צרכי אחסון חשמל לטווח ארוך להתמודדות עם אירועי "דונקלפלוטה" באירופה

למה שבועות רגועים ומעוננים חשובים לחשמל שלנו

אירופה ממהרת לעבור על חשמל נקי מטורבינות רוח ופאנלים סולאריים. אבל מה קורה במתאר של רצף ארוך של מזג אוויר אפור וללא רוח, כשהמקורות האלה כמעט ואינם מייצרים? המחקר בוחן את אותם פרקי זמן נדירים אך מסוכנים — הנודעים בגרמנית כ"דונקלפלוטה", במובן המילולי "שפל חשוך" — ושואל כמה אחסון חשמל לטווח ארוך תצטרך אירופה כדי לשמור על האורות דולקים בלי להישען על דלקים פוסיליים.

רצפים ארוכים של רוח ושמש חלשים

המחברים מנתחים 35 שנים של נתוני מזג אוויר היסטוריים ברחבי אירופה כדי לזהות תקופות ממושכות בהן תפוקת הרוח והסולארית נמוכה באופן בלתי רגיל במשך ימים רבים או אף חודשים. "בצורות" מתחדשות אלה מתרחשות לעיתים תכופות בחורף, כאשר הביקוש לחשמל גבוה גם כן לחימום ותאורה. אף על פי שטורבינות ופאנלים לא מפסיקים לייצר לחלוטין בכל מקום, התפוקה המשולבת יכולה לרדת הרבה מתחת לנורמה למשך זמן רב, ולחייב את המערכת להסתמך במידה רבה על אפשרויות גיבוי. הממצא מראה שהאירוע החורפי החמור ביותר בנתונים שלהם — דונקלפלוטה על-אירופית ב-1996/97 — קובע במידה רבה עד כמה גדול האחסון לטווח ארוך חייב להיות במערכת כוח שהיא ממוחזרת לחלוטין.

כמה אחסון אירופה באמת צריכה

כדי לתרגם קיצוני מזג אוויר לצרכים מערכתיים קונקרטיים, החוקרים מריצים מודל מחשב מפורט של מגזר החשמל האירופי. הם נותנים למודל לבחור את התערובת הזולה ביותר של רוח, סולארי, כוח מים, ביואנרגיה, גרעין (בסצנריואים מסוימים) וסוגי אחסון שונים, תוך כיסוי הביקוש שעה שעה ללא דלקים פוסיליים. סוללות לטווח הקצר מטפלות בעליות וירידות יומיות, אבל אחסון לטווח ארוך — שמודגם בעיקר כמימן המאוחסן תת-קרקעי ומומר חזרה לחשמל מאוחר יותר — מכסה את תקופות הבצורת הארוכות של רוח ושמש חלשים. כשהם מניחים חיבורים ריאליים עתידיים ברשת בין המדינות, המערכת בעלות המינימלית שיכולה לשרוד את הדונקלפלוטה הגרועה ביותר דורשת כ-351 טרהוואט-שעה של אנרגיית אחסון לטווח ארוך, בערך שבעה אחוזים מצריכת החשמל השנתית של אירופה.

שיתוף כוח עוזר, אך רק עד גבול מסוים

אירופה יכולה להקל על המכה של מזג אוויר רע על ידי סחר חשמלי בין גבולות. כאשר אזור אחד מעונן ורגוע, אזור אחר עשוי עדיין להיות רווי רוח או שמש. המודל בודק ארבע רמות של חיבורים בין-גבוליים, מתחושת "אי אנרגטי" לכל מדינה ועד לאפשרות היפותטית של אירופה מחוברת לחלוטין כ"צלחת נחושת". חיבורים חזקים תמיד מקטינים את צרכי האחסון הכוללים, מכיוון שחשמל ומימן יכולים לזרום מאזורים עשירים יותר לחלשים יותר. ובכל זאת, אפילו עם חילופי חשמל בלתי מוגבלים, דרישת האחסון המינימלית נשארת כ-159 טרהוואט-שעה, סביב שלושה אחוזים מהביקוש השנתי. בתוכניות רשת מבוססות מדיניות בעולם האמיתי, המחברים מגליםשאגירת גיאוגרפית עוזרת רק חלקית באירועים החריפים ביותר, כי רבות מהמדינות נפגעות מאותה דונקלפלוטה חורפית בו-זמנית.

