[pt] O Objetivo deste trabalho é prover os fundamentos necessários ao desenvolvimento de uma metodologia voltada para a análise e desenho das estratégias, regras e regulamentos associados ao setor elétrico, sob o contexto da teoria dos jogos evolutivos. A importância da escolha de estratégias eficientes, que formem perfis de estratégias com melhores payoffs traz a necessidade de uma abordagem que leve em conta as interações entre os agentes, submersos às incertezas regulatórias, hidrológicas e mercadológicas, existentes no setor elétrico, que geram superfícies de payoff descontínuas e ruidosas. É demonstrado como tais superfícies descontínuas podem ser desmembradas em um hiperespaço de estratégias mistas, onde órbitas regidas por dinâmicas baseadas em equações diferenciais convergirão para os perfis de equilíbrios atratores estáveis no sentido assintótico. Para a modelagem é sugerida a utilização de estratégias comportamentais, que possuem a propriedade de gerar perfis em equilíbrio mais robustos às constantes mudanças, assim como propiciar a análise entre os ambientes cooperativos e competitivos. / [en] The objective of this thesis is to provide the crucial points to the development of a methodology focused on the analysis of strategies, rules and regulations connected with the electrical sector, under the context of the evolutionary game theory. The importance of choosing efficient strategies responsible for profiles, with better payoffs, displays the approach regarding the interactions among agents under regulatory, hydrological and market uncertainties, which are present in the electrical sector, resulting in noncontinuous and noisy payoffs surfaces. It is demonstrated that the already mentioned non-continuous surfaces can be expanded in a hyper-space of mixed strategies, where orbits governed by the dynamics based on differential equations, will converge to profiles of stable attractive equilibrium, in an asymptotic meaning. In order to achieve the modeling, is suggested the employment of behavioral strategies, which possess the role of creating equilibrium profiles, immune to the frequently changes, as well as to propitiate the analysis in cooperative and competitive scenarios.

[pt] O Setor Elétrico Brasileiro sofreu diversas mudanças regulatórias ao longo da década de 90, entretanto, após o racionamento de energia ocorrido entre 2001 e 2002 observou-se a necessidade de adoção de um arcabouço regulatório mais moderno e eficiente. Dentre as mudanças implementadas pelo novo modelo, destacamos a competição livre de preços para o setor de geração e o Ambiente de Comercialização Livre como as mais disruptivas. Essas mudanças, além de incentivar a modicidade tarifária, permitiu que os agentes do setor se protegessem de variações do preço da energia elétrica por meio de contratos futuros/a termo. Diferente dos mercados desenvolvidos que possuem um mecanismo formal de livre comercialização por meio de uma estrutura de bolsa centralizada, o Brasil ainda mantém um mercado informal através de uma estrutura de balcão descentralizado. Esse quadro resulta em uma falta de transparência nos preços, e que gera dificuldade na obtenção de dados e análise assertiva do comportamento do mercado futuro/a termo de energia elétrica brasileiro. O crescimento do mercado a termo brasileiro, em tamanho e importância, registrado nos últimos anos justifica a necessidade de aprofundamento das análises desse mercado. O objetivo deste trabalho é compreender o comportamento dos preços a termo em relação ao preço esperado à vista futuro a partir de uma metodologia de coleta de dados de mercado. O resultado do estudo aponta comportamento de contango para os contratos de 2017 com maturidade para 2018. O resultado é aderente a estudos realizados em mercados maduros para contratos com tempo de maturidade reduzido. / [en] The Brazilian Electricity Sector has undergone several regulatory changes throughout the 1990s, however, the energy rationing between 2001 and 2002, showed the need to adopt a more modern and efficient regulatory framework. Among the changes implemented by the new model, the free competition prices for the generation sector and a Free Trading Environment stands out as the most disruptives. These changes, as well as encourage tariff modicity, also allowed the players to hedge against changes in the electricity prices through futures/forward contracts. Unlike developed markets that have formal mechanism for free trading through a centralized stock exchange structure, Brazil still maintains an informal market through a decentralized counter structure, this situation results in a lack of transparency in the prices that generate difficulty in obtaining data and assertive analysis of the Brazilian futures/forward market behavior. The growth of the Brazilian forward market, in size and importance, recorded in recent years, justifies the need to deepen the analysis of this market. The objective of this paper is to understand the behavior of forward prices in relation to the expected future spot price based on market data collection methodology. The result of the study shows a contango behavior for the contracts of 2017 with maturity to 2018. The result is adherent to studies conducted in mature markets with reduced maturity time contracts.

