UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA FACULDADE DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

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1 UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA FACULDADE DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA MODELO DE FORMAÇÃO DE PREÇOS PARA MERCADOS INTEGRADOS DE CURTO PRAZO/BILATERAL/RENOVÁVEL/ANCILAR DE ENERGIA ELÉTRICA UTILIZANDO A METODOLOGIA PREÇO POR OFERTA FÁBIO STACKE SILVA ORIENTADOR: PABLO CUERVO TESE DE DOUTORADO EM SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA PUBLICAÇÃO: PPGENE.DM - 043/09 BRASÍLIA/DF: JULHO

2 UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA FACULDADE DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA MODELO DE FORMAÇÃO DE PREÇOS PARA MERCADOS INTEGRADOS DE CURTO PRAZO/BILATERAL/RENOVÁVEL/ANCILAR DE ENERGIA ELÉTRICA UTILIZANDO A METODOLOGIA PREÇO POR OFERTA FÁBIO STACKE SILVA TESE SUBMETIDA AO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA DA FACULDADE DE TECNOLOGIA DA UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE DOUTOR EM ENGENHARIA ELÉTRICA. APROVADA POR: Prof. Pablo Cuervo, Doutor (ENE/UnB - Orentador) Prof. Antono J. A. Smões Costa, Doutor (UFSC - Examnador Externo) Dr. Edvaldo Santanna, Doutor (ANEEL - Examnador Externo) Prof. Ivan Camaro, Doutor (UnB - Examnador Interno) Prof. Francsco Damasceno Fretas, Doutor (UnB - Examnador Interno) Prof. Marco Aurélo de Olvera, Doutor (UnB - Examnador Interno) BRASÍLIA/DF, 23 DE JULHO DE 2009

3 FICHA CATALOGRÁFICA STACKE SILVA, FABIO Modelo de Formação de Preços ara Mercados Interados de Curto Prazo/Blateral/Renovável/Anclar de Enera Elétrca utlzando a Metodoloa Preço or Oferta [Dstrto Federal] xv, 128., 210 x 297 mm (ENE/FT/UnB, Tese de Doutorado). Unversdade de Brasíla. Faculdade de Tecnoloa. Deartamento de Enenhara Elétrca. 1. Sstemas de Potênca 2. Mercado Curto Prazo/Blateral/Renovável 3. Método Marnal de Formação de Preços 4. Metodoloa Preço or Oferta I. ENE/FT/UnB II. Título (sére) REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA STACKE SILVA, F. (2009). Modelo de Formação de Preços ara Mercados Interados de Curto Prazo/Blateral/Renovável/Anclar de Enera Elétrca utlzando a Metodoloa Preço or Oferta. Tese de Doutorado em Enenhara Elétrca, Publcação PPGENE. DM - 043/09, Deartamento de Enenhara Elétrca, Unversdade de Brasíla, Brasíla, DF, xv, 128. CESSÃO DE DIREITOS AUTOR: Fabo Stacke Slva. TÍTULO: Modelo de Formação de Preços ara Mercados Interados de Curto Prazo/Blateral/Renovável/Anclar de Enera Elétrca utlzando a Metodoloa Preço or Oferta. GRAU: Doutor ANO: 2009 É concedda à Unversdade de Brasíla ermssão ara reroduzr cóas desta tese de doutorado e ara emrestar ou vender tas cóas somente ara roóstos acadêmcos e centífcos. O autor reserva outros dretos de ublcação e nenhuma arte dessa tese de doutorado ode ser reroduzda sem autorzação or escrto do autor. Fabo Stacke Slva SQN 215, bloco B, ato Brasíla DF Brasl.

4 RESUMO A roosta deste trabalho consste em suerr uma nova metodoloa que analsa as característcas do modelo de formação de reços atual, desenhado ara trabalhar com a clássca abordaem de formação de reços com a lóca de custos marnas - PM e a metodoloa Preço or Oferta PPO, em um mercado de estrutura combnada, que envolve a resença de contratos blateras físcos (com fontes convenconas e renováves) no mercado de lono razo, neocações no mercado de curto razo (mercado sot), e no mercado de curtíssmo razo, também chamado de servços de suorte de reserva (ou servços anclares de reserva). O modelo também fornece snas econômcos como ortfólos de recetas e aamentos e reços elos dversos tos de servços ofertados, de acordo com o estudo da estratéa de oeração do sstema elétrco. Exlora a vantaem da coordenação centralzada de um mercado de enera e os otencas benefícos de usar a estratéa PPO, or meo da establdade e revsbldade dos reços, da adequação fnancera (.e. reconclação entre aamentos e recetas) e no menor rsco no surmento das caras devdo à maor establdade de reços. Esta metodoloa é frequentemente consderada como a melhor alternatva em város sstemas reas, nclusve o braslero. Permte comarar o comortamento das duas metodoloas de formação de reços num mercado nterado em dversas oerações do sstema. As característcas revamente menconadas do modelo ermtem aos aentes de mercado lanejar seus ortfólos elo conhecmento dos reços dos servços de eletrcdade com váras ossbldades de cenáros oeratvos. Além do mas, do onto de vsta do oerador ndeendente do sstema, é ossível estmar o macto de dferentes níves de neocação blateral nos contratos de lono razo convenconal e renovável e nos mercados de curto e curtíssmo razo consderando caacdades de eração e transmssão. Da mesma forma, ermte avalar o macto nos reços dos mercados arantndo a establdade de reços e adequação fnancera. Uma formulação matemátca detalhada do roblema é aresentada mostrando como os reços dos dversos tos de enera são obtdos através de um rocesso de nteração. Resultados numércos do modelo utlzando em sstema IEEE e um caso construído a artr da caso real braslero comrovam que as característcas do modelo que o tornam atratvo são a establdade nos reços e o fornecmento de índces fnanceros que orentam a oeração do sstema elétrco elo oerador ndeendente e auxlam os ortfólos de contratação da enera elos aentes do sstema. v

5 ABSTRACT The roose s suest a new methodoloy that analyses the characterstcs of the current enery rcn model draw to work wth the classc marnal rcn (MP) and the Pay as Bd (PAB) stratees n a combned market structure nvolvn the resence of lon term forward hyscal blateral contracts (not fnancal contracts), renewable enery contracts and short term trades lke ool and ancllary reserve servces. The model also ves economc ndexes such as rces, revenues and ayments ortfolos by studyn the mlcatons of the combned market on the system oeraton. The urose of the model s exlotn the advantaes of centralzed market coordnaton and the otental benefts of usn the PAB rcn stratey lke: obtann less rsk n sulyn loads, more rce stablty and fnancal adequacy. Because of these characterstcs, the PAB stratey s currently ben consdered as an alternatve n some actual systems. It s not the focus here to mathematcally roof whch of the rcn aroaches should be followed but nstead observn ther rce behavour n the combned market. The formulaton of the model s an extenson of a revous work n terms of ncludn the ancllary reserve market wth ts characterstcs and assocated system requrements. The revously mentoned characterstcs of the model allow market aents to lan ther ortfolos by known how rces of electrcty servces nteract n several ossble oeraton scenaros. Moreover, from the Indeendent System Oerator (ISO) ont of vew, t s ossble to estmate the mact of dfferent levels of total blateral trades, ool load and reserve requrements on rces and eneraton and transmsson caacty whle enforcn rce stablty and fnancal adequacy. A detaled mathematcal formulaton of the roblem s resented shown how rces of enery and reserve servces are obtaned throuh the nteraton rocess. Numercal results of ths model usn the IEEE and the case bult from the real Brazlan case system roves that the model characterstc whch turn ts attractve are the establsh of value rces and the suly of economc ndexes that allow the oeraton of the system and assst the aents to mrove ther ortfolos. v

