Rola budynkowych hubów energii w transformacji systemów energetycznych
DOI:
https://doi.org/10.17512/INSTAL.2026.02.02Słowa kluczowe:
huby energii, transformacja energetyczna, energetyka rozproszona, prosumeryzm, zarządzanie energiąAbstrakt
W artykule przedstawiono przegląd zagadnień związanych z rozwojem budynkowych hubów energii, które stanowią nową koncepcję zarządzania energią w sektorze budynków. Omówiono ich strukturę, funkcje oraz rolę w transformacji energetycznej ukierunkowanej na dekarbonizację i neutralność klimatyczną. Przedstawiono kluczowe technologie stosowane w hubach, w tym odnawialne źródła energii, systemy magazynowania, inteligentne sterowanie i integrację sektorową. Wskazano korzyści wynikające z wdrażania tego typu rozwiązań, takie jak poprawa efektywności energetycznej, zwiększenie elastyczności systemu, rozwój prosumeryzmu oraz wzmocnienie lokalnego bezpieczeństwa energetycznego. W artykule zaprezentowano także bariery i wyzwania związane z wdrażaniem hubów energii oraz przykłady ich praktycznych zastosowań w Europie. Podkreślono znaczenie cyfryzacji, sztucznej inteligencji i roli agregatorów w dalszym rozwoju tej koncepcji.
Pobrania
Bibliografia
[1] Mohammadi M., Noorollahi Y., Mohammadi-Ivatloo B., Hosseinzadeh H., Yousefi H., Khorasani S. T. (2018). Optimal management of energy hubs and smart energy hubs – A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 89, 33–50.
[2] Orehounig K., Evins R., Dorer V. (2015). Integration of decentralized energy systems in neighbourhoods using the energy hub approach. Applied Energy, 154, 277–289.
[3] Tronchin L., Manfren M., Nastasi B. (2018). Energy efficiency, demand side management and energy storage technologies – A critical analysis of possible paths of integration in the built environment. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 95, 341–353.
[4] Eladl A. A., El-Afifi M. I., El-Saadawi M. M., Sedhom B. E. (2023). A review on energy hubs: Models, methods, classification, applications, and future trends. Alexandria Engineering Journal, 68, 315–342.
[5] Kountouris I., Langer L., Bramstoft R., Münster M., Keles D. (2023). Power-to-X in energy hubs: A Danish case study of renewable fuel production. Energy Policy, 175, 113439.
[6] Geidl M., Koeppel G., Favre-Perrod P., Klöckl B., Andersson G., Fröhlich K.: Energy Hubs For The Future. Power Systems and High Voltage Laboratories, ETH Zurich, 8092 Zurich, Switzerland published in IEEE Power & Energy Magazine, 5(1):24–30, 2007
[7] Przygrodzki M.: Modelowanie rozwoju sieci elektroenergetycznej współpracującej ze źródłami rozproszonymi. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2011.
[8] Popczyk J.: Energetyka rozproszona. Od dominacji energetyki w gospodarce do zrównoważonego rozwoju, od paliw kopalnych do energii odnawialnej i efektywności energetycznej. Polski Klub Ekologiczny Okręg Mazowiecki. Warszawa 2011. ISBN: 978-83-915094-1-8.
[9] Chen J., Garcia H.E.: Economic Optimization of Operations for Hybrid Energy Systems under Variable Markets. Applied Energy, Vol. 177, 2016, Pages 11-24.
[10] Zhang G., Hu W., Cao D., Zhang Z., Huang Q., Chen Z., Blaabjerg F.: A multi-agent deep reinforcement learning approach enabled distributed energy management schedule for the coordinate control of multi-energy hub with gas, electricity, and freshwater. Energy Conversion and Management 255 (2022) 115340
[11] Maroufmashat A., S. T. Taqvi, Miragha A., Fowler M., Elkamel A. Modeling and Optimization of Energy Hubs: A Comprehensive Review. Inventions 2019, 4, 50; doi:10.3390/inventions4030050.
[12] Khayatzadeh J., Soleymani S., Mozafari S. B., Shourkaei H. M.: Optimizing the operation of energy storage embedded energy hub concerning the resilience index of critical load. Journal of Energy Storage 48 (2022) 103999.
