[pt] À medida que a literatura de transformação estrutural esteve focada em explicar os Kuznets facts - um conjunto de regularidades empíricas apresentado pela dinâmica dos setores de uma economia - questões importantes ficaram à margem. A desigualde foi uma delas: Simon Kuznets, o pai dessa literatura, repetitivamente defendeu que desigualdade e dinâmica setorial eram relacionadas. Nesse sentido, nosso objetivo é extender o modelo canônico de trasformação estrutual de forma a introduzir distribuição de renda e riqueza entre indivíduos. Permitimos que haja risco idiossincrático e mercados incompletos em um ambiente de crescimento com dois setores. Em um exercício quantitativo, é conduzida uma transição secular entre uma economia pobre baseada em bens para uma economia rica intensiva em serviços - ao longo da qual o modelo gera uma curva em U invertido para a trajetória da desigualdade. Nossa contribuição é sugerir como o preço relativo entre consumo e investimento (que varia no tempo e decorre da estrutura multi-setorial do modelo) tem um papel importante no comportamento das medidas distributivas. Também mostramos que o consumo de subsistência, típico de ambientes de transformação estrutural, pode influenciar a desigualdade. Na sequência, o modelo é extendido com uma restrição sobre a capacidade dos trabalhadores de se moverem entre os setores - e mostramos como essa fricção pode amplificar o o formato em U invertido seguido pelo Gini de renda e riqueza. Por fim, nossa economia é calibrada para os Estados Unidos (1950-2000), gerando evidências qualitativas e quantitativas do efeito sobre a desigualdade de ambos os efeitos acima (preço relativo e consumo de subsistência). A evidência quantitativa, porém, é em certos casos limitada. / [en] While the structural change literature has been mainly focused on explaining the Kuznets Facts - a set of regularities concerning sectoral dynamics throughout economic growth - important issues were left apart. Inequality was one of them: Simon Kuznets, the father of this literature, when making some of the first documentation of structural change patterns, repetitively expressed his concern that inequality and sector reallocation were linked. In this regard, we seek to extend the benchmark model of structural change to introduce wealth and income distribution. We allow idiosyncratic risk and incomplete markets in a two-sector environment of growth. In a quantitative exercise, a secular transition from a poor and good s producer economy to a richer and service-based one is conducted. The model can account for an inverse U-shaped path for inequality as growth takes place. Our contribution is to suggest how a time-varying relative price of consumption and investment - yielded by the model s multi-sector structure - plays a role in the inequality behavior. We also show that the subsistence consumption requirement, typical of structural change setups, can influence distributional variables. The model is extended with a restriction over workers capacity to move across sectors - and we show that it amplifies the inverse U-shaped path followed by the income and wealth Gini. Finally, the model is calibrated for the US economy (1950-2000), yielding qualitative and quantitative evidence of the effect on inequality from both mechanisms presented above (relative prices and subsistence consumption). Quantitative strength, however, is in some cases limited.

