João Tomé Saraiva FEUP, Setembro de 2002

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1 Organização de mercados produtores (Wholesale Markets) João Tomé Saraiva FEUP, Setembro de 2002 Organização de mercados de electricidade Tópicos Introdução Modelos de mercados de electricidade O modelo em pool Aspectos gerais Estruturas Selecção de apostas O modelo de contratos bilaterais Contratos físicos Contratos de tipo financeiro Diferenças, futuros e opções

2 Introdução No passado, o negócio de produção de electricidade estava incorporado em companhias verticalmente integradas; Estas companhias eram pagas de acordo com o custo de serviço e os preços incluíam componentes relacionadas com a produção, transmissão e distribuição; Numa primeira fase da restruturação, diversos países admitiram IPP - Independent Power Producers; Introdução Os IPP eram pagos tipicamente a custos evitados; Esta estratégia existia por exemplo em: nos USA de acordo com o PURPA. Em 1996 cerca de 60% das novas centrais eram independentes das empresas tradicionais; em Portugal: Decreto Lei 189/88 de 27 de Maio; alterado pela Portaria 57/2002 de 15 de Janeiro; o esquema de remuneração de 1988 revelou-se muito atractivo - cerca de 16% da energia provém de mini-hídricas, cogeração e parques eólicos;

3 Introdução No entanto, no âmbito da implementação de mecanismos de mercado, não há razão para considerar a produção como um monopólio natural; Há hoje muitas experiências de de mercados competitivos de produção de energia eléctrica; Há diversas formas de organizar esses mercados; Introdução Tipos de organização: Mercados por grosso centralizados - entidades de tipo PX - Inglaterra&Gales, Noruega/Suécia, Argentina, Chile, Directiva Europeia 96/92/CE com Single Buyer; Contratos Bilaterais: podem coexistir com o PX - Califórnia, Noruega/Suécia, NYPP, PJM, Espanha, ; no ERCOT (Texas) correspondem à forma básica de relação entre agentes; Directiva Europeia com Third Party Access;

4 Introdução Entrada no sistema: planeamento centralizado em companhias verticalmente integradas; produtores independentes - Power Purchase Agreements, PPA - como em Portugal com duas centrais de ciclo combinado - acordos a longo prazo; através de apostas e concursos de acordo com uma das possibilidades previstas na Directiva Europeia 96/92/CE; Entrada livre a novos investimentos - Espanha, Argentina, Chile, Austrália,... O Modelo em Pool Caracterização geral: há uma entidade que recebe ordens de venda comunicadas por produtores; essa entidade também recebe ordens de compra emitidas por distribuidores, comercializadores ou consumidores elegíveis; estas ofertas podem ser mais ou menos complexas, mas incluem tipicamente o preço e a quantidade disponível; há um mecanismo de tipo bolsa para casar as ofertas de compra e venda;

5 O modelo em Pool Produtores Comercializadores Consumidores Elegíveis Propostas:. preço;. potência;. nós; Operador de Mercado Pool Congestionamento Potência e nós. Operador de Sistema ISO Restrições de rede Despacho dos geradores Despacho dos serviços auxiliares Informação para redes de transmissão O Modelo em Pool Dependendo de cada país, o OM, OS e as companhias de transmissão podem corresponder a entidades diferentes ou estar integradas na mesma companhia: na Argentina: CAMMESA é o OM; TRANSENER é a companhia de transporte; na Espanha: COMEL é o OM; REE é a companhia de transporte;

6 O Modelo em Pool Na Inglaterra&Gales: NGC é o OM, OS e é a proprietária da rede de transmissão; na Califórnia há: CalIso - California ISO - OS; PX - Power Exchange; PG&E, SCE and SDG&E detêm redes de transmissão; na Noruega e Suécia: Nord Pool é o OM; Statnet e Svenska Krafnat detêm redes de transmissão; O Pool: O modelo em Pool Super-entidade que estabelece relações com produtores, distribuidores, comercializadores e consumidores elegíveis e com o Operador de Sistema; Está encarregado de: Realizar um despacho centralizado de acordo com propostas recebidas. Pode ser: simétrico ou assimétrico; voluntário ou obrigatório; Realizar o relacionamento comercial entre participantes; Em alguns casos, algumas funções estão atribuídas ao ISO e/ou a operadores de redes, TSO;

