Забезпечення електроживлення для будівель з нульовим енергоспоживанням на основі автономних систем з відновлювальними джерелами та накопичувачами електроенергії

Дмитро  Захарченко; Ярослав Сила; Сергій  Степенко

doi:10.25140/2411-5363-2025-4(42)-365-381

Автор(и)

Дмитро Захарченко Національний університет «Чернігівська політехніка», Україна
Ярослав Сила Національний університет «Чернігівська політехніка», Україна
Сергій Степенко Національний університет «Чернігівська політехніка», Україна

DOI:

https://doi.org/10.25140/2411-5363-2025-4(42)-365-381

Ключові слова:

відновлювані джерела енергії; методологія забезпечення електроживлення; нульове енергоспоживання; потенціал NZEB; енергетична галузь; накопичувачі електроенергії; технології відновлюваної енергетики; електрична мережа

Анотація

У статті висвітлено дослідження методології забезпечення електроживлення на основі відновлюваних джерел енергії для будівель з нульовим та майже нульовим енергоспоживанням. У межах цієї роботи розглянуто основні принципи та технології використання відновлюваних джерел енергії (ВДЕ), а також переваги та виклики, пов'язані із впровадженням таких систем. Крім того, проаналізовано приклади успішних проєктів, що демонструють ефективність та потенціал NZEB.

Посилання

European Commission. (n.d.). Nearly-zero energy and zero-emission buildings. https://energy.ec.europa.eu/topics/energy-efficiency/energy-efficient-buildings/nearly-zero-energy-and-zero-emission-buildings_en.

Publications Office of the European Union. (2021). EU’s global leadership in renewa-bles: Final synthesis report. https://op.europa.eu/en/publication-detail/publication/8a9b9147-3aeb-11ed-9c68-01aa75ed71a1/language-en.

European Parliament & Council of the European Union. (2009). Directive 2009/28/EC on the promotion of the use of energy from renewable sources. Official Journal of the European Union, L 140, 16–62. https://eurlex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2009:140:0016:0062:en:PDF.

European Commission. (n.d.). Renewable energy directive. https://energy.ec.europa.eu/topics/renewable-energy/renewable-energy-directive-targets-and-rules/renewable-energy-directive_en

European Parliament & Council of the European Union. (2018). Directive (EU) 2018/2001 on the promotion of the use of energy from renewable sources (recast). Official Journal of the European Union, L 328, 82–209. https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX:32018L2001.

Кудря, С. О. (ред.). (2020). Відновлювані джерела енергії: монографія. Інститут відновлюваної енергетики НАН України.

Кудря, С. О., Рєпкін, О. О., Яценко, Л. В., Ткаленко, М. Д., & Шинкаренко, Л. Я. (2019). Концепція дорожньої карти розвитку водневої енергетики України на період до 2035 року. Відновлювана енергетика, (4), 22–28.

Глушко, О., Лисенко, Н., Новик, К., Стала, Р., Варадзин, З., & Степенко, С. (2024). Огляд кращих інноваторів в енергетиці, що впливають на розвиток відновлюваної енергетики. Технічні науки та технології, (1), 274–284. https://doi.org/10.25140/2411-5363-2024-1(35)-274-284.

Бойко, С., Городній, О., Касаткіна, І., Долударєва, Я., & Вершняк, Л. (2021). Вітроенергетичний комплекс для зарядження акумуляторних батарей. Технічні науки та технології, (4), 156–162. https://doi.org/10.25140/2411-5363-2020-4(22)-156-162.

Лобов, В., Єфіменко, Л., Бойко, С., & Городній, О. (2022). Методика проєктування системи керування мікроклімату в приміщенні. Технічні науки та технології, (1), 172–183. https://doi.org/10.25140/2411-5363-2022-1(27)-172-183.

Constructive Voices. (n.d.). Будівлі з нульовим енергоспоживанням. https://constructive-voices.com/uk/інноваційні-«зелені»-будівельні-матеріали%2C-що-відкривають-шлях-до-сталого-будівництва.