[pt] Desde sua proposição, na decada de 60, o modelo de apreçamento de ativos de capital e suas expansões, em particular a modelagem proposta por Fama e French entre os anos de 1992 e 2015, causou um entusiasmado debate sobre a interpretação econômica de seus fatores. Foi demonstrado na literatura acadêmica que variaveis que descrevem o conjunto das futuras oportunidades de investimento devem comandar um prêmio de risco e deveriam ser correlacionadas com os fatores de Fama e French. Uma outra questão sempre discutida é a aplicação desse tipo de modelagem à mercados emergentes. Economias mais fracas e menos estruturadas seguiriam a mesma racionalidade de mercados desenvolvidos? As expansões de Fama-French acrescentam ao modelo do CAPM fatores que representam o tamanho, o valor, a lucratividade operacional e a politica de investimento das empresas, em duas versões básicas de modelo. A primeira, proposta em 1993, acrescenta ao excesso de retorno de mercado um fator de tamanho e um fator de valor. É normalmente chamada de modelo de três fatores. A segunda, proposta em 2015, acrescenta a versão de três fatores um fator de lucratividade operacional e um fator de politica de investimentos das empresas. É normalmente chamada de modelo de cinco fatores. Com o uso desses modelos e dos conceitos financeiros envolvidos, esta tese estuda a possibilidade de que as inovações na variância média do mercado, decomposta em dois fatores, um representando a variação média do mercado e outro representando a correlação média do mercado, pudesse aumentar a capacidade explicativa do modelo de três fatores no que se refere aos excessos de retornos de portfólios de ações. Ela também estuda a capacidade do modelo de cinco fatores de melhor explicar o retornos dos portfolios de ações, em blocos econômicos de mercados emergentes, em relação ao CAPM original e ao modelo de três fatores. Finalmente, o estudo mostra que as inovações no indice de inflação e as inovações da inclinação da curva de juros são proxies para os fatores de tamanho, valor, lucratividade e investimento, e, em conjunto com o excesso de retorno do mercado, conseguem explicar o cross-section dos excessos de retornos dos portfólios de ações melhor do que o modelo de cinco fatores. / [en] Since its proposition in the 1960s, the capital asset pricing model and its expansions, in particular the modeling proposed by Fama and French between the years 1992 and 2015, caused an enthusiastic debate about the economic interpretation of its factors. It has been demonstrated in the academic literature that variables describing the set of future investment opportunities should command a risk premium and should be correlated with the Fama and French factors. Another issue that has always been discussed is the application of this type of modeling to emerging markets. Weaker and less structured economies would follow the same rationality of developed markets? Fama-French s expansions add to the CAPM model factors that represent size, value, operating profitability, and corporate investment policy in two basic model versions. The first, proposed in 1993, adds to the excess market return a factor of size and a factor of value. It is usually called the three-factor model. The second, proposed in 2015, adds to the three-factor version a factor of operational profitability and a factor of companies investment policy. It is usually called the five-factor model. With the use of these models and the financial concepts involved, this thesis studies the possibility that the innovations in the average market variance, decomposed into two factors, one representing the average market variation and another representing the average market correlation, could increase the explanatory capacity of the three-factor model with respect to the excess returns of stock portfolios. It also studies the ability of the five-factor model to best explain stock portfolio returns in emerging market economic blocks relative to the original CAPM and the three-factor model. Finally, the study shows that innovations in the inflation index and innovations in the slope of the interest curve are proxies for size, value, profitability, and investment factors, and, together with excess market returns, explains cross-section of excess returns on stock portfolios better than the five-factor model.

[pt] No atual ciclo de expansão do setor elétrico brasileiro está previsto um forte crescimento de fontes renováveis não despacháveis, por exemplo, as fontes eólica e solar fotovoltaica. Neste contexto, o conceito de usinas híbridas tem surgido como uma alternativa para que os riscos dos empreendimentos de geração de energia possam ser melhor gerenciados, além de proporcionar alternativas mais rentáveis no desenvolvimento de projetos desta natureza. A combinação de diferentes tecnologias tem o potencial de propiciar efeitos sinérgicos no desenvolvimento e na operação das usinas e, consequentemente, provocar redução de despesas e custos. O objetivo desta dissertação é apresentar uma abordagem metodológica para avaliar uma usina híbrida composta pelas tecnologias eólica e solar fotovoltaica, considerando dois dos principais fatores de riscos associados, ou seja, a aleatoriedade da geração do empreendimento e do preço da energia no mercado de curto prazo. Para o estudo de caso considerado, a aplicação da metodologia foi capaz de mensurar o ganho sinérgico com o desenvolvimento do arranjo híbrido. As análises de fluxo de caixa foram feitas em base mensal e horária, cujos resultados se mostraram próximos para a maior parte das situações estudadas. Foram realizadas análises de sensibilidade acerca do Montante de Uso do Sistema de Transmissão contratado, as quais indicaram a viabilidade de se contratar 30 por cento a 40 por cento menos do que hoje é obrigatório no setor elétrico brasileiro. Estas análises vieram acompanhadas do dimensionamento do quanto de sua produção o empreendimento deixa de injetar na rede básica em função de diferentes valores do MUST contratado. / [en] In the current expansion cycle of the Brazilian electricity sector, a strong growth of non-dispatchable renewable sources is expected, for example, wind and solar energy. In this context, the concept of hybrid power plants (HPP) has emerged as an alternative so that the risks of energy generation projects can be better managed, in addition to providing more profitable alternatives in the development of projects of this kind. The combination of different technologies has the potential to provide synergistic effects in the development and operation of plants and, consequently, to reduce expenses and costs. The aim of this work is to present a methodological approach to evaluate a HPP composed of wind and solar photovoltaic technologies, considering two of the main associated risk factors, that is, the randomness of the project s generation and the price of energy in the short-term market. For the case study considered, the application of the methodology was able to measure the synergistic gain with the development of the hybrid arrangement. Cash flow analyzes were performed on a monthly and hourly basis, whose results were similar for most of the situations studied. Sensitivity analyzes were carried out on the Amount of Use of the Transmission System (MUST) contracted, which indicated the feasibility of contracting 30 percent to 40 percent less than what is currently mandatory in the Brazilian electricity sector. These analyzes were followed by the dimensioning of how much of its production the project doesn t inject into the basic network due to different values of the MUST contracted.