7 O Modelo em Pool Operador De Mercado Como funciona? Tipicamente day-ahead markets; Hourly markets; 30 minutes market Inglaterra e Gales; Propostas: geradores - o preço e a quantidade de energia; distribuidores e consumidores elegíveis - o preço que estão preparados para pagar e a quantidade pretendida; O Pool ordena as propostas e realiza um despacho económico centralizado baseado em preços e não em custos; Os geradores são pagos e as cargas pagam o preço de mercado Market Clearing Price; O Pool simétrico A produção e a carga apresentam propostas a carga influencia o mercado; Para cada hora t teríamos: Preço das ofertas de compra Preço de Mercado Market Clearing Price Preço das ofertas de venda Quantidade negociada Market Clearing Quantity quantidade

8 O Pool assimétrico Até Outubro de 2000, em Inglaterra e Gales eram apresentadas propostas de venda e comunicadas previsões de carga. Preço ($/MWh) Previsões inelásticas de carga 02h00 08h30 20h00 02h30 09h00 20h30 CP3 Propostas de venda CP2 CP1 Q 1 Q 2 Q 3 Quantidade (MW) CP Clearing Price Algumas Experiências - Inglaterra e Gales Em Outubro de 1997, foi decidido rever os mecanismos do Pool -> NETA- New Electricity Trading Arrangements; Em Julho de 1999, foi decidida a criação de: Um mercado forward e um mercado de futuros; Um mercado de curto prazo, day ahead; Um mercado voluntário de balancing; Aceitação de propostas de incremento /decremento de produção e carga para assegurar o seu equilíbrio; Publicação do Balancing and Settlement Code; Regras dos mercados e do processo de settlement ; NETAcomeçou a ser implementado em Outubro de 2000;

9 O Modelo em Pool Stranded Beneficts Problemas dos leilões: Propostas simples versus complexas: As propostas de venda devem basear-se em custos variáveis (fuel, exploração e manutenção, ); Não devem incluir custos fixos; Usualmente há informação técnica relativa a: rampas, tempos de resposta, blocos, custos de arranque e de funcionamento em vazio; Nestes casos - algoritmo de optimização mais complexo para integrar acoplamentos em períodos de transacção; Centrais hídricas acoplamentos temporais; Gestão centralizada da água; Propostas por bacia, por blocos temporais; O Modelo em Pool Mão invisível do mercado O processo de leilão auction decorre de uma forma mais eficiente se o número de participantes for elevado e se tiverem dimensão comparável; Mais competição e volatilidade mais reduzida do preço de mercado; Preço marginal preço da última unidade que foi despachada; Market clearing Price Preço de mercado Preço das ofertas de venda Preço das ofertas de compra Market clearing quantity Quantidade negociada quantidade

10 O Modelo em Pool Leilão de preço marginal uniforme. Em processos típicos de leilão, o Preço de Mercado corresponde ao Short Term Marginal Price - STMP do sistema; CustosdeOperação STMP= Carga É o custo marginal da última unidade despachada (mais cara) e que ainda não está no limite; Cálculo complexo se existir: Acoplamento entre períodos de negociação; Componente hídrica elevada mercado spot para a água; Rede de transmissão fraca muitos congestionamentos; O Modelo em Pool Porquê utilizar preços marginais? Se os geradores fossem pagos ao preço incluído nas suas apostas, eles tentariam antecipar o preço de mercado e iriam apostar um preço um pouco inferior para serem despachados; por outro lado, teriam de incluir os custos fixos de modo a recuperarem esses custos;

11 O Modelo em Pool Porquê utilizar preços marginais? Se todos os geradores receberem o SRMC eles têm um incentivo para apostar a custos marginais: isso irá aumentar a possibilidade de serem despachados; isto ainda permitirá que eles sejam remunerados pelos seus custos totais, dado que o SRMC do sistema é superior à aposta de cada gerador; a única excepção é o último gerador a ser despacha - este recuperaria o seu custo marginal; O Modelo em Pool Porquê utilizar preços marginais? Quando participam no mercado, os geradores tentam maximizar o seu lucro; Esta maximização é garantida se forem utilizados custos marginais; Seja CP o preço de mercado, e TC i o custo total do gerador i. Então: max( CP.E TCi (E)) (CP.E TCi (E)) = 0 E TC CP = i = MCi (E) E E é a energia produzida

12 O Modelo em Pool E quanto aos Custos Total e Variável? CP ATC i AVC i MC i MC i é o custo marginal do gerador i; ATC i é o custo total médio do gerador i; AVC i é o custo variável médio do ger. i; Será que é sempre possível recuperar os custos Total ou Variável? E O Modelo em Pool E quanto aos Custos Total e Variável? Se MC>AVC i então o gerador recupera todos os seus custos variáveis e, pelo menos, parte dos custos fixos; Se MC<AVC i então o gerador não recupera os seus custos e tem prejuízo se operar. Isto poderá levar à bancarrota da empresa e originar, no final, uma subida dos preços; Se MC>ATC i o sistema dá uma boa remuneração aos produtores. Isto constitui um incentivo para novos investimentos que originarão a descida dos preços.

