ALEXANDRE NUNES ZUCARATO MECANISMOS DE CAPACIDADE EM SISTEMAS DE ENERGIA ELÉTRICA COM PREDOMINÂNCIA DE GERAÇÃO HIDRELÉTRICA

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1 ALEXANDRE NUNES ZUCARATO MECANISMOS DE CAPACIDADE EM SISTEMAS DE ENERGIA ELÉTRICA COM PREDOMINÂNCIA DE GERAÇÃO HIDRELÉTRICA FLORIANÓPOLIS SC 009

2 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA MECANISMOS DE CAPACIDADE EM SISTEMAS DE ENERGIA ELÉTRICA COM PREDOMINÂNCIA DE GERAÇÃO HIDRELÉTRICA Tese submeida à Universidade Federal de Sana Caarina como pare dos requisios para a obenção do grau de Douor em Engenharia Elérica. ALEXANDRE NUNES ZUCARATO Florianópolis, Maio de 009

3 MECANISMOS DE CAPACIDADE EM SISTEMAS DE ENERGIA ELÉTRICA COM PREDOMINÂNCIA DE GERAÇÃO HIDRELÉTRICA ALEXANDRE NUNES ZUCARATO Esa Tese foi julgada adequada para obenção do Tíulo de Douor em Engenharia Elérica, Área de Concenração em Sisemas de Energia Elérica, e aprovada em sua forma final pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elérica da Universidade Federal de Sana Caarina. Prof. Edson Luiz da Silva, Dr.Eng. Orienador Prof. Robero de Souza Salgado, Ph.D. Coordenador do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elérica Banca Examinadora: Prof. Edson Luiz da Silva, Dr.Eng. Presidene Prof. Hans Helmu Zürn, Ph.D. Prof. Marciano Morozowski Filho, D.Sc. Prof. Paulo de Barros Correia, Dr. Prof. Raimundo Celese Ghizoni Teive, Dr.Eng. ii

4 O óbvio só é óbvio para os olhos preparados Auor Desconhecido iii

5 À minha esposa Deucélia, à minha filha Alice e ao bebê que esá a caminho. iv

6 AGRADECIMENTOS Após reze anos encerro meu ciclo como aluno da Universidade Federal de Sana Caarina, anos eses fundamenais para minha formação acadêmica, profissional e pessoal. Agradeço as oporunidades oferecidas, denre elas aprender a culivar o apreço pela pluralidade, quinessência do espírio universiário. Ao Prof. Edson Luiz da Silva, amigo e orienador, meus agradecimenos pela dedicação e pelos incenivos necessários para a conclusão ese douorado. A jornada foi longa mas valeu a pena, aprendi e amadureci muio com a convivência. Aos professores inegranes da Banca Examinadora, meus agradecimenos pelas fruíferas discussões e conribuições que enriqueceram ese rabalho. Em especial, agradeço ao Prof. Marciano Morozowski Filho, que aenciosamene assumiu a relaoria do processo de defesa pública. Aos amigos e colegas do LabPlan, agradeço pelo excelene ambiene de rabalho, uma mescla única de excelência écnica e desconração, condições necessárias para o desenvolvimeno prazeroso da aividade de pesquisa na froneira do conhecimeno. Aos amigos e colegas da Tracebel Energia, agradeço pela rica experiência profissional que permiiu compreender a eoria na práica: é eoria aplicada. seguro. Aos meus pais e irmãos, que a disância só fez foralecer os laços, agradeço pelo poro E agradeço, especialmene, a minha esposa Deucélia, por compreender a ausência durane esa jornada. Eu e amo. v