[pt] A natureza intermitente da geração eólica combinada com a conhecida volatilidade dos preços de eletricidade expõe as Empresas de Energia Eólica (WPCs) comprometidas com contratos de longo prazo aos chamados riscos de preço e quantidade. Vários instrumentos foram desenvolvidos nos últimos anos para mitigar essa exposição ao risco. No entanto, a maioria deles foi construído para lidar apenas com uma das partes, ou seja, a incerteza de preço ou geração. Para enfrentar essa questão, neste trabalho, propomos um instrumento derivativo customizado para as WPCs, aproveitando os princípios de opções e índices renováveis. A eficácia e atratividade do instrumento proposto, denominado Opção Eólica (WInd-Op), são avaliadas com dados reais do setor brasileiro por meio de um modelo de equilíbrio geral. Mostramos que as Empresas de Energia Solar (SPCs) podem ser candidatas relevantes para respaldar esses derivativos. Além disso, quando comparado com as opções tradicionais de compra e venda, usadas como referência, os resultados indicam que o equilíbrio obtido com o novo derivativo apresenta um volume total de negociação significativamente maior, preços de prêmio mais baixos e maior bem-estar geral. / [en] The intermittent nature of wind generation combined with the wellknown volatility of electricity spot prices expose Wind Power Companies (WPCs) committed to long-term forward contracts to the so-called price-andquantity risk. Several instruments were designed in the past years to mitigate this risk exposure. However, most of them were mainly constructed to cope with only one of its parts, i.e., price or generation uncertainty. To tackle this issue, in this work, we propose a tailored derivative instrument for WPCs leveraging the principles of options and renewable indexes. The effectiveness and attractiveness of the proposed instrument, referred to as the Wind-Indexed Option (WInd-Op), are evaluated with real data from the Brazilian sector through a general equilibrium setup. We show that Solar Power Companies (SPCs) can be relevant candidates to back these derivatives. Additionally, when compared to the traditional put-and-call options as a benchmark, the results indicate that the equilibrium obtained with the new derivative exhibits a significantly higher total traded volume, lower premium prices, and greater overall welfare.