[pt] Este trabalho analisa a potencial formação do fenômeno da “curva do pato” sobre os preços horários de energia no Brasil. Tal fenômeno se dá pela introdução massiva de geração solar na matriz energética e produz um afundamento nos preços de energia nos horários diurnos onde a produção de energia é abundante e uma rápida elevação dos preços no início da noite que carece de tal fonte de energia e apresenta picos de demanda. Este efeito tem produzido custos elevados aos operadores sistemas elétricos em diversos mercados internacionais como California, Austrália, Alemanha e, principalmente, reduzido a rentabilidade das usinas de geração solar que produzem energia em horários de preço baixo e precisam comprar energia em horários de preços altos. Este estudo recorreu a mais de cinquenta artigos e literaturas além de analisar minuciosamente o Plano Decenal de Energia (EPE, 2022b) como fonte principal para simulações de preço. Também contou com a contribuição de quatro especialistas do setor elétrico Brasileiro que avaliaram o entorno macro e aspectos da atratividade da indústria. Por fim, o trabalho conclui que a curva do pato no Brasil começará a se formar em 2026 tendendo a chegar a uma formação mais evidente no ano de 2031. Contudo, estima-se que o prêmio de risco de mercado para um agente de geração solar mitigar esse risco através de um contrato de swap seria menor que 10 por cento do preço de face de um contrato de energia de longo prazo. / [en] This thesis analyzes the potential formation of the duck curve phenomena on the hourly energy prices in Brazil. Such occurs by the massive introduction of solar generation into the energy matrix and produces a reduction in energy prices during the daytime hours where energy production is abundant and a steep increase in prices in the evening which lacks solar energy source and peaks on load demand. This effect has produced high costs for electrical system operators in several international markets such as California, Australia, Germany and, mainly, reduced the profitability of solar generation plants that produce energy at low price period and need to buy energy at high price hours. This study used more than fifty articles and literatures in addition to thoroughly analyzing the Ten-year Energy Plan (EPE, 2022b) as the main premise for price simulations. It also had the contribution of four specialists from the Brazilian electricity sector who evaluated the macro environment and the industry attractivity. Finally, the work concludes that the duck curve in Brazil will begin to form in 2026 tending to reach a more evident formation in the year 2031. However, it is estimated that the market risk premium for a solar generation agent to mitigate this risk through a swap contract would be less than 10 per cent of the face price of a long-term energy contract.