6 SUMÁRIO 1 - INTRODUÇÃO ASPECTOS GERAIS OBJETIVO DA TESE MOTIVAÇÃO ORIGINALIDADE E CONTRIBUIÇÕES ESTRUTURA DO TRABALHO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA MODELO BRASILEIRO DE FORMAÇÃO DE PREÇOS PARA ENERGIA ELÉTRICA VIGENTE Metodoloa de custos marnas vente Normas Abordadas PROCEDIMENTOS DE COMERCIALIZAÇÂO, PdC PE.01 Estabelecer Preço de Lqudação de Dferenças (PLD) PROCEDIMENTOS DE REDE, MÓDULO 14 - Admnstração dos Servços Anclares RESOLUÇÂO CNPE Nº 08, DE 20 DE DEZEMBRO DE Estabelece dretrzes ara a utlzação da Curva de Aversão ao Rsco - CAR, e dá outras rovdêncas Abordaem Preço Por Oferta (PPO) CONCLUSÕES MODELO INTEGRADO DE MERCADOS DE ENERGIA ELÉTRICA CARACTERÍSTICAS DOS MERCADOS Mercado de Lono Prazo Mercado de Curto Prazo Mercado de Curtíssmo Prazo FORMULAÇÃO DO MODELO DE CURTO E CURTÍSSIMO PRAZO Modelo da Rede de Transmssão Característcas dos Mercados de Curto e Curtíssmo Prazo Característcas dos Mercados de Lono Prazo v

7 Dsonbldade de Caacdade Preços Marnas no Mercados de Curtíssmo Prazo MODELO PREÇO POR OFERTA DE FORMAÇÃO DE PREÇOS Modelo de Solução Incremental Processo de Interação PAGAMENTOS E RECEITAS Mercado de Lono Prazo Mercado de Curto e Curtíssmo Prazo PORTIFÓLIO DOS GERADORES E DAS CARGAS RECONCILIAÇÃO DOS CUSTOS CUSTO DE OPORTUNIDADE PARA FORNECER SERVIÇOS ANCILARES DE RESERVA CONSIDERAÇÕES A RESPEITO DA ENERGIA RENOVÁVEL CONSIDERAÇÕES A RESPEITO DA PARTICIPAÇÃO DAS CARGAS CONCLUSÕES SIMULAÇÕES E RESULTADOS NUMÉRICOS SISTEMA IEEE ANALIZADO CENÁRIOS ANALIZADOS Caso 01: Obtenção de reços utlzando a abordaem com a lóca dos custos marnas, sem Contratos de Lono Prazo de Enera Convenconal e Renovável; demanda de enera no Mercado de Curto Prazo ual a 100 % do total das caras; e requsto de caacdade no Mercado de Curtíssmo Prazo ual a 5 % do total das caras Caso 02: Caso 01, mas utlzando a abordaem PPO de formação de reço Caso 03: Caso 01, mas utlzando a dvsão dos Contratos de Lono Prazo em 80% de Enera Convenconal e 10% de Enera Renovável Caso 04: Caso 03, mas utlzando a abordaem PPO de formação de reço Caso 05: Caso 04, mas com caacdade do erador 1 lmtada em 150 MW v

8 Caso 06: Caso 04, mas com a rama de tomada de cara do erador 1 reduzda ara 5 MW/h Caso 07: Caso 04, mas com redução nos lmtes de fluxo nas lnhas de transmssão e conestonamento de rede Caso 08: Caso 05, e com artcação das caras SIMULAÇÃO DA OPERAÇÃO DE SUBSISTEMAS INTERLIGADOS CONSTRUÍDOS A PARTIR DAS CARACTERÍSTICAS DO SISTEMA ELÉTRICO BRASILEIRO Método de Custos Marnas Vente Abordaem Preço Por Oferta (PPO) alcado ao sstema equvalente do SIN ESTABILIDADE DE PREÇOS ATRAVÉS DO PPO CONCLUSÕES CONSIDERAÇÕES FINAIS SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS APÊNDICE ANEXO 01 FUNÇÃO LAGRANGEANA DO PROBLEMA ANEXO 02 PROGRAMA COMPUTACIONAL DESENVOLVIDO EM LINGUAGEM MATLAB v

9 LISTA DE TABELAS Tabela 3.1 Síntese dos Contratos de Servços de Eletrcdade do modelo...34 Tabela 4.1 Dados das LTs Tabela 4.2 Dados das caras...60 Tabela 4.3 Dados do Mercado de Lono Prazo...60 Tabela 4.4 Dados das caras atenddas no Mercado de Curto Prazo em MWméd Tabela 4.5 Dados das caras atenddas no Mercado de Curtíssmo Prazo em MWméd...62 Tabela 4.6 Dados dos eradores...62 Tabela 4.7 Caso 01 com cara total de 259 MW aenas no Curto Prazo e requsto de caacdade de 12,95 MW Tabela 4.8 Portfólo de recetas dos Geradores em $/h...65 Tabela 4.9 Portfólo de aamento das Caras em $/h...66 Tabela 4.10 Caso 02 com cara total de 259 MW aenas no Curto Prazo e requsto de caacdade de 12,95 MW Tabela 4.11 Portfólo de recetas dos Geradores em $/h...68 Tabela 4.12 Portfólo de aamento das Caras em $/h...68 Tabela 4.13 Caso 03 com cara total de 259 MW sendo 234 MW no Lono Prazo e 25 MW no Curto Prazo e requsto de caacdade de 12,95 MW Tabela 4.14 Portfólo de recetas dos Geradores em $/h...71 Tabela 4.15 Portfólo de aamento das Caras em $/h Tabela 4.16 Caso 04 com cara total de 259 MW sendo 234 MW no Lono Prazo e 25 MW no Curto Prazo e requsto de caacdade de 12,95 MW Tabela 4.17 Portfólo de recetas dos Geradores em $/h...73 Tabela 4.18 Portfólo de aamento das Caras em $/h Tabela 4.19 Caso 05 com cara total de 259 MW sendo 234 MW no Lono Prazo e 25 MW no Curto Prazo e requsto de caacdade de 12,95 MW...74 Tabela 4.20 Portfólo de recetas dos Geradores em $/h...75 Tabela 4.21 Portfólo de aamento das Caras em $/h...76 Tabela 4.22 Caso 06 com cara total de 259 MW sendo 234 MW no Lono Prazo e 25 MW no Curto Prazo e requsto de caacdade de 12,95 MW...77 Tabela 4.23 Caso 07 com cara total de 259 MW sendo 234 MW no Lono Prazo e 25 MW no Curto Prazo e requsto de caacdade de 12,95 MW...78 x