[pt] A possível mudança no paradigma de formação de preço no Brasil do modelo vigente por custos auditados para o modelo por oferta, com o objetivo de modernizar o Setor Elétrico e buscar práticas que incentivem a competição, implica a necessidade de estudos prévios para auxiliar o processo de transição e a definição do desenho de mercado adequado à realidade brasileira. Nesse sentido, o uso de modelos de equilíbrio, notadamente o Equilíbrio de Nash, desponta como uma poderosa ferramenta ex-ante que permite analisar o comportamento dos competidores para identificar possíveis ineficiências a serem mitigadas. Com esse fim, o presente trabalho modela o processo decisório de ofertas ótimas de um competidor em um mercado de energia elétrica de dia-seguinte de base hidrotérmica por um modelo de otimização binível, possibilitando a identificação do Equilíbrio de Nash do mercado através de um algoritmo baseado em Gauss-Seidel. Adicionalmente, o método é aplicado a dois experimentos numéricos: a um sistema-teste de três barras e a um caso representativo do sistema brasileiro completo, permitindo a análise do comportamento dos competidores a partir da comparação dos resultados com os modelos de Custos Auditados e Equilíbrio Competitivo. Foram observados os impactos das afluências e das cascatas de usinas hidrelétricas de múltiplos proprietários nas receitas e, consequentemente, no comportamento dos competidores. Por fim, foi verificada a ocorrência de competição exclusivamente pelas quantidades, além da prática de retenção de ofertas por parte dos competidores para a modificação do preço de equilíbrio de mercado, aumentando suas receitas. / [en] The potential shift in Brazil s energy pricing paradigm from the current Audited Costs model to the Bid-Bases model, with the aim of modernizing the electricity sector and seeking practices that encourage competition, implies the need for preliminary studies to assist the transition process and define the appropriate market design for the Brazilian reality. In this sense, the use of equilibrium models, notably the Nash Equilibrium, emerges as a powerful ex-ante tool that allows the analysis of competitors behavior to identify possible inefficiencies to be mitigated.To this end, this thesis models the optimal bidding decision process of a competitor in a hydrothermal day-ahead electricity market using a bilevel optimization model, enabling the identification of the Nash Equilibrium of the market through an algorithm based on the Gauss-Seidel. Additionally, the method is applied to two numerical experiments: a three-bus test system and a representative case of the complete Brazilian system, allowing for the analysis of competitors behavior by comparing the results with the Audited Costsand Competitive Equilibrium models. The impacts of water inflows and hydro plants in cascade with distinct ownership on revenues and consequently competitors behavior were observed. Finally, the occurrence of competition exclusively in quantities was verified, as well as the practice of quantity bids retention by competitors in order to modify the market equilibrium price, increasing their revenues.

[pt] Nesta de tese de doutorado é proposta uma metodologia alternativa para obter estratégias ótimas de oferta sob incerteza que maximizam o lucro de um agente em mercados dotados de um leilão de preço uniforme e envelope fechado com multiplos produtos divisíveis. A estratégia ótima de um agente price maker depende amplamente da informação conhecida dos agentes rivais. Reconhecendo que a oferta dos agentes rivais pode desviar do equilíbrio de mercado e é de difícil caracterização probabilística, nós propomos um modelo de otimização robusta dois estágios com restrições de equilíbrio para obter estratégias de oferta ótimas avessas a risco. O modelo proposto é um modelo de otimização de três níveis passível de ser reescrito como uma instância particular de um programa binível com restrições de equilíbrio. Um conjunto de procedimentos é proposto a fim de construir uma formulação equivalente de de nível único adequado para aplicação de algoritmos de Geração de Coluna e Restrição (GCC). Diferentemente de trabalhos publicados anteriormente em modelos de otimização dois estágios, nossa metodologia de solução não aplica o método de GCC para iterativamente identificar os cenários mais violados dos fatores de incerteza, variáveis que são identificadas através de variáveis contínuas. Na metodologia de solução proposta, o algoritmo GCC é aplicado para identificar um pequeno subconjunto de condições de otimalidade para o modelo de terceiro nível capaz de representar as restrições de equilíbrio do leilão na solução ótima do problema master (problema de oferta). Um estudo de caso numérico baseado em mercados de energia de curto prazo é apresentado para ilustrar a aplicabilidade do modelo robusto proposto. Resultados indicam que mesmo em um caso em que é observada uma imprecisão de 1 porcento na oferta de equilíbrio de Nash dos agentes rivais, a solução robusta provê uma redução significativa de risco em uma análise fora da amostra. / [en] We propose an alternative methodology to devise profit-maximizing strategic bids under uncertainty in markets endowed with a sealed-bid uniformprice auction with multiple divisible products. The optimal strategic bid of a price maker agent largely depends on the knowledge (information) of the rivals bidding strategy. By recognizing that the bid of rival competitors may deviate from the equilibrium and are of difficult probabilistic characterization, we proposed a two-stage robust optimization model with equilibrium constraints to devise an risk-averse strategic bid in the auction. The proposed model is a trilevel optimization problem that can be recast as a particular instance of a bilevel program with equilibrium constraints. Reformulation procedures are proposed to construct a single-level-equivalent formulation suitable for column and constraint generation (CCG) algorithm. Differently from previously reported works on two-stage robust optimization, our solution methodology does not employ the CCG algorithm to iteratively identify violated scenarios for the uncertain factors, which in this thesis are obtained through continuous variables. In the proposed solution methodology, the CCG is applied to identify a small subset of optimality conditions for the third-level model capable of representing the auction equilibrium constraints at the optimum solution of the master (bidding) problem. A numerical case study based on short-term electricity markets is presented to illustrate the applicability of the proposed robust model. Results show that even for the case where an impression of 1 percent on the rivals offer at the Nash equilibrium is observed, the robust solution provides a non-negligible risk reduction in out-of-sample analysis.

