Europa może mieć problem z wiatrakami. Okresy bez wiatru będą coraz dłuższe
Zjawisko długotrwałych okresów bezwietrznych może stać się jednym z najpoważniejszych wyzwań dla transformacji energetycznej. Nowe badania pokazują, że zmiana klimatu wydłuża tzw. susze wiatrowe, co może zmniejszyć niezawodność systemów opartych na energii wiatru.
Energia wiatrowa stanowi jeden z filarów globalnej dekarbonizacji. Obecnie odpowiada za ok. 8 proc. światowej produkcji energii elektrycznej, a według prognoz Międzynarodowej Agencji Energii Odnawialnej jej moc ma wzrosnąć z obecnych 1,1 TW do 6 TW do 2050 r. Jednak, jak ostrzega nowe badanie opublikowane na łamach "Nature Climate Change", zmieniający się klimat może osłabić to źródło energii.
Międzynarodowy zespół naukowców pod kierunkiem Menga Qu zanalizował dane z 21 modeli klimatycznych aby ocenić, jak zmienią się długość i częstotliwość tzw. susz wiatrowych, czyli okresów z wyjątkowo niską prędkością wiatru.
Ich wnioski są jednoznaczne: w krajach półkuli północnej susze wiatrowe wydłużą się średnio o 15 proc. do końca wieku, nawet w scenariuszu umiarkowanego ocieplenia.
W tych krajach wiatr może wiać rzadziej
Autorzy badania definiują suszę wiatrową jako okres, w którym wiatr osiąga wartości w dolnym 20 percentylu typowej prędkości dla danego regionu. Analizując dane historyczne i prognozy do 2100 r., wykazali, że szczególnie narażone będą Europa, północno-wschodnie Chiny, Rosja i Stany Zjednoczone.
Badacze zidentyfikowali również obszary, w których zjawisko może ulec złagodzeniu. Na przykład w regionach półkuli południowej, takich jak południowa Ameryka czy Australia, częstotliwość i długość susz wiatrowych mają się zmniejszyć.
Jak tłumaczą, to efekt asymetrycznych wzorców ocieplenia: na północy szybciej ogrzewa się Arktyka, co zmniejsza różnicę temperatur między równikiem a biegunem i prowadzi do osłabienia globalnych przepływów powietrza. Na południu szybciej ogrzewa się ląd niż ocean, co z kolei może wzmacniać cyrkulację.
Zjawisko susz wiatrowych wpisuje się w szerszy kontekst zmiany klimatu, która destabilizuje naturalne cykle pogodowe. Prędkość wiatru zależy m.in. od różnic ciśnienia atmosferycznego, a te są wynikiem zróżnicowanego nagrzewania się powierzchni Ziemi. W miarę jak ociepla się atmosfera, oceany i kontynenty, te różnice mogą się zmniejszać, a wraz z nimi siła wiatru.
Na znaczeniu zyskują również lokalne uwarunkowania topograficzne i mikroklimatyczne. Susze wiatrowe mogą mieć bowiem bardzo zróżnicowany charakter regionalny, a prognozowanie ich występowania wymaga coraz większej precyzji. To stawia nowe wyzwania przed meteorologią operacyjną oraz projektowaniem infrastruktury energetycznej.
Susza wiatrowa, czyli Dunkelflaute
Jednym z przykładów skutków suszy wiatrowej była zima 2024-2025 w Niemczech, gdy połączenie bezwietrznej pogody i niskich temperatur, tzw. Dunkelflaute, doprowadziło do rekordowych cen energii. Jak przypomina dr Iain Staffell z Imperial College London, nie odnotowano wprawdzie blackoutu, ale gwałtowny wzrost cen zmusił operatorów do sięgania po droższe źródła, w tym paliwa kopalne.