Литвин, В. (2024, 24 вересня). Будівлі з нульовим енергоспоживанням: чи допоможе це подолати енергетичну кризу. Економічна правда. https://www.epravda.com.ua/columns/2024/09/24/719699.

REN21. (2014). Renewables 2014 global status report. https://www.ren21.net/Portals/0/documents/Resources/GSR/2014/GSR2014_full_report_low_res.pdf.

Разумков Центр. (n.d.). Орієнтири розвитку альтернативної енергетики України до 2030 р.https://web.archive.org/web/20210123123722/https://razumkov.org.ua/statti/oriientyryrozvytku-alternatyvnoi-energetyky-ukrainy-do-2030r).

Energetika.in.ua. (n.d.). Енергетика: історія, сучасність і майбутнє. http://energetika.in.ua/ua/books/book-5/part-1/section-2/2-8.

Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». (n.d.). Відновлювана енергетика та системи розосередженої генерації. https://ep.kpi.ua/index.php/uk/node/24.

Traboulsi, S. R., & Lamouchi, A. (2023, 6 вересня). Manual for building energy refurbishment into nearly zero energy buildings (nZEB). GreenBuilding Consortium. https://www.enicbcmed.eu/sites/default/files/202401/O5.4%20MPC%20Manual.pdf.

Kotarela, F., Kyritsis, A., & Papanikolaou, N. (2020). On the implementation of the nearly zero energy building concept for jointly acting renewables self-consumers in Mediter-ranean climate conditions. Energies, 13, 1032. https://www.researchgate.net/publication/339501991_On_the_Implementation_of_the_Nearly_Zero_Energy_Building_Concept_for_Jointly_Acting_Renewables_SelfConsumers_in_Mediterranean_Climate_Conditions.

Kyritsis, A., Mathas, E., Antonucci, D., Grottke, M., & Tselepis, S. (2016). Energy improvement of office buildings in Southern Europe. Energy and Buildings, 123, 17–33. https://doi.org/10.1016/ j.enbuild.2016.04.032.

Європейський парламент і Рада Європейського Союзу. (2018). Директива (ЄС) 2018/844 про енергетичну ефективність будівель (вносить зміни до Директив 2010/31/ЄС та 2012/27/ЄС). https://www.legislation.gov.uk/eudr/2018/844.

Європейська комісія. (2018). Energy performance of buildings – Directive (EU) 2018/844 (EPBD). EU Publications.

Torcellini, P., Pless, S., Deru, M., & Crawley, D. (2006). Zero energy buildings: A critical look at the definition. National Renewable Energy Laboratory (NREL).

Feng, Y. (2004). Thermal design standards for energy efficiency of residential buildings in hot summer/cold winter zones. Energy and Buildings, 36, 1309–1312. https://doi.org/10.1016/ j.enbuild.2003.08.003.

Kalogridou, S. (2014). Solar energy engineering: Processes and systems (2nd ed.). Academic Press.

Bürde, R., & Jäger, B. (2019). Energy management systems for zero-energy buildings. Renewable Energy, 138, 1344–1356.

Liu, K., Wei, Z., Han, X., Ouyang, M., Amine, K., & Chen, Z. (2019). Overview of lithium-ion battery technology. Energy Storage Materials, 20, 55–68. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2018.11.017.

Hauer, A. (Ed.). (2021). Thermal energy storage: Systems and applications (3rd ed.). Wiley.

Parsons, J., et al. (2020). Battery energy storage systems for renewable integra-tion. IEEE Transactions on Smart Grid, 11(4), 3840–3851.

International Electrotechnical Commission. (2015). IEC 61427-2:2015. Second-ary cells and batteries for renewable energy storage – General requirements and methods of test. IEC.

Lunz, B., & Sauer, D. U. (2015). Aging of lithium-ion batteries in electric vehi-cles and charging strategies for stationary energy storage. Journal of Power Sources, 279, 694–704. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2015.01.053.

