应对欧洲“Dunkelflaute”事件所需的长时段电力储能

为何平静阴郁的数周对电力系统至关重要

欧洲正在加速转向依靠风力涡轮和太阳能光伏发电的清洁电力。但当出现持续的灰暗无风天气，这些电源几乎不发电时，会发生什么？本研究关注这些罕见但危险的时期——德语称为“Dunkelflaute”，字面意为“黑暗的低迷”——并探讨欧洲需要多少长期电力储能，才能在不依赖化石燃料的情况下维持供电。

风光长期低产的时段

研究者分析了欧洲35年的历史气象数据，以识别那些风力和太阳能产出在多天甚至数月内异常偏低的长时段。这类可再生能源“干旱期”常发生在冬季，恰逢取暖和照明用电需求也高的时候。虽然涡轮和光伏并非在任何地方都降至零，但整体出力可以长时间远低于正常水平，迫使系统大量依赖备用方案。研究表明，数据中最严重的冬季事件——1996/97年全大陆的Dunkelflaute——在很大程度上决定了一个完全可再生电力系统所需的长时段储能规模。

欧洲实际需要多少储能

为将气象极端转化为具体的系统需求，研究人员运行了一个详尽的欧洲电力部门模型。他们让模型选择最省钱的风能、太阳能、水电、生物能、（在某些情景下的）核电以及不同类型储能的组合，同时逐小时覆盖需求且不使用化石燃料。短期电池用于处理日常波动，而长时段储能——主要以地下储氢并在需要时将其发电——用于弥补长期风光低产期。当他们假定国家间未来电网联通为现实水平时，能够渡过最坏Dunkelflaute的最低成本系统需要大约351太瓦时的长时段储能能量，大约相当于欧洲全年用电量的7%左右。

跨境共享有帮助，但有限度

通过跨境电力交易，欧洲可以缓和恶劣天气带来的影响。当一地区阴天、静风时，另一地区可能仍有风或阳光。模型测试了四种跨境联通度，从各国作为“能源孤岛”到假设的完美联通的“铜板式”欧洲。更强的联通总是能降低总体储能需求，因为电力和氢气可以从较充足的地区流向受影响地区。然而即便在无限交换的情形下，最低储能需求仍约为159太瓦时，约占年需求的3%。在现实的、基于政策的电网规划中，作者发现地理上的平衡作用在最严重事件中只能部分缓解，因为许多国家在冬季Dunkelflaute时会同时受影响。

其他辅助选项：水坝、核电与化石备份

研究还探讨了其他技术如何改变整体需求。现有的水库和抽水蓄能在某些地区（特别是斯堪的纳维亚和西班牙）已作为有效的长时段储能，并可以在这些地区替代部分氢气储能。增加核电容量可进一步降低储能需求，特别是在高核电装机的情景中，因为反应堆可以在冬季干旱期提供稳定出力，减少必须由风光支撑并备份的容量。然而，即便大幅扩展核电，仍会留下可观的长时段储能需求。作者随后测试了与直接空气捕碳结合的油燃机备份；仅当碳去除成本低得不现实时，这种组合才可替代大部分储能，即便如此，仍需数十太瓦时的储能。

为罕见但关键的事件做规划

一个担忧是，规划者常用少数代表性气象年来设计未来电力系统，这可能遗漏最严重的Dunkelflaute。在这里，数据集中最糟糕的冬季比次差年份大约需要多40%的储能。由于这类极端事件罕见，私人投资者可能会犹豫不决，不愿建设大规模长时段储能，而这些储能大部分时间处于闲置状态。作者认为，可能需要公共政策和市场规则来确保这些安全储备到位。他们还强调，建设地下氢储和相关设施需要多年时间，因此若欧洲要在实现气候目标的同时保持电力可靠，必须及早采取行动。

这对欧洲能源未来的含义

简而言之，研究结论是：一个清洁且可靠的欧洲电力系统不能仅依靠风能、太阳能和短期电池。为度过漫长的黑暗与平静期，欧洲将需要大量的长时段储能——数量级为数百太瓦时——同时还需强有力的国际电力联通，并依赖水电和可能的部分核电支撑。虽在技术上可行，但这将需要巨额投资与周密规划。作者认为，现在就为这些Dunkelflaute事件做准备，是确保可再生能源转型既符合气候目标又能保障日常用电可靠性的关键。

引用: 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

关键词: 长时段能源储存, 可再生能源干旱期, 欧洲电力系统, 氢气储存, 能源安全