10 Tabela 4.24 Portfólo de recetas dos Geradores em $/h...79 Tabela 4.25 Portfólo de aamento das Caras em $/h...80 Tabela 4.26 Ofertas das caras...81 Tabela 4.27 Caso 08 com cara total de 259 MW sendo 3 MW de cara nterrutível, 234 MW no Lono Prazo e 25 MW no Curto Prazo e requsto de caacdade 12,95 MW...82 Tabela 4.28 Portfólo de recetas dos Geradores e da Cara que artca do servço em $/h...82 Tabela 4.29 Portfólo de aamento das Caras em $/h...83 Tabela 4.30 Dados das lnhas de transmssão, sendo R, X, B e MAX P j a resstênca, reatânca, sucetânca shunt e a otênca da LT em u (or undade), na base 100 MVA e 500 kv...85 Tabela 4.31 Dados dos eradores, sendo Pmn e Pmax a otênca atva mínma e máxma na barra em MW e c0, a e b os coefcentes de oferta de eração em $/h, $/MWh e $/MW2h resectvamente, e dados ela fórmula: C(P)= c0+ap+0,5b(p) Tabela 4.32 Dados de caras, sendo o P a otênca atva na barra em MWméd...87 Tabela 4.33 Dados dos Contratos Blateras, sendo em MWh/h os acordos frmados entre os eradores, lnhas, e as caras, colunas (matrz GD)...87 Tabela 4.34 Parcela de demanda das caras atenddas através do MCP, sendo o P a otênca atva líquda demandada na barra em MWméd...88 Tabela 4.35 Mercados de Lono, Curto e Curtíssmo Prazo ara o modelo do SIN utlzando o método marnalsta vente. Lnhas com * contém dados de entrada...89 Tabela 4.36 Portfólo de recetas dos Geradores em $/h...89 Tabela 4.37 Portfólo de aamento das Caras em $/h...90 Tabela 4.38 Mercados de Lono, Curto e Curtíssmo Prazo ara o modelo do SIN utlzando a metodoloa PPO roosta. Lnhas com * contém dados de entrada 91 Tabela 4.39 Portfólo de recetas dos Geradores em $/h...92 Tabela 4.40 Portfólo de aamento das Caras em $/h...92 Tabela 4.41 Métodos estatístcos ara mensuração da establdade dos reços ratcados no modelo roosto PPO e no método de custos marnas em $/MWh ara o caso teórco IEEE 14 barras...93 x

11 Tabela 4.42 Métodos estatístcos ara mensuração da establdade dos reços ratcados no modelo roosto PPO e no método de custos marnas em $/MWh ara o caso teórco IEEE 14 barras com restrções atvas...94 Tabela 4.43 Métodos estatístcos ara mensuração da establdade dos reços ratcados no modelo roosto PPO e no método de custos marnas em $/MWh ara o caso teórco IEEE 14 barras com nova dstrbução de Contratos Blateras de Lono Prazo...94 Tabela 4.44 Métodos estatístcos ara mensuração da establdade dos reços ratcados no modelo roosto PPO e no método de custos marnas em $/MWh alcado ao caso de 5 barras contruído a artr do SIN...95 Tabela 5.1 Comaração entre as Recetas dos Geradores no modelo roosto PPO e no método marnalsta em $/h ara o caso teórco IEEE 14 barras...98 Tabela 5.2 Comaração entre os Paamentos das Caras no modelo roosto PPO e no método marnalsta em $/h ara o caso teórco IEEE 14 barras...98 x

12 LISTA DE FIGURAS Fura 2.1 Comercalzação de enera elétrca no setor elétrco braslero [27] Fura 2.2 Balanço de contratos na comercalzação de enera elétrca [27] Fura Curvas de Oferta e Demanda ara Desacho e Formação de Preço [21]...14 Fura Cálculo do Custo de Oortundade e CMO no sstema braslero [21]...16 Fura 2.5 Processo de admnstração dos servços anclares [28]...25 Fura 2.6 Darama do reço da enera ela eração de cada undade eradora...32 Fura 2.7 Análse ráfca do rocesso de nteração das curvas de oferta de eração das undades eradoras...32 Fura 4.1 Darama unflar do sstema IEEE 14 barras...58 Fura 4.2 Darama Unflar do Sstema Elétrco Interlado Braslero...84 Fura 4.3 Darama Unflar de 5 barras contruído a artr do Sstema Elétrco Interlado Braslero...85 x

13 LISTA DE SÍMBOLOS Varáves: C ( ) Comonente de Oferta de Enera no Curto Prazo Semana ($/h) RU C ( ru ) Comonente de Oferta de Potênca Acma no Curtíssmo Prazo Mnuto ($/h), equvalente a Reserva de Reulação Acma RD C ( rd ) Comonente de Oferta de Potênca Abaxo no Curtíssmo Prazo Mnuto ($/h), equvalente a Reserva de Reulação Abaxo SR C ( sr ) Comonente de Oferta de Potênca no Curtíssmo Prazo Hora ($/h), equvalente a Reserva Grante NS C ( ns ) Comonente de Oferta de Potênca no Curtíssmo Prazo Da ($/h), equvalente a Reserva Não-Grante RC C ( rc ) Comonente de Oferta de Enera Renovável ($/h), equvalente a Reserva Comlementar Potênca atva erada ara o Curto Prazo Semana na barra (MW) ru Potênca atva dsonblzada ara o Mercado de Potênca Acma no Curtíssmo Prazo Mnuto na barra (MW) rd Potênca atva dsonblzada ara o Mercado de Potênca Abaxo no Curtíssmo Prazo Mnuto na barra (MW) sr Potênca atva dsonblzada ara o Mercado de Potênca no Curtíssmo Prazo Hora na barra (MW) ns Potênca atva dsonblzada ara o Mercado de Potênca no Curtíssmo Prazo Da na barra (MW) rc Potênca atva erada or eradores de Enera Renovável na barra (MW) v q Potênca reatva erada elo erador (MVar), δ Tensão e fase na barra λ Preço marnal nodal na barra ($/MWh) IC Preço ncremental do erador ($/MW) Potênca atva que flu ela Lnha de Transmssão da barra ara a barra j j b Parâmetros: Potênca atva erada ara o Lono Prazo na barra (MW) mn max, mn max, q max j mn, max v Caacdade de Potênca atva dos eradores na barra (MW) q Caacdade de Potênca reatva dos eradores na barra (MVar) Caacdade de Potênca atva que flu da barra ara a barra j (MW) v Caacdade de tensão na barra (.u.) Potênca atva demandada ara o Curto Prazo Semana (MW) d j max, max ru sr ns Potênca atva demandada ara o Curtíssmo Prazo Mnuto, Hora, Da e max rc Mercado de Enera Renovável (MW) Potênca atva demandada ara o Lono Prazo (MW) max, b d j x

