Analisi di diversi metodi per calcolare le riserve di regolazione terziaria per le rinnovabili in Giappone

Mantenere le luci accese quando il tempo è imprevedibile

Con l’aumento dell’uso di pannelli solari e turbine eoliche in Giappone, è emersa una nuova domanda: come si mantiene l’energia elettrica quando il sole e il vento di domani non corrispondono mai esattamente alle previsioni? Questo studio esamina il funzionamento del mercato elettrico giapponese per capire come gli operatori di rete acquistano potenza di riserva per coprire improvvisi cali delle rinnovabili e se le regole attuali garantiscono un buon livello di affidabilità rispetto alla spesa sostenuta.

Perché la potenza di riserva è importante per l’elettricità verde

Impianti solari ed eolici non si comportano come le centrali tradizionali a carbone o gas. La loro produzione aumenta e diminuisce con le nuvole e le raffiche di vento, talvolta in modo non previsto dai metereologi. Se la produzione solare è inferiore a quanto atteso il giorno prima, la rete può trovarsi a cercare elettricità all’ultimo minuto, rischiando problemi di frequenza o blackout. Per coprire questi rischi, gli operatori di rete giapponesi devono acquistare una riserva speciale chiamata Replacement Reserve for Feed‑in‑Tariff (RR‑FIT), pensata per coprire i deficit imprevisti provenienti da grandi insiemi di impianti solari ed eolici.

Come il Giappone acquista attualmente il suo cuscinetto di sicurezza

La RR‑FIT è calcolata secondo regole stabilite dall’ente nazionale di coordinamento degli operatori di trasmissione. Per ogni mezz’ora del giorno successivo, le aziende di rete prendono due anni di errori di previsione passati, li suddividono per fascia oraria e livello di produzione e individuano gli errori massimi verificatisi in quelle condizioni. Cercano poi di eliminare gli errori che emergono a ridosso del tempo reale—coperti da una riserva separata e più rapida—sottraendo un valore elevato (la “coda” alta) degli errori a un’ora dall’inizio da un valore altrettanto alto degli errori day‑ahead. Ne risulta una grande tabella di livelli di riserva raccomandati che, in teoria, dovrebbe coprire quasi tutti i casi gravi di sovrastima della generazione da rinnovabili.

Cosa rivelano i dati reali sui limiti del metodo

Utilizzando cinque anni di dati operativi dettagliati dalla regione di Chubu—uno dei principali sistemi elettrici del Giappone—gli autori dimostrano che l’attuale metodo RR‑FIT non funziona come dichiarato. Pur mirando a errori estremi e molto rari, le riserve risultanti hanno coperto i corrispondenti deficit previsionali solo circa il 70–80% delle volte, e alcune ore hanno presentato gap di riserva superiori a 2 gigawatt. Parte del problema è matematico: sottrarre due valori “worst‑case” calcolati separatamente non equivale a dimensionare le riserve direttamente dalla differenza effettiva tra le previsioni day‑ahead e hour‑ahead per ciascuna ora. Il metodo attuale inoltre suddivide i dati in blocchi grossolani per ora e livello di produzione, il che porta a statistiche frammentarie, molti valori nulli o incoerenti e la necessità di correzioni ad hoc.

Metodi più intelligenti per dimensionare il cuscinetto di sicurezza

Per risolvere questi problemi, lo studio testa due miglioramenti. Il primo (modifica I) basa la riserva direttamente sulla distribuzione della differenza tra gli errori day‑ahead e hour‑ahead, invece che sulla differenza dei loro estremi calcolati separatamente. Il secondo (modifica II) appiana la tabella di riserve a blocchi trasformandola in una curva continua tramite un fit spline, in modo che livelli di previsione simili ricevano suggerimenti di riserva simili. Applicati agli stessi dati di Chubu, questi cambiamenti fanno sì che i livelli di riserva seguano il comportamento effettivo delle previsioni in modo più fedele. Per esempio, nel 2021 una soglia statistica più bassa combinata con le due modifiche ha coperto i deficit rinnovabili il 78,7% delle volte richiedendo solo 2,3 terawatt‑ora di RR‑FIT—circa 7 punti percentuali in più di copertura con quasi il 30% di riserva in meno rispetto alla regola attuale. I metodi migliorati hanno inoltre ridotto i più grandi deficit orari di riserva e diminuito eccedenze inutili.

Aiuti nascosti da altre riserve e dal disegno dei mercati

Nonostante le debolezze della RR‑FIT, la rete giapponese non è diventata meno affidabile. Il motivo è che un altro insieme di riserve—quelle a un’ora—copre in gran parte il vuoto. Quando gli autori combinano la RR‑FIT con le riserve hour‑ahead residue non utilizzate per il loro scopo originario, la copertura complessiva degli errori previsionali delle rinnovabili supera il 95% anche con livelli di RR‑FIT modesti. Questo effetto mascherante significa che gli operatori di sistema e i decisori possono sovrastimare facilmente l’efficacia della sola RR‑FIT, rendendo difficile valutare quanto di questa costosa riserva sia effettivamente necessario.

Cosa significa per le rinnovabili e i costi futuri

Lo studio conclude che il Giappone può migliorare l’affidabilità e risparmiare denaro modificando il modo in cui dimensiona le riserve per i deficit rinnovabili. Utilizzare direttamente le statistiche delle differenze di errore di previsione e appianare la curva delle riserve produce una corrispondenza più stretta tra potenza di riserva e rischio reale. I risultati indicano anche che i volumi attuali di RR‑FIT potrebbero essere ridotti significativamente con solo una piccola riduzione della protezione complessiva, perché le riserve hour‑ahead sono già piuttosto generose. Per i paesi di tutto il mondo che progettano reti con elevate quote di eolico e solare, il messaggio è chiaro: il calcolo intelligente delle riserve e le regole di mercato devono evolvere insieme, altrimenti i sistemi elettrici rischiano di pagare troppo per backup non mirato dove è veramente necessario.

Citazione: 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

Parole chiave: riserve per energie rinnovabili, affidabilità della rete elettrica, incertezza delle previsioni, mercati dell’elettricità, sistema energetico del Giappone