APPLIED RESEARCH

Integration of renewable energy sources and storage systems into autonomous rural households in central Russia

Authors

  • Sergey O. Evdokimenko "Russkiy Dom" LLC, 119049, Moscow, st. Sadovnicheskaya, 72, building 1, room. 2/1

How to cite

GOST Evdokimenko S. O. Integration of renewable energy sources and storage systems into autonomous rural households in central Russia // STROITEL'NYE I DOROZHNYE MASHINY. 2025. Vol. 69. No. 8. P. 148-157.
APA Evdokimenko, S. O. (2025). Integration of renewable energy sources and storage systems into autonomous rural households in central Russia. STROITEL'NYE I DOROZHNYE MASHINY, 69(8), 148-157.

Abstract

In modern Russia, ensuring reliable energy supply for autonomous country households in the central regions is relevant due to the deterioration of centralized grids and the desire for energy independence. The study focuses on integrating renewable energy sources(RES), such as solar panels and wind turbines, with energy storage systems(ESS) to minimize costs and improve reliability, taking into account climate stochasticity and battery degradation. The objective is to develop a multi-criteria optimization model for hybrid systems that guarantees uninterrupted power supply while reducing the levelized cost of energy(LCOE). Methods include stochastic simulation modeling in MATLAB/Simulink using meteorological data from Roshydromet for 2015-2024 (insolation, wind, temperature). Photovoltaic and wind installations, as well as Li-ion and Lead-Acid batteries, were modeled considering efficiency, degradation, and depth of discharge. Load profiles were statistically synthesized. Parameter optimization(RES capacity, ESS capacity) was performed using a genetic algorithm minimizing LCOE at 99% reliability, analyzing 100,000 configurations. Results show that hybrid systems(5 kW PV+ 5 kW wind) provide 99,44% reliability, reducing downtime by 6-9 times compared to single-source generation. LFP batteries outperform others in lifespan(5120 cycles) and efficiency(95,8%), yielding an LCOE of 12,92 RUB/kWh over 25 years. Seasonal energy deficit in winter(783 kWh) requires a backup generator to cover 5-10% of the load. The discussion emphasizes the synergistic effect of hybridization, the economic impracticality of 100% autonomy without backup, and the potential of predictive control to extend ESS lifespan by 15-20%. The optimal configuration covers 90-95% of demand with RES, pays off in 14 years, and reduces the carbon footprint. The conclusions propose a model for scaling in regions with similar climates, contributing to sustainable development.

Keywords

renewable energy sources energy storage systems autonomous households hybrid power systems optimization

Funding

The authors did not declare any external funding for this research.

References

Азамжан уулу А., Жанышбеков Ж., Кенешов К., Самарбеков Э., Суюндуков Н. О некоторых вопросах использовании альтернативных источников энергии в сельском хозяйстве// Наука и инновационные технологии. 2021. № 1(18). С. 5-13.

Алиев М., Султанов Б., Шукурбеков Д., Жекшенбеков Т., Нурали Д.Н. О некоторых вопросах использовании альтернативных источников энергии в сельском хозяйстве// Наука и инновационные технологии. 2024. № 2(31). С. 33-40.

Андреева Е.В., Чавыкин Ю.И. Применение гелиосистем и аккумулирование электроэнергии для автономного энергоснабжения жилых домов: анализ документопотока// Техника и оборудование для села. 2022. № 8(302). С. 39-43.

Баженов А.А., Садов А.А. Обзор возобновляемых источников энергии, пригодных к применению в сельском хозяйстве// Молодежь и наука. 2023. № 4. С. 121.

Безруких П.П., Темеров А.В. Разработка и реализация энергоэффективных решений с использованием возобновляемых источников энергии для индивидуального домохозяйства// Вестник Московского энергетического института. 2023. № 6. С. 88-96.

Белозеров В.В., Ворошилов И.В., Олейников С.Н., Белозеров В.В. Синтез нанотехнологий жизнеобеспечения в тиражируемую автономную инженерную систему индивидуального жилого дома// Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. 2022. Т. 14. № 1. С. 33-42.

Воротницкий В.Э. Опыт и перспективы перехода на возобновляемые источники энергии // Энергохозяйство за рубежом. 2023. № 4(329). С. 18-20.

Горбунова М.М., Финоченко В.А. К вопросу перспектив применения возобновляемых источников энергии и технологий альтернативной энергетики// Труды Ростовского государственного университета путей сообщения. 2022. № 4(61). С. 35-40.

Гухман Г.А. Природная энергия для работы и жизни. 150+ инженерных решений на основе возобновляемых источников энергии// Энергия: экономика, техника, экология. 2023. № 11(467). С. 57-68.

Гухман Г.А. Развитие использования возобновляемых источников энергии// Энергия: экономика, техника, экология. 2020. № 4. С. 32-37.

Зайченко В.М., Чернявский А.А. Создание систем гарантированного энергообеспечения с использованием комбинированных источников энергии// Энергетическая политика. 2020. № 10(152). С. 90-103.

Изотова Е.А., Чеботарев А.С. Использование возобновляемых источников энергии при энергоснабжении жилых зданий// Совершенствование методов гидравлических расчетов водопропускных и очистных сооружений. 2021. Т. 1. № 1(46). С. 83-87.

Красильников И.В. Об использовании солнечной энергии в системах горячего водоснабжения многоквартирных жилых домов// Молодые ученые – развитию Национальной технологической инициативы(ПОИСК). 2021. № 1. С. 197-199.

Курдюкова Н.О., Пархоменко Б.А., Зубарева А.А. Перспективы использования альтернативных источников энергии в городских хозяйствах// Вестник Алтайской академии экономики и права. 2025. № 5-1. С. 160-169.

Полищук Е.И., Опарина Л.А. Разработка направлений массового применения энергосберегающих технологий и оборудования в жилых домах// Молодые ученые – развитию Национальной технологической инициативы(ПОИСК). 2020. № 1. С. 547-550.

Published

2025-08-30

Issue

Section

APPLIED RESEARCH

Metrics

402 views
0 downloads
Want to publish with us?
Submit an article

Similar Articles

1 2 3 4 5 6 7 > >> 

You may also start an advanced similarity search for this article.