Технології та інжиніринг
Технології та інжиніринг
ISSN 2786-5371 e-ISSN 2786-538X
DOI: 10.30857/2786-5371
Подати статтю

Стаття

Завантажити статтю

Децентралізована генерація та її роль у підвищенні живучості енергетичних островів та критичної інфраструктури: сучасні тенденції та перспективи

Віталій Войтенко, Роман Поліщук

Отримано 09.12.2024, Доопрацьовано 25.03.2025, Прийнято 30.04.2025

Анотація

Загрози для критичної інфраструктури посилили актуальність автономного енергозабезпечення та сприяли переходу до децентралізованих рішень. Метою дослідження був аналіз теоретичних основ децентралізованої генерації, її застосування в енергетичних островах для підвищення живучості критичної інфраструктури в умовах надзвичайних ситуацій. Методологічна база дослідження включала теоретичне узагальнення сучасних наукових підходів, реальні кейси розвитку відновлювальних технологій та моделей автономного енергопостачання у США, ЄС та Україні, а також порівняння моделей автономного енергозабезпечення. У результаті встановлено, що найбільш ефективними виявилися сонячні та гібридні (сонячно-біогазові) системи. В Україні у 2023 році було встановлено понад 5 000 домашніх сонячних установок, а в селі Нижній Бистрий (Закарпаття) гібридний енергетичний острів забезпечив енергопостачання 120 домогосподарств. У США сонячна генерація зросла на 16 % у 2023 році, а у 2024 році було зафіксовано зростання на 40 %. У ЄС у 2023 році середня собівартість виробництва електроенергії з сонячної енергії знизилася на 12%. У Тоскані (Італія) відновлення енергопостачання енергетичним островом у 2022 році тривало 12 годин замість 72 у централізованій системі. В Україні денецетралізована генерація дозволила скоротити час відновлення до 3-6 годин у прифронтових регіонах (проти 12-18 годин традиційно), а собівартість електроенергії становила 0,08 доларів США/кВт·год порівняно з 0,12 доларів США/кВт·год у централізованій системі. Дослідження показало, що ДГ дозволяла підвищити гнучкість і стійкість енергосистем за рахунок скорочення втрат у мережі (до -10 %) і диверсифікації джерел постачання. Було виявлено, що інноваційні технології (цифрове управління, штучний інтелект (ШІ), підвищували ефективність диспетчеризації, що дозволяло енергетичним островам і мікромережам автономно забезпечувати критичні об’єкти навіть у разі повного руйнування мережі. Практична цінність дослідження полягала у використанні його висновків для стратегій енергетичної безпеки, розвитку мікромереж і планування автономних систем у вразливих регіонах


Ключові слова:

відновлювані джерела; автономність систем; сонячна енергія; вітрові турбіни; біоенергетика; цифрові технології