[pt] Com o advento do novo modelo do setor elétrico a partir de 2004, foi permitida aos agentes de mercado a comercialização de energia no ambiente de contratação livre. Considerando a natureza destas operações e a influência de variáveis meteorológicas na formação e volatilidade dos preços, as decisões no âmbito da comercialização de energia são tomadas sob condições de incerteza, levando os agentes a buscarem estratégias de contratação para maximização do retorno dos ativos e/ou mitigação dos riscos envolvidos. No setor elétrico brasileiro, a gestão do risco de mercado é realizada principalmente por contratos a termo, de forma a reduzir os impactos adversos da flutuação do PLD. Neste contexto, os objetivos deste estudo são avaliar a aplicabilidade de dois modelos de otimização sob incerteza, estágio único e estocástico de dois estágios, na tomada de decisão de uma comercializadora e comparar as decisões recomendadas pelos modelos. Estes modelos utilizaram uma função de preferência que permite representar a variação do nível de aversão ao risco considerando diferentes bandas de preferência, tendo os seus parâmetros determinados pelo método Analytic Hierarchical Process. Para a construção das curvas forward do modelo estocástico de dois estágios, foi ponderado o preço de mercado observado e as 2.000 séries do PLD da previsão oficial do ONS. Os resultados evidenciaram a efetividade na mitigação do risco para os produtos avaliados. Ademais, devido à redução do custo do arrependimento a partir da modelagem do problema de otimização em dois estágios, este modelo apresentou soluções mais rentáveis quando comparado ao modelo de único estágio. / [en] With the advent of the new model for the electricity sector in 2004, market agents were allowed to sell energy in the free market. Considering the nature of these operations and the influence of meteorological variables on the formation and volatility of prices, energy trading decisions are taken under conditions of uncertainty, leading agents to seek contracting strategies to maximize the return on assets or mitigation of the risks involved. In the Brazilian electricity sector, market risk management is mainly accomplished through forward contracts, in order to reduce the adverse impacts of PLD fluctuation. In this context, the objectives of this study are to evaluate the applicability of two optimization models under uncertainty, single-stage and two-stage stochastic, in the decision making of a trading company and to compare the decisions recommended by the models. These models used a preference function that allows representing the variation of the risk aversion level considering different preference groups, having its parameters determined by the Analytic Hierarchical Process. For the construction of the forward curves of the two-stage stochastic model, the observed market price and the 2,000 PLD series of the ONS official forecast were weighted. The results evidenced the effectiveness in risk mitigation for the evaluated products. Furthermore, due to the reduction in the cost of regret from the two-stage optimization problem modeling, this model presented more cost-effective solutions when compared to the single-stage model.

[pt] No Brasil, as distribuidoras (DisCos) devem suprir seu crescimento de carga por meio de contratos comercializados em leilões centralizados de Energia Nova, nos quais são leiloados contratos com entrega 4 anos a frente. No entanto, projetar a demanda de energia para vários anos à frente é muito desafiador, pois o consumo de energia é muito dependente da taxa de crescimento da economia, da possibilidade de surgimento de uma nova solução/tecnologia (geração solar distribuída) e da migração de consumidores cativos para o mercado livre. Embora as distribuidoras possam repassar os custos do excedente contratual de até 5 por cento nas tarifas de energia, esse limite tem se mostrado insuficiente desde que a última crise econômica no Brasil (2015) derrubou as expectativas de crescimento do consumo, deixando as distribuidoras com um superavit de contrato enorme. Essa situação tornou-se um problema para as distribuidoras, uma vez que esses contratos são liquidados no mercado spot, expondo-as ao preço spot, variável demasiadamente volátil no Brasil, e comprometendo assim a os seus fluxos de caixa. Neste contexto, criou-se o Mecanismo de Venda de Excedentes - MVE, um importante instrumento regulatório para gerenciamento do portfólio das distribuidoras. Por meio deste mecanismo as distribuidoras são capazes de vender, em um leilão centralizado, seus excedentes contratuais, reduzindo assim sua exposição ao mercado spot. Assim, este trabalho tem como objetivo propor uma metodologia para otimizar a estratégia das distribuidoras nos processamentos de MVE utilizando o conceito de Decisão sob Incerteza. Em outras palavras, o modelo indicará uma estratégia de venda de contratos no MVE, considerando o perfil de aversão ao risco do agente, avaliando os diferentes custos de oportunidade existentes neste processo de tomada de decisão. / [en] In Brazil, distribution companies (DisCos) must supply their expected load growth with contract purchases in centralized New Energy Auctions, in which commercial operation date – COD of generation projects being sold is (at least) 4 years ahead. Projecting energy demand for several years ahead is very challenging as energy consumption is very dependent on economy growth rate, the possibility of a surge of a new solution/technology (solar distributed generation) and the migration of captive consumers to the free market, to name a few. Even though distribution companies are allowed to pass through the costs of contract surplus of up to 5 percent in energy tariffs, this threshold was shown insufficient when the latest economic crisis in Brazil (2015) has knocked over consumption growth expectations, leaving distribution companies with huge contract surplus. This situation became a problem for the distribution companies since these contracts must be settled in the spot market, exposing them to the spot price, which is very volatile, and compromising their cash flow. In this context, the Mecanismo de Venda de Excedentes - MVE was created, an essential regulatory instrument to help distribution companies manage their energy portfolio. Through this mechanism, DisCos can sell in a centralized auction their contracts surplus, reducing their position in the spot market. This work aims to propose a methodology to optimize the distribution companies strategy in the MVE auctions using the theory of the Decision under Uncertainty. In other words, the model will indicate a strategy to sell contracts in the MVE, considering the agent s risk aversion profile, evaluating all the opportunity costs involving in this decision-making.

