Техніка та енергетика

Перспективи інтеграції розподілених джерел енергії в електромережу України

Ірина Грицюк, Владислав Волинець, Юрій Грицюк, Ірина Бандура, Наталія Коменда
Завантажити статтю
Анотація

Інтеграція розподілених джерел енергії (РДЕ) в електромережу України є важливим аспектом розвитку сучасної енергетики, спрямованим на підвищення ефективності енергосистеми, зменшення викидів парникових газів та покращення енергетичної безпеки країни. Метою даного оглядово-аналітичного дослідження було виявлення технічних та автоматизаційних аспектів інтеграції РДЕ, а також визначення перспектив і викликів, пов'язаних з їхньою адаптацією до централізованих мереж. У роботі розглянуто основні технічні виклики, що виникають під час інтеграції сонячної, вітрової енергетики, біоенергетики та інших РДЕ до електромережі України. Особливу увагу приділено питанням стабільності та якості електропостачання, необхідності модернізації мережевої інфраструктури, а також використанню інверторних технологій, систем накопичення енергії (СНЕ) та гібридних мікромереж. Проаналізовано сучасні методи автоматизації та управління розподіленою генерацією за допомогою технологій Smart Grid, Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) та Distributed Energy Resource Management System (DERMS), які сприяють оптимізації роботи енергосистеми, підвищенню її надійності та гнучкості в умовах змінного навантаження. Розглянуто адаптивні алгоритми управління, математичні моделі прогнозування та нейромережеві алгоритми, що дозволяють своєчасно коригувати режими роботи обладнання, забезпечуючи стабільність роботи системи. Виявлено, що впровадження інверторних систем, СНЕ та гібридних мікромереж дозволяє знизити середні витрати енергії на 12-18% та скоротити пікові навантаження на електромережу на 15-20%. Це є важливим чинником для забезпечення надійності електропостачання, особливо у регіонах з високою часткою децентралізованої генерації. Застосування технологій Smart Grid та DERMS підвищує ефективність інтеграції РДЕ та забезпечує гнучке управління процесами генерації та споживання електроенергії. Отримані результати демонструють доцільність впровадження комплексних рішень, що включають використання відновлюваних джерел енергії, СНЕ та інтелектуального управління. Рекомендації включають модернізацію інфраструктури, розвиток гібридних СНЕ та впровадження інтегрованих цифрових систем моніторингу й управління. Практична цінність дослідження полягає у розробці підходів до ефективної інтеграції РДЕ в локальні енергосистеми, що може бути використано при проектуванні та впровадженні мікромереж в умовах України

Ключові слова

інтеграція в електромережу, стабільність енергосистеми, інверторні технології, гібридні мікромережі, автоматизація енергопостачання, Smart Grid, управління енергосистемами

ЦИТУВАТИ
Hrytsiuk, I., Volynets, V., Hrytsiuk, Yu., Bandura, I., & Komenda, N. (2025). Prospects for the integration of distributed energy sources into the Ukrainian power grid. Machinery & Energetics, 16(1), 130-145. https://doi.org/10.31548/machinery/1.2025.130
Використані джерела

[1] Alazemi, T., Darwish, M., & Radi, M. (2024). Renewable energy sources integration via machine learning modelling: A systematic literature review. Heliyon, 10(4), article number e26088. doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e26088.

[2] Al-Othman, A., Tawalbeh, M., Martis, R., Dhou, S., Orhan, M., Qasim, M., & Olabi, AG. (2022). Artificial intelligence and numerical models in hybrid renewable energy systems with fuel cells: Advances and prospects. Energy Conversion and Management, 253, article number 115154. doi: 10.1016/j.enconman.2021.115154.

[3] Anupong, W., Yi-Chia, L., Jagdish, M., Kumar, R., Selvam, P.D., Saravanakumar, R., & Dhabliya, D. (2022). Hybrid distributed energy sources providing climate security to the agriculture environment and enhancing the yield. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 52, article number 102142. doi: 10.1016/j.seta.2022.102142.