[pt] O preço da energia no mercado de curto-prazo é caracterizado pela sua alta volatilidade e dificuldade de previsão, representando um alto risco para agentes produtores de energia, especialmente para geradores por fontes renováveis. A abordagem típica empregada por tais empresas para obter a estratégia de contratação ótima de médio e longo prazos é simular um conjunto de caminhos para os fatores de incerteza a fim de caracterizar a distribuição de probabilidade da receita futura e, então, otimizar o portfólio da empresa, maximizando o seu equivalente certo. Contudo, na prática, a modelagem e simulação do preço de curto prazo da energia é um grande desafio para os agentes do setor elétrico devido a sua alta dependência a parâmetros que são difíceis de prever no médio e longo, como o crescimento do PIB, variação da demanda, entrada de novos agentes no mercado, alterações regulatórias, entre outras. Neste sentido, nesta dissertação, utilizamos otimização robusta para tratar a incerteza presente na distribuição do preço de curto-prazo da energia, enquanto a produção de energia renovável é tratada com cenários simulados exógenos, como é comum em programação estocástica. Mostramos, também, que esta abordagem pode ser interpretada a partir de dois pontos de vista: teste de estresse e aversão à ambiguidade. Com relação ao último, apresentamos um link entre otimização robusta e teoria de ambiguidade. Além disso, incluímos no modelo de formação de portfólio ótimo a possibilidade de considerar um contrato de opção térmica de compra para o hedge do portfólio do agente contra a irregularidade do preço de curto-prazo. Por fim, é apresentado um estudo de caso com dados realistas do sistema elétrico brasileiro para ilustrar a aplicabilidade da metodologia proposta. / [en] Energy spot price is characterized by its high volatility and difficult prediction, representing a major risk for energy companies, especially those that rely on renewable generation. The typical approach employed by such companies to address their mid- and long-term optimal contracting strategy is to simulate a large set of paths for the uncertainty factors to characterize the probability distribution of the future income and, then, optimize the company s portfolio to maximize its certainty equivalent. In practice, however, spot price modeling and simulation is a big challenge for agents due to its high dependence on parameters that are difficult to predict, e.g., GDP growth, demand variation, entrance of new market players, regulatory changes, just to name a few. In this sense, in this dissertation, we make use of robust optimization to treat the uncertainty on spot price distribution while renewable production remains accounted for by exogenously simulated scenarios, as is customary in stochastic programming. We show that this approach can be interpreted from two different point of views: stress test and aversion to ambiguity. Regarding the latter, we provide a link between robust optimization and ambiguity theory, which was an open gap in decision theory. Moreover, we include into the optimal portfolio model, the possibility to consider an energy call option contract to hedge the agent s portfolio against price spikes. A case study with realistic data from the Brazilian system is shown to illustrate the applicability of the proposed methodology.

