[en] ANALYSIS OF THE BALANCING MARKET IMPACTS ON THE SPOT MARKET BIDDING STRATEGY OF A HYDROPOWER PRODUCER
[pt] A década de 90 foi marcante para a indústria de eletricidade, com a introdução de mercados competitivos em que os agentes geradores são livres para tomar suas decisões de produção e investimento, assumindo integralmente os riscos decorrentes de suas estratégias. O despacho e o preço spot neste...
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| Language: | pt |
| Published: |
MAXWELL
2011
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| Subjects: | |
| Online Access: | https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=18826@1 https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=18826@2 http://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.18826 |
| Summary: | [pt] A década de 90 foi marcante para a indústria de eletricidade, com a introdução de
mercados competitivos em que os agentes geradores são livres para tomar suas decisões
de produção e investimento, assumindo integralmente os riscos decorrentes de suas
estratégias. O despacho e o preço spot neste tipo de mercado são definidos através de
leilões diários, onde os agentes fornecem seus lances de preços/quantidades que
expressam suas disposições em vender ou comprar energia. Os lances aceitos nos leilões,
que estabelecem compromissos de geração, são definidos um dia antes da energia ser
fisicamente gerada e injetada na rede. A ocorrência de eventos improváveis, como quebra
de máquinas ou alterações nas condições meteorológicas, gera a necessidade de ajustes
para compensar os desequilíbrios entre geração e carga, e para isso criaram-se mercados
de ajustes. A base experimental do trabalho foi o Nord Pool, o mercado livre de energia
dos países nórdicos que possui um mercado de ajustes chamado Elbas. Neste trabalho foi
desenvolvido um modelo computacional que otimiza a estratégia de oferta de um agente
hidrelétrico price-taker atuando no Nord Pool, que além de representar de forma
detalhada as características operativas das usinas, leva em conta as negociações no
mercado Elbas e o nível de aversão a risco do agente gerador, através da função objetivo
que maximiza uma combinação convexa do valor esperado e do CVaR (Conditional
Value at Risk) da renda líquida obtida da venda de energia. Cenários de preços spot e do
mercado Elbas foram gerados baseados em modelos de séries temporais ARMA e
GARCH, e para reduzir o esforço computacional e viabilizar o uso de um número
adequado de cenários foram utilizadas técnicas de decomposição de Benders e Benders
Multicut. O modelo desenvolvido possibilitou estudar a atuação dos agentes nos
mercados spot e Elbas sob dois pontos de vista distintos: sob a ótica dos geradores, que
buscam maximizar suas margens operacionais; e sob a ótica do regulador, cujo foco é
investigar se o mercado Elbas cumpre seu papel de equilibrar a oferta e a demanda, e não
fazendo com que os geradores especulem através de estratégias conjuntas nos dois
mercados. Todos esses efeitos foram estudados e analisados para diferentes perfis de risco
dos agentes e diferentes condições de mercado, ou seja, considerando períodos de
diferentes volatilidades dos preços praticados no mercado Elbas e diferentes valores (ou
custos de oportunidade) da água armazenada nos reservatórios das usinas hidrelétricas.
Sob a ótica do agente, o trabalho mostrou que há um incentivo para o agente neutro a
tentar usufruir de possíveis preços mais altos no mercado Elbas que os praticados no spot.
Sob a ótica do regulador, os resultados mostram que o agente menos avesso a risco,
dependendo das condições de mercado, opta por deslocar parte de sua energia do
mercado spot para o Elbas, mostrando seu apetite por ganhos maiores independentemente
do risco associado às suas decisões. O agente avesso a risco opta por transacionar menos
energia no Elbas, principalmente em períodos mais voláteis, evitando com isso os piores
cenários. Finalmente, considerando que normalmente empresas de energia são avessas a
risco, o modelo de ajustes através do mercado Elbas se mostrou adequado, cumprindo
naturalmente seu papel sem a necessidade de interferência do regulador. === [en] The widespread introduction of competitive mechanisms during the 1990s changed the
panorama of the electricity industry around the world. Vertically integrated and centrally
operated systems were replaced by market environments in which generators became free
to make their production and investment decisions and, at the same time, assume the risk
of their chosen strategies. Both the dispatch and the energy spot price in such markets
result from two-sided auctions in which producing and consuming agents submit their
price-quantity bids, expressing how much energy they are willing to buy or sell. The
accepted bids, which commit agents to either deliver or consume power, are set a day
before the energy delivery. However, since unexpected events may occur - such as
changes in weather conditions or breakdowns of generation turbines - some adjustments
might have to be done in order to compensate for the unbalances between total generation
and load. These adjustments usually take place in the balancing markets. In the present
work, we propose an optimization model for a price-taking hydropower producer who
trades energy in the Nord Pool – the competitive electricity market encompassing the
Nordic countries that comprises a balancing market called Elbas. The proposed model
represents in details the operating aspects of the plants and takes into account the
possibility of trading energy in the Elbas market. The model represents the level of risk
aversion of the agent in its objective function, by maximizing a convex combination of
the expected value and the CVaR (Conditional Value at Risk) of the net income obtained.
Scenarios of spot and Elbas prices were generated based on time series models ARMA
and GARCH and, in order to reduce the computational effort and enable the use of an
adequate number of scenarios, Benders decomposition and Benders Multicut methods
were applied. The developed model allowed us to study the behavior of agents in the spot
and Elbas markets under two different viewpoints: from the perspective of the generators,
which aim at maximizing its operating income; and from the viewpoint of the regulator,
whose focus is on analyzing whether the Elbas market meets its role of balancing supply
and demand, rather than leading generators to speculate through combined strategies in
both markets. All these effects were studied and analyzed for different risk-averse profiles
of the agents, and for different market conditions, i.e., considering periods of different
volatilities of Elbas market prices and different water values (or opportunity costs) stored
in the reservoirs of the hydroelectric power plants. From the perspective of the agent, the
study showed that there are incentives for the risk- neutral agent to try to take advantage
of possible higher prices in the Elbas. From the regulator’s viewpoint, the results show
that the risk-neutral agents, depending on market conditions, choose to shift some of its
energy generation to the Elbas market, showing their desire for higher incomes regardless
of the risk associated with their decisions. The risk-averse agent chooses to trade less
energy in Elbas, especially in volatile periods, thereby avoiding the worst scenarios.
Finally, considering that energy companies are usually risk-averse, the adjustments made
in the Elbas market were shown to be adequate, naturally meeting its role without
requiring interventions from the regulator. |
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