[4] Atlas of the energy potential of renewable energy sources in Ukraine. (2020). Retrieved from https://www.ive.org.ua/wp-content/uploads/atlas.pdf.

[5] Bazdar, E., Sameti, M., Nasiri, F., & Haghighat, F. (2022). Compressed air energy storage in integrated energy systems: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 167, article number 112701. doi: 10.1016/j.rser.2022.112701.

[6] Bitkova, T., & Manakhov, K. (2024). Alternative energy in Ukraine. System dynamics methodology in RES research. Bulletin of V.N. Karazin Kharkiv National University Economic Series, 106, 15-25. doi: 10.26565/2311-2379-2024-106-02.

[7] Butt, O.M., Zulqarnain, M., & Butt, T.M. (2021). Recent advancement in smart grid technology: Future prospects in the electrical power network. Ain Shams Engineering Journal, 12(1), 687-695. doi: 10.1016/j.asej.2020.05.004.

[8] Chihota, M.J., Bekker, B., & Gaunt, C.T. (2021). Technical assessment of the impacts of distributed energy resources on distribution feeders. In A.F. Zobaa & S.H. Abdel Aleem (Eds.), Uncertainties in Modern Power Systems (pp. 397-439). London: Academic Press. doi: 10.1016/B978-0-12-820491-7.00012-8.

[9] Costanzo, L., Rubino, G., Rubino, L., & Vitelli, M. (2024). PFC control signal driven MPPT technique for grid-connected PV systems. IEEE Transactions on Power Electronics, 39(8), 10368-10379. doi: 10.1109/TPEL.2024.3393294.

[10] Dehdarian, A., & Tucci, C.L. (2021). A complex network approach for analyzing early evolution of smart grid innovations in Europe. Applied Energy, 298, article number 117143. doi: 10.1016/j.apenergy.2021.117143.

[11] Hamidova, L., & Samedova, E. (2024). Opportunities and prospects for hydrogen production in Azerbaijan: Steps towards the transition to a hydrogen economy. International Journal of Energy Economics and Policy, 14(4), 501-508. doi: 10.32479/ijeep.16380.

[12] Hu, J., Liu, X., Shahidehpour, M., & Xia, S. (2021). Optimal operation of energy hubs with large-scale distributed energy resources for distribution network congestion management. IEEE Transactions on Sustainable Energy, 12(3), 1755-1765. doi: 10.1109/TSTE.2021.3064375.

[13] International Energy Agency. (2024a). World energy outlook 2024. Retrieved from https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2024.

[14] International Energy Agency. (2024b). Energy technology perspectives 2024. Retrieved from https://www.iea.org/reports/energy-technology-perspectives-2024.

[15] International Energy Agency. (2024c). IEA bioenergy annual report 2024. Retrieved from https://www.ieabioenergy.com/wp-content/uploads/2025/01/CountriesReport2024_final.pdf.

[16] International Renewable Energy Agency. (2024a). Off-grid renewable energy statistics 2024. Retrieved from https://www.irena.org/Publications/2024/Dec/Off-grid-Renewable-Energy-Statistics-2024.

[17] International Renewable Energy Agency. (2024b). Renewable energy statistics 2024. Retrieved from https://www.irena.org/Publications/2024/Jul/Renewable-energy-statistics-2024.

[18] Islam, M.R., Lu, H., Hossain, M.J., & Li, L. (2021). Coordinating electric vehicles and distributed energy sources constrained by user’s travel commitment. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 18(8), 5307-5317. doi: 10.1109/TII.2021.3125462.

[19] Iweh, C.D., Gyamfi, S., Tanyi, E., & Effah-Donyina, E. (2021). Distributed generation and renewable energy integration into the grid: Prerequisites, push factors, practical options, issues and merits. Energies, 14(17), article number 5375. doi: 10.3390/en14175375.