14 q d j Potênca reatva demandada na barra j (MVar) RU R Potênca atva Acma ara o Curtíssmo Prazo Mnuto requerda elo Sstema (MW) RD R Potênca atva Abaxo ara o Curtíssmo Prazo Mnuto requerda elo Sstema (MW) SR R Potênca atva ara o Curtíssmo Prazo Hora requerda elo Sstema (MW) NS R Potênca atva ara o Curtíssmo Prazo Da requerda elo Sstema (MW) RC R Potênca atva ara o Mercado de Enera Renovável requerda elo Sstema (MW) N Número de assos de nteração RU RP Rama de tomada de cara de 10 mnutos ara rover ru SNS RP Rama de tomada de cara de 10 mnutos ara rover sr e ns xv

15 1 INTRODUÇÃO 1.1 ASPECTOS GERAIS Atualmente os dferentes sstemas de rodução, transmssão e consumo de enera no mundo ndustralzado oeram em um ambente de mercado e servços motvados a reduzr custos oeraconas e ncentvar o nvestmento em nfraestrutura. O fornecmento de enera tem seudo dos mercados bem defndos, os quas ossuem vantaens e desvantaens. Um deles é o mercado de blocos de enera, neocados no curto razo e que seue o modelo de lelões em que os rodutores e consumdores ofertam quantdades e reços a um oerador que decde com antecedênca de um da ou horas as ofertas anhadoras que devem artcar do mercado. Este mercado de curto razo (chamado ool ou sot) determna, seundo a lóca dos custos marnas, o reço do últmo MW que os aentes estão dsostos a aar ara o atendmento da cara. Desta forma, é estabelecdo um reço de mercado baseado nas ofertas dos aentes, que va de rera é extremamente volátl, mas mnmza o custo total de oeração e selecona ofertas e níves de eração; mas não é coerente com os aamentos os quas são fetas em função do custo marnal de oeração. Ou seja, o custo mnmzado das ofertas no rocesso do lelão ode ser o mesmo que o custo do aamento durante o rocesso de fechamento destes contratos, conforme dscutdo or Kockar, Cuervo e Galana [4, 5]. A outra forma de mercado utlzada elos aentes é o mercado de contratos blateras de lono razo, que vsam, dentre outras cosas, à roteção dos aentes contra a volatldade dos reços. A defnção dos reços a serem combnados entre as artes é referencada, no entanto, ela ersectva de evolução dos reços no mercado de curto razo, sto é, a evolução dos custos marnas. Os mercados ara enera elétrca odem funconar somente se exstr suorte de nfraestrutura do sstema de otênca. Uma das dferenças com outras mercadoras é que vendedores e comradores estão sujetos a utlzar o servço estabelecdo elo sstema exstente ara comrar ou vender enera. Exste, ortanto um custo de fornecer certo nível 1

16 de contnudade no servço ou seurança de surmento que deve estar ajustado ao valor da seurança fornecda aos usuáros. Num ambente tradconal, todos os recursos requerdos ara mlementar ações corretvas ara arantr a seurança no fornecmento estão sob o controle de entdades vertcalmente nteradas. Por outro lado, num ambente de mercado comettvo, aluns recursos ertencem a outros aentes. Eles não estão, ortanto, automátca e lvremente dsoníves ara o oerador do sstema e devem ser tratados como servços que devem ser comrados em base comercal. Estes servços são chamados auxlares, comlementares ou anclares orque eles auxlam a neocação da rncal mercadora, que é a enera elétrca. A mortânca de város servços anclares está rncalmente no otencal de ermtr fornecer enera ou outro recurso conforme seja requerdo. Consequentemente, seu valor deve ser quantfcado em termos de sua caacdade ara resonder quando seja necessáro. Város mecansmos têm sdo desenvolvdos ara arantr o fornecmento e a remuneração destes servços essencas. Da ersectva do fornecedor de servços anclares é desejável que suas ofertas estejam nteradas com as transações de enera elétrca ara maxmzar seus lucros. Do onto de vsta do oerador, exstem dferentes tos de erturbações que afetam a seurança dos sstemas em maor ou menor rau. Consequentemente, é necessáro defnr os tos de servços a ser requerdos e como determnar a quantdade de cada servço requerdo e exlorar mecansmos ara conseur estes servços dos aentes artcantes. Do onto de vsta da comatblzação entre eração e cara, exstem város fatores que rovocam desequlíbros num mercado comettvo de eletrcdade. Dado que cada um dos fenômenos ode causar desequlíbro com dferente característca temoral, é melhor tratalos de forma searada. O oerador ode então lanejar os servços anclares requerdos ara comensar cada to de comonente que causa o desequlíbro total. O servço de reulação é desenhado ara atender rádas flutuações de cara e equenos desvos mrevstos na eração. Este servço ajuda a manter a frequênca do sstema erto da nomnal e reduz ntercâmbos mrevstos com outros sstemas. Undades eradoras odem aumentar ou dmnur sua rodução radamente ara fornecer este servço. Estas 2

17 undades usualmente são oeradas com controle automátco de eração. Undades eradoras que fornecem o servço de seumento de cara comensam varações mas lentas, em artcular, mudanças entre eríodos de oeração do mercado. Estas undades devem estar rontas a atuar devdo à mudança da cara. Estes dos servços são utlzados como meddas reventvas. Os servços de reserva são estabelecdos ara comensar randes e mrevstos défcts de otênca que ossam ameaçar a establdade do sstema. Estes servços são utlzados ara fornecer ações corretvas. No entanto, a obtenção deste to de servço ode ser consderada como uma forma reventva de seurança. Undades que fornecem reserva rante devem começar a resonder medatamente a uma mudança na frequênca e a quantdade de caacdade de reserva que elas estão dsostas a fornecer deve estar dsonível muto rádo. As undades que fornecem servços de reserva sulementar não recsam começar a resonder de forma medata. A taxa na qual a rodução da undade eradora ode ser ajustada é obvamente o fator mas mortante na determnação da sua habldade ara fornecer os servços de reserva, conforme constatado or Krschen e Strbac [9]. Desta forma, servços com caacdade de resosta ráda são classfcados como servços de maor qualdade. O mercado também ode contemlar a ossbldade de substtução entre tos de servços de reserva, de forma a ermtr ofertas comettvas de servços de maor qualdade, ou seja, servços que atendam a demanda mas radamente. Por exemlo, um aente erador que oferta um servço de maor qualdade e menor reço ode atender uma solctação de um servço de menor qualdade, ossbltando uma economa no custo total do rovmento dos servços anclares de reulação. Quem deve aar elo servço de reserva? Aluns autores como Krschen e Strbac [9] ensam que o ncentvo mas justo é cobrar o custo dos servços de reserva aos eradores na roorção de sua contrbução à necessdade de reserva do sstema. No entanto, é óbvo que os eradores reassam este custo aos seus consumdores na forma de reços mas altos ela enera elétrca. 3