https://doi.org/10.30857/2786-5371.2025.2.1

Взято з Т. 26, № 2, 2025

Сторінки 11-26

Використані джерела ЦИТУВАТИ

Використані джерела

  1. Adnan, M., Ghadi, Y., Ahmed, I., & Ali, M. (2023). Transmission network planning in super smart grids: A survey. IEEE Access, 11, 77163-77227, doi: 10.1109/ACCESS.2023.3296152.
  2. Bardyk, Ye., Bondarenko, O., & Bolotnyi, M. (2024). Operational reliability analysis for sustainable energy system planning development. Renewable Energy, 4(79), 46-58. doi: 10.36296/1819-8058.2024.4(79)46-58.
  3. Blinov, I., Olefir, D., Parus, E., & Kyrylenko, O. (2023). Improving the efficiency of HPP and PSHPP participation in the electricity market of Ukraine. In O. Kyrylenko, S. Denysiuk, D. Derevianko, I. Blinov, Ie. Zaitsev & A. Zaporozhets (Eds.), Power systems research and operation (pp. 51-74). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-031-17554-1_3.
  4. Borodina, O., Kryshtal, H., Hakova, M., Neboha, T., Olczak, P., & Koval, V. (2022). A conceptual analytical model for the decentralized energy-efficiency management of the national economy. Energy Policy Journal, 25(1), 5-22. doi: 10.33223/epj/147017.
  5. Chomać-Pierzecka, E., Kokiel, A., Rogozińska-Mitrut, J., Sobczak, A., Soboń, D., & Stasiak, J. (2022). Hydropower in the energy market in Poland and the Baltic States in the light of the challenges of sustainable development – an overview of the current state and development potential. Energies, 15(19), article number 7427. doi: 10.3390/en15197427.
  6. Derii, Z.V., Tkalenko, S.I., Liubachivska, R.Z., Hrytsku-Andriiesh, Y.P., & Timish, R.Y. (2024). Modelling and forecasting the production potential of renewable energy sources in the context of sustainable development. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1415, article number 012116. doi: 10.1088/1755-1315/1415/1/012116.
  7. Diachenko, O. (2024). Investments in solar energy in a decentralized energy system as a factor in strengthening the energy security of Ukraine during wartime. Renewable Energy, 2(77), 73-78. doi: 10.36296/1819-8058.2024.2(77)73-78.
  8. Directive of the European Parliament and of the Council No. 2018/2001 “On the Promotion of the Use of Energy from Renewable Sources”. (2018, December). Retrieved from https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX%3A32018L2001.
  9. Directive of the European Parliament and of the Council No. 2019/944 “On Common Rules for the Internal Market for Electricity and Amending Directive 2012/27/EU”. (2019, June). Retrieved from https://eur-lex.europa.eu/eli/dir/2019/944/oj/eng.
  10. Doronina, I., Nehrey, M., & Putrenko, V. (2023). Reengineering of the Ukrainian energy system: Geospatial analysis of solar and wind potential. In Z. Hu, Q. Zhang & M. He (Eds.), Advances in artificial systems for logistics engineering III (pp. 404-415). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-031-36115-9_37.
  11. Environmental Protection Agency. (n.d.). Distributed generation of electricity and its environmental impacts. Retrieved from https://www.epa.gov/energy/distributed-generation-electricity-and-its-environmental-impacts.
  12. Environmental Protection Agency. (n.d.). Interconnection and net metering standards. Retrieved from https://www.epa.gov/sites/default/files/2015-08/documents/gta_chapter_7.3_508.pdf?utm_source=.
  13. Farghali, M., Osman, A.I., Mohamed, I.M., Chen, Z., Chen, L., Ihara, I., Yap, P.-S., & Rooney, D.W. (2023). Strategies to save energy in the context of the energy crisis: A review. Environmental Chemistry Letters, 21, 2003-2039. doi: 10.1007/s10311-023-01591-5.
  14. Frilingou, N., et al. (2023). Navigating through an energy crisis: Challenges and progress towards electricity decarbonisation, reliability, and affordability in Italy. Energy Research & Social Science, 96, article number 102934. doi: 10.1016/j.erss.2022.102934.
  15. Gonzalez-Reina, A.E., Garcia-Torres, F., Girona-Garcia, V., Sanchez-Sanchez-de-Puerta, A., Jimenez-Romero, F.J., & Jimenez-Hornero, J.E. (2024). Cooperative model predictive control for avoiding critical instants of energy resilience in networked microgrids. Applied Energy, 369, article number 123564. doi: 10.1016/j.apenergy.2024.123564.
  16. Hrytsiuk, I., Volynets, V., Komenda, N., Hrytsiuk, Y., & Hadai, A. (2024). Modelling the optimal switching scheme of the Ukrainian power grid during blackout (Volyn region). Machinery & Energetics, 15(2), 95-105. doi: 10.31548/machinery/2.2024.95.
  17. Public Law No. 117-169 “Inflation Reduction Act of 2022”. (2022). Retrieved from https://www.congress.gov/bill/117th-congress/house-bill/5376/text?utm_source=.
  18. International Energy Agency. (2023). Net zero roadmap: A global pathway to keep the 1.5°C goal in reach. Paris: IEA publications.
  19. International Energy Agency. (2024). Renewables 2024. Retrieved from https://www.iea.org/reports/renewables-2024.
  20. International Renewable Energy Agency. (2024). Renewable power generation costs in 2023. Abu Dhabi: IRENA.
  21. Iurchenko, M., Nyzhnychenko, Y., Rudyk, N., Zolotarova, O., & Stakhurska, S. (2024). Harnessing renewable energy for sustainable economic growth and environmental resilience. Grassroots Journal of Natural Resources, 7(3), s52-s69. doi: 10.33002/nr2581.6853.0703ukr03.