[20] Kataray, T., Nitesh, B., Yarram, B., Sinha, S., Cuce, E., Shaik, S., Vigneshwaran, P., & Roy, A. (2023). Integration of smart grid with renewable energy sources: Opportunities and challenges – a comprehensive review. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 58, article number 103363. doi: 10.1016/j.seta.2023.103363.

[21] Kostenko, G., & Zgurovets, O. (2023). Current state and prospects for development of renewable distributed generation in Ukraine. System Research in Energy, 73(2), 4-17. doi: 10.15407/srenergy2023.02.004.

[22] Law of Ukraine No. 3220-IX “On Amendments to Certain Laws of Ukraine on the Restoration and Green Transformation of the Energy System of Ukraine”. (2023, June). Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/3220-IX.

[23] Machado, L.F., Di Santo, S.G., Junior, G.M., Itiki, R., & Manjrekar, M.D. (2021). Multi-source distributed energy resources management system based on pattern search optimal solution using nonlinearized power flow constraints. IEEE Access, 9, 30374-30385. doi: 10.1109/ACCESS.2021.3060336.

[24] Marignetti, F., Di Stefano, R.L., Rubino, G., & Giacomobono, R. (2023). Current source inverter (CSI) power converters in photovoltaic systems: A comprehensive review of performance, control, and integration. Energies, 16(21), article number 7319. doi: 10.3390/en16217319.

[25] Muhtadi, A., Pandit, D., Nguyen, N., & Mitra, J. (2021). Distributed energy resources based microgrid: Review of architecture, control, and reliability. IEEE Transactions on Industry Applications, 57(3), 2223-2235. doi: 10.1109/TIA.2021.3065329.

[26] Nadeem, T.B., Siddiqui, M., Khalid, M., & Asif, M. (2023). Distributed energy systems: A review of classification, technologies, applications, and policies. Energy Strategy Reviews, 48, article number 101096. doi: 10.1016/j.esr.2023.101096.

[27] Order of the Cabinet of Ministers of Ukraine No. 761-r “On Approval of the National Renewable Energy Action Plan for the period up to 2030 and the Action Plan for its Implementation”. (2024, August). Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/761-2024-р.

[28] Order of the Ministry of Energy of Ukraine No. 164 “On Approval of the Technical Regulations for Energy Labelling of Energy Consuming Products”. (2022, April). Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z0615-22.

[29] Padullaparti, H., Pratt, A., Mendoza, I., Tiwari, S., Baggu, M., Bilby, C., & Ngo, Y. (2021). Peak load management in distribution systems using legacy utility equipment and distributed energy resources. In Proceedings of the green technologies conference (GreenTech) (pp. 435-441). Denver: IEEE. doi: 10.1109/GreenTech48523.2021.00074.

[30] Ranjan, M., & Shankar, R. (2022). A literature survey on load frequency control considering renewable energy integration in power system: Recent trends and future prospects. Journal of Energy Storage, 45, article number 103717. doi: 10.1016/j.est.2021.103717.

[31] Razmi, D., Lu, T., Papari, B., Akbari, E., Fathi, G., & Ghadamyari, M. (2023). An overview on power quality issues and control strategies for distribution networks with the presence of distributed generation resources. IEEE Access, 11, 10308-10325. doi: 10.1109/ACCESS.2023.3238685.

[32] Roshchuk, M., Homon, S., Pavluk, A., Gomon, S., Drobyshynets, S., Romaniuk, M., Smal, M., & Dziubynska, O. (2024). Effect of long-term moisture on the mechanical properties of wood: An experimental study. Procedia Structural Integrity, 59, 718-723. doi: 10.1016/j.prostr.2024.04.102.

[33] Rudniev, Y., & Romanchenko, J. (2024). Comprehensive condition analysis and perspectives of energy development in Ukraine according to the Smart Grid concept. Power Engineering: Economics, Technique, Ecology, 1, 120-124. doi: 10.20535/1813-5420.1.2024.297587.

