energie rotoru	Synchronní stroj naprázdno	Rychle rotující setrvačník	Elektrochemické úložiště s GFM střídačem
Typ poskytované setrvačnosti	Syntetická/Emulovaná	Fyzická (pokud GFM měnič) / Emulovaná	Fyzická	Fyzická/Emulovaná (rychlá reakce)	Syntetická/Emulovaná (GFM)
Schopnost cílené spotřeby přebytků	Omezeně (snížením výroby, pokud fouká)	Ano (primární účel dle dotazu)	Ne (zanedbatelná vlastní spotřeba)	Ano (nabíjení setrvačníku)	Ano (nabíjení baterie)
Rychlost reakce na frekvenční události	Desítky až stovky ms	Potenciálně rychlá (záleží na řízení měniče)	Přirozená, okamžitá	Milisekundy	Milisekundy až desítky ms
Typická kapacita/výkonový rozsah	Závisí na velikosti VtE a aktuálním větru	Závisí na velikosti VtE	Desítky až stovky MVA	Jednotky až desítky MW (krátkodobě)	Jednotky až stovky MW/MWh
Odhadované investiční náklady (relativní)	Nízké (SW úpravy)	Střední až vysoké (úpravy VtE, řízení)	Střední až vysoké	Vysoké	Střední (klesající tendence)
Odhadované provozní náklady	Minimální dodatečné	Vysoké (energie, opotřebení)	Nízké až střední (ztráty)	Nízké (nízké ztráty)	Střední (degradace baterie)
Hlavní výhody	Využití stávajících zdrojů	Spotřeba přebytků, potenciální setrvačnost	Skutečná setrvačnost, zkratový výkon	Velmi rychlá reakce, dlouhá životnost (cykly)	Rychlá reakce, multifunkčnost, modularita
Hlavní nevýhody/výzvy	Omezená energie, závislost na větru	Vysoká spotřeba, opotřebení, technická komplexnost, efektivita přenosu setrvačnosti	Pouze setrvačnost a jalový výkon, velikost	Omezená energetická kapacita	Životnost baterie, cena, ekologické aspekty
Stupeň technologické zralosti	Komerčně dostupné, rozvíjející se	Konceptuální/Experimentální	Zralá, komerční	Zralá, komerční (specifické aplikace)	Komerční, rychle se rozvíjející (GFM novější)

Z přehledu alternativních technologií je zřejmé, že neexistuje jedno univerzální řešení pro problém setrvačnosti a řízení přetoků. Spíše se rýsuje potřeba portfolia různých technologií, z nichž každá má své specifické výhody pro různé situace a časové rámce reakce. Synchronní kompenzátory poskytují robustní „skutečnou“ setrvačnost a zkratový výkon, což je důležité pro celkovou odolnost sítě.⁴ FESS nabízejí extrémně rychlou reakci, ideální pro tlumení rychlých frekvenčních oscilací, avšak s omezenou energetickou kapacitou.¹⁸ BESS s grid-forming střídači jsou velmi flexibilní, mohou poskytovat setrvačnost, regulaci frekvence i dlouhodobější ukládání energie, ale jejich chování je algoritmicky řízené.¹³ Syntetická setrvačnost z VtE či FV elektráren využívá stávající zdroje, ale její dostupnost závisí na primárním zdroji energie (vítr/slunce).⁵ Každá z těchto technologií má odlišné časové konstanty reakce, jinou schopnost dodávat energii versus výkon, jiné náklady a jiné vedlejší přínosy. Optimální řešení pro danou síť bude pravděpodobně kombinací těchto technologií, přizpůsobenou jejím specifickým potřebám.