18 No contexto descrto anterormente, este trabalho analsa a nteração entre mercados de enera (ool e blateral) e mercado ara o fornecmento de servços de reserva com duas abordaens, consderando também a oeração do sstema de eração e transmssão com suas característcas. Atualmente, com a quebra dos monoólos estatas do setor de enera elétrca ara a artcação de emresas rvadas, as entdades reulamentadoras e oeradoras dos sstemas têm rocurado desenvolver mecansmos que reduzam os custos de oeração mantendo, no entanto, a atratvdade do mercado ara nvestmentos do setor rvado. Tas evoluções camnham, consequentemente, ara um aumento da efcênca enerétca do modelo ela manutenção da qualdade da enera roduzda nos sstemas. Recentemente, assou a exstr uma rande demanda em crar mecansmos de formação de reços de enera elétrca que refltam as verdaderas exectatvas de aamentos, recetas e reços ara o mercado de eletrcdade. Ou seja, quando houver muta oferta de enera os valores tendem a car e vce-versa. Isso é de suma mortânca ara os cálculos de retorno de nvestmentos no setor de enera elétrca tanto na eração quanto no consumo. 1.2 OBJETIVO DE TESE Avalar em termos quanttatvos as abordaens de formação de reços com a lóca de custos marnas (PM) e o modelo Preço or Oferta (PPO) num mercado conjunto em termos dos seuntes asectos: volatldade e establdade dos reços; adequação de recetas, de aamentos e de reços e do custo lobal de oeração do sstema eletro-enerétco com a conclação das recetas e dos aamentos [4,5]; formação de ortfólos de rodutos em eletrcdade (enera e servços de reserva) ara aentes eradores e consumdores [5]; e ossbldade de substtução dos servços em função de maor qualdade e/ou menor reço com mecansmo de bloqueo a reversão de reços (Comrador Raconal) [1, 23, 32]. 4

19 1.3 MOTIVAÇÃO Como vsto anterormente, exstem crítcas ao modelo de formação de reços com a lóca de custos marnas vente ara enera elétrca e or este motvo é de nteresse estudar uma nova metodoloa de formação de reços que mnmza os efetos ndesejáves e confrontá-la com o modelo vente. A formulação do modelo amla a extensão de outros trabalhos aresentados or Alayawan, Zad, Paalexooulos, Alex D., Rothleder, Mark, Wu, Ton [1] e Arroyo, J.M, Galana [2] em termos de nclur os mercados de enera de lono, curto e curtíssmo razo e de fontes renováves com suas característcas e mlcações sstêmcas odendo ser comosto or város tos de servços como atualmente aresentado na lteratura. As característcas e exêncas desses mercados são revamente defndas elo reulador e são baseadas no reço e na qualdade de seu atendmento à cara. 1.4 ORIGINALIDADE E CONTRIBUIÇÕES A roosta deste trabalho consste em suerr uma nova metodoloa que analsa as característcas do modelo de formação de reços atual desenhado ara trabalhar com a clássca abordaem de formação de reços com a lóca de custos marnas e também a metodoloa Preço or Oferta em um mercado de estrutura combnada envolvendo a resença de contratos blateras físcos com fontes convenconas e renováves no mercado de lono razo, neocações no mercado de curto razo e no mercado de curtíssmo razo também chamado de servços de suorte de reserva (ou servços anclares de reserva). O modelo ermte estudar o macto de estratéas de mercados de eletrcdade na oeração do sstema elétrco e fornece índces econômcos como ortfólos de recetas, aamentos e reços dos dversos tos de servços ofertados. O modelo exlora a vantaem da coordenação centralzada de um mercado de enera e os otencas 5

20 benefícos de usar a estratéa PPO como maor establdade e revsbldade dos reços e adequação fnancera (.e. reconclação entre aamentos e recebmentos). Devdo a essas característcas, o modelo roosto ode ser consderado como uma boa alternatva em város sstemas reas nclusve o braslero. A ferramenta ermte comarar o comortamento das duas metodoloas de formação de reços num mercado nterado de enera e servços consderando város cenáros oeratvos. As característcas revamente menconadas do modelo ermtem aos aentes de mercado lanejar seus ortfólos tendo o conhecmento do comortamento dos reços dos servços de eletrcdade em város cenáros oeratvos. Além do mas, do onto de vsta do oerador ndeendente do sstema, é ossível estmar o macto de dferentes níves de neocação blateral dos contratos de lono razo convenconal e renovável e dos mercados de curto e curtíssmo razo consderando a dsonbldade de caacdades de eração e transmssão. 1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO Este trabalho é oranzado como seue: o Caítulo 2 REVISÃO BIBLIOGRAFICA aborda as normas e os trabalhos sobre o tema roosto, o Caítulo 3 MODELO INTEGRADO DE MERCADOS DE ENERGIA ELÉTRICA descreve o mecansmo de formação de reços com a formulação do modelo de mercado de curto razo e a metodoloa de mnmzação do custo lobal de oeração consderando as característcas do mercado de enera e servços; o Caítulo 4 SIMULAÇÕES E RESULTADOS NUMÉRICOS aresenta os estudos de casos IEEE 14 barras e um modelo crado a artr do modelo eletro-enerétco do Sstema Interlado Braslero; e, fnalmente, o Caítulo 5 CONCLUSÕES aresenta as rncas conclusões e os comentáros extraídos dos resultados deste trabalho bem como suestões e recomendações ara estudos futuros e as consderações fnas. 6