  22. Kadar, P., & Vass, A. (2023). An isolated microgrid supply block in an urban network for emergency situations. In Proceedings of the 21st world symposium on applied machine intelligence and informatics (pp. 245-250). Herlany: IEEE. doi: 10.1109/SAMI58000.2023.10044538.
  23. Kaplun, V., Osypenko, V., & Makarevych, S. (2022). Forecasting the electricity pricing of energy islands with renewable sources. Machinery & Energetics, 13(4), 38-47. doi: 10.31548/machenergy.13(4).2022.38-47.
  24. Khalid, R., Basit, A., Sohail, M., Ahmad, T., & Muhammad, N. (2024). Community energy and socio-technical infrastructure resilience: Analysis of mini/micro hydro power projects in Khyber Pakhtunkhwa, Pakistan. Environmental Research: Infrastructure and Sustainability, 4(3), article number 035015. doi: 10.1088/2634-4505/ad7886.
  25. Law of Ukraine No. 555-IV “On Alternative Energy Sources”. (2003, February). Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/555-15#Text.
  26. Li, M., Pysmenna, U., Petrovets, S., Sotnyk, I., & Kurbatova, T. (2024). Managing the development of decentralized energy systems with photovoltaic and biogas household prosumers. Energy Reports, 12, 4466-4474. doi: 10.1016/j.egyr.2024.10.011.
  27. Massaoudi, M., Ez Eddin, M., Ghrayeb, A., Abu-Rub, H., & Refaat, S.S. (2025). Advancing coherent power grid partitioning: A review embracing machine and deep learning. IEEE Open Access Journal of Power and Energy, 12, 59-75. doi: 10.1109/OAJPE.2025.3535709.
  28. Oum, K.R. (2024). Empowering energy transition through blockchain technology. In A.R. Jamader, M. Selvam & B.R. Acharya (Eds.), Blockchain and cryptocurrency: Management systems and technology challenges (pp. 105-116). Boca Raton: CRC Press. doi: 10.1201/9781003453109.
  29. Pivniak, H., Aziukovskyi, O., Papaika, Y., Lutsenko, I., & Neuberger, N. (2022). Problems of development of innovative power supply systems of Ukraine in the context of European integration. Scientific Bulletin of the National Mining University, 5, 89-103. doi: 10.33271/nvngu/2022-5/089.
  30. Rabocha, T., Maslii, O., Robochyi, V., Frolov, O., & Pizintsali, L. (2023). Ukraine’s energy supply in the defense sector: The first lessons of war. Sustainable Engineering and Innovation, 5(2), 219-246. doi: 10.37868/sei.vi.id236.
  31. Rehtanz, C., Ulbig, A., Palaniappan, R., Faulwasser, T., Saidi, S., Schmeink, A., & Wietfeld, C. (2024). Towards holonic power and energy systems – a novel ICT architecture as enabler for resilience. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 162, article number 110283. doi: 10.1016/j.ijepes.2024.110283.
  32. Rodrigues, S.D., & Garcia, V.J. (2023). Transactive energy in microgrid communities: A systematic review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 171, article number 112999. doi: 10.1016/j.rser.2022.112999.
  33. Sadiq, M., Su, C.-L., Ali, Z., Rouhani, S.H., Straka, M., Buzna, L., Micallef, A., & Parise, G. (2025). Decentralized model predictive control for offshore wind-powered seaport DC microgrids with electric vehicle stations. IEEE Transactions on Industry Applications, 61(2), 2258-2270. doi: 10.1109/TIA.2025.3532585.
  34. Shahini, E., Fedorchuk, M., Hruban, V., Fedorchuk, V., & Sadovoy, O. (2024). Renewable energy opportunities in Ukraine in the context of blackouts. International Journal of Environmental Studies, 81(1), 125-133. doi: 10.1080/00207233.2024.2320021.
  35. Tröndle, T., Melnyk, O., Tutova, O., Porieva, V., Neumann, F., Staffell, I., & Patt, A. (2024). Rebuilding Ukraine’s energy supply in a secure, economic, and decarbonised way. Environmental Research: Infrastructure and Sustainability, 4(3), article number 031002. doi: 10.1088/2634-4505/ad6738.
  36. U.S. Energy Information Administration. (2023). International energy outlook 2023. Washington: CSIS.
  37. U.S. Energy Information Administration. (2024). Short-term energy outlook. Retrieved from https://www.eia.gov/outlooks/steo/archives/jan24.pdf.
  38. Veremiichuk, Y.A., Opryshko, V.P., Prytyskach, I.V., & Yarmoliuk, O.S. (2024). Prospects for autonomous low-power renewable energy communities. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1415, article number 012120. doi: 10.1088/1755-1315/1415/1/012120.
  39. Yusuf, S.S., & Abubakar, A.S. (2023). A comprehensive review on grid-forming inverter: Potential and future trends. Majlesi Journal of Electrical Engineering, 17(1), 1-27. doi: 10.30486/mjee.2023.1970278.0.
  40. Zakeri, B., et al. (2022). Pandemic, war, and global energy transitions. Energies, 15(17), article number 6114. doi: 10.3390/en15176114.
  41. Zaporozhets, A., Kulyk, M., Babak, V., & Denysov, V. (2025). Structure optimization of power systems with renewable energy sources. Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-031-83697-8.

ЦИТУВАТИ

Voitenko, V., & Polishchuk, R. (2025). Decentralised generation and its role in enhancing the resilience of energy islands and critical infrastructure: Current trends and prospects. Technologies and Engineering, 26(2), 11-26. https://doi.org/10.30857/2786-5371.2025.2.1