Možnost repasovat staré generátory z vyřazených elektráren na synchronní kompenzátory ³ představuje potenciálně nákladově efektivní způsob, jak získat část potřebné setrvačnosti. Toto je příkladem „upcyklace“ stávající infrastruktury, což může snížit investiční náklady ve srovnání s výstavbou zcela nových SK. V tomto kontextu by se uživatelův koncept roztáčení VtE motorem dal vnímat jako snaha o podobné „repurposing“ VtE v době, kdy nevyrábí. Klíčový rozdíl je však v tom, že SK jsou navrženy pro nepřetržitý synchronní provoz naprázdno, zatímco VtE jsou optimalizovány pro výrobu energie z větru. Jejich adaptace na čistě setrvačnostní stroj by mohla být technicky náročnější a méně efektivní než u dedikovaného SK.

Kombinace různých technologií, například synchronních kompenzátorů a bateriových systémů (tzv. hybridní synchronní kompenzátory – HSC), může nabídnout synergické výhody.¹⁷ SK poskytují robustní fyzickou setrvačnost a zkratový výkon, zatímco BESS mohou zajistit velmi rychlou aktivní regulaci výkonu a pomoci SK rychleji dosáhnout požadovaného stavu nebo pokrýt velmi rychlé přechodové jevy. Podobně byla zmíněna hybridní elektrárna s FESS a lithiovými bateriemi pro frekvenční modulaci.¹⁹ Tato hybridizace může vést k optimalizovanému řešení, které je efektivnější než kterákoli z technologií použitá samostatně.

VI. Provozní Výzvy, Omezení a Ekonomické Aspekty Navrhovaného Řešení

Navrhovaný koncept využití větrných turbín v motorickém režimu pro spotřebu přebytečné elektřiny a současné poskytování setrvačnosti sítě, ačkoliv je teoreticky zajímavý, naráží na řadu významných provozních výzev, omezení a ekonomických otázek.

Potenciální opotřebení a mechanické namáhání komponent větrné turbíny

Větrné turbíny jsou komplexní stroje navržené a optimalizované pro generátorový provoz, kde síly větru působící na lopatky pohánějí rotor a následně generátor. Dlouhodobý provoz v motorickém režimu, kdy je rotor aktivně poháněn motorem (generátorem v motorickém chodu), by mohl vést k odlišným typům a úrovním mechanického namáhání, než pro které byly komponenty původně navrženy.

• Lopatky: Aerodynamické síly působící na lopatky by byly v motorickém režimu bez přítomnosti silného větru odlišné. Mohly by vznikat nežádoucí vibrace, rezonance nebo nadměrné namáhání v důsledku turbulentního proudění vzduchu kolem lopatek roztáčených motorem. Dlouhodobý provoz, i bez produkce energie, zvyšuje celkový počet otáček a dobu vystavení povětrnostním vlivům, což může urychlit erozi povrchu lopatek (zejména náběžných hran) deštěm, prachem či námrazou.²¹ Zkušenosti z provozu, i když u menších, podomácku vyrobených turbín, ukazují na únavu materiálu lopatek a poškození jejich povrchových vrstev.²²
• Převodovka (pokud je přítomna): U větrných turbín s převodovkou (např. většina DFIG turbín) by motorický provoz mohl znamenat odlišné zatížení zubů ozubených kol a ložisek, než na jaké je převodovka navržena. Reverzní tok momentu nebo odlišná dynamika zatížení by mohly vést k rychlejšímu opotřebení nebo dokonce k předčasnému selhání.
• Generátor/Motor a ložiska: Trvalý motorický provoz znamená nepřetržité mechanické opotřebení hlavních ložisek rotoru i ložisek samotného generátoru/motoru.²² Mohly by také vznikat problémy s chlazením generátoru/motoru, pokud jeho chladicí systém není dimenzován pro trvalý motorický provoz při daných otáčkách a zatížení, zejména za bezvětří, kdy přirozené proudění vzduchu kolem gondoly může být omezené. Dlouhodobé cyklické namáhání a potenciální přehřívání by mohlo vést k degradaci izolačních materiálů vinutí nebo k poškození permanentních magnetů (u PMSG).²²