[pt] Mudanças recentes em mercados de energia com alta penetração de fontes renováveis destacaram a necessidade de estratégias complexas que, além de maximizar o lucro, proporcionam proteção contra a volatilidade de preços e incerteza na geração. Neste contexto, este trabalho propõe um modelo dinâmico para representar a tomada de decisão sequencial no cenário atual. Ao contrário de trabalhos relatados anteriormente, este método fornece uma estrutura para considerar as incertezas nos níveis estratégico (longo prazo) e operacional (curto prazo) simultaneamente. É utilizado um modelo de programação estocástica multiestágio em que as correlações entre previsões de vazão, geração renovável, preços spot e preços contratuais são consideradas por meio de uma árvore de decisão multi-escala. Além disso, a aversão ao risco do agente comercializador é considerada por meio de restrições intuitivas e consistentes no tempo. É apresentado um estudo de caso do setor elétrico brasileiro, no qual dados reais foram utilizados para definir a estratégia ótima de comercialização de um gerador de energia eólica, condicionada à evolução futura dos preços de mercado. O modelo fornece ao comercializador informações úteis, como o montante contratado ideal, além do momento ótimo de negociação e duração dos contratos. Além disso, o valor desta solução é demonstrado quando comparado a abordagens estáticas, através de uma medida de desempenho baseada no equivalente de certo do problema multiestágio. / [en] Recent market changes in power systems with high renewable energy penetration highlighted the need for complex profit maximization and protection against price volatility and generation uncertainty. This work proposes a dynamic model to represent sequential decision making in this current scenario. Unlike previously reported works, we contemplate uncertainties in both strategic (long-term) and operational (short-term) levels, all considered as pathdependent stochastic processes. The problem is represented as a multistage stochastic programming model in which the correlations between inflow forecasts, renewable generation, spot and contract prices are accounted for by means of interconnected long- and short-term decision trees. Additionally, risk aversion is considered through intuitive time-consistent constraints. A case study of the Brazilian power sector is presented, in which real data was used to define the optimal trading strategy of a wind power generator, conditioned to the future evolution of market prices. The model provides the trader with useful information such as the optimal contractual amount, settlement timing, and term. Furthermore, the value of this solution is demonstrated when compared to state-of-the-art static approaches using a multistage-based certainty equivalent performance measure.