7 Resumo da Tese apresenada à UFSC como pare dos requisios necessários para a obenção do grau de Douor em Engenharia Elérica MECANISMOS DE CAPACIDADE EM SISTEMAS DE ENERGIA ELÉTRICA COM PREDOMINÂNCIA DE GERAÇÃO HIDRELÉTRICA ALEXANDRE NUNES ZUCARATO Maio / 009 Orienador: Prof. Edson Luiz da Silva, Dr.Eng. Área de Concenração: Sisemas de Energia Elérica. Palavras-chave: Economia aplicada a Sisemas de Energia Elérica, Adequação do Suprimeno, Mecanismos de Capacidade, Teoria dos Jogos. Número de Páginas: 115. Viabilizar a expansão da geração, ao mínimo cuso e denro de criérios rígidos de confiabilidade, é o maior desafio de planejadores e reguladores de sisemas de energia elérica desvericalizados. Em um mercado com múliplos agenes, coordenar os sinais econômicos e propiciar um ambiene regulaório e de mercado que sejam esáveis e previsíveis é fundamenal para arair invesimenos em nível e cuso adequados para a expansão do seor. Quando o preço de curo prazo é uilizado como único induor dos invesimenos modelo denominado de mercado de energia elérica puro é esperado que ese preço seja insuficiene para sinalizar adequadamene a necessidade de geração adicional, fao agravado em sisemas de energia elérica com predominância de geração hidrelérica. Para corrigir esas deficiências, fazse necessário complemenar a sinalização econômica por meio do que se convencionou denominar mecanismos de capacidade. Os diversos mecanismos de capacidade proposos na lieraura, quando correamene calibrados, produzem o mesmo resulado esáico de um mercado de energia elérica puro, porém com disinas propriedades dinâmicas. Nese rabalho, propõe-se uma discussão acerca de arquieuras de mercado para sisemas de energia elérica com predominância de geração hidrelérica, visando a susenabilidade da expansão. Paricular aenção é dispensada ao esado da are em mecanismos de capacidade, para o qual se propõe um modelo de simulação dinâmica que considera o comporameno esraégico de geradores enranes e a compeição enre eles, num ambiene de incerezas no crescimeno da demanda e na afluência, possibiliando a avaliação do desempenho dinâmico. vi

8 Absrac of Thesis presened o UFSC as a parial fulfillmen of he requiremens for he degree of Docor in Elecrical Engineering CAPACITY MECHANISMS APPLIED TO HYDRO-BASED POWER SYSTEMS ALEXANDRE NUNES ZUCARATO May / 009 Advisor: Prof. Edson Luiz da Silva, Dr. Area of Concenraion: Elecric Power Sysems. Keywords: Power sysem economics, supply adequacy, capaciy mechanisms, game heory. Number of Pages: 115. To guaranee he expansion, a leas cos and respecing igh reliabiliy crieria, is he major challenge of designers and regulaors of unbundled elecric power sysems. Wihin a muliplayer elecriciy marke, i is necessary o coordinae he economic signals and gran a sable and predicable regulaory and economic framework in order o arac invesmens. When he spo price is he only driver for invesmen decisions approach named energy-only marke i is common agreed ha he susainabiliy of supply expansion is no fully addressed, especially in hydro-based sysems. To overcome he deficiencies, one can use he addiion of complemenary economic signals o he spo price, by means of a capaciy mechanism. Several proposed capaciy mechanisms, when correcly calibraed, produce he same saic resul of a heoreical energy-only marke, however, he dynamic properies are disinc. This hesis discourses marke archiecures for hydro-based power sysems, aiming he susainabiliy of he supply expansion. Special aenion is paid o he sae-of-ar of capaciy mechanisms, for which i is proposed a dynamic simulaion model ha akes ino accoun: (i) he sraegic behavior of an invesor facing uncerainies regarding demand growh and fuure inflow and (ii) he compeiion among several invesors. vii

9 LISTA DE FIGURAS Figura 1.1 Capacidade insalada adicional ao SIN viabilizada pelos leilões de energia nova... Figura.1 Disribuição de probabilidade da energia afluene...9 Figura. Disribuição de probabilidade do preço spo...9 Figura.3 Curvas de ofera, demanda e duração de carga...1 Figura.4 Curva de duração de preço...1 Figura 3.1 Curva de demanda de energia e reserva operaiva... Figura 3. Curva de duração de preço...3 Figura 3.3 Curva de demanda por capacidade...7 Figura 3.4 Curva de demanda por capacidade exemplo...8 Figura 3.5 Curva de duração de preço...8 Figura 4.1 Funções-amosra de um processo esocásico...36 Figura 4. Evolução diária do Ibovespa...45 Figura 4.3 Projeção do Ibovespa...46 Figura 4.4 Evolução diária do preço spo no NordPool...49 Figura 4.5 Projeção do preço spo no NordPool...50 Figura 5.1 Cadeia de Markov para axa de crescimeno da demanda...55 Figura 5. Cadeia de Markov proposa para a simulação...55 Figura 5.3 Curva de demanda por capacidade...59 Figura 5.4 Possíveis realizações da demanda...6 Figura 5.5 Curva de demanda por capacidade exemplo...65 Figura 5.6 Função-objeivo do agene enrane exemplo...65 Figura 5.7 Algorimo uilizado para simulação...70 Figura 6.1 Disribuições de probabilidade do preço de curo prazo...74 Figura 6. Curva de duração do preço de curo prazo...75 Figura 6.3 Caso 1: Mercado de energia elérica puro...76 Figura 6.4 Caso 1: Mercado fuuro de capacidade...77 Figura 6.5 Caso 1. Amosras do preço de curo prazo...78 Figura 6.6 Caso 3a. Amosras do preço de capacidade...8 Figura 6.7 Caso 3b. Amosras do preço de capacidade...8 viii