Energetická bilance a celková účinnost takového systému

Klíčovou otázkou je energetická bilance a celková účinnost navrhovaného řešení. Spotřeba elektrické energie na pouhé roztáčení a udržování rotace masivní konstrukce větrné turbíny (lopatek, rotoru, převodovky) proti aerodynamickému odporu a mechanickým ztrátám by byla pravděpodobně značná. Tato energie by byla odebrána ze sítě (byť z přebytků solární energie) a z velké části by se přeměnila na neužitečné teplo a hluk. Je nutné zvážit, zda přínos ve formě poskytnuté setrvačnosti (jejíž efektivní přenos do sítě je navíc technicky náročný, jak bylo diskutováno v Sekci IV) a spotřebovaných přebytků je adekvátní této vynaložené energii a souvisejícímu opotřebení zařízení. Zatímco v případě ¹² je energie spotřebovaná v motorickém režimu ukládána jako potenciální energie vody (forma akumulace), uživatelův koncept postrádá tento prvek přímého ukládání energie pro pozdější efektivní využití.

Větrné turbíny jsou aerodynamicky a mechanicky optimalizovány pro co nejefektivnější přeměnu kinetické energie větru na elektrickou energii.²³ Jejich provoz v trvalém motorickém režimu, zejména bez podpůrného působení větru, je mimo jejich primární návrhové parametry. To by pravděpodobně vedlo k neefektivnímu provozu a zrychlenému opotřebení. Design lopatek je optimalizován pro maximální vztlak a minimální odpor při generátorovém chodu. Při motorickém roztáčení bez větru by lopatky fungovaly spíše jako velký ventilátor s vysokým aerodynamickým odporem a potenciálně nevhodným rozložením mechanického namáhání. Pokud by cílem byla pouze spotřeba přebytečné energie, existují zřejmě efektivnější a méně mechanicky náročné způsoby, jak toho dosáhnout (např. odporové zátěže, elektrolýza, tepelná čerpadla).

Požadavky na řídicí systémy a integraci do dispečerského řízení sítě

Realizace navrhovaného konceptu by vyžadovala sofistikované řídicí systémy schopné zajistit plynulý přechod mezi generátorovým a motorickým režimem, přesnou regulaci otáček a spotřeby elektrické energie v motorickém režimu. Dále by byla nezbytná spolehlivá obousměrná komunikace s dispečerským řízením sítě pro aktivaci a deaktivaci této služby podle aktuálních potřeb sítě – tedy v době výskytu přebytků energie a současně v době potřeby dodatečné setrvačnosti. Koordinace velkého počtu takto provozovaných turbín by byla další výzvou.

Předběžné úvahy o ekonomické rentabilitě

Ekonomická životaschopnost tohoto konceptu je velmi nejistá. Náklady na dodatečné opotřebení a s tím spojenou častější a nákladnější údržbu a opravy ²¹ by byly pravděpodobně vysoké. K tomu je nutné připočítat náklady na elektrickou energii spotřebovanou pro motorický provoz (i když by se jednalo o přebytečnou energii, její cena nemusí být vždy nulová nebo záporná, a i tak existují alternativní způsoby jejího využití). Tyto náklady by musely být vyváženy potenciálními příjmy za poskytování podpůrných služeb (setrvačnost, regulace frekvence), pokud by takové služby byly tržně ohodnoceny a pokud by VtE v tomto režimu byly schopny je spolehlivě poskytovat. Srovnání s náklady na alternativní, specializované technologie pro poskytování setrvačnosti (SK, FESS, BESS) by pravděpodobně ukázalo, že navrhovaný koncept je méně konkurenceschopný. Dedikované technologie jako SK jsou navrženy pro nepřetržitý provoz s cílem poskytovat setrvačnost a jsou pro tento účel optimalizovány.⁴ FESS ¹⁹ a BESS ¹⁷ také nabízejí specializované služby s potenciálně nižšími celkovými náklady a vyšší spolehlivostí pro daný účel.

