[pt] Os Projetos de Eficiência Energética Gerenciados pelo Lado da Demanda (GLD), bem como todo projeto de engenharia, requerem decisões de investimentos que possuem incertezas associadas. As incertezas econômicas devem-se a fatores exógenos ao projeto sendo, em geral, representadas por oscilações estocásticas dos custos da energia elétrica. As incertezas técnicas estão associadas a fatores internos, como o desempenho dos projetos em função da tecnologia eficiente escolhida, da sua operação e manutenção. A decisão dos clientes e investidores na aquisição de Projetos de Eficiência Energética depende do retorno esperado nos ganhos com a energia economizada, como por exemplo, na venda desta energia no mercado de curto prazo. Esta tese investiga uma nova metodologia que, considerando as incertezas técnicas e econômicas, efetua uma análise mais abrangente e realista do cenário complexo de negócios que envolvem os Projetos de Eficiência Energética no Brasil. A metodologia contribui para a tomada de decisão considerando a flexibilidade gerencial e a avaliação dos riscos específicos dos projetos. Esta se baseia em técnicas inteligentes para a otimização de diagnósticos energéticos associados à análise de opções reais e avaliação econômica de Projetos de Eficiência Energética Gerenciados pelo Lado da Demanda (GLD), aplicados ao setor de energia elétrica no Brasil. A metodologia é avaliada em dois Projetos de Eficiência Energética, para os usos finais de Iluminação e Climatização de Ambientes, em uma unidade consumidora da classe Comercial, localizada na Cidade do Rio de Janeiro e conectada ao sistema de distribuição em Média Tensão (13,8kV). Os resultados revelaram que a partir da aplicação de Algoritmos Genéticos na otimização de diagnósticos energéticos puderam-se construir subprojetos originados de um projeto maior, mantendo-se, ou até ampliando-se a Relação Custo vs. Beneficio (RCB). E, desta forma, contribuir para a viabilização de alternativas ótimas de projetos que incentivam a aplicação da Eficiência Energética no Brasil. / [en] The Energy Efficiency Projects Managed by Demand Side (DSM), as well as all engineering design, require investment decisions that have associated uncertainties. Economic uncertainties are due to factors exogenous to the project being generally represented by stochastic fluctuations of electricity costs. The technical uncertainties are associated with internal factors such as performance of the projects on the basis of efficient technology chosen, its operation and maintenance. The decision of customers and investors in the acquisition of Energy Efficiency Projects depends on the expected return on the earnings of the energy saved, for example, the sale of this energy in the short term. This thesis investigates a new methodology which, considering the technical and economic uncertainties, performs a more comprehensive and realistic business complex scenario involving the Energy Efficiency Projects in Brazil. The methodology helps decision making considering managerial flexibility and risk assessment of specific projects. This is based on intelligent techniques for optimizing energy diagnoses associated with real options analysis and economic evaluation of Energy Efficiency Projects Managed by Demand Side (DSM), applied to the electricity sector in Brazil. The methodology is evaluated in two Energy Efficiency Projects for the end uses of lighting and Air Conditioning, in a consumer unit of the Commercial category, located in the city of Rio de Janeiro and connected to the distribution system in Medium Voltage (13.8kV). The results showed that with the application of genetic algorithms in optimization of energy diagnoses subprojects originated from a larger project could be built, maintaining or even widening the Cost vs. Value. Benefit (RCB) ratio. And in this way, contribute to the viability of alternative optimal designs that encourage the implementation of Energy Efficiency in Brazil.

