Analiza szeregów czasowych z wieloma progami umożliwia charakteryzację susz energetycznych odnawialnych w Europie

Dlaczego spokojne, ciemne okresy są istotne dla czystej energii

W miarę jak Europa śpieszy się z zastępowaniem paliw kopalnych energią wiatrową i słoneczną, pojawia się proste, lecz kluczowe pytanie: co się dzieje w te ponure zimowe tygodnie, gdy wiatr prawie nie wieje, a słońca jest niewiele? Badanie to analizuje tzw. „susze” energetyczne odnawialnych źródeł w całej Europie, pytając, jak często występują, jak długo trwają i jak poważne są — oraz co to oznacza dla utrzymania dostaw prądu w przyszłości opartej prawie wyłącznie na zmiennych źródłach odnawialnych.

Spokojne niebo i przyćmione dni na kontynencie

Autorzy analizują 38 lat godzinnych danych pogodowych dla lądowej energii wiatrowej, morskiej wiatrowej i fotowoltaiki w 34 krajach europejskich. Definiują suszę odnawialną jako okres, kiedy średnia produkcja utrzymuje się poniżej wybranego udziału długoterminowej normy — czy to przez dzień, tydzień czy nawet miesiące. Zamiast wybierać jeden arbitralny próg, przeszukują wiele poziomów, aby uchwycić wszystko, od skrajnych, lecz krótkich załamań po długie, umiarkowanie słabe okresy. To podejście z wieloma progami ujawnia złożony wzorzec: susze słoneczne skupiają się głównie w ciemnych miesiącach zimowych, podczas gdy susze wiatrowe mogą występować w każdej porze roku, często jednak osiągają szczyt latem. Niektóre zdarzenia są krótkie i ostre; inne — długie i łagodne, osłabiające podaż.

Siła w liczbach: łączenie technologii i krajów

Jednym z najważniejszych wniosków badania jest to, że różnorodność pomaga. Gdy analizuje się wiatr i słońce oddzielnie, każde z nich może doświadczać długich i poważnych susz. Jednak gdy autorzy łączą je w jedno portfolio dla każdego kraju, zarówno najdłuższe, jak i przeciętne susze skracają się drastycznie. W praktyce mieszanie energetyki słonecznej z lądową i morską energetyką wiatrową zmniejsza maksymalną długość suszy mniej więcej o połowę lub więcej w porównaniu z dowolną pojedynczą technologią. Nocne i sezonowe luki słoneczne są często wypełniane przez wiatr, podczas gdy wietrzne noce i burzowe zimy mogą złagodzić okresy o niskim nasłonecznieniu. Rozciągając tę ideę ponad granice, efekt rośnie: gdyby Europa była połączona idealną, nieograniczoną siecią, najdłuższa złożona susza zmniejszyłaby się o około dwie trzecie w porównaniu z sytuacją, gdy kraje działają osobno.

Ekstremalne zdarzenia kształtujące potrzeby magazynowe

Nawet w tak idealizowanej, w pełni połączonej Europie pozostają jednak długie, trudne okresy. Aby wyodrębnić zdarzenia najważniejsze dla planowania magazynów, autorzy wprowadzają nową miarę nazwaną „masa suszy”. Zamiast skupiać się na jednym progu, kumuluje ona informacje z wielu poziomów, uwzględniając zarówno długość suchego okresu, jak i to, jak bardzo produkcja spada poniżej normy. Używając tej miary, badanie identyfikuje „supersusz” zimą 1996/97: 55-dniowy okres wyjątkowo niskiej łącznej produkcji wiatrowej i słonecznej na poziomie europejskim. W poszczególnych krajach sytuacja bywa jeszcze gorsza — Niemcy, na przykład, doświadczają 109-dniowego zdarzenia w połowie lat 90. Co ważne, produkcja nie spada do zera w tych okresach: w najgorszym europejskim zdarzeniu odnawialne źródła wciąż dostarczają około 47% swojej średniej długoterminowej, ale ten niedobór utrzymuje się wystarczająco długo, by silnie obciążyć magazyny długoterminowe.

Dlaczego proste progi i pojedyncze lata wprowadzają w błąd

Badanie podkreśla również, jak wrażliwe są wnioski na wybory modelowe. Zmiana progu definiującego suszę może odwrócić to, które rok lub zdarzenie wydaje się „najgorsze”. Niskie progi uwypuklają rzadkie, niemal bezwietrzne lub bezsłoneczne okresy; wyższe progi ujawniają gładsze, lecz znacznie dłuższe okresy jedynie poniżej przeciętnej produkcji, które mogą być równie istotne dla planowania magazynów. Podobnie różne lata wykazują bardzo odmienne zachowanie suszowe. Niektóre zimy są dość łagodne, podczas gdy inne łączą niską produkcję odnawialną z wysokim zapotrzebowaniem na ogrzewanie. Ponieważ wiele analiz planistycznych i scenariuszy politycznych opiera się na jednym lub kilku latach pogodowych, autorzy ostrzegają, że mogą one poważnie zaniżać ryzyko rzadkich, lecz decydujących dla systemu susz.

Planowanie odpornej, odnawialnej przyszłości

Dla nie‑ekspertów wniosek jest prosty: odnawialna Europa jest wykonalna, ale musi być zaprojektowana tak, by przetrwać długie okresy słabego wiatru i słońca. Łączenie wiatru i słońca w ramach krajów oraz silniejsze powiązania między krajami przez przesył znacząco zmniejszają nasilenie i długość problematycznych okresów, lecz ich nie eliminują. Autorzy argumentują, że planiści muszą uwzględniać wielotygodniowe susze, takie jak zdarzenie z 1996/97, przy rozmiarowaniu magazynów długoterminowych i innych opcji awaryjnych. Zalecają też używanie wielu lat danych pogodowych, dłuższych horyzontów planistycznych obejmujących przełom roku oraz metod wieloprogowych, takich jak ich miara masy suszy. Razem te kroki mogą pomóc zapewnić, że czystszy system energetyczny będzie również niezawodnie odporny — nawet gdy Europa stanie wobec najciemniejszych, najspokojniejszych dni.

Cytowanie: 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

Słowa kluczowe: susze energetyczne odnawialnych źródeł, zmienność wiatru i słońca, magazynowanie energii, system energetyczny Europy, połączenia sieciowe