עוזרים אחרים: סכרים, כורים גרעיניים וגיבוי פוסילי

המחקר בוחן גם כיצד טכנולוגיות אחרות משנות את התמונה. מאגרים הידרו-אלקטריים קיימים ותחנות שאיבה-אחסון כבר פועלים כאחסון חזק לטווח ארוך באזורים מסוימים, במיוחד בסקנדינביה ובספרד, ויכולים להחליף חלק מאחסון המימן שם. הוספת כורים גרעיניים מורידה עוד יותר את צרכי האחסון, במיוחד בסצנריואים עם קיבולת גרעינית גבוהה, כי הכורים יכולים לספק תפוקה יציבה בתקופות בצורת חורפיות ולהקטין את כמות קיבולת הרוח והסולארית שיש לגבות. עם זאת, אפילו הרחבות גרעיניות נדיבות משאירות צורך משמעותי באחסון לטווח ארוך. המחברים בודקים גם תחנות גיבוי המופעלות בדלק נפט בשילוב עם 捕ית פחמן ישירה מהאוויר כדי לנטרל פליטות; צמד זה מחליף את רוב האחסון רק אם הסרת הפחמן יכולה להתבצע בעלויות נמוכות באופן לא מציאותי, וגם אז עדיין נדרשות עשרות טרהוואט-שעות של אחסון.

תכנון לאירועים נדירים אך קריטיים

דאגה אחת היא שתכנונים לעתיד לעתים מתבססים רק על כמה שנות מזג אוויר מייצגות, מה שעלול לפספס את הדונקלפלוטה החמורה ביותר. כאן, החורף הגרוע ביותר במאגר הנתונים דורש כ-40 אחוז יותר אחסון מהשנה השנייה בגודלה. כי אירועים קיצוניים כאלה נדירים, משקיעים פרטיים עשויים להירתע מלבנות די אחסון לטווח ארוך שישב רוב הזמן לא פעיל. המחברים טוענים שסביר שיהיה צורך במדיניות ציבורית וכללי שוק כדי להבטיח שמלאי בטיחות אלה יוקמו. הם גם מדגישים שבניית מאגרי מימן תת-קרקעיים והציוד הנלווה תדרוש שנים רבות, ולכן פעולה מוקדמת חיונית אם אירופה רוצה לעמוד ביעדי האקלים שלה תוך שמירה על אמינות החשמל.

מה זה אומר לעתיד האנרגיה של אירופה

במילים פשוטות, המחקר קובע שמערכת חשמל נקייה ואמינה באירופה לא יכולה להסתמך רק על רוח, שמש וסוללות לטווח קצר. כדי לעבור תקופות ארוכות, חשוכות ושקטות, אירופה תזדקק לכמות גדולה של אחסון לטווח ארוך — בסדר גודל של כמה מאות טרהוואט-שעות — בנוסף לחיבורים בינלאומיים חזקים ולתמיכה מהידרו, ואולי גם מקצת אנרגיה גרעינית. למרות שניתן להוציא זאת לפועל מבחינה טכנית, הדבר ידרוש השקעה משמעותית ותכנון זהיר. ההכנה עכשיו לאירועי דונקלפלוטה, טוענים המחברים, היא המפתח להפוך את מעבר האנרגיה המתחדשת גם לבטוח מבחינת האקלים וגם לאמין בחיי היומיום.

ציטוט: 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

מילות מפתח: אחסון אנרגיה לטווח ארוך, שיטחונות מתחדשים, מערכת חשמל אירופית, אחסון מימן, ביטחון אנרגטי