10 Figura 6.8 Valor esperado da receia inframarginal, por ecnologia, para o mercado de energia elérica puro...85 Figura 6.9 Valor esperado da receia infrarmaginal, por ecnologia, para o mercado fuuro de capacidade...86 Figura 6.10 Mariz energéica da expansão da simulação desconsiderando a aversão ao risco. (A) Mercado de energia elérica puro. (B) Mercado fuuro de capacidade...87 Figura 6.11 Mariz energéica da expansão da simulação considerando a aversão ao risco. (A) Mercado de energia elérica puro. (B) Mercado fuuro de capacidade...88 Figura A.1 Curvas de ofera, demanda e duração de carga...98 Figura A. Curvas de duração de carga com noação...99 Figura A.3 Geração esperada por ipo de fone ix

11 LISTA DE TABELAS Tabela.1 Esruura de cuso das ecnologias disponíveis...11 Tabela 3.1 Esruura de cuso das ecnologias disponíveis... Tabela 6.1 Parâmeros de enrada...73 Tabela 6. Número de compeidores idênicos...76 Tabela 6.3 Esaísicas do Caso Tabela 6.4 Esaísicas do Caso...79 Tabela 6.5 Esaísicas do Caso Tabela 6.6 Esaísicas das sensibilidades. Casos 3a e 3b...81 Tabela 6.7 Resulado da calibração original...81 Tabela 6.8 Dados dos agenes...83 Tabela 6.9 Esaísicas do caso assimérico desprezando a percepção ao risco...87 Tabela 6.10 Esaísicas do caso assimérico considerando a percepção ao risco...88 Tabela A.1 Esruura de cuso das ecnologias disponíveis...98 x

12 LISTA DE SÍMBOLOS CF CV cuso fixo cuso variável D pp duração do pico de preço R IM renda inframarginal P RO preço da reserva operaiva P cap preço pela capacidade P spo preço do mercado de curo prazo CapIns * capacidade insalada alvo Q ξ ε α σ M ( k ) η m r A D A quanidade, de energia ou capacidade incereza associada a um processo esocásico processo esocásico normal com média zero e variância uniária parâmero endência de um processo esocásico parâmero volailidade de um processo esocásico função geradora de momenos de ordem k velocidade de reversão à média de um processo esocásico média de longo prazo de um processo esocásico reserva do ano A demanda no ano A D R, A demanda realizada no ano A D P, A demanda previsa para o ano A δ A axa de crescimeno da demanda no ano A p i, j probabilidade de ransição enre os esados i e j de uma Cadeia de Markov xi

13 Π C i mariz de ransição de esados de uma Cadeia de Markov função de cuso do gerador i Eass q i quanidade de energia assegurada do gerador i ger q i quanidade de geração de energia elérica do gerador i Q quanidade de energia assegurada oal exisene no ano A-1 Eass E, A 1 F H faor de paricipação da geração hidrelérica π receia associada ao mercado de capacidade para o gerador i no ano A cap i, A π receia associada ao mercado de energia para o gerador i no ano A energia i, A Φ i ρ i valor esperado do valor presene líquido do lucro do gerador i parâmero de aversão ao risco do gerador i risco i medida da dispersão do lucro do gerador i xii

14 SUMÁRIO CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO...1 CAPÍTULO - FORMAÇÃO DE PREÇO EM SISTEMAS HIDROTÉRMICOS INTRODUÇÃO MODELOS DE DESPACHO E FORMAÇÃO DE PREÇO RECUPERAÇÃO DOS CUSTOS FIXOS DEFICIÊNCIAS DE MERCADOS DE ENERGIA ELÉTRICA PUROS OBJETIVOS ANTAGÔNICOS: CONFIABILIDADE X VOLATILIDADE CICLOS DE INVESTIMENTOS CONFIABILIDADE É UM BEM PÚBLICO CONCLUSÕES CAPÍTULO 3 - MECANISMOS DE CAPACIDADE EM SISTEMAS DE ENERGIA ELÉTRICA INTRODUÇÃO ADEQUAÇÃO DO SUPRIMENTO EM SISTEMAS TERMELÉTRICOS E HIDRELÉTRICOS ALTERNATIVAS PARA SOLUÇÃO DO PROBLEMA DA ADEQUAÇÃO DO SUPRIMENTO DEMANDA POR RESERVA OPERATIVA MECANISMOS DE CAPACIDADE BASEADOS EM QUANTIDADE MECANISMOS DE CAPACIDADE BASEADOS EM PREÇO MECANISMOS DE CAPACIDADE HÍBRIDOS O ESTADO DA ARTE EM MECANISMOS DE CAPACIDADE MECANISMOS DE CAPACIDADE E O SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO CONCLUSÕES...33 xiii