13 O Modelo em Pool Como são remunerados os custos fixos? Se a capacidade instalada não for muito elevada, o último gerador pode apostar o custo de PNS; Isto possibilita a recuperação dos custos fixos; Em alguns países, a margem entre capacidade instalada e carga é elevada tornando muito volátil a remuneração do gerador marginal; O Modelo em Pool Como são remunerados os custos fixos? Para diminuir essa volatilidade, o processo de despacho na Inglaterra&Gales inclui um pagamento por capacidade declarada disponível: para cada meia hora é calculado o valor do LOLP do sistema; este valor juntamente com o VOLL - Value of Load Losses - permite calcular o valor da energia não fornecida;

14 O Modelo em Pool Como são remunerados os custos fixos? Então, o Pool Purchase Price é dado por: PPP = SMP + LOLP.(VOLL SMP) PPP Pool Purchase Price; SMP System Marginal Price; Se a capacidade declarada for elevada quando comparada com a carga, o LOLP é pequeno dando origem a um pequeno pagamento por capacidade; Se a capacidade declarada for pequena quando comparada com a carga, o LOLP é elevado dando origem a uma remuneração elevada por capacidade; O Modelo em Pool Integração de propostas de hídricas as centrais hídricas podem apostar como se fossem centrais térmicas; portanto, as hídricas tentam substituir a última central térmica que foi despachada; isto significa que as hídricas podem ter remunerações muito elevadas com custos muito reduzidos (especialmente se o período de amortização tiver já terminado); isto é ainda mais crítico considerando que as concessões foram atribuídas durante períodos regulados; isto origina um benefício ocioso (stranded benefit);

15 O Modelo em Pool Integração de propostas de hídricas outra dificuldade resulta do facto de centrais hídricas existentes no mesmo rio terem proprietários diferentes; a operação de uma delas afecta os rendimentos das outras - cascatas; assim, há necessidade de criar um mercado para a utilização de água - desacoplado do mercado da electricidade; isto pode ser conseguido com contratos ou com um mercado spot da água para remunerar os reservatórios; Contratos Bilaterais As companhias produtoras, distribuidores, consumidores elegíveis e comercializadores são livres para negociar: duração, quantidade, preço, qualidade, os participantes podem ser chamados a fornecer potência para compensar perdas ou outros serviços auxiliares em quantidades correspondentes às potências contratadas; quer os vendedores quer os compradores terão de procurar os melhores contratos; os consumidores têm o direito de escolha;

16 Contratos Bilaterais As funções técnicas e comerciais são separadas; Relacionamento comercial directo entre os dois lados; Há necessidade de algum grau de coordenação técnica; Para lidar com congestionamentos e questões de segurança - ISO; ISO deverá ter o poder de alterar despachos e valores contratados se houver violação de restrições transparência; Priorização de transacções menos transparente; Mercados de ajustes incrementos e decrementos; Os contratos podem ser físicos ou financeiros (ex. CfD s); Em muitos países eles coexistem com o Pool; Estruturas mistas - Pool & Contratos Contratos Bilaterais Físicos Produtores Comercializadores Consumidores Elegíveis Propostas:. preço;. potência;. nós; Operador de Mercado Pool Congestionamento Congestionamento Potência e nós. Operador de Sistema ISO Restrições de rede Potência e nós. Despacho dos geradores Despacho dos serviços auxiliares Informação para redes de transmissão

17 Contratos Bilaterais Exemplo - Califórnia: existe um PX - mercado spot em pool; há diversos Scheduling Coordinators que são responsáveis por preparar conjuntos equilibrados de transacções nas áreas regionais respectivas; os despachos preparados pelo PX e pelos SC são comunicados ao ISO para validação técnica; se há restrições violadas, o ISO utiliza as apostas de incremento/decremento de modo a eliminar as violações; Contratos Bilaterais Exemplo - Califórnia: Os SC que forem autorizados pelo ISO a utilizar ramos congestionados pagam uma Usage Charge de acordo com o valor marginal de um incremento dos kw de capacidade desse ramo; a mesma Usage Charge é utilizada para compensar os SC que aliviam o sistema de transmissão com counter flows; as mesmas apostas para incrementar/ decrementar as injecções são utilizar para acomodar geradores must run (centrais nucleares e fios de água);