[pt] Essa tese, metodológica e normativa, estende a teoria moderna de avaliação econômica de projetos de investimento sob incertezas, conhecida por teoria das opções reais, do ponto de vista de uma companhia de petróleo que otimiza a alocação de recursos e investimento. A teoria das opções reais é combinada com outras teorias - daí o nome opções reais híbridas - de forma a efetuar uma análise mais abrangente e realista de problemas complexos da indústria de petróleo. As duas principais combinações analisadas nessa tese são: (a) a combinação da teoria das opções reais e teoria dos jogos - jogos de opções reais - de forma a considerar de forma endógena o comportamento estratégico das outras firmas, especialmente no jogo de parada ótima com externalidades positivas conhecido por guerra de atrito, e a possibilidade de trocar esse jogo por um jogo cooperativo de barganha; e (b) a combinação da teoria das opções reais com métodos probabilísticos e de decisão estatística Bayesianos - opções reais Bayesianas - gerando uma nova maneira de modelar a incerteza técnica de um projeto em modelos dinâmicos de opções reais. Essas duas combinações são re-combinadas para se obter uma solução adequada que capture as diferenças de valor da informação nos jogos não-cooperativo e cooperativo. Importantes variáveis tais como o fator de chance exploratório, o volume e a qualidade da reserva de petróleo, são modeladas através do desenvolvimento de uma nova teoria sobre distribuições de revelações e medidas de aprendizagem. De forma mais sucinta são analisadas outras opções reais híbridas, com destaque para a combinação da teoria das opções reais com a teoria de computação evolucionária - opções reais evolucionárias - com grande potencial em aplicações complexas de otimização sob incerteza. O método é exemplificado com uma aplicação usando algoritmos genéticos para evoluir a regra de decisão de exercício ótimo da opção real. / [en] This methodological and normative thesis extends the modern economic valuation theory of projects under uncertainty, known as real options theory, from the point of view of an oil company that optimizes the allocation of investment and resources. The real options theory is combined with other theories - so the name hybrid real options - in order to perform a more comprehensive and realistic analysis of complex problems that arises from petroleum industry. The two main combinations analyzed here are: (a) the combination of real options theory with game theory - real options games - to consider endogenously the strategic behavior of other firms, especially in the optimal stopping game with positive externalities known as war of attrition, as well as the possibility to change this game by a cooperative bargain game; and (b) the combination of real options theory with methods from probability theory and Bayesian statistical decision - Bayesian real options - generating a new way to model technical uncertainty of a project in dynamic real options models. These two combinations are re-combined in order to obtain an adequate solution that captures the value of information differences in non-cooperative and cooperative games. Important variables like exploratory chance factor, volume, and quality of a petroleum reserve, are modeled with the development of a new theory on revelation distribution and measures of learning. In a more concise way, are analyzed other hybrid real options, highlighting the combination of real options theory with the evolutionary computation theory - evolutionary real options - with great potential in complex applications of optimization under uncertainty. This method is exemplified with an application using the genetic algorithms to evolve the decision rule for optimal exercise of a real option.

[pt] Com o objetivo de estimular a competição no setor de telecomunicações, agências reguladoras do mundo todo têm adotado a regulação de preços baseados em custos para serviços de acesso e interconexão de redes. O processo de introdução da competição não tem sido fácil e muitos problemas têm surgido nos últimos anos relacionados com a definição de quais infraestruturas de rede devem ser disponibilizadas pela operadora incumbente (i.e., as atuais concessionárias de serviços de telecomunicações), e em que termos e condições. Um desses problemas, ainda não endereçado pelas agências reguladoras, é a consideração do valor da opção de investir na ocasião do cálculo de preços baseados em custos de serviços regulados. A fórmula de precificação atualmente usada pelos reguladores ignora o valor da opção de investir produtivamente em algum momento no futuro. Esta tese propõe um modelo e uma metodologia para a valoração da opção de postergar decisões de investimento em rede e para o cálculo de preços baseados em custos de serviços de telecomunicações regulados, levando em consideração as incertezas de demanda e tecnológica no setor de telecomunicações. Em um estudo de custos típico, a rede de telecomunicações é representada por uma lista de elementos de rede especificamente dimensionados para atender a previsão de demanda por serviços de telecomunicações, onde cada elemento de rede é uma parte identificável da infraestrutura de rede (por exemplo, o enlace de acesso local), para a qual pode ser designado um único direcionador de custos. Diferentes elementos de rede estão sujeitos a diferentes incertezas de demanda e tecnológica. Por exemplo, equipamentos de comutação e transmissão estão sujeitos a substituição tecnológica mais rápida do que enlaces de acesso local e linhas de transmissão. Nesta tese, múltiplos de valor de opção são calculados para decisões de investimento em três principais elementos de rede, cada um representando uma parte diferente da rede de telecomunicações fixa brasileira, e o impacto desses múltiplos sobre o custo unitário médio de cada elemento de rede é estimado. Esta tese inova em vários aspectos. Primeiro, porque diferentes elementos de rede estão sujeitos a diferentes incertezas de demanda e tecnológica, um fator de markup é calculado para cada elemento de rede principal. Segundo, o valor da opção de investir em cada elemento de rede é modelado como uma função de duas variáveis estocásticas: o fluxo de lucro variável total do elemento e o custo de novo investimento no elemento. Terceiro, a incerteza tecnológica é modelada por meio de duas abordagens complementares: obsolescência tecnológica de equipamento usado e evolução tecnológica de equipamento novo. Quarto, o valor das opções futuras de reposição é considerado, permitindo o redimensionamento da capacidade de rede na medida em que os equipamentos vão sendo substituídos. As incertezas de demanda e tecnológica associadas a cada elemento de rede são modeladas por meio de três processos estocásticos: o fluxo de lucro variável total (movimento geométrico