15 CAPÍTULO 4 - MODELAGEM DE MERCADOS DE ENERGIA ELÉTRICA DE CURTO PRAZO INTRODUÇÃO PROCESSOS ESTOCÁSTICOS PROCESSO DE MARKOV PROCESSO DE WIENER MOVIMENTO BROWNIANO PROCESSO DE ITO LEMA DE ITO ISOMETRIA DE ITO MODELO LOGNORMAL ESTIMAÇÃO DOS PARÂMETROS E APLICAÇÃO MODELO COM REVERSÃO À MÉDIA ESTIMAÇÃO DOS PARÂMETROS E APLICAÇÃO MODELO COM REVERSÃO À MÉDIA COM DOIS FATORES CONCLUSÕES CAPÍTULO 5 - MODELAGEM DE UM MERCADO DE CAPACIDADE EM SISTEMAS HIDROTÉRMICOS INTRODUÇÃO MODELAGEM DO MERCADO DEMANDA OFERTA MERCADO DE ENERGIA MERCADO DE CAPACIDADE COMPORTAMENTO DO AGENTE ENTRANTE RECEITA DO MERCADO DE CAPACIDADE RECEITA DO MERCADO DE ENERGIA REPRESENTAÇÃO DA AVERSÃO AO RISCO EXEMPLO EQUILÍBRIO DE NASH ALGORITMO PARA A SIMULAÇÃO CONCLUSÕES...70 xiv

16 CAPÍTULO 6 - ESTUDO DE CASO INTRODUÇÃO OLIGOPÓLIO SIMÉTRICO CALIBRAÇÃO DO MODELO AFERIÇÃO DO MODELO INCORPORAÇÃO DA INCERTEZA NO CRESCIMENTO DA DEMANDA INCORPORAÇÃO DA AVERSÃO AO RISCO OLIGOPÓLIO ASSIMÉTRICO CALIBRAÇÃO DO MODELO RESULTADOS DA SIMULAÇÃO CONCLUSÕES...89 CAPÍTULO 7 - CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS.90 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...93 APÊNDICE A - A EXPANSÃO DE MÍNIMO CUSTO...98 xv

17 CAPÍTULO 1 Capíulo 1 - INTRODUÇÃO Como viabilizar a expansão de um sisema de energia elérica, segundo criérios écnicos de desempenho eleroenergéico, ao menor cuso para a sociedade? Esa perguna é pano de fundo para muios debaes enre agenes do Seor Elérico Brasileiro desde o início do processo de reesruuração seorial, acompanhando a endência mundial de inroduzir a compeição e a escolha em uma indúsria, no caso brasileiro, aé enão vericalizada, monopolisa e esaal. Embora a principal moivação para esa reesruuração nos países desenvolvidos enha sido a busca do aumeno da eficiência econômica, no Brasil e em ouros países em desenvolvimeno, as razões da reesruuração foram ouras. Em virude da incapacidade do Esado em invesir em expansão da ofera no rimo necessário para acompanhar a evolução da demanda, o projeo de reesruuração visava abrir o seor elérico para que a expansão necessária fosse viabilizada principalmene com capial privado. Desde o projeo RE-SEB aé o aual marco regulaório, vivenciamos a aberura econômica, privaização, planejameno indicaivo, concessão onerosa de MW em novas usinas, self-dealing, racionameno do consumo, proposa de aperfeiçoameno abrindo o mercado, proposa de aperfeiçoameno fechando o mercado e o esabelecimeno da ransição via conraos iniciais. O marco regulaório aual rouxe vários benefícios para o seor, principalmene no ocane à esabilidade regulaória e à reomada do planejameno da expansão. Oura caracerísica é a segmenação de mercado. O mercado de energia elérica brasileiro é segmenado em duas dimensões. No que se refere ao grau de liberdade de escolha, os consumidores são separados em caivos e livres, e cada grupo em seu próprio ambiene de comercialização. No ambiene de comercialização regulada, a geração é segmenada em energia exisene e energia nova, e há reserva de mercado para esa úlima modalidade. Como resulado desa segmenação e em virude da sobreofera após a crise energéica, foi possível conraar, a preços reduzidos, mais de MW médios no primeiro leilão de energia exisene do mercado caivo. Ese grande volume de energia a

