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Forward Contracting and Investment in Electrical Generation Capacity
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Forward Contracting and Investment in Electrical Generation Capacity

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PhD qualifying, june 2006; Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), Brazil

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  • 1. Contratação e Investimento em Capacidade de Geração na Indústria de Energia Elétrica Exame de Qualificação de Doutorado 27/julho, 2006 Centro de Pesquisa e Desenvolvimento em Engenharia Elétrica Universidade Federal de Minas Gerais Modelagem, Análise e Controle de Sistemas Não-Lineares – MACSIN ‡ [email_address]
  • 2. Sumário <ul><li> Introdução (mercados de energia elétrica); </li></ul><ul><li>Modelagem de mercados seqüenciais; </li></ul><ul><li>Investimentos em capacidade de geração; </li></ul><ul><li>Contratação e investimentos em capacidade de geração; </li></ul><ul><li>Continuidade. </li></ul>
  • 3. Introdução <ul><li>O serviço de suprimento de energia elétrica </li></ul><ul><li>• bem privado </li></ul><ul><li>• bem público </li></ul><ul><li> Mercados incompletos </li></ul><ul><li>Competição imperfeita </li></ul><ul><li> Implicações para o desenho de mercado: </li></ul><ul><li> coordenação dos mercados  infraestrutura institucional </li></ul><ul><li> poder de mercado </li></ul>
  • 4. Introdução <ul><li>Decisões estratégicas na indústria (geradoras) </li></ul><ul><ul><li>Curto-prazo: produção </li></ul></ul><ul><ul><li>Médio-prazo: programação de manutenções </li></ul></ul><ul><ul><li>Longo-prazo: construção de nova capacidade </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>decisões de cobertura contratual </li></ul></ul></ul><ul><li>Contratação </li></ul><ul><ul><li>Contratos bilaterais de longo-prazo </li></ul></ul><ul><ul><li>Mercados competitivos para contratos </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Incentivos: hedge , especulação, estratégia </li></ul></ul></ul>
  • 5. Introdução <ul><li>Mercados de energia elétrica atuais  estrutura seqüencial de mercados interdependentes (físicos e para contratos) </li></ul><ul><ul><li>Interação repetida dos participantes  complexa rede de incentivos </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Modelagem matemática: interações estratégicas  teoria de jogos </li></ul></ul></ul><ul><li> Aspectos de interesse: </li></ul><ul><ul><li>Interação dos 3 incentivos: impacto sobre o poder de mercado </li></ul></ul><ul><ul><li>Confiabilidade do suprimento (longo-prazo) </li></ul></ul><ul><li> Objetivo: impacto da estrutura seqüencial sobre as decisões de investimento </li></ul>
  • 6. Modelagem de Mercados Seqüenciais Estágio I : Mercado contratual (formulação e submissão das estratégias de atuação no mercado contratual) Estágio II : Mercado spot (formulação e submissão das estratégias de atuação no mercado spot ) Estágio III : produção das quantidades comprometidas nos dois estágios anteriores t=1: Fechamento do mercado contratual. Revelação das quantidades (para entrega futura) e do preço (unitário) t=2: Fechamento do mercado spot . Revelação das quantidades (para entrega imediata) e do preço spot Soluções de equilíbrio Timing dos eventos e estrutura informacional
  • 7. Modelagem de Mercados Seqüenciais <ul><li>Conceitos de equilíbrio </li></ul>Jogador 1 Não confiar Jogador 2 Honrar Trair 0 0 1 1 -1 2 Indução retroativa: jogo da confiança Extensão para movimentos simultâneos: equilíbrio perfeito de sub-jogo
  • 8. Exemplo Numérico <ul><li>Definições básicas </li></ul><ul><ul><li>Lucro: </li></ul></ul><ul><ul><li>Demanda: </li></ul></ul><ul><ul><li>Estratégias (Cournot): </li></ul></ul>Modelagem de Mercados Seqüenciais
  • 9. Motilidade: Formação de Padrões Modelagem de Mercados Seqüenciais <ul><li>Resultado básico: Allaz &amp; Vila (1992,1993) </li></ul><ul><ul><li>Demanda perfeitamente previsível (não-arbitragem) </li></ul></ul><ul><ul><li>No equilíbrio (simétrico): </li></ul></ul><ul><ul><li>Ganho no benefício total </li></ul></ul><ul><ul><li>Sensibilidade dos resultados </li></ul></ul>Margem de lucro: (p s* -c) Produção total (vendas)
