O documento discute modelos de mercados de energia elétrica sequenciais e seu impacto nas decisões de investimento em capacidade de geração. Apresenta revisão de literatura sobre como contratos de longo prazo e incerteza afetam os investimentos, podendo levar a subinvestimentos. Também aborda propostas para incentivar investimentos de forma eficiente, como por meio de contratos que cubram adequadamente os riscos das geradoras.

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  Introdução (mercados de energia elétrica); Modelagem de mercados seqüenciais; Investimentos em capacidade de geração; Contratação e investimentos em capacidade de geração; Continuidade.

3. Introdução O serviço de suprimento de energia elétrica • bem privado • bem público  Mercados incompletos Competição imperfeita  Implicações para o desenho de mercado:  coordenação dos mercados  infraestrutura institucional  poder de mercado

4. Introdução Decisões estratégicas na indústria (geradoras) Curto-prazo: produção Médio-prazo: programação de manutenções Longo-prazo: construção de nova capacidade decisões de cobertura contratual Contratação Contratos bilaterais de longo-prazo Mercados competitivos para contratos Incentivos: hedge , especulação, estratégia

5. Introdução Mercados de energia elétrica atuais  estrutura seqüencial de mercados interdependentes (físicos e para contratos) Interação repetida dos participantes  complexa rede de incentivos Modelagem matemática: interações estratégicas  teoria de jogos  Aspectos de interesse: Interação dos 3 incentivos: impacto sobre o poder de mercado Confiabilidade do suprimento (longo-prazo)  Objetivo: impacto da estrutura seqüencial sobre as decisões de investimento

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 Conceitos de equilíbrio 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 Definições básicas Lucro: Demanda: Estratégias (Cournot): Modelagem de Mercados Seqüenciais

9. Motilidade: Formação de Padrões Modelagem de Mercados Seqüenciais Resultado básico: Allaz & Vila (1992,1993) Demanda perfeitamente previsível (não-arbitragem) No equilíbrio (simétrico): Ganho no benefício total Sensibilidade dos resultados Margem de lucro: (p s* -c) Produção total (vendas)

10. Comportamentos mais complexos: Myxobactéria Modelagem de Mercados Seqüenciais Calcagno & Sadrieh (2004): ajustes a Allaz & Vila (1993) Hipóteses mais realistas: incerteza e especuladores avessos ao risco Especuladores: compensação pelo risco assumido (p c < E[p s ]) Produtores: reduzem cobertura contratual Impacto positivo sobre o benefício depende da volatilidade da demanda Powell (1993): distribuidoras avessas ao risco Contratos: geradoras (preços) e distribuidoras (cobertura) Spot : Cournot  (p c – E[p s ]) manipulável pelas geradoras Interação: hedging e estratégia  natureza da competição entre as geradoras afeta a demanda das distribuidoras por contratos

11. Inspiração: Otimização – Um Modelo Modelagem de Mercados Seqüenciais Batstone (2001): consumidores avessos ao risco geradoras incentivadas a aumentar a variância de p s , conquistando maior prêmio (e vendendo mais contratos) p c compensa as perdas com o poder de mercado Newbery (1998): contratos como barreira à entrada Curvas de oferta (gerais) no mercado spot Com capacidade suficiente, os incumbentes podem vender contratos afim de reduzir o preço e barrar a entrada Green (1999): extensões Curvas de oferta (e custos marginais) lineares Contratos: Cournot  sem contratação (a não ser com compensação pela venda do hedge )

12. Inspiração: Otimização – Um Modelo Investimentos em Capacidade de Geração Cenário ideal (reestruturação) Promoção da eficiência operacional: competição, livre escolha, especulação, contratação  também investimentos e alocação de riscos Competição perfeita; remuneração na escassez cobre os custos de investimento Condição: capacidade (e tecnologia) no equilíbrio de longo-prazo (via entrada/saída, livre flutuação de preços) Problemas Estruturas oligopolistas: poder de mercado Medidas mitigatórias: limites à livre flutuação Crises de suprimento: desenhos falhos, ou incapacidade inerente (nas condições tecnológicas atuais)?

13. Investimentos em Capacidade de Geração  Modelos na literatura (em geral): investimento  produção Gabszewics & Poddar (1997): incerteza na demanda equilíbrio (simétrico) com mais capacidade sob incerteza mas: produção e preços idênticos (sub-utilização da capacidade) Murto (2001): modelos dinâmicos malha aberta, sem entrada, incerteza na demanda: baixos níveis de investimento (preços altos) entrada livre, competição perfeita, demanda previsível: escolha da tecnologia não depende apenas de uma comparação de custos Garcia & Stacchetti (2006): dinâmica, incerteza, sobras de capacidade produção (Bertrand; neutralidade ao risco; “mais competitivo”)  investimentos para uma ampla faixa de valores (realistas) dos parâmetros: sem sobras  sugere necessidade de algum incentivo adicional

14. Investimentos em Capacidade de Geração  Desenhos propostos 2 linhas gerais (Cramton & Stoft (2006)) remuneração (adicional) da capacidade instalada apenas energia  foco na instabilidade das remunerações Wolak (2004): cobertura contratual adequada redução de custos (curto- e longo-prazo) forma mais eficiente de incentivar o investimento (ao menor custo para o consumidor) problemas geradoras: abrir mão do poder de mercado? distribuidoras: risco de mercado obrigações de cobertura para as distribuidoras antecipação da contratação: deve permitir a entrada

15. Contratação e Investimentos em Capacidade  Modelos na literatura Murphy & Smeers (2005): 3 modelos, demanda previsível malha aberta (PPA, 1 estágio=Cournot) malha fechada (2 estágios) 3 estágios (investimento, contratação, produção)=contratos de curto-prazo equivalência entre os modelos (Kreps & Scheinkmann (1987)) contratos não combatem o poder de mercado não há equivalência sob incerteza: produtores podem sub-utilizar suas capacidades há redução de investimentos para demanda linear e custos marginais constantes efeito conjunto sobre o benefício é negativo

16. Contratação e Investimentos em Capacidade  Mais sobre a relação entre contratação e investimentos timing da contratação e investimentos: contratos de longo-prazo

17. Contratação e Investimentos em Capacidade

18. Contratação e Investimentos em Capacidade  Demanda p t s (Q t ) = a t – bQ t +  t s .  Prob {  t s =  t s* } =   Prob {  t s =0} = 1 –    t s* = a t  >0,   (0,1) Custos marginais constantes Equilíbrio Perfeito de Markov Depreciação:  Competição operacional perfeita Aversão ao risco

19. Contratação e Investimento em Capacidade  Análise dos resultados Mercado para contratos de longo-prazo: Decréscimo no preço spot Reduz os lucros das geradoras Redução dos riscos e dos retornos esperados: efeito positivo sobre os investimentos Mas ainda há sub-investimento Impacto do aumento da aversão ao risco Reduz investimentos Reduz a cobertura contratual (3 forças) Eleva o preço spot Reduz o preço no contrato

20. Resumo  Capacidade como variável endógena Comportamento no mercado de contratos Contratos de longo-prazo Efeito sobre os investimentos Sub-investimento O problema dos investimentos Abordagem unificada de alguns aspectos

21. Continuidade  Participação de distribuidoras avessas ao risco no mercado de contratos Obrigações de cobertura contratual Sensibilidade dos resultados às premissas Modelagem explícita da entrada Os mercados seqüenciais em si Aspectos dinâmicos