18 Capíulo 1 - Inrodução preço reduzido permiiu que se conraasse energia nova a preços araivos sem pressionar o cuso médio da energia para o consumidor caivo. Ao permiir preços suficienes para uma remuneração adequada do capial invesido e reduzir as incerezas associadas aos cusos ambienais e previsibilidade dos encargos seoriais, o marco regulaório aual obeve sucesso, embora parcial, na indução da expansão da geração. Na Figura 1.1 é apresenado um levanameno da capacidade de geração a ser agregada ao SIN enre os anos 008 e 016 resulado dos leilões de energia nova (o que inclui os leilões de fones alernaivas e de reserva) 1. O gráfico à esquerda indica a paricipação hidroérmica, enquano o gráfico à direia indica a paricipação de cada fone ermelérica. Apesar da expressiva capacidade adicional (7.941 MW), a qualidade é aquém da desejável, principalmene pela vocação brasileira pela hidrelericidade cabe ressalar que a escassez de aproveiamenos hidreléricos viáveis em papel fundamenal nesa mariz energéica, escassez esa decorrene de enraves ambienais e da desconinuidade nos esudos de invenário e de viabilidade ecnicoeconômica, felizmene já reomada MW 7% MW 6% MW 4% MW 58% MW 15% 7.87 MW 8% 53 MW % Hidrelérica Biomassa Carvão Gás Naural Óleo Combusível Óleo Diesel Figura 1.1 Capacidade insalada adicional ao SIN viabilizada pelos leilões de energia nova 1 Os valores referem-se apenas à parcela da capacidade efeivamene nova, ou seja, são desconados os monanes das usinas já consruídas mas que foram auorizadas a vender nos leilões de energia nova por não esarem oalmene amorizadas (as usinas enquadradas no Ar. 17 da Lei /004).

19 Capíulo 1 - Inrodução 3 O mercado livre ambém se beneficiou da sobreofera pós-racionameno e cresceu rapidamene, ano em número de agenes como em volume de energia. Qualquer conrao negociado a um preço inermediário enre o resulado dos leilões de energia exisene e o cuso médio do mercado caivo agregava valor ano para o agene comprador quano para o agene vendedor. Segundo dados da CCEE, 30% do mercado em 008 era não caivo, iso é, o segmeno do mercado composo por consumidores livres e auo-produores. A evolução do mercado livre evidencia a ineficácia do aual o marco regulaório para induzir a expansão para ese segmeno. Dos MW resulanes dos leilões de energia nova, apenas cerca de 10% foram direcionados ao mercado livre (basicamene 30% dos empreendimenos hidreléricos do Rio Madeira e a parcela de auoprodução dos empreendimenos liciados no modelo anigo que se viabilizaram após a Lei /004). O crescimeno da demanda do mercado livre foi possível por meio da absorção da sobreofera o que é economicamene eficiene e não por meio da consrução de novas usinas. O sucesso, embora parcial, dos leilões de energia nova é decorrene, denre ouros faos, da reserva de mercado para a energia nova, eliminado o risco de mercado e garanindo conraos de longo prazo a preços araivos. Conudo, o ouro segmeno do mercado, o de energia exisene, absorve grande pare do risco de mercado (associado à incereza no crescimeno da demanda) e é responsável por inroduzir alguma insabilidade no comporameno do mercado. Enre 013 e 014 ermina o prazo de suprimeno dos primeiros conraos de energia exisene, iso significa a desconraação de MW médios a preço reduzidos. Caso a demanda cresça abaixo do esperado e em virude da reserva de mercado para a energia nova, haverá sobreofera no mercado de energia exisene e a compeição reduzirá os preços. Caso a demanda cresça denro ou um pouco acima do esperado, oda energia exisene será necessária para aender aos conraos e seu preço aumenará. O amanho da elevação do preço da energia exisene dependerá do balanço energéico em úlima análise dependerá da axa de crescimeno da demanda e, quano mais equilibrado esiver o sisema, maior a chance de que o preço enda ao cuso marginal de expansão. Os riscos alocados ao segmeno de energia exisene ambém afeam o mercado livre. Sem a reserva de mercado, a consrução de novas usinas para o mercado livre depende da expecaiva de preços fuuros. Se a demanda crescer abaixo do esperado, a sobreofera de energia exisene provocará redução ambém nos preços do mercado livre. O único sinal de preço capaz de incenivar a expansão para o mercado livre é a expecaiva de elevado