21 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Recentemente, o mercado de eletrcdade tem desenvolvdo ferramentas econômcas e oeraconas vsando à efcênca em termos de reços que reresentam os custos de rodução e transmssão de enera. Esse esforço tem sdo orentado ara obtenção de recetas e aamentos corresondentes que refltam o verdadero uso dos servços e forneçam snal econômco ara nvestmentos futuros na nfra-estrutura. Sob o onto de vsta rátco, exstem duas formas rncas de estruturas de mercado ara comercalzação de enera e servços anclares como demonstrado or Alayawan, Zad, Paalexooulos, Alex, Rothleder e Ton [1]. Uma é baseada em uma forte coordenação onde a rovsão dos servços é dexada ara o mercado secundáro deos que o lelão rncal de enera é defndo. Nesta estrutura, enera e servços são rovdos em mecansmos searados. Devdo à lvre artcação de aentes em cada mercado, oortundades ara arbtraem motvam os aentes a se mover de um mercado ara o outro. A ossível vantaem dessa estrutura de lelões é que a artcação voluntára dos comercalzadores nesse mercado ode rover efcênca, evtando o uso de ferramentas comlexas de otmzação. No seundo to de estrutura de mercado, rodutos de eletrcdade (enera e servços anclares) são rocurados smultaneamente or meo das centras de lelões. O roósto desse to de lelão é que a otmzação é necessára ara mnmzar o custo de eração, transmssão e de reserva de otênca ara cobrr a demanda e arantr a confabldade do sstema. A vantaem dessa nteração de mercado é que o reço resultante reflete melhor os custos de cada fonte ela relação nerente entre enera e servços anclares. Város sstemas oeram com essa estrutura como o de Nova Iorque, da Nova Inlaterra e o PJM. Outros város modelos são suerdos seundo essa tendênca, como demonstrado também or Alayawan, Zad, Paalexooulos, Alex, Rothleder e Ton [1] e Smões, Costa e Slva [23, 24]. 7

22 No entanto, sob o onto de vsta teórco, duas abordaens são seudas ara a formação de reços dos servços de eletrcdade: Uma é a clássca formação de reços com a lóca de custos marnas (PM), onde os reços nodas reresentam o custo do últmo MW a ser surdo; e a outra é a formação de reços Preço Por Oferta (PPO). Esta abordaem é seuda na contratação blateral, a qual consste em utlzar os snas de reços ofertados ara as contratações de lono razo de enera elétrca no mercado de curto razo. Tanto uma como outra são objetos de controvérsas. Por exemlo, Ren e Galana [15] demonstram que, em casos eras, quando a cara não é exatamente revsta, a receta dos eradores e o aamento das caras são ratcamente os mesmos com o PM e com o PPO, mas o rsco de aamentos e recetas não concdrem é maor no PM. Recentemente, a formação de reços PPO tem roorconado um nteresse crescente devdo a que aluns mercados como o da Escóca e Inlaterra são baseados em acordos blateras acertados seundo a abordaem PPO. Aentes concordam em artcar deste to de mercado motvados ala mnmzação da volatldade dos reços nodas e o reulador do sstema também é nteressado em obter uma maor adequação fnancera, como comentado or Galana, Kockar e Cuervo [4, 5]. A roosta aqu aresentada analsa as característcas do novo modelo de formação de reços consderando as abordaens PM e PPO dentro de uma estrutura de mercado nterado de enera, servços e contratos blateras (não contratos fnanceros). O modelo ermte estudar as mlcações na oeração e nos índces econômcos (como as recetas e os aamentos dos ortfólos e reços) em um mercado combnado nclundo enera (com um mercado de curto razo MCP e contratos blateras de lono razo de enera convenconal e renovável) e dsonbldade de otênca ara servços anclares de reserva. Conforme demonstrado or Ren e Galana [15], em termos de estratéas de ofertas dos aentes, o PPO e PM são equvalentes num mercado erfeto consderando uma revsão exata do custo marnal do sstema. Em mercados erfetos com revsão ncerta da demanda, os dos métodos de formação de reço são equvalentes somente no que se refere ao valor eserado dos índces do mercado. No entanto, se comaramos da ersectva de estatístcas de seunda ordem (desvo), todas as meddas de desemenho mostram menores valores sob PPO que sob o PM. Portanto, o rsco de desvo da méda sob o PM é maor que sob PPO. Num mercado de cometção merfeta e consderando uma erfeta revsão da 8

23 demanda, a esqusa mostrou que PPO fornece mas baxos aamentos or arte dos consumdores e menores lucros ara os eradores. Não é o foco aqu dscutr qual das abordaens deve ser seuda mas, sm, analsar a oeração combnada de mercado e a formação de reços dos servços e seus mactos nos ortfólos dos aentes usando a abordaem PPO e a marnal. A formulação do modelo é uma extensão do trabalho aresentado or Galana, Kockar e Cuervo [4, 5] em termos de ncororar os servços anclares de reserva. O modelo de formação de reços ncorora a vantaem revamente menconada da coordenação centralzada e o otencal benefíco de obter menos rsco no surmento das caras (menos rsco de desvo em meddas de desemenho do mercado), além da otencal melhor establdade de reços e da aranta de adequação fnancera (reconclação entre as recetas e os aamentos) or meo da estratéa de formação de reços com o PPO. O modelo suerdo consdera a comosção dos servços anclares de város tos de servços de reserva, como aresentado or Alayawan, Zad, Paalexooulos, Alex, Rothleder, Ton, Arroyo, Galana, Shahdehour Yamn e L [1, 2, 16]. A caracterzação desses servços é revamente defnda elo reulador e é baseada na qualdade (velocdade) de suas resostas. Nesse to de mercado de reserva é essencal consderar a ossbldade de substtução entre os servços de reserva baseado na oferta do aente, evtando a reversão de reços entre eles, como é consderado nos trabalhos ctados or Alayawan, Zad, Paalexooulos, Alex, Rothleder e Ton [1], Shahdehour,Yamn e L [16] e Oren e Soshans [36]. O modelo aresentado aqu consdera que o roblema de comssonamento de undades (ou o UC - Unt Commtment) fo soluconado revamente e seus resultados usados ara a alcação da metodoloa de reços baseada em um Fluxo de Potênca Ótmo em Corrente Alternada (FPO-CA) e em um rocesso de nteração ara uma hora esecífca. Não é o roósto aqu suerr um modelo ara resolver o roblema de roramação de desacho eral, nclundo múltlos ntervalos de temo. Outras aroxmações como suerdo or Snh, Paalexooulos, Bouffard, Galana e Conejo [14, 17, 18] suerem modelos ara a roramação dos servços anclares de reserva smultaneamente como a solução do roblema do UC em um mult-eríodo e em um contexto PM sem consderar a resença de contratos blateras e seus mactos na oeração da rede. 9

