Mehrstufige Zeitreihenanalyse ermöglicht die Charakterisierung von Dürreperioden bei variablen erneuerbaren Energien in Europa

Warum ruhige, dunkle Phasen für saubere Energie wichtig sind

Während Europa darauf zusteuert, fossile Brennstoffe durch Wind- und Solarenergie zu ersetzen, wird eine einfache Frage zentral: Was passiert in jenen trüben Winterwochen, in denen kaum Wind weht und die Sonne schwach ist? Diese Studie untersucht solche sogenannten "Dürreperioden" bei erneuerbaren Energien in Europa: wie häufig sie auftreten, wie lange sie andauern und wie gravierend sie wirklich sind – und welche Folgen das für die Versorgungssicherheit in einer Zukunft hat, die weitgehend auf variablen Erneuerbaren beruht.

Stille Himmel und düstere Tage über einem Kontinent

Die Autorinnen und Autoren analysieren 38 Jahre stündlicher, wetterbasierter Daten für Onshore-Wind, Offshore-Wind und Solarstrom in 34 europäischen Ländern. Sie definieren eine Erneuerbare-Dürre als einen Zeitraum, in dem der durchschnittliche Ertrag unter einem gewählten Anteil des langfristigen Mittels bleibt – sei es für einen Tag, eine Woche oder mehrere Monate. Anstatt eine einzelne willkürliche Schwelle zu wählen, durchlaufen sie viele verschiedene Niveaus, um alles abzudecken, von extremen, aber kurzen Einbrüchen bis zu langen, mäßig schwachen Perioden. Dieser Mehrfachschwellen‑Ansatz offenbart ein differenziertes Bild: Solardürreperioden häufen sich meist in den dunklen Wintermonaten, während Winddürreperioden zu jeder Jahreszeit auftreten können, oft aber im Sommer ihren Höhepunkt haben. Manche Ereignisse sind kurz und heftig; andere ziehen sich lange und wirken als sanfte, dennoch belastende Einbußen in der Erzeugung.

Stärke in Zahlen: Technologien und Länder kombinieren

Eines der klarsten Ergebnisse der Studie ist, dass Vielfalt hilft. Betrachtet man Wind und Solar getrennt, kann jede Technologie lange und schwere Dürreperioden erleben. Kombiniert man sie jedoch zu einem gemeinsamen Portfolio pro Land, verkürzen sich sowohl die längsten als auch die durchschnittlichen Dürreperioden erheblich. Insgesamt reduziert die Mischung aus Solar- mit Onshore- und Offshore-Wind die maximale Dürredauer gegenüber jeder einzelnen Technologie um etwa die Hälfte oder mehr. Solars nächtliche und saisonalen Lücken werden häufig vom Wind ausgeglichen, während windige Nächte und stürmische Winter schwachsonnige Zeiten abfedern. Überträgt man dieses Prinzip grenzüberschreitend, verstärkt sich der Effekt: Wäre Europa durch ein ideales, uneingeschränktes Netz verbunden, würde die längste kombinierte Dürre gegenüber einzelnen Ländern um etwa zwei Drittel kürzer ausfallen.

Extreme Ereignisse, die den Speicherbedarf bestimmen

Selbst in einem solchen idealisierten, vollständig vernetzten Europa bleiben jedoch lange harte Phasen bestehen. Um die für die Speicherplanung wichtigsten Ereignisse zu identifizieren, führen die Autorinnen und Autoren ein neues Maß ein, das sie "Dürremasse" nennen. Anstatt sich auf eine einzige Schwelle zu konzentrieren, kombiniert dieses Maß Informationen über viele Schwellen und erfasst sowohl die Dauer einer Trockenperiode als auch das Ausmaß, in dem die Erzeugung unter dem Normalwert liegt. Mit diesem Maß identifiziert die Studie eine "Superdürre" im Winter 1996/97: eine 55-tägige Phase ungewöhnlich niedriger kombinierter Wind‑und‑Solarerträge auf europäischer Ebene. Einzelne Länder sind noch stärker betroffen – Deutschland zum Beispiel verzeichnete Mitte der 1990er Jahre ein Ereignis von 109 Tagen. Wichtig ist: Die Erzeugung fällt in diesen Perioden nicht auf null; beim schlimmsten europäischen Ereignis lieferten die Erneuerbaren noch etwa 47 % ihres langfristigen Mittels, aber dieses Defizit zog sich lange genug hin, um langfristige Speichersysteme stark zu beanspruchen.

Warum einfache Schwellenwerte und einzelne Jahre täuschen

Die Studie zeigt außerdem, wie empfindlich Schlussfolgerungen gegenüber Modellierungsentscheidungen sind. Ändert man den Grenzwert, der eine Dürre definiert, kann sich das vermeintliche "schlimmste Jahr" oder das "schlimmste Ereignis" verschieben. Niedrige Schwellen heben seltene, nahezu windstille oder sonnenlose Phasen hervor; höhere Schwellen zeigen länger andauernde, wenn auch weniger extreme Perioden mit unterdurchschnittlicher Erzeugung, die für die Speicherplanung genauso wichtig sein können. Ebenso zeigen verschiedene Jahre sehr unterschiedliches Dürfeverhalten: Manche Winter sind vergleichsweise harmlos, andere verbinden niedrige Erzeugung mit hohem Heizbedarf. Weil viele Planungsstudien und politische Szenarien nur ein oder wenige Wetterjahre berücksichtigen, warnen die Autorinnen und Autoren, dass sie das Risiko seltener, das System prägender Dürreperioden erheblich unterschätzen könnten.

Planung für eine resiliente erneuerbare Zukunft

Für Nicht‑Expertinnen und Nicht‑Experten lautet die Schlussfolgerung klar: Ein erneuerbares Europa ist möglich, muss aber so ausgelegt werden, dass es lange Phasen mit schwachem Wind und wenig Sonne übersteht. Die Kombination von Wind und Solar innerhalb der Länder sowie eine stärkere grenzüberschreitende Verknüpfung über Übertragungsnetze verringert deutlich Schwere und Dauer von Problemperioden, beseitigt sie jedoch nicht vollständig. Die Autorinnen und Autoren argumentieren, dass Planerinnen und Planer Mehrwochen‑Dürreperioden wie das Ereignis 1996/97 explizit bei der Dimensionierung von Langzeitspeichern und anderen Backup‑Optionen berücksichtigen sollten. Sie empfehlen außerdem, viele Jahre wetterbasierter Daten zu nutzen, längere Planungszeiträume, die Jahreswechsel überspannen, und Mehrfachschwellen‑Methoden wie ihre Dürremasse‑Metrik. Zusammengenommen können diese Maßnahmen dazu beitragen, dass ein saubereres Energiesystem auch ein zuverlässig robustes ist – selbst in Europas dunkelsten, windstillsten Tagen.

Zitation: 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

Schlüsselwörter: Dürreperioden bei erneuerbaren Energien, Variabilität von Wind und Solar, Energiespeicherung, Europäisches Stromsystem, Netzverbund