Analyse de différentes méthodes de calcul des réserves de régulation tertiaire pour les énergies renouvelables au Japon

Maintenir les lumières allumées quand la météo est imprévisible

À mesure que le Japon s’appuie davantage sur les panneaux solaires et les éoliennes, une nouvelle question se pose : comment garder l’éclairage public quand le soleil et le vent de demain ne correspondent jamais entièrement aux prévisions ? Cette étude examine les rouages du marché électrique japonais pour voir comment les gestionnaires de réseau achètent de la puissance de secours afin de couvrir les baisses soudaines de production renouvelable, et si les règles actuelles offrent au pays une fiabilité satisfaisante pour l’argent dépensé.

Pourquoi la puissance de secours est essentielle pour l’électricité verte

Les centrales solaires et éoliennes ne fonctionnent pas comme les centrales traditionnelles au charbon ou au gaz. Leur production monte et descend avec les nuages et les rafales de vent, parfois d’une manière que les prévisionnistes n’anticipent pas. Si la production solaire est inférieure à ce qui avait été prévu la veille, le réseau peut se retrouver en quête d’électricité au dernier moment, au risque de problèmes de fréquence voire de pannes. Pour se prémunir contre cela, les gestionnaires de réseau japonais doivent acheter une forme particulière de secours appelée Réserve de Remplacement pour les énergies renouvelables au tarif d’achat (RR‑FIT), destinée à couvrir les manques inattendus des grandes flottes solaires et éoliennes.

Comment le Japon achète actuellement son coussin de sécurité

La RR‑FIT est calculée selon un ensemble de règles définies par l’organe national de coordination des opérateurs de transport. Pour chaque demi‑heure du jour suivant, les entreprises de réseau prennent deux ans d’erreurs de prévision passées, les découpent en plages horaires et en niveaux de production, et examinent les plus grandes erreurs survenues dans ces conditions. Elles essaient ensuite d’éliminer les erreurs apparues à proximité du temps réel — couvertes par une réserve distincte et plus rapide — en soustrayant une valeur haute « de queue » des erreurs à l’heure précédente d’une valeur haute similaire des erreurs prévues la veille. Cela produit un grand tableau de niveaux de réserve recommandés qui, en théorie, devrait couvrir presque toutes les surestimations graves de la génération renouvelable.

Ce que révèlent les données réelles sur les lacunes

En utilisant cinq ans de données opérationnelles détaillées de la région de Chûbu — l’un des plus grands systèmes électriques du Japon — les auteurs montrent que la méthode RR‑FIT actuelle ne fonctionne pas comme annoncé. Bien qu’elle vise des erreurs extrêmes très rares, les réserves résultantes n’ont couvert les manques de prévision pertinents qu’environ 70 à 80 % du temps, et certaines heures ont présenté des déficits de réserve de plus de 2 gigawatts. Une partie du problème est mathématique : soustraire deux valeurs « pire cas » calculées séparément n’équivaut pas à dimensionner les réserves directement à partir de la différence réelle entre les prévisions jour‑avant et heure‑avant pour chaque heure. La méthode actuelle divise aussi les données en blocs grossiers par tranche horaire et niveau de production, ce qui conduit à des statistiques inégales, de nombreuses valeurs nulles ou incohérentes, et la nécessité de corrections ad hoc.

Des moyens plus intelligents de dimensionner le filet de sécurité

Pour remédier à ces problèmes, l’étude teste deux améliorations. La première (modification I) fonde la réserve directement sur la distribution de la différence entre les erreurs de prévision jour‑avant et heure‑avant, plutôt que sur la différence de leurs extrêmes calculés séparément. La seconde (modification II) lisse le tableau de réserve en « blocs » en une courbe continue à l’aide d’un ajustement par spline, de sorte que des niveaux de prévision similaires reçoivent des suggestions de réserve similaires. Appliquées aux mêmes données de Chûbu, ces modifications permettent aux niveaux de réserve de suivre le comportement réel des prévisions de façon plus fidèle. Par exemple, en 2021, un seuil statistique plus bas combiné aux deux modifications a couvert les manques renouvelables 78,7 % du temps tout en nécessitant seulement 2,3 térawattheures de RR‑FIT — soit environ 7 points de pourcentage de couverture en plus pour presque 30 % de réserve en moins que la règle actuelle. Les méthodes améliorées ont aussi réduit les plus grands déficits horaires de réserve et diminué les surplus inutiles.

Aide cachée d’autres réserves et du design du marché

Malgré les faiblesses de la RR‑FIT, le réseau japonais n’est pas devenu moins fiable. La raison est qu’une autre réserve — la réserve heure‑avant — comble discrètement la plupart des manques. Lorsque les auteurs combinent la RR‑FIT avec les réserves heure‑avant excédentaires qui n’étaient pas nécessaires pour leur objectif initial, la couverture globale des erreurs de prévision renouvelable dépasse 95 % même avec des niveaux modestes de RR‑FIT. Cet effet de masquage signifie que les exploitants de système et les décideurs peuvent surestimer facilement l’efficacité de la seule RR‑FIT, et il rend difficile d’évaluer quelle part de cette réserve coûteuse est réellement nécessaire.

Ce que cela signifie pour les renouvelables et les coûts futurs

L’étude conclut que le Japon peut à la fois améliorer la fiabilité et économiser de l’argent en modifiant sa façon de dimensionner les réserves pour les manques renouvelables. L’utilisation directe des statistiques des différences d’erreurs de prévision et le lissage de la courbe de réserve offrent une correspondance plus étroite entre la puissance de secours et le risque réel. Les résultats indiquent aussi que les volumes actuels de RR‑FIT pourraient être réduits de façon significative avec seulement une petite baisse de la protection globale, parce que les réserves heure‑avant sont déjà très généreuses. Pour les pays du monde entier qui préparent des réseaux à forte part d’éolien et de solaire, le message est clair : le calcul intelligent des réserves et l’évolution des règles de marché doivent aller de pair, sinon les systèmes électriques risquent de payer trop pour des secours qui ne sont pas ciblés là où ils sont le plus nécessaires.

Citation: Fonseca, J.G.S., Hori, T. & Ogimoto, K. Analysis of different methods to calculate tertiary regulation reserves for renewable energy in Japan. Sci Rep 16, 8348 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37441-x

Mots-clés: réserves d’énergie renouvelable, fiabilité du réseau électrique, incertitude des prévisions, marchés de l’électricité, système énergétique japonais