International Renewable Energy Agency. (2017). Electricity storage and renewa-bles: Costs and markets to 2030. IRENA.

Tesla Energy. (2022). Tesla Powerwall product specification sheet. Tesla Inc.

BYD Company. (2023). BYD Battery-Box: Technical data sheet for LFP home storage systems.

Uddin, K., et al. (2021). Techno-economic analysis of different energy storage technologies. Journal of Energy Storage, 40, 102740. https://doi.org/10.1016/j.est.2021.102740.

Pacheco, R., Ordóñez, J., & Martínez, G. (2012). Energy efficient design of build-ings: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16, 3559–3573. https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.03.045.

Kampelis, N., Gobakis, K., Vagias, V., Kolokotsa, D., Standardi, L., Isidori, D., Cristalli, C., Montagnino, F. M., Paredes, F., Muratore, P., et al. (2017). Evaluation of the per-formance gap in industrial, residential and tertiary near-zero energy buildings. Energy and Buildings, 148, 58–73. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2017.03.057.

Karlessi, T., Kampelis, N., Kolokotsa, D., Santamouris, M., Standardi, L., Isidori, D., & Cristalli, C. (2017). The concept of smart and nZEB buildings and the integrated design approach. Procedia Engineering, 180, 1316-1325. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.04.294.

Li, H., Qu, L., & Qiao, W. (2017). Lifecycle cost analysis for wind power con-verters. In Proceedings of the 2017 IEEE International Conference on Electro Information Tech-nology (EIT) (pp. 630–634). IEEE. https://doi.org/10.1109/EIT.2017.8053439.

Ates, S. A. (2015). Life cycle cost analysis: An evaluation of renewable heating systems in Turkey. Energy Exploration & Exploitation, 33, 621–638. https://doi.org/10.1260/0144-5987.33.4.621.

Дешко, В. І., & Наумчук, О. С. (2023). Аспекти використання nZEB-концепції для будівель у Центральній та Східній Європі. Технології та інжиніринг, (1), 1–12.

https://jrnl.knutd.edu.ua/index.php/techeng/article/view/1181/1130.

Європейська комісія. (n.d.). Energy statistics – an overview. Statistics Explained (Eurostat). https://ec.europa.eu/eurostat/statisticsexplained/index.php?title=Energy_statistics__an_overview#Final_energy_consumption.

Magrini, A., Lentini, G., Cuman, S., Bodrato, A., & Marenco, L. (2020). From nearly zero energy buildings (NZEB) to positive energy buildings (PEB): The next challenge – The most recent European trends with some notes on the energy analysis of a forerunner PEB example. Developments in the Built Environment, 3, 100019. https://doi.org/10.1016/j.dibe.2020.100019.

Attia, S. (2022). Data on residential nearly zero energy buildings (nZEB) design in Eastern Europe. Data in Brief, 43, 108419. https://doi.org/10.1016/j.dib.2022.108419

Acar, U., & Kaska, O. (2022). Energy and economical optimal of nZEB design under different climate conditions of Türkiye. Journal of Building Engineering, 105103. https://doi.org/10.1016/ j.jobe.2022.105103.

Ascione, F., De Masi, R. F., Gigante, A., & Vanoli, G. P. (2022). Resilience to cli-mate change of nearly zero energy buildings designed according to the EPBD recast: Monitor-ing, calibrated energy models and perspective simulations of a Mediterranean nZEB living lab. Energy and Buildings, 262, 112004. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2022.112004.

Ebrahimigharehbaghi, S., der Heijden, H., & Elsinga, M. (2022). Sustainable business model of affordable zero energy houses: Upscaling potentials. Journal of Cleaner Pro-duction, 344, 130956. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.130956.

Novatr. (n.d.). Net-zero buildings: Guiding the way ahead for sustainable archi-tecture. https://www.novatr.com/blog/what-are-net-zerobuildings#3.