20 Capíulo 1 - Inrodução 4 crescimeno na demanda, com o preço da energia exisene endendo ao cuso marginal de expansão. O mercado de energia elérica brasileiro somene funcionará em equilíbrio quando a diferença de preços enre energia exisene e nova for pequena. Siuações diferenes levarão à arbiragem enre os mercados caivo e livre aé que se ainja o equilíbrio. Caso haja sobreofera no mercado de energia exisene, com preços abaixo do cuso marginal de expansão, oda energia nova será direcionada ao mercado caivo. O crescimeno vegeaivo da demanda do mercado livre absorverá oda a sobra de energia exisene. Como a expansão para o mercado livre não é coordenada, a aversão às pesadas penalidades por fala de lasro pode elevar o preço do mercado livre acima do cuso marginal de expansão. A energia nova passa enão a ser direcionada, denro dos limies permiidos no edial, para o mercado livre, em razão da arbiragem enre os mercados. Se o cuso do mercado livre ficar muio elevado, pode-se esperar uma migração para o mercado caivo, aumenando a demanda por energia exisene nese mercado com consequene pressão sobre os preços desa energia. Esas oscilações na sinalização econômica criam ciclos de excesso e escassez de invesimenos, inroduzindo volailidades no mercado que poderiam ser minimizadas. Propiciando um ambiene mais esável e previsível, o cuso associado à percepção de risco diminui, resulando em uma expansão adequada e um menor cuso para sociedade. Diferenemene do período anerior à reesruuração da indúsria de energia elérica, no qual a expansão era cenralizada e a única dificuldade para sua susenabilidade era a capacidade de financiameno, na indúsria de energia elérica conemporânea os novos invesimenos passam a ser resulado de um processo de decisão descenralizado cuja susenabilidade em sido ema de grande ineresse enre reguladores e projeisas de mercado. É consensual na lieraura que a susenabilidade da expansão passa pela necessidade de algum mecanismo coordenador das decisões descenralizadas. Diversas são as sugesões de mecanismos coordenadores e, denre elas, há a opção pela conraação bilaeral mandaória, solução adoada aualmene no Brasil. O objeivo dese rabalho é conribuir para o equacionameno do problema da adequação do suprimeno de energia elérica, por meio do esudo de um mecanismo alernaivo para coordenar a expansão, denominado Mercado Fuuro de Capacidade. Especificamene, ese rabalho propõe um modelo de simulação para avaliar o desempenho de um mercado de capacidade para sisemas com predominância de geração hidrelérica,

21 Capíulo 1 - Inrodução 5 como é o caso brasileiro, sujeio a incerezas ano na demanda fuura quano na energia afluene. Inicialmene, será realizada, com base na revisão bibliográfica, uma avaliação eórica de diversas arquieuras de mercado que são capazes de oferecer o mesmo desempenho esáico, porém com diferenes propriedades dinâmicas. No Capíulo será viso que uma arquieura cujo único elemeno induor de invesimenos é o mercado de curo prazo, pode ser capaz de promover a adequação do suprimeno, sob ceras premissas relevanes. Enreano, em siuações reais, esa abordagem em sido insuficiene no cumprimeno dese desafio. No Capíulo 3 as principais alernaivas de solução descrias na lieraura são apresenadas, sendo que odas elas comparilham a caracerísica de uilizar sinais econômicos complemenares ao preço de curo prazo como elemenos induores da expansão. O Capíulo 4 coném uma revisão da eoria de processos esocásicos e de modelos economéricos, que serão uilizados para descrever o comporameno fuuro do preço de curo prazo do mercado de energia elérica. No Capíulo 5 são descrias as principais caracerísicas do modelo de simulação proposo, incluindo a modelagem das incerezas, a represenação do comporameno esraégico do agene enrane, a esruura do jogo uilizado para represenar a compeição enre diversos agenes e o algorimo para a simulação Mone Carlo. Os resulados da simulação e de diversas análises de sensibilidade são apresenados no Capíulo 6. Ese rabalho é finalizado, em seu Capíulo 7, com as conclusões e sugesões para rabalhos fuuros. Por desempenho esáico, enende-se o equilíbrio esperado enre ofera e demanda no longo prazo.

