Długotrwałe potrzeby magazynowania energii elektrycznej w radzeniu sobie z wydarzeniami Dunkelflaute w Europie

Dlaczego spokojne, pochmurne tygodnie mają znaczenie dla naszej energii

Europa usiłuje przejść na czystą elektryczność z turbin wiatrowych i paneli słonecznych. Co jednak dzieje się podczas długiego okresu szarej, bezwietrznej pogody, gdy te źródła produkują niemal nic? Badanie analizuje te rzadkie, lecz niebezpieczne okresy — znane po niemiecku jako „Dunkelflaute”, dosłownie „ciemne zastoje” — i pyta, ile długotrwałego magazynowania energii będzie potrzebne Europie, by utrzymać zasilanie bez polegania na paliwach kopalnych.

Długie okresy słabego wiatru i słońca

Autorzy analizują 35 lat historycznych danych pogodowych dla Europy, aby odnaleźć przedłużone okresy, gdy produkcja wiatrowa i słoneczna przez wiele dni czy nawet miesięcy jest wyjątkowo niska. Te odnawialne „susze” często występują zimą, gdy zapotrzebowanie na prąd jest również wysokie z powodu ogrzewania i oświetlenia. Chociaż turbiny i panele nigdy nie przestają działać wszędzie, łączna produkcja może przez długi czas spadać znacznie poniżej normy, zmuszając system do dużego korzystania z opcji zapasowych. Badanie pokazuje, że najgorsze zdarzenie zimowe w ich danych — ogólnoeuropejska Dunkelflaute w 1996/97 — w dużym stopniu determinuje, jak duże musi być długotrwałe magazynowanie w w pełni odnawialnym systemie energetycznym.

Ile naprawdę potrzebuje Europy magazynów

Aby przekuć ekstremalne warunki pogodowe w konkretne potrzeby systemowe, badacze uruchamiają szczegółowy model komputerowy sektora energetycznego w Europie. Pozwalają modelowi wybrać najtańszy miks wiatru, słońca, energetyki wodnej, bioenergii, energetyki jądrowej (w niektórych scenariuszach) oraz różnych rodzajów magazynów, jednocześnie pokrywając zapotrzebowanie godzina po godzinie bez paliw kopalnych. Krótkoterminowe baterie radzą sobie z codziennymi wahaniami, ale długotrwałe magazyny — modelowane głównie jako wodór składowany pod ziemią i później przekształcany z powrotem w elektryczność — pokrywają długie suche okresy słabego wiatru i słońca. Przy założeniu realistycznych przyszłych łączy sieciowych między krajami, najtańszy system zdolny przetrwać najgorszą Dunkelflaute wymaga około 351 terawatogodzin energii długotrwałego magazynowania, co stanowi mniej więcej siedem procent rocznego zużycia elektryczności w Europie.

Dzielenie się energią pomaga, ale tylko do pewnego stopnia

Europa może złagodzić skutki złej pogody, handlując energią przez granice. Gdy jeden region jest pochmurny i spokojny, inny może być nadal wietrzny lub słoneczny. Model testuje cztery poziomy połączeń międzygranicznych, od każdego kraju działającego jak „wyspa energetyczna” po hipotetyczną, idealnie połączoną „płytę miedzianą” Europę. Silniejsze połączenia zawsze redukują ogólne potrzeby magazynowe, ponieważ elektryczność i wodór mogą przepływać z regionów lepiej zaopatrzonych do gorzej sytuowanych. Jednak nawet przy nieograniczonej wymianie minimalne wymaganie magazynowe wciąż wynosi około 159 terawatogodzin, czyli około trzy procent rocznego zapotrzebowania. W realistycznych, opartych na polityce planach sieciowych autorzy stwierdzają, że bilansowanie geograficzne pomaga tylko częściowo w najgorszych zdarzeniach, ponieważ wiele krajów doświadcza tej samej zimowej Dunkelflaute jednocześnie.

Inni pomocnicy: zapory, elektrownie jądrowe i zapas kopalny

Badanie bada również, jak inne technologie zmieniają obraz. Istniejące zbiorniki wodne i elektrownie szczytowo-pompowe już działają jako potężne długotrwałe magazyny w niektórych regionach, zwłaszcza w Skandynawii i Hiszpanii, i mogą zastąpić część magazynowania wodorowego tam, gdzie występują. Dodanie elektrowni jądrowych zmniejsza potrzeby magazynowe jeszcze bardziej, szczególnie w scenariuszach z dużą mocą jądrową, ponieważ reaktory mogą dostarczać stałą produkcję podczas zimowych susz i obniżyć ilość mocy wiatrowej i słonecznej, którą trzeba zabezpieczyć. Jednak nawet hojne rozbudowy jądrowe pozostawiają znaczące zapotrzebowanie na długotrwałe magazynowanie. Autorzy przetestowali też zapasowe elektrownie opalane ropą w połączeniu z bezpośrednim wychwytem CO2 z powietrza w celu zneutralizowania emisji; to rozwiązanie zastępuje większość magazynów tylko wtedy, gdy usuwanie węgla jest możliwe po nierealistycznie niskich kosztach, a nawet w takim przypadku nadal potrzebne są dziesiątki terawatogodzin magazynowania.

Planowanie na rzadkie, ale kluczowe zdarzenia

Jednym z problemów jest to, że planiści często projektują przyszłe systemy energetyczne, używając tylko kilku reprezentatywnych lat pogodowych, co może pominąć najcięższą Dunkelflaute. W tym badaniu najgorsza zima w zbiorze danych wymaga około 40 procent więcej magazynowania niż drugie od końca najgorsze rok. Ponieważ takie ekstremalne zdarzenia są rzadkie, prywatni inwestorzy mogą wahać się przed budową wystarczającej ilości długotrwałych magazynów, które przez większość czasu będą stały bezczynne. Autorzy argumentują, że potrzebne będą prawdopodobnie polityki publiczne i reguły rynkowe, aby zapewnić istnienie tych rezerw bezpieczeństwa. Zwracają też uwagę, że budowa podziemnych magazynów wodoru i towarzyszącej infrastruktury zajmie wiele lat, więc wczesne działanie jest niezbędne, jeśli Europa ma osiągnąć cele klimatyczne przy jednoczesnym zachowaniu niezawodności dostaw energii.

Co to oznacza dla przyszłości energetycznej Europy

Mówiąc prościej, badanie konkluduje, że czysty, niezawodny europejski system energetyczny nie może polegać tylko na wietrze, słońcu i krótkoterminowych bateriach. Aby przetrwać długie, ciemne i spokojne okresy, Europa będzie potrzebować dużej ilości długotrwałego magazynowania — rzędu kilkuset terawatogodzin — oraz silnych połączeń międzynarodowych i wsparcia ze strony energetyki wodnej, a możliwe że także częściowego udziału energii jądrowej. Choć technicznie wykonalne, wymaga to ogromnych inwestycji i starannego planowania. Przygotowanie się teraz na te wydarzenia Dunkelflaute, jak twierdzą autorzy, jest kluczowe, by transformacja energetyczna była jednocześnie bezpieczna dla klimatu i niezawodna w codziennym życiu.

Cytowanie: 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

Słowa kluczowe: magazynowanie energii długotrwałe, susze odnawialne, europejski system energetyczny, magazynowanie wodoru, bezpieczeństwo energetyczne