[13] Kebria Z. S., Fattahi P., Setak M.: Planning of Multiple Energy Hubs and Scheduling of Preventive Maintenance Equipment Under Uncertainty and Energy Storage. Journal of Quality Engineering and Production Optimization. Vol. 5, No. 1, 2020, pp. 119-136, DOI: 10.22070/JQEPO.2020.5424.1154
[14] Chamandoust H., Derakhshan G., Mehdi Hakimi S., Bahramara S.: Multi-objectives Optimal Scheduling in Smart Energy Hub System with Electrical and Thermal Responsive Loads. Environmental and Climate Technologies, 2020, vol. 24, no. 1, pp. 209–232 https://doi.org/10.2478/rtuect-2020-0013
[15] Zhang G., Hu W., Cao D., Zhang Z., Huang Q., Chen Z., Blaabjerg F.: A multi-agent deep reinforcement learning approach enabled distributed energy management schedule for the coordinate control of multi-energy hub with gas, electricity, and freshwater. Energy Conversion and Management 255 (2022) 115340
[16] Prabhakaran P., Graf F., Koeppel W., Kolb T.: Modelling and validation of energy systems with dynamically operated Power to Gas plants for gas-based sector coupling in de-central energy hubs. Energy Conversion and Management 276 (2023) 116534.
[17] Kriechbaum L., Scheiber G., Kienberger T.: Grid-based multi-energy systems—modelling, assessment, open source modelling frameworks and challenges. Energy, Sustainability and Society, 2018, pp. 8-35 https://doi.org/10.1186/s13705-018-0176-x
[18] Bahmani R., Karimi H., Jadid S.: Cooperative energy management of multi-energy hub systems considering demand response programs and ice storage. Electrical Power and Energy Systems 130 (2021) 106904.
[19] Maroufmashat A., S. T. Taqvi, Miragha A., Fowler M., Elkamel A. Modeling and Optimization of Energy Hubs: A Comprehensive Review. Inventions 2019, 4, 50; doi:10.3390/inventions4030050.
[20] M. Rastegar, Fotuhi-Firuzabad M.: Load management in a residential energy hub with renewable distributed energy resources. Energy and Buildings 107 (2015) 234–242.
[21] Salimi M., Ghasemi H., Adelpour M., Vaez-ZAdeh S.: Optimal planning of energy hubs in interconnected energy systems: a case study for natural gas and electricity. IET Generation Transmission and Distribution, 2015, Vol. 9, Iss. 8, pp. 695–707
[22] Khalilpour K.R. (edytor): Polygeneration with Polystorage: For Chemical and Energy Hubs. Academic Press, 2018, ISBN: 978-0-12-813306-4.
[23] Orehounig K., Evins R., Dorer V.: Integration of decentralized energy systems in neighbourhoods using the energy hub approach. Applied Energy 154 (2015) 277–289
[24] Kountouris I., Langer L., Bramstoft R., Münster M., Keles D.: Power-to-X in energy hubs: A Danish case study of renewable fuel production. Energy Policy, Volume 175, April 2023, 113439.
[25] Mansouri S. A., Nematbakhsh E., Ahmarinejad A., Jordehi A. R., Javadi M. S. , Alavi Matin S. A.: A Multi-objective dynamic framework for design of energy hub by considering energy storage system, power-to-gas technology and integrated demand response program.Journal of Energy Storage 50 (2022) 104206.
[26] Mittelviefhaus M., Georges G., Boulouchos K.: Electrification of multi-energy hubs under limited electricity supply: De-/centralized investment and operation for cost-effective greenhouse gas mitigation. Advances in Applied Energy 5 (2022) 100083.
[27] Karlsruhe Institute of Technology: Welcome to the Energy Lab. https://www.elab2.kit.edu/english/index.php
[28] Empa Materials Science and Technology: This is ehub. https://www.empa.ch/web/energy-hub/about
[29] Ustawa z dnia 17 sierpnia 2023 r. o zmianie ustawy o odnawialnych źródłach energii oraz niektórych innych ustaw. Dziennik Ustaw Rzeczypospolitej Polskiej. Warszawa, dnia 31 sierpnia 2023 r., Poz. 1762.
[30] Kalina J., Pohl W.: Technical and economic analysis of a multicarrier building energy hub concept with heating loads at different temperature levels. Energy 288 (2024) 129882. https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.129882