22 CAPÍTULO Capíulo - FORMAÇÃO DE PREÇO EM SISTEMAS HIDROTÉRMICOS.1 INTRODUÇÃO Nas úlimas décadas, a indúsria de energia elérica em passado por profundas mudanças esruurais que visam inroduzir o conceio de compeição. As moivações para esas mudanças são disinas: nos países desenvolvidos, busca-se primariamene o aumeno da eficiência da cadeia produiva e a redução dos preços finais aos consumidores; enquano nos países em desenvolvimeno, como no caso brasileiro, acrescena-se ao aumeno da eficiência a busca por alernaivas para viabilização da expansão, conando para isso com a paricipação de capial privado (Hun e Shuleworh, 1996). Como em qualquer seor indusrial, a arquieura de mercado adoada deve, enre ouras propriedades, ser capaz de fornecer um sinal de preço capaz de maner o equilíbrio enre ofera e demanda ano no curo prazo como no longo prazo. O objeivo dese capíulo é descrever o processo de formação de preços em sisemas hidroérmicos e mosrar que, sob premissas imporanes, o preço de curo prazo (Caramanis e al., 198) pode fornecer sinais adequados para promover o equilíbrio ano no curo como no longo prazo. Será viso ambém que a escolha de parâmeros regulaórios influencia o comporameno dinâmico do mercado e que há a necessidade de solução de compromisso na escolha deses parâmeros. Com base na discussão eórica, algumas implicações de se relaxar esas premissas serão apresenadas, evidenciando que em siuações práicas o preço do mercado de curo prazo pode ser insuficiene para viabilizar a expansão de forma susenada.. MODELOS DE DESPACHO E FORMAÇÃO DE PREÇO Os pilares da reesruuração da indúsria de energia elérica adoada pioneiramene no Chile, e ambém na Inglaerra e País de Gales, EUA, Ausrália, Nova Zelândia, Espanha, Países Nórdicos, Brasil, denre ouros, consisem em desvericalizar a cadeia produiva,

23 Capíulo - Formação de Preço em Sisemas Hidroérmicos 7 separar produo e serviço, inroduzir compeição onde possível e facular a livre escolha dos fornecedores por pare dos consumidores (Fabra, 001). A desvericalização da cadeia produiva é relevane para imprimir ransparência na esruura de cusos de aividades que irão compeir enre si, eviando o subsídio cruzado enre os segmenos compeiivos e os regulados. A separação da geração, ransmissão, disribuição e comercialização ambém facilia a separação enre o produo energia elérica e os serviços de ranspore e ancilares (conrole de ensão, conrole de frequência, resauração dos sisema, denre ouros). O próximo passo consise em inroduzir a compeição nos segmenos de geração e comercialização, viso que os segmenos de ransmissão e disribuição são considerados monopólios naurais 3 e, porano, regulados economicamene. A compeição pode ser implemenada sob o paradigma do modelo de despacho pool ou do modelo bilaeral. No modelo pool um operador do sisema 4 calcula, com base nas oferas de preços ou nos cusos marginais de geração, o despacho óimo que minimize o cuso oal de operação, sendo o preço de equilíbrio do mercado de curo prazo dado pelo recurso mais caro uilizado para aender à demanda. Nese modelo, os agenes podem assinar conraos bilaerais, que são meros insrumenos financeiros uilizados para miigar o risco associado à volailidade do preço de curo prazo. Já o modelo bilaeral é caracerizado pela exisência de conraos bilaerais físicos para enrega de energia elérica, sendo que o despacho realizado pelo operador do sisema visa seguir as decisões dos agenes de geração e consumo, minimizando a diferença enre os monanes conraados e a geração efeiva dos agenes, sem compromeer a segurança do sisema (Silva, 001). Em mercados de energia elérica com predominância de geração hidrelérica, é consensual a necessidade de uma operação cenralizada 5, jusificada por dois ipos de acoplameno: emporal e espacial, como descrio a seguir. O acoplameno emporal se dá pela presença de grandes reservaórios com regularização plurianual, o que faz com que uma decisão operaiva omada no presene enha impaco na decisão operaiva fuura; o acoplameno espacial se deve à presença de usinas muias vezes de disinos proprieários 3 Os monopólios naurais são caracerizados pela presença de cusos marginais de longo prazo decrescenes com a escala de produção, ou seja, economia de escala. Nese caso, o cuso de produção (ou presação do serviço) é menor quando uma única empresa aua no mercado, inviabilizando a compeição. 4 Nese exo não será feia disinção enre operador do sisema e operador do mercado, a menos que esriamene necessário. 5 Observe que o requisio de operação cenralizada não é incompaível com um esquema baseado em ofera de preços. Ver Zucarao (003) e Fernandes (006).