[pt] Na última década, o setor elétrico brasileiro tem enfrentado desafios regulatórios e operacionais devido à necessidade de adaptação às mudanças na matriz elétrica, que apresenta uma participação crescente de energias renováveis intermitentes, como a solar fotovoltaica e a eólica. Além disso, restrições sociais e ambientais para a construção de novos reservatórios hidrelétricos exigem o desenvolvimento de novos modelos para a gestão do risco hidrológico. Esta tese é composta por quatro estudos e tem como objetivo desenvolver modelos de apoio à decisão que contribuam para a gestão do sistema interligado nacional e para a otimização de processos relevantes do setor, considerando o cenário atual. O primeiro estudo, ao definir uma metodologia de acesso aos parâmetros do funcional ECP_G, contribui para a inovação e o aprimoramento de modelos teóricos, com resultados práticos para o setor. O segundo estudo contribui para o processo de sazonalização da garantia física e revela uma estratégia ótima que maximiza simultaneamente os resultados dos agentes geradores, prevenindo reduções nos payoffs resultantes de movimentos individuais de concorrentes. O terceiro estudo propõe um modelo de otimização de portfólio de comercialização, que permite aos agentes uma exposição adequada ao risco, contribuindo para uma gestão comercial mais eficiente. Finalmente, o quarto estudo apresenta um modelo de operação de uma bolsa de futuros de energia, fornecendo informações relevantes para agentes interessados em implementar um empreendimento desse tipo no Brasil, que ainda não possui uma bolsa de futuros de energia. / [en] In the last decade, the Brazilian electricity sector has faced regulatory and operational challenges due to the need to adapt to changes in the energy matrix, which shows a growing share of intermittent renewable energies, such as solar photovoltaic and wind energy. Additionally, social and environmental restrictions on the construction of new hydroelectric reservoirs require the development of new models for hydrological risk management. This thesis comprises four studies and aims to develop decision support models that contribute to the management of the national interconnected system and the optimization of relevant processes in the sector, considering the current scenario. The first study, by defining a methodology for accessing the parameters of the ECP_G functional, contributes to the innovation and improvement of theoretical models, with practical results for the sector. The second study contributes to the process of seasonalizing the physical guarantee and reveals an optimal strategy that simultaneously maximizes the results of generating agents, preventing reductions in payoffs resulting from individual movements of competitors. The third study proposes a commercialization portfolio optimization model, which allows agents to adequately expose themselves to risk, contributing to more efficient commercial management. Finally, the fourth study presents an operational model for an energy futures clearing house, offering valuable insights for stakeholders interested in establishing such a project in Brazil, where no energy futures clearing house currently exists.

[pt] O Setor Elétrico Brasileiro (SEB) vem passando por diversas mudanças. A reforma iniciada em 1993 implicou na alteração da característica do setor de ser até então majoritariamente estatal. As alterações no SEB nos anos de 2003 e 2004 implementaram os chamados Ambientes de Contratação Regulado e Livre, respectivamente ACR e ACL. Recentemente, mais mudanças estruturais marcaram o SEB com a nova Lei de número 12.783/13, que trata da renovação das concessões do setor. Neste contexto, destacam-se os empreendimentos eólicos e seu aumento de participação na matriz elétrica brasileira. A matriz elétrica brasileira permanece majoritariamente hídrica, contudo o segmento eólico tem se destacado nos leilões de energia, apresentando com frequencia preços mais competitivos que projetos de Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCHs) e térmicas movidas à biomassa. Desta forma, dada a importância crescente da fonte eólica de energia, o presente trabalho propõe a aplicação de um modelo de avaliação de uma planta eólica em condições de incerteza, com a utilização da Teoria das Opções Reais. A flexibilidade abordada no trabalho em tela foi incorporada na escolha do mecanismo de venda da energia gerada. Neste sentido, considerou-se que o montante de energia não negociado no ACR (através de Leilões regulados) poderá ter a opção de ser negociado em contratos bilaterais no ACL ou liquidado no mercado de curto prazo ao Preço de Liquidação de Diferenças (PLD). Os resultados indicaram um aumento no valor do projeto com a inclusão desta flexibilidade. / [en] The Brazilian Electric Power Industry (SEB) has been going through many changes. The reform begun in 1993 resulted in a modification on characteristics of this sector that was mainly controlled by the government until that time. The changes in SEB occurred in 2003 and 2004 resulted in the creation of the Regulated Contracting Environment (ACR) and the Free Contracting Environment (ACL). Recently, new modifications happened in this sector with the law number 12.783/13, which regulates the Renovation of Concessions in the sector. In this context, it can be highlighted the wind power projects and their increasing participation in Brazilian electricity generation matrix. The Brazilian electricity generation matrix is still concentrated in hydroelectrical generation. However, wind power plants have been standing out in the last auctions, with more competitive prices than Small Hydro Power (PCH) and biomass projects. Therefore, considering the increasing importance of wind power source, this work proposes the application of an investment model under uncertainty for evaluating a wind power plant using the Real Option Theory. The flexibility used in this work refers to the choice of the mechanism for selling the generated energy. In this sense, it was assumed that the amount of generated energy which wouldn’t be contracted in the ACR could have the possibility of being negotiated in contracts in the ACL or it would be sold in the short-term market through the Differences Settlement Price (PLD). Results indicate an increase in the project value with the inclusion of this flexibility.