24 A versão PPO do modelo é mlementada com um rocesso de nteração baseado na técnca Auman-Shaley aresentada or Bakrtzs, Cuervo, Kockar e Galana [5], que consdera as característcas não-lneares exstentes na rede de transmssão como as erdas da transmssão e o comortamento da tensão usando o FPO-CA. Esses benefícos não são resentes em um cálculo smles PPO como o ro-rata. O rocesso de nteração ermte também calcular o uso e os reços dos város servços, nclundo as erdas de transmssão referentes aos contratos blateras, o desacho no MCP e a dsonbldade de servços de reserva. Com as característcas revamente menconadas do modelo, os aentes de mercado odem lanejar seus ortfólos elo conhecmento de como os reços dos servços de eletrcdade nteraem em todos os ossíves cenáros de oeração. Anda mas, do onto de vsta do oerados ndeendente do sstema, fca ossível estmar os mactos dos dferentes níves de contratação blateral e requstos de reserva na eração e caacdade de transmssão assm como no reço dos servços além da establdade dos reços e da adequação fnancera. Uma formulação matemátca detalhada do roblema é aresentada mostrando como os reços dos dversos tos de enera são obtdos or meo do rocesso de nteração. Ressalta-se que Krschen e Strbac [9] demonstraram o método do Comrador Raconal onde o custo de alocação das reservas elo oerador do sstema é mnmzado. A roosção deste método tem como objetvo substtur o método sequencal que vnha sendo adotado no mercado da Calfórna aós a cração do oerador ndeendente, já que dversos roblemas estavam ocorrendo e os custos com estes servços estavam extremamente elevados. Estes roblemas mulsonaram mudanças na forma de tratar os servços anclares no mercado da Calfórna. Com este método, a alocação das quantdades ara todos os mercados também é feta de forma smultânea e consdera a ossbldade da substtução entre as reservas. O alortmo é baseado numa busca exaustva com todas as combnações ossíves de reços de lqudação de cada mercado. Este número é fnto, consderando que o número de lances é fnto e que o reço de lqudação fnal será corresondente a um dos valores dos lances feto elos aentes, conforme comrovaram Scher, Smões, Costa [32]. 10

25 2.1 MODELO BRASILEIRO DE FORMAÇÃO DE PREÇOS PARA ENERGIA ELÉTRICA VIGENTE No assado, na rande maora dos aíses, a enera elétrca suru como resonsabldade exclusva do estado devdo à utlzação de randes áreas úblcas e da necessdade de nvestmentos vultosos. Com o aumento da demanda or enera elétrca e das dfculdades em manter os altos nvestmentos no setor, o estado assou essa resonsabldade ara emresas or meo do mecansmo de concessão dos servços de eletrcdade, como demonstrado nos lvros Makn Cometton Work n Electrcty, de 2002, [33] e Comettve Electrcty Markets, de 2008, [34]. No entanto, aenas a concessão ara essas emresas não fo sufcente ara cobrr a demanda or enera. Assm, o seundo estáo fo a quebra de determnados monoólos e a abertura ara a lvre concorrênca. Mas esse conceto teve que resetar os monoólos naturas do fo, ou seja, não há necessdade de se crar concorrênca entre as emresas de dstrbução e transmssão. Os terceros e quarto estáos são a abertura arcal e total, resectvamente, do mercado ara a lvre comercalzação de enera elétrca, ou seja, os aentes aam uma tarfa elo uso dos sstemas de transmssão e dstrbução mas odem neocar seus contratos de enera elétrca lvremente. Eventualmente, se um aente tver uma dferença entre a sua medção de enera elétrca (consumo ou eração) e o montante contratado, este tem que acertar as suas dferenças no mercado sot onde o reço vente é o reço calculado or ela metodoloa de custos marnas, sto é, qualquer comra ou venda de enera elétrca é ao reço do últmo MWh desachado no sstema elétrco em função da ordem de ofertas crescente dos eradores chamada ordem de mérto. O modelo braslero se stua atualmente no tercero estáo, ou seja, é ermtda a lvre comercalzação de enera aenas or atacado. Com sso a Fura 2.1 a seur lustra resumdamente bem as relações comercas no setor elétrco onde a comercalzação de enera elétrca ode ocorrer em dos ambentes dstntos: no ACR Ambente de Contratação Reulada ou no ACL Ambente de Contratação Lvre. Neste modelo, a concorrênca se stua entre os Geradores convenconas de enera elétrca (G), Geradores Renováves de enera elétrca (GR) Comercalzadores de enera elétrca (Com), e 11

26 Consumdores Lvres de enera elétrca (CL). No caso das Dstrbudoras de enera elétrca (D), or serem concessonáras e utlzarem um bem úblco, devem comrar enera or lctação na modaldade de Lelão de Enera, ou seja, estas declaram a sua necessdade de comra de enera elétrca e os vendedores deste roduto dão seus lances de venda. Vence o lelão o vendedor que submeter o menor lance ara venda de enera elétrca [27]. G1 G2 GR Gk Com D1 D2 Dn CL1 CL2 CLn Ambente de Contratação Reulada (ACR) Contratos Reulados neocados or lelão Contratos de Ajuste Ambente de Contratação Lvre (ACL) Contratos Blateras neocados lvremente Contratos Esecas Fura 2.1 Comercalzação de enera elétrca no setor elétrco braslero [27]. Outro lelão muto comum no setor elétrco é o Lelão de Transmssão, onde o vencedor é o artcante que submete o menor lance ara recueração do nvestmento em termos da sua receta fxa anual. Com sso, os Transmssores de enera elétrca (T) recebem a Receta Anual Permtda (RAP) que é aa or todos os usuáros do Sstema Interlado Naconal (SIN), sob coordenação do Oerador Naconal do Sstema Elétrco (ONS), e que vablza a nteração eletro-enerétca or meo das lnhas de transmssão. Aesar dessas relações contratuas de lono razo (LP) estarem erfetamente actuadas neste modelo, que exe 100 % de contratação de todas as caras, exste também a necessdade de ajustes de curto razo (CP). Essas dferenças se devem a característca ecular do roduto enera elétrca de não ser ossível o seu estoque juntamente com a entrea medata do roduto que causa a não revsbldade dessa rodução e consumo. Assm, erodcamente, são meddos e ajustados ela Câmara de Comercalzação de 12

27 Enera Elétrca (CCEE) a quantdade contratada em lono razo e a quantdade efetvamente erada ou consumda e, em seuda, somados os contratos de curto razo ou comras no mercado sot (sobras contratuas), ara fechamento do balanço dos contratos conforme lustra a Fura 2.2 [27]. Enera Contratada no CP Enera Contratada no LP Enera Verfcada Fura 2.2 Balanço de contratos na comercalzação de enera elétrca [27] Metodoloa de custos marnas vente Nesses moldes, o modelo utlzado ara a formação de reços no setor eletro-enerétco braslero é o de custos marnas, ou seja, o reço vente é o reço marnal, aquele fornecdo elo últmo lote do roduto a ser venddo no mercado. Para lustrar esse funconamento, odemos exemlfcar com um roduto enérco venddo em um mercado com mutos artcantes: de uma manera eral e consderando a qualdade desse roduto como controlada e satsfatóra, o roduto va sendo venddo em função do seu reço. A artr do momento que o rodutor de menor reço vende todo seu estoque, va sendo venddo o estoque do rodutor de seundo menor reço, até todos os consumdores do mercado estarem satsfetos e não recsarem mas do roduto. Nesse momento de establdade, quem eventualmente quser mas um tem desse roduto terá que comrá-lo 13