Vysoké provozní náklady (energie, opotřebení), nutnost komplexního řízení a nejistá efektivita přenosu setrvačného účinku do sítě činí ekonomickou životaschopnost tohoto konceptu ve srovnání s dedikovanými technologiemi velmi pochybnou.

VII. Závěr: Hodnocení Realizovatelnosti Konceptu a Doporučení

Na základě provedené analýzy lze formulovat následující závěry a doporučení týkající se konceptu využití větrných turbín v motorickém režimu pro spotřebu přebytečné elektřiny a současné poskytování setrvačnosti pro regulaci frekvence v síti.

Shrnutí klíčových technických a provozních zjištění

Analýza potvrdila, že provoz větrné turbíny v motorickém režimu je z technického hlediska možný. Existují dokonce příklady, kde je tento režim zvažován nebo implementován, avšak typicky pro jiné účely, jako je ukládání energie prostřednictvím čerpání vody ¹², nikoli pro pouhé udržování rotace naprázdno za účelem poskytování setrvačnosti.

Bylo zdůrazněno, že standardní moderní větrné turbíny, připojené k síti přes výkonové elektronické měniče, přímo nepřispívají svou fyzickou mechanickou setrvačností ke stabilitě frekvence sítě.¹ Měniče totiž oddělují mechanickou dynamiku rotoru od elektrické dynamiky sítě.

Jako preferovaný způsob zapojení větrných turbín do podpory stability frekvence se v současnosti jeví koncept tzv. syntetické setrvačnosti.⁵ Tento přístup využívá pokročilé řízení výkonových měničů k emulaci setrvačné odezvy, aniž by vyžadoval trvalý motorický provoz.

Navrhovaný koncept roztáčení větrných turbín motorem za účelem poskytování setrvačnosti a spotřeby přebytků je spojen s významnými provozními riziky. Mezi hlavní patří zrychlené opotřebení klíčových komponent turbíny (lopatek, převodovky, generátoru/motoru, ložisek) v důsledku provozu mimo optimální návrhové podmínky a zvýšeného počtu provozních hodin.²¹ Dalším zásadním problémem je vysoká energetická náročnost takového provozu, kde by značná část spotřebované energie byla přeměněna na ztráty.

Porovnání navrhovaného konceptu s existujícími a vyvíjenými alternativními řešeními

Při srovnání s existujícími a vyvíjenými alternativními technologiemi pro poskytování setrvačnosti a řízení přetoků energie (viz Tabulka 1 v Sekci V) se navrhovaný koncept jeví jako méně výhodný. Synchronní kompenzátory ⁴ nabízejí osvědčenou metodu poskytování skutečné fyzické setrvačnosti a zkratového výkonu. Setrvačníkové systémy (FESS) ¹⁸ a bateriové systémy (BESS) se síťotvornými střídači ¹³ představují moderní, flexibilní a rychle reagující řešení pro podporu frekvence a ukládání energie. Tyto specializované technologie jsou obecně navrženy a optimalizovány pro dané účely a je pravděpodobné, že budou z hlediska celkové efektivity, spolehlivosti a ekonomiky provozu vhodnější než adaptace větrných turbín pro trvalý motorický provoz.

Na základě dostupných informací a provedené analýzy se zdá, že přímé využití větrných turbín v trvalém motorickém režimu pro spotřebu přebytků a současné poskytování fyzické setrvačnosti (jak navrhuje uživatel) je technicky velmi náročné, provozně rizikové, energeticky neefektivní a s vysokou pravděpodobností ekonomicky nevýhodné ve srovnání s existujícími a dynamicky se rozvíjejícími alternativami. Problém oddělení měničem by vyžadoval nasazení pokročilých a nákladných síťotvorných měničů, aby se fyzická setrvačnost vůbec mohla efektivně projevit v síti. Provozní opotřebení by pravděpodobně výrazně zkrátilo životnost větrných turbín a navýšilo náklady na údržbu. Energetická spotřeba na roztáčení by byla vysoká a její přínos sporný.