[pt] Esta tese é composta por três ensaios. Os dois primeiros investigam a relação entre a renda per capita das famílias e as frações dos gastos setoriais, tanto em séries temporais quanto em cross-section nos EUA do pós-guerra. O primeiro usa uma abordagem parcial para estimar o aumento da dispersão do consumo (renda) e os efeitos de renda nos EUA de 1980 a 2010. Mostramos que os efeitos da renda são heterogêneos entre as famílias agrupadas por quintis de renda e, em seguida, a dispersão do consumo é correlacionada com as duas principais forças de transformação estrutural (efeitos de preço e renda) na contabilização da magnitude de transformação estrutural nas partes das despesas de consumo nos EUA durante esse período. O segundo estende um modelo canônico de Bewley-Aiyagari em tempo contínuo incorporado a um ambiente de dois setores para representar quantitativamente três regularidades empíricas nos EUA do pós-guerra (o preço relativo dos bens cai e a parcela de gastos dos produtos cai sistematicamente com a renda per capita, tanto em séries temporais quanto no cross-section) sem se afastar das preferências padrão Stone-Geary. Avaliamos a importância de mudanças na renda e nos preços relativos para mudanças estruturais nas parcelas dos gastos de consumo nos EUA do pós-guerra e concluímos que são forças equivalentes. Reforçamos que a conciliação dessas três principais regularidades empíricas nos EUA do pós-guerra exige uma teoria do crescimento que acomode a demanda de longo prazo e forneça fatores de mudança estrutural. Finalmente, o terceiro ensaio usa um conjunto de dados de painel exclusivo com registros administrativos em nível individual de transações de crédito, benefícios do programa, demografia individual e características de contratos de trabalho para estudar como os consumidores respondem a um choque de liquidez decorrente de liberações de saques de contas inativas do Fundo de Garantia por tempo de serviço (FGTS) no Brasil em 2017. Usando um design de identificação de diferenças entre diferenças, encontramos um aumento no consumo e uma dívida total diminuída após o anúncio: durante até doze meses subsequentes, para cada USD 1 de benefício do programa, os consumidores a média aumentaram os gastos de consumo em USD 0,53 - 25 porcento dos quais ocorrem durante a janela de anúncio - e a dívida total diminuiu em USD 0,07, especialmente em dívidas de folha de pagamento. A resposta ao consumo ocorreu principalmente por meio de gastos com cartão de crédito, mas também foram encontradas evidências de bens duráveis financiados por dívida. Os consumidores endividados usaram liquidez de curto prazo nas modalidades de dívida (cheque especial e dívida com cartão de crédito), além dos gastos com cartão de crédito para suavizar consumo. Consumidores restritos, medidos como jovens ou idosos, mostraram respostas mais fortes ao consumo. / [en] This thesis is comprised of three essays. The first two investigate the relationship between households per capita income and sectoral expenditure shares both in times series and in cross-section in the postwar US. The first uses a partial approach to estimate the rise of consumption (income) dispersion and income effects in the US from 1980 to 2010. We show that income effects are heterogeneous across households grouped by income quintiles and then consumption dispersion correlates the two main driving forces of structural change (price and income effects) in accounting for the magnitude of structural change in the shares of consumption expenditure in the US over this period. The second extends a canonical Bewley-Aiyagari model in continuous time embedded with a two-sector environment to depict quantitatively three empirical regularities in the postwar US (relative price of goods falls and expenditure shares of goods falls systematically with per capita income, both in times series and in cross-section) without departing from benchmark Stone-Geary preferences. We assess the importance of changes in income and relative prices for structural change in the shares of consumption expenditure in the postwar US and conclude they are nearly equivalent forces. We reinforce that reconciling these three main empirical regularities in the postwar US calls for a growth theory that accommodates long-run demand and supply drivers of structural change. Finally, the third essay uses a unique panel dataset with individual-level administrative records of credit transactions, program benefits, individual demographics and features of labor contracts to study how consumers respond to a liquidity shock arising from withdrawals releases from inactive accounts of the Guarantee Fund for Time of Service (FGTS) in Brazil in 2017. Using a difference-in-differences identification design, we find consumption rose and total debt declined after the announcement: during up to twelve subsequent months, for each USD 1 of program benefit, consumers on average increased consumption spending by USD 0.53 - 25 percent of which occurs during the announcement window - and total debt declined by USD 0.07, specially in payroll debt. Consumption response occurred mostly via credit card spending, but evidence of debt-financed durables was also found. Indebted consumers used short-term liquidity in debt modalities (overdraft debt and credit card debt) in addition to credit card spending to smooth consumption. Constrained consumers, measured as young or old, showed stronger consumption responses.