احتياجات تخزين الكهرباء على مدى طويل لمواجهة أحداث الدنكلفلاوتة في أوروبا

لماذا تهمّ أسابيع الهدوء والغُيوم لشبكتنا الكهربائية

تسارع أوروبا لتشغيل نفسها كهربائياً من مصادر نظيفة مثل توربينات الرياح والألواح الشمسية. لكن ماذا يحدث خلال فترة ممتدة من الطقس الرمادي والساكن، عندما تكاد هذه المصادر لا تنتج؟ تدرس هذه الورقة تلك الفترات النادرة لكنها الخطرة—المعروفة بالألمانية باسم «Dunkelflaute»، وتعني حرفياً «خمول مظلم»—وتسأل عن مقدار التخزين الكهربائي طويل الأمد الذي ستحتاجه أوروبا للحفاظ على الإمداد الكهربائي دون الاعتماد على الوقود الأحفوري.

فترات طويلة من ضعف الرياح والشمس

يحلل المؤلفون 35 عاماً من بيانات الطقس التاريخية عبر أوروبا للعثور على فترات ممتدة حين يكون إنتاج الرياح والطاقة الشمسية منخفضاً على نحو غير اعتيادي لأيام أو حتى أشهر. غالباً ما تحدث هذه «الجوائح» المتجددة في الشتاء، عندما يكون الطلب على الكهرباء مرتفعاً للتدفئة والإضاءة. وعلى الرغم من أن التوربينات والألواح لا تتوقف تماماً في كل مكان، فقد ينخفض الإنتاج المشترك إلى ما دون المعدلات المعتادة لفترات طويلة، ما يجبر النظام على الاعتماد بشكل كبير على خيارات الاحتياط. تُظهر الدراسة أن أسوأ حدث شتوي في بياناتهم—دنكلفلاوتة قارية في 1996/97—يحدد إلى حد كبير حجم التخزين طويل الأمد المطلوب في نظام طاقة متجدد بالكامل.

كم يحتاج حقاً تخزين أوروبا

لتحويل أقصى حالات الطقس إلى احتياجات نظامية ملموسة، يشغّل الباحثون نموذجاً حاسوبياً مفصلاً لقطاع الكهرباء الأوروبي. يسمحون للنموذج باختيار المزيج الأرخص من الرياح والشمس والطاقة الكهرومائية والكتلة الحيوية والنووية (في بعض السيناريوهات) وأنواع مختلفة من التخزين، مع تغطية الطلب ساعة بساعة دون وقود أحفوري. تتعامل البطاريات القصيرة المدى مع التقلبات اليومية، لكن التخزين طويل الأمد—المحاكى أساساً كالهيدروجين المخزن تحت الأرض ثم تحويله مرة أخرى إلى كهرباء—يغطي فترات الجفاف الطويلة من ضعف الرياح والشمس. عندما يفترضون روابط شبكة مستقبلية واقعية بين البلدان، يتطلب أرخص نظام قادر على النجاة من أسوأ دنكلفلاوتة نحو 351 تيراواط-ساعة من طاقة التخزين طويل الأمد، ما يعادل تقريباً سبعة بالمئة من استهلاك الكهرباء السنوي في أوروبا.

تشارك الطاقة يساعد، لكن حتى حدٍّ معين

يمكن لأوروبا تخفيف أثر الطقس السيء عن طريق تبادل الطاقة عبر الحدود. عندما يكون إقليم ما غائماً وهادئاً، قد يظل إقليم آخر عاصفاً أو مشمساً. يختبر النموذج أربعة مستويات من الربط العابر للحدود، من كل دولة كـ«جزيرة طاقية» إلى أوروبا مفترضة مرتبطة تماماً كـ«لوح نحاسي». تقلص الروابط الأقوى دائماً إجمالي حاجات التخزين، لأن الكهرباء والهيدروجين يمكن أن يتدفّقا من المناطق الأفضل حالاً إلى الأسوأ. ومع ذلك، حتى مع تبادل غير محدود، يبقى الحد الأدنى من التخزين نحو 159 تيراواط-ساعة، أي حوالي ثلاثة بالمئة من الطلب السنوي. في خطط الشبكة الواقعية المستندة إلى سياسات، يجد المؤلفون أن الموازنة الجغرافية تساعد جزئياً فقط في أسوأ الأحداث، لأن العديد من البلدان تتعرض لنفس دنكلفلاوتة الشتوية في الوقت نفسه.

