تحليل سلاسل زمنية متعددة العتبات يمكّن من توصيف «جفاف» الطاقة المتجددة المتقلبة في أوروبا

لماذا تهم فترات الهدوء والظلام لمصادر الطاقة النظيفة

بينما تسعى أوروبا لاستبدال الوقود الأحفوري بطاقة الرياح والطاقة الشمسية، يبرز سؤال بسيط لكنه حاسم: ماذا يحدث في أسابيع الشتاء الكئيبة حين لا تهب الرياح تقريبًا وتكون الشمس ضعيفة؟ تدرس هذه الدراسة ما يُسمى بـ«جفاف» الطاقة المتجددة عبر أوروبا، وتستقصي تكرار هذه الحوادث، ومددها، وشدتها الحقيقية — وما يعنيه ذلك لإبقاء الأضواء مضاءة في مستقبل يعتمد إلى حد كبير على مصادر متجددة متقلبة.

سماء ساكنة وأيام معتمة عبر قارة كاملة

يحلل المؤلفون بيانات جوية بالساعات على مدى 38 عامًا لإنتاج طاقة الرياح البرية والبحرية والطاقة الشمسية في 34 دولة أوروبية. يعرفون «جفافًا» متجددًا بأنه فترة زمنية يبقى فيها الإنتاج المتوسط دون نسبة مختارة من المعدل طويل الأمد — سواء ليوم أو لأسبوع أو حتى لشهور. بدلاً من اختيار حد تعسفي واحد، يفحصون مستويات عدة لالتقاط كل شيء من الانخفاضات الشديدة القصيرة إلى فترات طويلة ذات ضعف معتدل. تكشف هذه المقاربة متعددة العتبات عن نمط غني: تجمعات جفاف الطاقة الشمسية تظهر أساسًا في أشهر الشتاء المظلمة، في حين يمكن أن تحدث جفافات الرياح في أي موسم وغالبًا ما تبلغ ذروتها في الصيف. بعض الحوادث قصيرة وحادة؛ وأخرى طويلة وتمثل تراجعًا لطيفًا لكنه مستمر في الإمداد.

القوة في الأرقام: مزج التقنيات والدول

إحدى الرسائل الأوضح للدراسة أن التنوع يساعد. عندما تؤخذ الرياح والطاقة الشمسية كل على حدة، يمكن لكل منهما أن يتعرضا لجفاف طويل وشديد. لكن عندما يجمع المؤلفون بينهما في محفظة واحدة لكل بلد، تتقلص أطول فترات الجفاف ومتوسطاتها بشكل كبير. بوجه عام، يقلل مزج الطاقة الشمسية مع الرياح البرية والبحرية من طول أقصى جفاف بنحو النصف أو أكثر مقارنة بأي تقنية منفردة. غالبًا ما تملأ الفواصل الليلية والموسمية للطاقة الشمسية بواسطة الرياح، بينما تعمل الليالي العاصفة وشتاءاتها العاتية على تلطيف فترات ضعف الشمس. وإذا امتد هذا المفهوم عبر الحدود، يزداد الأثر قوة: لو كانت أوروبا متصلة بشبكة مثالية غير مقيدة، فسينخفض أطول جفاف مجمع بنحو ثلثي ما هو عليه عندما تعمل الدول بمعزل عنها.

حوادث متطرفة تشكّل حاجات التخزين

ومع ذلك، حتى في مثل هذه أوروبا المتصلة بالكامل والمثالية، تبقى فترات طويلة وصعبة. لتحديد الأحداث الأهم لتخطيط التخزين، يقدم المؤلفون مقياسًا جديدًا يسمونه «كتلة الجفاف». بدلاً من التركيز على حد واحد، يجمع هذا المقياس معلومات عبر عدة عتبات، ملتقطًا كلًا من مدة الفترة الجافة ومدى انخفاض الإنتاج تحت المعتاد. باستخدام هذه المقياس، تحدد الدراسة «فائقة جفاف» في شتاء 1996/97: فترة مدتها 55 يومًا من إنتاج ضئيل غير عادي للرياح والطاقة الشمسية مجتمعتين على مستوى أوروبا. تكون أحوال بعض الدول الفردية أسوأ — فمثلاً تواجه ألمانيا حدثًا دام 109 أيام في منتصف التسعينيات. والأهم أن الإنتاج لا ينخفض إلى الصفر خلال هذه الفترات: ففي أسوأ حدث أوروبي، لا تزال المتجددة توفر نحو 47% من متوسطها الطويل الأمد، لكن هذا العجز مستمر بما فيه الكفاية لاستنزاف التخزين طويل المدى بشكل كبير.

لماذا تُضلّل العتبات البسيطة والسنوات الفردية

تسلط الدراسة أيضًا الضوء على مدى حساسية النتائج لخيارات النمذجة. بتغيير الحد الذي يعرّف الجفاف، قد يتقلب الظاهر «أسوأ عام» أو «أسوأ حدث». تحدد العتبات المنخفضة الفترات النادرة الشبيهة بانعدام الرياح أو الشموس تقريبًا؛ بينما تكشف العتبات الأعلى عن فترات أكثر سلاسة لكنها أطول بكثير من الإنتاج دون المتوسط والتي قد تكون مهمة بالمثل لتخطيط التخزين. وبالمثل، تظهر السنوات المختلفة سلوكيات جفاف مختلفة جدًا. بعض الشتاءات تكون متساهلة نسبيًا، بينما يجمع بعضها الآخر بين انخفاض الإنتاج المتجدد وارتفاع الطلب على التدفئة. ونظرًا لأن العديد من دراسات التخطيط والسيناريوهات السياسة تعتمد على سنة أو بضع سنوات جوية فقط، يحذر المؤلفون من أنها قد تقلل تقدير خطر أحداث الجفاف النادرة لكنها حاسمة للنظام.

التخطيط لمستقبل متجدد ومرن

لغير المتخصصين، الخلاصة بسيطة: أوروبا متجددة ممكنة، لكنها يجب أن تُبنى لتحمّل فترات طويلة من ضعف الرياح والشمس. يقلل الجمع بين الرياح والطاقة الشمسية داخل البلدان، وربط البلدان بقوة أكبر عبر شبكات النقل، بشكل كبير من حدة وطول فترات المشكلة، لكنه لا يقضي عليها تمامًا. يجادل المؤلفون بضرورة أن يأخذ المخططون بعين الاعتبار صراحةً جفافات متعددة الأسابيع مثل حدث 1996/97 عند تحديد حجم التخزين طويل المدى وخيارات النسخ الاحتياطي الأخرى. كما يوصون باستخدام سنوات جوية عديدة في التحليل، وآفاق تخطيط أطول تمتد عبر رأس السنة، وطرق متعددة العتبات مثل مقياس كتلة الجفاف الذي اقترحوه. معًا، يمكن أن تساعد هذه الخطوات في ضمان أن يكون نظام الطاقة الأنظف أيضًا نظامًا موثوقًا ومتينًا — حتى في أحلك أيام أوروبا وأكثرها سكونًا.

الاستشهاد: Kittel, M., Schill, WP. Multi-threshold time series analysis enables characterization of variable renewable energy droughts in Europe. Commun Earth Environ 7, 242 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03251-2

الكلمات المفتاحية: جفاف الطاقة المتجددة, تقلبات الرياح والطاقة الشمسية, تخزين الطاقة, نظام كهرباء أوروبي, ربط الشبكات