  • 10. Comportamentos mais complexos: Myxobactéria Modelagem de Mercados Seqüenciais <ul><li>Calcagno &amp; Sadrieh (2004): ajustes a Allaz &amp; Vila (1993) </li></ul><ul><ul><li>Hipóteses mais realistas: incerteza e especuladores avessos ao risco </li></ul></ul><ul><ul><li>Especuladores: compensação pelo risco assumido (p c &lt; E[p s ]) </li></ul></ul><ul><ul><li>Produtores: reduzem cobertura contratual </li></ul></ul><ul><ul><li>Impacto positivo sobre o benefício depende da volatilidade da demanda </li></ul></ul><ul><li>Powell (1993): distribuidoras avessas ao risco </li></ul><ul><ul><li>Contratos: geradoras (preços) e distribuidoras (cobertura) </li></ul></ul><ul><ul><li>Spot : Cournot  (p c – E[p s ]) manipulável pelas geradoras </li></ul></ul><ul><ul><li>Interação: hedging e estratégia  natureza da competição entre as geradoras afeta a demanda das distribuidoras por contratos </li></ul></ul>
  • 11. Inspiração: Otimização – Um Modelo Modelagem de Mercados Seqüenciais <ul><li>Batstone (2001): consumidores avessos ao risco </li></ul><ul><ul><li>geradoras incentivadas a aumentar a variância de p s , conquistando maior prêmio (e vendendo mais contratos) </li></ul></ul><ul><ul><li>p c compensa as perdas com o poder de mercado </li></ul></ul><ul><li>Newbery (1998): contratos como barreira à entrada </li></ul><ul><ul><li>Curvas de oferta (gerais) no mercado spot </li></ul></ul><ul><ul><li>Com capacidade suficiente, os incumbentes podem vender contratos afim de reduzir o preço e barrar a entrada </li></ul></ul><ul><li>Green (1999): extensões </li></ul><ul><ul><li>Curvas de oferta (e custos marginais) lineares </li></ul></ul><ul><ul><li>Contratos: Cournot  sem contratação (a não ser com compensação pela venda do hedge ) </li></ul></ul>
  • 12. Inspiração: Otimização – Um Modelo Investimentos em Capacidade de Geração <ul><ul><li>Cenário ideal (reestruturação) </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Promoção da eficiência operacional: competição, livre escolha, especulação, contratação  também investimentos e alocação de riscos </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Competição perfeita; remuneração na escassez cobre os custos de investimento </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Condição: capacidade (e tecnologia) no equilíbrio de longo-prazo (via entrada/saída, livre flutuação de preços) </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><li>Problemas </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Estruturas oligopolistas: poder de mercado </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Medidas mitigatórias: limites à livre flutuação </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Crises de suprimento: desenhos falhos, ou incapacidade inerente (nas condições tecnológicas atuais)? </li></ul></ul></ul>
  • 13. Investimentos em Capacidade de Geração <ul><li> Modelos na literatura (em geral): investimento  produção </li></ul><ul><li>Gabszewics &amp; Poddar (1997): incerteza na demanda </li></ul><ul><ul><li>equilíbrio (simétrico) com mais capacidade sob incerteza </li></ul></ul><ul><ul><li>mas: produção e preços idênticos (sub-utilização da capacidade) </li></ul></ul><ul><li>Murto (2001): modelos dinâmicos </li></ul><ul><ul><li>malha aberta, sem entrada, incerteza na demanda: baixos níveis de investimento (preços altos) </li></ul></ul><ul><ul><li>entrada livre, competição perfeita, demanda previsível: escolha da tecnologia não depende apenas de uma comparação de custos </li></ul></ul><ul><li>Garcia &amp; Stacchetti (2006): dinâmica, incerteza, sobras de capacidade </li></ul><ul><ul><li>produção (Bertrand; neutralidade ao risco; “mais competitivo”)  investimentos </li></ul></ul><ul><ul><li>para uma ampla faixa de valores (realistas) dos parâmetros: sem sobras </li></ul></ul><ul><ul><li> sugere necessidade de algum incentivo adicional </li></ul></ul>