مساعدات أخرى: السدود والمفاعلات والاحتياطي الأحفوري

تستكشف الدراسة أيضاً كيف تغيّر تقنيات أخرى الصورة. تعمل خزانات المياه والهيدروليك المضخّبة القائمة بالفعل كتخزين طويل الأمد قوي في بعض المناطق، خاصة في الدول الإسكندنافية وإسبانيا، ويمكن أن تحل جزئياً محل تخزين الهيدروجين هناك. يؤدي إضافة محطات نووية إلى خفض حاجات التخزين أكثر، خصوصاً في السيناريوهات ذات قدرة نووية عالية، لأن المفاعلات يمكن أن توفر إنتاجاً ثابتاً خلال جفاف الشتاء وتقلل من كمية قدرة الرياح والشمس التي يجب تأمينها احتياطياً. ومع ذلك، حتى التوسعات النووية واسعة النطاق تترك حاجات كبيرة للتخزين طويل الأمد. ثم يختبر المؤلفون محطات احتياطية تعمل بالوقود النفطي مقترنة بالتقاط الكربون من الهواء لتعويض الانبعاثات؛ هذه التركيبة تحل معظم التخزين فقط إذا كان بإمكان إزالة الكربون بتكاليف منخفضة بشكل غير واقعي، وحتى في هذه الحالة تبقى عشرات التيراواط-الساعات من التخزين ضرورية.

التخطيط لأحداث نادرة ولكن حاسمة

إحدى المخاوف أن المخططين غالباً ما يصممون أنظمة الطاقة المستقبلية اعتماداً على بضع سنوات طقس تمثيلية فقط، مما قد يغفل أشد دنكلفلاوتة. هنا، تطلب أسوأ شتاء في مجموعة البيانات نحو 40 بالمئة أكثر من التخزين مقارنة بالعام الذي يليه في الشدة. وبما أن مثل هذه الأحداث القصوى نادرة، قد يتردد المستثمرون الخاصون في بناء ما يكفي من التخزين طويل الأمد الذي سيظل خاملاً معظم الوقت. يجادل المؤلفون بأن السياسات العامة وقواعد السوق ستكون على الأرجح ضرورية لضمان وجود هذه الاحتياطيات الأمنية. ويؤكدون أيضاً أن بناء تخزين الهيدروجين تحت الأرض والمعدات المرتبطة سيتطلب سنوات عديدة، لذا فإن التحرك المبكر ضروري إذا أرادت أوروبا تحقيق أهدافها المناخية مع الحفاظ على موثوقية الكهرباء.

ماذا يعني هذا لمستقبل طاقة أوروبا

بعبارة بسيطة، تستنتج الدراسة أن نظام طاقة أوروبي نظيف وموثوق لا يمكن أن يعتمد على الرياح والشمس والبطاريات القصيرة الأمد فقط. لمواجهة فترات طويلة من الظلام والهدوء، ستحتاج أوروبا إلى كمية كبيرة من التخزين طويل الأمد—بمقدار مئات التيراواط-الساعات—إلى جانب روابط دولية قوية ودعم من الطاقة الكهرومائية، وربما بعض القدرة النووية. ورغم أن ذلك تقنياً ممكن، فإنه سيتطلب استثمارات كبيرة وتخطيطاً دقيقاً. يؤكد المؤلفون أن الاستعداد الآن لهذه الأحداث الدنكلفلاوتة أساسي لجعل الانتقال إلى الطاقة المتجددة آمناً مناخياً وموثوقاً في الحياة اليومية.

الاستشهاد: Kittel, M., Roth, A. & Schill, WP. Long-duration electricity storage needs for coping with Dunkelflaute events in Europe. Nat Commun 17, 4210 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-72681-5

الكلمات المفتاحية: تخزين الطاقة طويل الأمد, جفاف مصادر الطاقة المتجددة, نظام الطاقة الأوروبي, تخزين الهيدروجين, أمن الطاقة