Doporučení ohledně dalšího zkoumání či potenciálních směrů vývoje

Pokud by se navrhovaný koncept měl přesto dále zvažovat, bylo by nezbytné provést velmi detailní a komplexní studie, zahrnující:

• Modelování a analýzu mechanického namáhání a životnosti všech klíčových komponent větrné turbíny (lopatky, náboj, hřídel, převodovka, generátor/motor, ložiska, věž) při trvalém motorickém provozu za různých podmínek (různé otáčky, přítomnost/nepřítomnost větru).
• Detailní analýzu energetické bilance a celkové účinnosti systému, včetně přesného vyčíslení ztrát v jednotlivých částech a porovnání s jinými způsoby využití přebytečné energie.
• Návrh a simulaci pokročilých řídicích systémů, které by umožnily efektivní přenos setrvačného účinku do sítě (pravděpodobně s využitím principů síťotvorných měničů) a bezpečnou a spolehlivou koordinaci s provozem sítě.
• Důkladnou ekonomickou analýzu, zahrnující investiční náklady na případné úpravy turbín a řídicích systémů, provozní náklady (energie, údržba, opravy) a porovnání s ekonomickou efektivitou alternativních řešení pro poskytování setrvačnosti a management přebytků.

Spíše než se soustředit na trvalý motorický provoz větrných turbín pro účely setrvačnosti se jeví jako perspektivnější směr dalšího výzkumu a vývoje zaměřený na maximalizaci přínosů větrných turbín pro stabilitu sítě během jejich standardního generátorového provozu nebo během krátkodobých přechodových stavů. To zahrnuje především:

• Další rozvoj a širší implementaci syntetické setrvačnosti a rychlé frekvenční odezvy (Fast Frequency Response – FFR) u větrných turbín.
• Výzkum a nasazování síťotvorných (grid-forming) schopností u měničů větrných elektráren, které by jim umožnily aktivněji přispívat k vytváření napětí a frekvence a poskytovat širší škálu podpůrných služeb, včetně emulace setrvačnosti, a to i při nízkých úrovních systémové setrvačnosti.¹⁰
• Vývoj koordinovaného řízení celých větrných parků pro optimalizované poskytování podpůrných služeb.

Větrné turbíny jsou primárně investicí do výroby čisté elektrické energie. Využití jejich stávající infrastruktury, zejména pokročilé výkonové elektroniky, k poskytování podpůrných služeb síti v době, kdy vyrábějí elektřinu, je logickým a efektivním krokem. Optimalizace těchto funkcí a jejich integrace do trhů s podpůrnými službami představuje perspektivnější cestu než snaha o jejich přeměnu na setrvačníky poháněné ze sítě, což by bylo spojeno s řadou technických, provozních a ekonomických problémů.