"Susze wiatrowe nie oznaczają końca energetyki wiatrowej, ale stanowią sygnał ostrzegawczy, że trzeba ją lepiej zintegrować z innymi źródłami energii" - mówi Staffell w rozmowie z Carbon Brief. "To nie wyrok, to mapa wyzwań, które można przewidzieć i ograniczyć".
Doświadczenia Niemiec pokazują, że odpowiednio wczesne prognozy meteorologiczne oraz elastyczny rynek energii mogą złagodzić skutki susz wiatrowych. Jednak w krajach o mniej zróżnicowanym miksie energetycznym, takie epizody mogą prowadzić do zakłóceń o większej skali.
Susze wiatrowe wydłużą się o 1-2 godziny
W scenariuszu umiarkowanego ocieplenia (SSP2-4.5) naukowcy przewidują wzrost długości przeciętnej suszy wiatrowej w strefie umiarkowanej o 1-2 godziny, co odpowiada wzrostowi o 5-15 proc. względem obecnych wartości. Jeszcze wyraźniej widać zmiany przy analizie ekstremalnych zjawisk - takich, które zdarzają się raz na 25 lat. W ich przypadku długość może wzrosnąć nawet o 20 procent, jeśli globalna emisja gazów cieplarnianych pozostanie na wysokim poziomie.
Z kolei rekordowe, "tysiącletnie" susze wiatrowe mogą w przyszłości trwać od 6 do 15 dni. Badacze oszacowali też, że do końca wieku 15 proc. istniejących turbin na świecie będzie narażone na poważne ryzyko związane z takimi ekstremalnymi epizodami, niezależnie od scenariusza ocieplenia.
Zwiększona liczba i długość susz wiatrowych mogą nie tylko zakłócić działanie farm wiatrowych, ale także obciążyć systemy przesyłowe, które nie są przystosowane do dużych wahań w produkcji energii. Z tego powodu autorzy podkreślają konieczność dostosowania infrastruktury do zmieniających się warunków klimatycznych już na etapie planowania nowych inwestycji.
Jak zabezpieczyć się przed flautą?
Jak podkreśla dr Enrico Antonini z Open Energy Transition, ryzyko nie podważa samej idei transformacji energetycznej. "To kwestia odporności systemów. Regiony bardziej narażone mogą poprawić swoją stabilność poprzez dywersyfikację źródeł, rozbudowę sieci przesyłowych i inwestycje w magazyny energii" - mówi ekspert.
Eksperci wskazują szereg sposobów na ograniczenie skutków susz wiatrowych. Po pierwsze, łączenie farm wiatrowych z elektrowniami słonecznymi, wodnymi, jądrowymi i magazynami energii pozwala na stabilizację podaży. Po drugie, integracja systemów energetycznych między państwami umożliwia przesył energii tam, gdzie jest bardziej dostępna, np. z Hiszpanii do Wielkiej Brytanii.
"Większa elastyczność i zróżnicowanie to najlepsze ubezpieczenie przed ekstremalną pogodą i jednocześnie tańsze niż awaryjne zakupy gazu" - komentuje Staffell.
Dodatkowo, możliwe jest unikanie budowy nowych turbin w regionach, które według prognoz będą szczególnie narażone na susze. W badaniu wskazano też, że systemy wysokiej rozdzielczości, które lepiej odwzorowują lokalne warunki (np. różnice między lądem a wodą), mogłyby jeszcze trafniej przewidywać ryzyko.
Zrozumienie wzorców meteorologicznych najbardziej podatnych na występowanie susz wiatrowych może pomóc nie tylko w planowaniu nowych farm, ale też w reagowaniu na potencjalne zakłócenia. To wymaga jednak dalszych badań i modelowania na poziomie regionalnym.
Rozważane są również nowatorskie podejścia, takie jak użycie sztucznej inteligencji do prognozowania ekstremalnych zjawisk pogodowych oraz adaptacyjne systemy sterowania turbinami, które mogłyby zwiększyć ich efektywność w warunkach niskiej prędkości wiatru.