  • 14. Investimentos em Capacidade de Geração <ul><li> Desenhos propostos </li></ul><ul><ul><li>2 linhas gerais (Cramton &amp; Stoft (2006)) </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>remuneração (adicional) da capacidade instalada </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>apenas energia  foco na instabilidade das remunerações </li></ul></ul></ul><ul><li>Wolak (2004): cobertura contratual adequada </li></ul><ul><ul><li>redução de custos (curto- e longo-prazo) </li></ul></ul><ul><ul><li>forma mais eficiente de incentivar o investimento (ao menor custo para o consumidor) </li></ul></ul><ul><ul><li>problemas </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>geradoras: abrir mão do poder de mercado? </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>distribuidoras: risco de mercado </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>obrigações de cobertura para as distribuidoras </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>antecipação da contratação: deve permitir a entrada </li></ul></ul></ul>
  • 15. Contratação e Investimentos em Capacidade <ul><li> Modelos na literatura </li></ul><ul><ul><li>Murphy &amp; Smeers (2005): 3 modelos, demanda previsível </li></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>malha aberta (PPA, 1 estágio=Cournot) </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>malha fechada (2 estágios) </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>3 estágios (investimento, contratação, produção)=contratos de curto-prazo </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>equivalência entre os modelos (Kreps &amp; Scheinkmann (1987)) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>contratos não combatem o poder de mercado </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>não há equivalência sob incerteza: produtores podem sub-utilizar suas capacidades </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>há redução de investimentos </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>para demanda linear e custos marginais constantes efeito conjunto sobre o benefício é negativo </li></ul></ul></ul></ul>
  • 16. Contratação e Investimentos em Capacidade <ul><li> Mais sobre a relação entre contratação e investimentos </li></ul><ul><ul><li>timing da contratação e investimentos: contratos de longo-prazo </li></ul></ul>
  • 17. Contratação e Investimentos em Capacidade
  • 18. Contratação e Investimentos em Capacidade <ul><li> Demanda p t s (Q t ) = a t – bQ t +  t s . </li></ul><ul><li> Prob {  t s =  t s* } =  </li></ul><ul><ul><li> Prob {  t s =0} = 1 –  </li></ul></ul><ul><ul><li>  t s* = a t  &gt;0,   (0,1) </li></ul></ul><ul><li>Custos marginais constantes </li></ul><ul><li>Equilíbrio Perfeito de Markov </li></ul><ul><li>Depreciação:  </li></ul><ul><li>Competição operacional perfeita </li></ul><ul><li>Aversão ao risco </li></ul>
  • 19. Contratação e Investimento em Capacidade <ul><li> Análise dos resultados </li></ul><ul><ul><li>Mercado para contratos de longo-prazo: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Decréscimo no preço spot </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Reduz os lucros das geradoras </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Redução dos riscos e dos retornos esperados: efeito positivo sobre os investimentos </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Mas ainda há sub-investimento </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><li>Impacto do aumento da aversão ao risco </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Reduz investimentos </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Reduz a cobertura contratual (3 forças) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Eleva o preço spot </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Reduz o preço no contrato </li></ul></ul></ul>
  • 20. Resumo <ul><li> Capacidade como variável endógena </li></ul><ul><ul><li>Comportamento no mercado de contratos </li></ul></ul><ul><ul><li>Contratos de longo-prazo </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Efeito sobre os investimentos </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Sub-investimento </li></ul></ul></ul></ul><ul><li>O problema dos investimentos </li></ul><ul><ul><li>Abordagem unificada de alguns aspectos </li></ul></ul>
  • 21. Continuidade <ul><li> Participação de distribuidoras avessas ao risco no mercado de contratos </li></ul><ul><ul><li>Obrigações de cobertura contratual </li></ul></ul><ul><li>Sensibilidade dos resultados às premissas </li></ul><ul><li>Modelagem explícita da entrada </li></ul><ul><li>Os mercados seqüenciais em si </li></ul><ul><ul><li>Aspectos dinâmicos </li></ul></ul>

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