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[en] ANALYSIS OF THE BALANCING MARKET IMPACTS ON THE SPOT MARKET BIDDING STRATEGY OF A HYDROPOWER PRODUCER / [pt] ANÁLISE DOS IMPACTOS DO MERCADO DE AJUSTES NA ESTRATÉGIA DE OFERTA DE AGENTES HIDRELÉTRICOS EM MERCADOS DE CURTO PRAZO

EDUARDO THOMAZ FARIA 22 December 2011 (has links)
[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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