Потребности в длительном хранении электроэнергии для преодоления событий Dunkelflaute в Европе

Почему спокойные, пасмурные недели важны для нашей энергетики

Европа стремится перейти на чистую электроэнергию от ветряных и солнечных установок. Но что происходит в длительные периоды серой, безветренной погоды, когда эти источники почти не производят энергию? В этом исследовании рассматриваются редкие, но опасные эпизоды — известные по-немецки как «Dunkelflaute», буквально «темные штиль» — и оценивается, сколько длительного хранения электроэнергии потребуется Европе, чтобы сохранять подачу без опоры на ископаемое топливо.

Длительные периоды слабого ветра и солнца

Авторы анализируют 35 лет исторических погодных данных по всей Европе, чтобы выявить протяженные периоды, когда выработка ветра и солнца необычно низка в течение многих дней или даже месяцев. Эти «засухи» возобновляемой энергии часто происходят зимой, когда спрос на электроэнергию также высок из‑за отопления и освещения. Хотя турбины и панели нигде не опускаются до нуля повсеместно, суммарная выработка может длительное время оставаться значительно ниже нормы, заставляя систему сильно полагаться на резервные варианты. Исследование показывает, что худшее зимнее событие в их данных — континентальная Dunkelflaute 1996/97 годов — в значительной степени определяет, какого объема должно быть длительное хранение в полностью возобновляемой энергосистеме.

Сколько хранения действительно нужно Европе

Чтобы перевести погодные экстремумы в конкретные потребности системы, исследователи запускают детальную компьютерную модель европейского энергетического сектора. Они позволяют модели выбирать наиболее дешёвое сочетание ветра, солнца, гидроэнергетики, биоэнергетики, атомной энергии (в некоторых сценариях) и различных типов хранения, при этом покрывая спрос по часам без использования ископаемого топлива. Краткосрочные батареи покрывают суточные колебания, а длительное хранение — моделируемое в основном как водород, хранящийся под землёй и затем преобразуемый обратно в электроэнергию — справляется с длительными засухами слабого ветра и солнца. При реалистичных допущениях о будущих межсетевых связях между странами, минимальная по стоимости система, способная пережить худшую Dunkelflaute, требует примерно 351 тераватт‑час длительного хранения, что примерно составляет семь процентов годового потребления электроэнергии Европы.

Совместное использование энергии помогает, но не без ограничений

Европа может смягчить последствия плохой погоды, торгуя электроэнергией через границы. Когда в одном регионе пасмурно и безветренно, в другом может быть ветер или солнце. Модель тестирует четыре уровня трансграничного соединения — от каждой страны как «энергетического острова» до гипотетически идеально связанной «медной пластины» Европы. Более сильные связи всегда сокращают общие потребности в хранении, поскольку электроэнергия и водород могут перетекать из более обеспеченных регионов в менее обеспеченные. Тем не менее даже при неограниченном обмене минимальная потребность в хранении остаётся около 159 тераватт‑часов, около трёх процентов годового спроса. В реальных планах сетевого развития, зависящих от политик, авторы обнаруживают, что географическое балансирование помогает лишь частично в самых тяжёлых событиях, потому что многие страны одновременно подвергаются одной и той же зимней Dunkelflaute.

Другие помощники: плотины, атомные станции и ископаемые резервные мощности

Исследование также рассматривает, как другие технологии меняют картину. Существующие водохранилища и накопители с перекачиванием воды уже выступают мощным длительным хранилищем в некоторых регионах, особенно в Скандинавии и Испании, и могут заменить часть хранения водорода там. Добавление атомных станций снижает потребность в хранении ещё больше, особенно в сценариях с высокой атомной мощностью, поскольку реакторы могут обеспечивать стабильную выработку в период зимних засух и уменьшать объём ветровой и солнечной мощности, требующей резервирования. Однако даже при значительном расширении атомной энергетики сохраняется существенная потребность в длительном хранении. Авторы затем проверяют нефтяные резервные установки в сочетании с прямым улавливанием углерода из воздуха для нейтрализации выбросов; такая комбинация заменяет большую часть хранения лишь в случае нереалистично низких затрат на удаление углерода, и даже тогда остаются десятки тераватт‑часов необходимого хранения.

Планирование редких, но критичных событий

Одна из проблем в том, что планировщики часто проектируют будущие энергосистемы, используя лишь несколько репрезентативных погодных лет, что может не учесть самые тяжёлые Dunkelflaute. В этом исследовании худшая зима в наборе данных требует примерно на 40 процентов больше хранения, чем второй по тяжести год. Поскольку такие экстремальные события редки, частные инвесторы могут колебаться с постройкой достаточного объёма длительного хранения, которое большую часть времени будет простаивать. Авторы утверждают, что, вероятно, потребуются государственные политики и правила рынка, чтобы обеспечить наличие этих страховочных резервов. Они также подчёркивают, что строительство подземных хранилищ водорода и сопутствующей инфраструктуры займёт многие годы, поэтому ранние действия необходимы, если Европа хочет достичь климатических целей и одновременно сохранить надёжность электроснабжения.

Что это значит для энергетического будущего Европы

Проще говоря, исследование делает вывод, что чистая и надёжная европейская энергосистема не может полагаться только на ветер, солнце и краткосрочные батареи. Чтобы пережить длинные, тёмные и спокойные периоды, Европе потребуется большой объём длительного хранения — порядка нескольких сотен тераватт‑часов — плюс развитые международные соединения и поддержка со стороны гидроэнергетики и, возможно, некоторой атомной генерации. Хотя это технически осуществимо, это потребует значительных инвестиций и тщательного планирования. Авторы считают, что подготовка к этим событиям Dunkelflaute уже сейчас ключевая для того, чтобы переход на возобновляемые источники был и климатически безопасным, и надёжным в повседневной жизни.

Цитирование: 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

Ключевые слова: длительное хранение энергии, засухи возобновляемой энергии, европейская энергосистема, хранение водорода, энергетическая безопасность