18 Contratos Bilaterais Exemplo - Califórnia: neste caso, os mercados spot de electricidade coexistem com um sistema baseado em contratos bilaterais; isto é um incentivo a uma operação mais eficiente do mercado spot; a operação deste sistema pode ser muito complexa se os sistema de transmissão estiver muito congestionado; neste caso, a posse de Direitos de Transmissão revela-se crucial; isto pode ser interpretado como um retorno a estruturas verticalmente integradas; Contratos de tipo financeiro Em geral, os contratos são usados para lidar com a volatilidade dos STMP; Eles podem não afectar o despacho; Instrumentos financeiros para: tornar o fluxo financeiro mais previsível; facilitar a justificação de investimentos; Em alguns países, apesar da existência do mercado spot, os contratos financeiros são a forma predominante de realizar as transacções; Contratos às Diferenças, CfD s; Futuros e Opções.

19 Contratos de tipo financeiro CfD s Contratos às Diferenças CfD s Um produtor e um comercializador ou consumidor elegível estabelecem um contrato indicando um Preço Alvo,Price Target, PT; Se no mercado spot: STMP < PT o comercializador ou consumidor elegível pagam a diferença (PT-STMP).Energia ao produtor; STMP > PT o produtor paga a diferença (STMP- PT).Energia ao comercializador ou consumidor elegível; Este mecanismo torna o fluxo financeiro (pago e recebido) mais estável e previsível; Contratos de tipo financeiro CfD s Contratos às Diferenças CfD s Preço $/MWh Geradores pagam as cargas Preço de Mercado Market Price Cargas pagam aos geradores Preço Alvo Target Price t

20 Contratos de tipo financeiro futuros e opções São mecanismos financeiros importantes porque a electricidade não é uma verdadeira commodity: Não pode ser armazenada de forma massiva; Têm de se verificar as Leis de Kirchoff; Normalmente existem mercados centralizados e um conjunto de produtos estandardizados; Num Contrato de Futuros, uma entidade reserva para si a utilização de uma quantidade de um recurso a um dado preço ao fim de um certo tempo; Mais arriscado se o preço spot evoluir para valores muito inferiores; Numa Opção uma entidade reserva para si a utilização ou não de uma quantidade de um recurso a um dado preço; Estes contratos podem ser transaccionados em mercados específicos Ex. Mercado de Futuros da BVLP; Contratos de Futuros/Opções Exemplo histórico: Aristóteles de Siracusa tinha um elevado número de olivais; num dado ano, ele previu que iria haver uma sobre-produção; ele reservou a utilização dos lagares durante um certo número de dias; quando foi realizada a colheita: ele utilizou o lagar em alguns desses dias; vendeu a opção da sua utilização nos restantes dias;

21 Contratos de tipo financeiro Exemplos: na Noruega/Suécia, só 16% da energia é transaccionada no NordPool PX do sistema; No entanto, os preços do PX constituem indicadores muito fortes para as entidades contratantes; Até Outubro de 2000, em Inglaterra e Gales cerca de 90% da energia consumida e transaccionada no Pool estava coberta por Contratos às Diferenças; Isto significa que só 10% da energia acabava por transaccionada ao preço STMP. Contratos de Futuros/Opções Exemplos: Um bom exemplo ocorre no NordPool, Noruega&Suécia, em que existem os seguintes produtos standard: contratos semanais para carga base horas; contratos semanais para carga diária - 75 horas por semana, das 7.00 am até ás pm, de segunda a sexta; contratos semanais para carga nocturna - 93 horas por semana;

22 Conclusões, 1 Existe uma grande variedade de estruturas organizativas dos mercados; Essas estruturas têm cristalizado em três variantes: Pool: obrigatório ou não; simétrico ou não; contratos bilaterais; organização mista - mais comum; Conclusões, 2 Dependendo das formas organizativas podem existir mercados secundários para diversos serviços auxiliares; Os contratos de tipo financeiro, não afectando directamente o despacho, aumentam a flexibilidade de operação do sistema: Contracts for Differences; Contratos de Congestionamento; Contratos de Futuros; A restruturação fez aparecer novos agentes e criou trajectos diferentes para o dinheiro, para a energia e para a informação.