[34] Shram, О., & Kachan, Yu. (2023). Determination of appropriate energy storage devices in the power grids of industrial enterprises. Journal of Kryvyi Rih National University, 21(2), 52-59. doi: 10.31721/2306-5451-2023-1-57-52-59.

[35] Shvedchykova, I., & Pisotskyi, A. (2023). Preliminary assessment of the efficiency of a hybrid wind-solar system functioning to provide the own needs of the local consumer. Technologies and Engineering, 24(4), 53-64. doi: 10.30857/2786-5371.2023.4.5.

[36] Stasinos, E.I., Trakas, D.N., & Hatziargyriou, N.D. (2022). Microgrids for power system resilience enhancement. iEnergy, 1(2), 158-169. doi: 10.23919/IEN.2022.0032.

[37] State Standard of Ukraine No. ISO 50001:2020 “Energy Management Systems. Requirements and Guidelines for Use”. (2020). Retrieved from https://zakon.isu.net.ua/sites/default/files/normdocs/dstu_iso_50001_2020.pdf.

[38] Stepanenko, V.A. (2023). Modern solutions for connecting renewable energy sources into the electricity supply system. Proceedings of the Institute of Electrodynamics of the National Academy of Sciences of Ukraine, 66, 70-76. doi: 10.15407/publishing2023.66.070.

[39] Stoliarov, O. (2024). Big Data technologies in the process of forecasting electricity generation from solar photovoltaic power plants. Bulletin of Cherkasy State Technological University, 29(2), 79-92. doi: 10.62660/bcstu/2.2024.79.

[40] Strezoski, L., & Stefani, I. (2024). Enabling mass integration of electric vehicles through distributed energy resource management systems. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 157, article number 109798. doi: 10.1016/j.ijepes.2024.109798.

[41] Tan, K.M., Babu, T.S., Ramachandaramurthy, V.K., Kasinathan, P., Solanki, S.G., & Raveendran, S.K. (2021). Empowering smart grid: A comprehensive review of energy storage technology and application with renewable energy integration. Journal of Energy Storage, 39, article number 102591. doi: 10.1016/j.est.2021.102591.

[42] Thakre, M.P., & Kumar, N. (2021). Evaluation and control perceptive of VSM-based multilevel PV-STATCOM for distributed energy system. MAPAN, 36(3), 561-578. doi: 10.1007/s12647-021-00481-x.

[43] Wang, W., Li, H., Hou, X., Zhang, Q., & Tian, S. (2021). Multi-criteria evaluation of distributed energy system based on order relation-anti-entropy weight method. Energies, 14(1), article number 246. doi: 10.3390/en14010246.

[44] Xiao, Q., Zhao, L., Ji, L., & Xia, J. (2022). Ecological characteristics of distributed energy planning in ecological urban renewal design. Energy Reports, 8, 13037-13046. doi: 10.1016/j.egyr.2022.09.114.

[45] Zaporozhets, A., Kostenko, G., Zgurovets, O., & Deriy, V. (2023). Analysis of global trends in the development of energy storage systems and prospects for their implementation in Ukraine. In O. Kyrylenko, S. Denysiuk, R. Strzelecki, I. Blinov, I. Zaitsev & A. Zaporozhets (Eds.), Power systems research and operation: Selected problems III (pp. 69-87). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-031-44772-3_4.

[46] Zhu, J., Dong, H., Zheng, W., Li, S., Huang, Y., & Xi, L. (2022). Review and prospect of data-driven techniques for load forecasting in integrated energy systems. Applied Energy, 321, article number 119269. doi: 10.1016/j.apenergy.2022.119269.

[47] Zou, C., Li, J., Zhang, X., Jin, X., Xiong, B., Yu, H., Liu, X., Wang, S., Li, Y., Zhang, L., Miao, S., Zheng, D., Zhou, H., Song, J., & Pan, S. (2022). Industrial status, technological progress, challenges, and prospects of hydrogen energy. Natural Gas Industry B, 9(5), 427-447. doi: 10.1016/j.ngib.2022.04.006.