Made available in DSpace on 2016-04-26T20:48:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marcela Carolina Siqueira Covolo.pdf: 3698467 bytes, checksum: cf8ea9e656f7956e46985e4c13518cf3 (MD5) Previous issue date: 2008-05-05 / Can a bound tariffs harmonization agreement for a specific sector increase the trade flow among countries? Does it diminish industries competitiveness in some countries? The aim of this assignment is to analyze chemicals international trade flow after Chemical Tariff Harmonization Agreement has taken place. In this sense, the Balassa Index methodology was chosen to define the revealed comparative advantage among countries. As a result, the access to lower cost capital and raw material has defined the chemical industry competitiveness. The tariff reduction by CTHA has not changed the competitiveness among countries but has improved sector exports by the inclusion of underdeveloped countries into chemicals trade flow / Um acordo de liberalização de tarifas alfandegárias para um setor específico pode aumentar o fluxo de comércio entre os países? Isso resulta em perda de competitividade para a indústria em determinados países? O objetivo desse trabalho é avaliar os fluxos internacionais de comércio no setor químico no período que passou a vigorar o acordo de harmonização de tarifas (CTHA). Para tanto, a metodologia escolhida foi o índice desenvolvido por Balassa, para definir a Vantagem Comparativa Revelada entre os países. Como resultado o acesso ao capital e à matéria prima com menor custo definiram a competitividade indústria química. A queda das tarifas via o CTHA não alterou a competitividade entre os países, mas aumentou as exportações do setor através da inclusão de países em desenvolvimento no fluxo de comércio de químicos

[pt] Na década de 1990, diversos países, inclusive o Brasil, entre 1996 e 2003, iniciaram a reestruturação de seus setores elétricos e criaram mercados livres para negociação de energia. O crescimento desses mercados tem demandado a adaptação de instrumentos financeiros de gestão de riscos e retornos as suas especificidades. No Brasil, o mercado tem, ainda, uma estrutura de balcão desorganizado e descentralizado, o que dificulta seu aprendizado. Os contratos a termo de energia elétrica, negociados bilateralmente, no país, são o principal instrumento para a mitigação de riscos e a avaliação de investimentos. Nesse contexto, o objetivo deste estudo é compreender melhor a dinâmica dos preços a termo de energia elétrica praticados no Brasil. Assim, é proposto um método para construção de curvas a termo com base apenas em informações de mercado e feita uma primeira aplicação dessa metodologia. Alguns indícios ficaram, então, evidentes sobre o comportamento do mercado brasileiro a termo de energia elétrica: configuração de contango em alguns períodos, presença de elevados prêmios de risco e aderência apenas relativa dos preços a termo às expectativas de futuros preços à vista. Estudos realizados a partir de mercados estruturados de energia elétrica suportam essas evidências. / [en] In the 1990s, several countries, including Brazil, between 1996 and 2003, began to restructure their electricity sectors and established free markets for energy trading. The growth of these markets has required the adaptation of financial instruments for risk management and return to their specifications. In Brazil, the market has still a disorganized and decentralized OTC (over the counter market) structure, which hinders their learning. The forward contracts for electricity, negotiated bilaterally, in the country, are the primary instrument to mitigate risks and evaluate investments. In this context, the objective of this study is to better understand the dynamics of the forward price of electricity negotiated in Brazil. Thus, we propose a method to construct the forward curve based only on market information and made a first application of this methodology. Some clues were then evident on the behavior of the Brazilian forward market of electricity: contango set in certain periods, presence of high risk premiums and only partial adherence of forward prices on the expectations of future spot prices. Studies based on structured electricity markets support these evidences.