Browniano), a depreciação de ativo usado (processo de Poisson), e o custo de ativo moderno equivalente (movimento geométrico Browniano). E todos se encaixam em um modelo elegante e simples que calcula o múltiplo de valor de opção para cada elemento de rede. Uma taxa de juros livre de risco constante foi assumida para derivar as equações diferenciais estocásticas que devem ser satisfeitas pelos valores das opções reais, apesar de a incerteza na taxa de juros ter sido investigada e a sua volatilidade ter sido calculada para diferentes maturidades/prazos. Esta tese propõe um método para a construção da curva de cupom de inflação no Brasil, usando uma combinação de algoritmo tradicional de otimização não-linear e um algoritmo genético especificamente desenvolvido para esta finalidade. Tem havido um grande debate sobre qual fator de markup (se algum) deve ser aplicado sobre o componente custo de investimento para refletir o valor da opção de espera extinta no momento da realização do investimento. Alguns autores dizem que o valor dessa opção real é desprezível e deve ser ignorado, como em Pelcovits (1999), enquanto que outros autores calculam fatores de markup que são muito significativos, como em Hausman (1999) e Pindyck (2005). Esta tese mostra que os fatores de markup podem ser desprezíveis para alguns elementos de rede e muito significativos para outros. Após a aplicação desses markups, os custos de rede devem ser atribuídos aos serviços de rede com base em quanto cada serviço usa cada elemento de rede. O impacto dos múltiplos de valor de opção sobre os preços baseados em custos de serviços de telecomunicações regulados vai depender de quanto cada serviço usa cada elemento de rede. O modelo e a metodologia aqui propostos endereçam um problema que permaneceu sem solução por mais de 14 anos e podem se tornar um marco em modelagem de custos regulatórios e precificação de acesso baseado em custos. Embora o foco desta tese tenha sido o setor de telecomunicações, o modelo e a metodologia podem ser adaptados para aplicação em outras indústrias de rede. / [en] With the goal of increasing competition in the telecommunications sector, regulatory authorities around the world have adopted cost-based prices for network interconnection and access services. The process of introducing competition has not been easy and many issues have arisen in recent years related to which facilities should be made available by the incumbent carriers, and on what terms and conditions. One of these issues, not yet addressed by the regulatory authorities, is the consideration of the value of the option to invest when calculating cost-based prices of regulated services. The pricing formula currently used by the regulators ignores the value of the option to productively invest at some time in the future. This thesis proposes a model and methodology for valuing the option to delay network investment decisions and calculating costbased prices of regulated telecommunications services, taking into account the demand and technological uncertainties in telecommunications networks. In a typical cost study, the telecommunications network is represented by a list of network elements specifically dimensioned to meet the forecast demand for all telecommunications services, where each network element is an identifiable part of the network infrastructure (e.g., the local loop), for which it can be assigned a single cost driver. Different network elements are subject to different demand and technological uncertainties. For example, switches and transmission equipment are subject to faster technological substitution than local loop and transmission facilities. In this thesis, I calculate the option value multiples for the decisions to invest in three main network elements, each representing a different part of the Brazilian fixed telecommunications network (subject to different technological and demand uncertainties), and estimate the impact of these option value multiples on the average unitary cost of each network element. This thesis innovates in several aspects. First, because different network elements are subject to different demand and technological uncertainties, a markup factor is calculated for each main network element. Second, the value of the option to invest in each network element is modeled as a function of two stochastic variables: the element s total variable profit and the cost of new investment in the element. Third, technological uncertainty is modeled using two complementary approaches: technology obsolescence of used equipment and technology evolution of new equipment. Fourth, the value of future replacement options is considered, allowing for the resizing of network capacity as equipment elements are replaced. The demand and technological uncertainties associated with each network element are modeled through the use of three stochastic processes: the flow of total variable profit (geometric Brownian motion), the depreciation of used asset (Poisson decay process), and the cost of modern equivalent asset (geometric Brownian motion). They all fit together into a neat and simple model that calculates the option value multiple for each network element. A constant riskfree interest rate has been assumed to derive the stochastic differential equations that the real option values must satisfy, although interest rate uncertainty has been investigated and interest rate volatilities have been calculated for different maturities/terms. This thesis proposes a method for constructing the Brazilian inflation coupon curve using a combination of traditional nonlinear optimization algorithm and a genetic algorithm specifically developed for that purpose. There has been a good deal of debate about which markup factor (if any) should be applied to the investment cost component of a network investment decision in order to reflect the value of the killed option. Some authors say the real option value is negligible and should be ignored, as in Pelcovits (1999), while others calculate markup values that are quite significant, as in Hausman (1999) and Pindyck (2005). This thesis shows that the markup values can be negligible for some network elements and quite significant for others. After applying the markup factors, network costs should be assigned to services on the basis of how much each service uses each network element. The impact of the option value multiples on the cost-based prices of regulated telecommunications services will depend on how much each service uses each network element. The proposed model and methodology address a problem left unsolved over the past 14 years and might become a landmark in regulatory cost modeling and cost-based access pricing. Although I focus on telecommunications, model and methodology can be adapted for application to other network industries as well.