28 ao reço do rodutor com o menor reço anda dsonível. Esse reço é chamado de reço marnal. Com sso, o reço de qualquer mercadora nesse ambente de mercado resulta do equlíbro entre as curvas de oferta cuja dsosção a roduzr tcamente aumenta com o reço e de demanda cuja dsosção a consumr tende a dmnur com o reço. O setor elétrco não é exceção: na maora dos aíses onde este setor fo reformado, os eradores oferecem ao fnal de cada da curvas de rodução em função do reço (MWh; $/MWh) ara cada hora do da seunte. Os consumdores, or sua vez, aresentam suas roostas de consumo em função do reço ara o mesmo eríodo. As ofertas ndvduas de reços de venda de enera são areadas or ordem de mérto ara elaboração da curva de oferta. A curva de demanda é montada de forma análoa. Como lustrado na Fura 2.3, o encontro das curvas de oferta e demanda determna o montante de rodução de cada erador desachado (MWh) e, naturalmente, o montante da demanda a ser atendda. Neste contexto, os reços ofertados elos eradores são também utlzados ara a defnção do desacho das usnas eradoras, ou seja, o desacho é realzado or ordem de mérto dos reços or eles ofertados. Fura Curvas de Oferta e Demanda ara Desacho e Formação de Preço [21]. 14

29 O encontro das curvas de oferta e demanda também determna o reço da enera P* ($/MWh) naquela hora. Este reço é utlzado na contablzação e lqudação das comras e vendas de enera de curto razo: os eradores recebem e os consumdores aam - um montante ($) resultante do roduto de sua rodução ou consumo - (MWh) elo reço P*. À rmera vsta, o reço de rodução das usnas hdrelétrcas sera róxmo de zero, os as mesmas utlzam as vazões afluentes dos ros. Portanto, elas deveram ser as rmeras colocadas na ordem econômca de desacho. Isto é verdade no caso das chamadas usnas a fo d áua, que não têm reservatóros de acumulação, e ortanto são obradas a turbnar as vazões afluentes em cada nstante. As demas usnas hdrelétrcas têm a flexbldade de armazenar os volumes afluentes ara utlzação futura. Como o objetvo é maxmzar a renda (e dar seurança ao sstema), estas usnas rocurarão transferr a enera de eríodos onde o reço da enera é reduzdo tcamente as estações chuvosas, onde há abundânca de oferta hdrelétrca ara os eríodos mas secos, onde a escassez leva a reços mas elevados, como dscutdo em [21]. Em função do exosto, as usnas hdroelétrcas têm um custo de oortundade assocado à melhor utlzação de sua enera hoje ou no futuro. A stuação é semelhante no caso de usnas térmcas com contratos de surmento. Por exemlo, num contrato take-or-ay, o erador assume o comromsso de aar or um determnado volume de combustível, e tem o dreto de usar o mesmo quando for mas convenente. É exatamente como se o erador tvesse um reservatóro de enera térmca de custo zero, que será usada hoje ou armazenada ara uso futuro em função do custo de oortundade. Em sstemas hdrotérmcos reas, os estáos de decsão são semanas ou mensas, e o cálculo dos custos de oortundade se estende or város estáos, os semre é ossível contnuar armazenando ara erar no tercero eríodo, ou quarto etc. Deendendo da caacdade de armazenamento dos reservatóros, o horzonte de estudo ode varar de város meses a cnco anos, que é o caso do sstema braslero. O número de ramos da árvore de cenáros cresce exonencalmente com o número de estáos, o que torna o rocesso de cálculo dos custos de oortundade bastante comlexo. 15

30 Conclu-se da análse anteror que no método de custos marnas o rocesso de formação de reços ara usnas hdrelétrcas e térmcas com contrato de combustível requer uma análse robablístca dos cenáros futuros de reços. Além dsto, o crtéro de decsão dos aentes não é unforme, sendo aluns mas e outros menos avessos a rsco. Por sua vez, o método de custos marnas também utlza o conceto de custo de oortundade, realzando uma análse robablístca na árvore de cenáros. Embora o enfoque seja o de mnmzar o custo eserado de oeração, a decsão ótma também sera a de utlzar a áua no seundo estáo, os a eração hdrelétrca estara deslocando e, ortanto, economzando um recurso mas caro neste estáo do que no rmero. Com sso, no sstema braslero o custo de oortundade das hdrelétrcas e o Custo Marnal de Oeração (CMO) são calculados or um modelo comutaconal, atualmente o NEWAVE, que mnmza o custo oeratvo médo (soma dos custos varáves + custo de défct) ao lono dos róxmos cnco anos, utlzando mlctamente uma árvore de cenáros, como mostra a Fura 2.4. O rocedmento de cálculo utlzado elo NEWAVE é conhecdo como roramação dnâmca estocástca dual. Fura Cálculo do Custo de Oortundade e CMO no sstema braslero [21]. Um dos rncíos báscos da oeração do sstema braslero é asseurar a otmzação oeratva das usnas hdrelétrcas em cascata e a nteração nter-bacas. Há quase três 16

31 décadas, este objetvo vem sendo alcançado com um desacho elo método de custos marnas baseado em técncas de otmzação, e resectvo cálculo do CMO. Por esta razão, consderou-se no novo marco reulatóro que sera razoável contnuar com o mesmo rocedmento na transção ara um modelo de mercado. Como menconado, o modelo comutaconal de desacho e cálculo do CMO calcula os custos de oortundade ara uma árvore de cenáros ao lono dos róxmos 60 meses (cnco anos). Foram encontradas dfculdades com os seuntes arâmetros de entrada do modelo [21]: função de custo do défct; revsões de oferta (ara cada mês, característcas técncas, dsonbldade e outros arâmetros de cada equamento de eração hdro e térmelétrca ara um horzonte de cnco anos) e demanda (consumo mensal or reão e or atamar de consumo ara os róxmos cnco anos); e crtéro de otmzação (mnmzação do valor eserado do custo oeratvo atualzado) e modelo estocástco de vazões (ermte crar uma árvore de cenáros futuros de afluêncas, a artr das vazões observadas nos últmos meses). Como vsto na Fura 2.4, aluns dos ramos da árvore de cenáros futuros cheam a stuações de défct de surmento. O custo de oortundade nestes cenáros é dado or um arâmetro do modelo comutaconal, o custo de défct. Este arâmetro devera refletr a erda econômca ara a socedade resultante de uma redução forçada na oferta de enera. Como o custo de défct é muto elevado, os cenáros nos quas o mesmo ocorre têm um eso muto rande na formação do valor eserado do custo de oortundade das usnas hdrelétrcas, o qual, or sua vez, defne o CMO a cada eríodo. Frequentemente é estabelecdo rocesso de dscussão técnca e encomendados estudos com o objetvo de roor uma nova função de custo de défct. As roostas, anda baseadas numa função lnear, são consderadas mas nem semre refletem na rátca o valor do custo real. Pode ser concluído também da Fura 2.4 que a evolução do armazenamento ao lono dos dversos ramos da árvore de cenáros deende de arâmetros adconas do modelo 17