Citovaná díla

1. Grid inertia: why it matters in a renewable world, použito května 18, 2025, https://www.renewableenergyworld.com/solar/grid-inertia-why-it-matters-in-a-renewable-world/
2. www.renewableenergyworld.com, použito května 18, 2025, https://www.renewableenergyworld.com/solar/grid-inertia-why-it-matters-in-a-renewable-world/#:~:text=In%20an%20electric%20system%2C%20the,the%20grid%20tends%20to%20decrease.
3. Nová doba pro elektrické sítě: dostávají setrvačníky navíc – emovio.cz, použito května 18, 2025, https://emovio.cz/2022/05/16/nova-doba-pro-elektricke-site-dostavaji-setrvacniky-navic/
4. library.e.abb.com, použito května 18, 2025, https://library.e.abb.com/public/67050d1586c241078aeae03404945cfe/66-71%20m2352_EN.pdf?x-sign=bWkKas+SzOREyqslnJB5qk2B2AVNPV44UOlUKVp80I7SaR9M09niZpc1nZSylV8o
5. Wind Power Plant’s Synthetic Inertia Estimation Using Extended …, použito května 18, 2025, https://www.mdpi.com/2673-4591/60/1/4
6. Overview of frequency control techniques in power systems with high inverter‐based resources: Challenges and mitigation measures | IET Smart Grid, použito května 18, 2025, https://digital-library.theiet.org/doi/10.1049/stg2.12117
7. A Review on the Operation of Grid Integrated Doubly Fed Induction Generator – CiteSeerX, použito května 18, 2025, https://citeseerx.ist.psu.edu/document?repid=rep1&type=pdf&doi=ab24d198c8ec44b3f518cf760260106d0abe179f
8. Wind Farm Using Doubly-Fed Induction Generators – MathWorks, použito května 18, 2025, https://www.mathworks.com/help//releases/R2021a/physmod/sps/powersys/ug/wind-farm-using-doubly-fed-induction-generators.html
9. Power System Studies – Type-4 Wind Turbine Generators – PSMA Consulting, použito května 18, 2025, https://www.psmaconsulting.com/power-system-studies/wind-turbine-generators/type-4-wind-turbine-generators
10. Grid-Forming Wind: Getting ready for prime time, with or without inverters – Windflow Technology, použito května 18, 2025, https://windflow.com/Download/20220304_IEEE_Grid-Forming-Wind_Getting-ready-for-prime-time-with-or-without-inverters.pdf
11. Frekvenční měniče – proč a jak – Elektromotory.cz, použito května 18, 2025, https://www.elektromotory.cz/frekvencni-menice-proc-a-jak
12. Power control of an autonomous wind energy conversion system …, použito května 18, 2025, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11608327/
13. Representative power profiles for inertia provision by a grid-forming …, použito května 18, 2025, https://digital-library.theiet.org/doi/abs/10.1049/icp.2024.3833
14. Laboratory Validation of Power Profiles for Inertia Provision by a Grid-Forming Inverter in the Low-Voltage Power Grid, použito května 18, 2025, https://coms.events/hybridworkshop2025/data/abstracts/en/abstract_0019_0059_0014.html
15. Affirming Grid Resiliency in a Renewable-Powered Future With Synthetic Inertia – Blog, použito května 18, 2025, https://1898blog.burnsmcd.com/affirming-grid-resiliency-in-a-renewable-powered-future-with-synthetic-inertia
16. System strength – Synchronous condensers – ANDRITZ GROUP, použito května 18, 2025, https://www.andritz.com/hydro-en/hydronews/hn34/system-strength
17. Strengthening power systems for net zero: A review of the role of synchronous condensers and emerging challenges – Edith Cowan University, použito května 18, 2025, https://ro.ecu.edu.au/cgi/viewcontent.cgi?article=5390&context=ecuworks2022-2026
18. Electric schemes of flywheel connection to wind turbine. (a) Grid… – ResearchGate, použito května 18, 2025, https://www.researchgate.net/figure/Electric-schemes-of-flywheel-connection-to-wind-turbine-a-Grid-connection-b-DC-link_fig1_381899916
19. Simulation of Secondary Frequency Modulation Process of Wind Power with Auxiliary of Flywheel Energy Storage – MDPI, použito května 18, 2025, https://www.mdpi.com/2071-1050/15/15/11832
20. Wind Turbine Storage Systems – Xray – GreyB, použito května 18, 2025, https://xray.greyb.com/wind-turbines/energy-storage-solutions-for-wind-turbines
21. Does Wear And Tear On The Wind Turbines Cause Nature Pollution …, použito května 18, 2025, https://windmillstech.com/does-wear-and-tear-on-the-wind-turbines-cause-nature-pollution/
22. Wear and tear after almost 30 years – Wind – Fieldlines.com: The …, použito května 18, 2025, https://www.fieldlines.com/index.php?topic=150997.0
23. Jak funguje větrná elektrárna – Větrné elektrárny | Plugeon.com, použito května 18, 2025, https://www.plugeon.com/jak-funguje-vetrna-elektrarna/
24. Jak přesně fungují větrné elektrárny?, použito května 18, 2025, https://www.elektrina.cz/jak-funguji-vetrne-elektrarny