24 Capíulo - Formação de Preço em Sisemas Hidroérmicos 8 numa mesma cascaa, o que gera uma inerdependência operaiva enre as usinas, pois a energia afluene a uma usina é composa, denre ouras, pela energia defluene da usina a monane; e pelo uso múliplo da água, pois a operação deve respeiar resrições de naureza socioeconomicoambienais, ais como irrigação, conrole de cheias e navegação. No SEB, é adoada uma variane do modelo pool, conhecido como igh-pool. Segundo ese modelo, apenas os agenes de geração ermelérica declaram seus cusos variáveis enquano que os agenes de geração hidrelérica informam a disponibilidade de suas usinas. O valor da energia elérica gerada pelas usinas hidreléricas o valor da água é obido indireamene por meio de um modelo compuacional baseado em Programação Dinâmica Dual Esocásica (PDDE) que visa minimizar o cuso oal esperado de geração ermelérica, acrescido do cuso défici, ao longo de um horizone de empo (Silva e Finardi, 003). O preço de curo prazo é dado pelo Cuso Marginal de Operação (CMO), ou seja, o cuso do úlimo recurso de geração uilizado para aender à demanda. Viso que o preço de curo prazo depende da capacidade do sisema em aender à demanda com geração ermelérica ou hidrelérica, seu comporameno é foremene influenciado pela hidrologia, refleindo a incereza associada à energia afluene. Uma forma de se avaliar o impaco da energia afluene no preço é comparar a disribuição de probabilidade da energia afluene com a energia assegurada 6 do sisema (Silva, 006). A Figura.1 ilusra, para o caso brasileiro 7, a disribuição de probabilidade da energia afluene e ambém a energia assegurada do sisema hidroérmico e a energia assegurada apenas do sisema hidrelérico. Observe que ano a média (6.97 MWmédios) quano a mediana ( MWmédios) da energia afluene são superiores à energia assegurada do parque hidrelérico ( MWmédios). Cabe salienar que quano maior a paricipação ermelérica na configuração, maior a disância enre a energia assegurada do sisema e a do parque hidrelérico. Supondo o caso paricular de um sisema puramene hidrelérico, se ese esiver em equilíbrio a energia assegurada deve ser igual à demanda. Nese caso a energia afluene ao sisema é suficiene para aender à demanda na maior pare do empo sem necessidade de deplecionameno dos reservaórios e, como consequência, a expecaiva acerca do preço de curo prazo é que o mesmo seja dado, durane a maior pare do empo, pelo cuso variável 6 Energia assegurada do sisema é a máxima demanda que o sisema pode aender em 95% dos cenários hidrológicos (Forunao e al., 1990). 7 Caso com configuração esáica represenando a expecaiva do parque gerador de 013, viso de 008.

25 Capíulo - Formação de Preço em Sisemas Hidroérmicos 9 de geração hidrelérica, valor ese regulado e suficiene para cobrir os cusos de operação, manuenção e royalies 8. Generalizando para o caso de um sisema hidroérmico, se o mesmo enconra-se em equilíbrio, a disponibilidade de energia naural afluene desloca em grande pare do empo pare da geração ermelérica (cuja exensão dese deslocameno depende da paricipação relaiva de cada ipo de fone), e o preço de curo prazo pode ser insuficiene para recuperar o cuso fixo dos agenes de geração. 0% 18% 16% 14% 1% 10% 8% 6% 4% % 0% MWmédios Disribuição da ENA ENA Mediana ENA Média E. Assegurada Hidrelérica E. Assegurada Toal Figura.1 Disribuição de probabilidade da energia afluene A Figura. ilusra a disribuição de probabilidade do preço de curo prazo no Brasil, supondo uma siuação de equilíbrio enre ofera e demanda e com uma configuração hidroérmica com 78% de paricipação hidrelérica em ermos de energia assegurada. 70% 60% 50% 40% 30% 0% 10% 0% R$/MWh Disribuição de CMO CMO Mediano CMO Médio Figura. Disribuição de probabilidade do preço spo 8 Mesmo que fosse adoada a variação loose-pool que se diferencia do modelo igh-pool pois odos os agenes de geração oferam preço, não apenas os agenes ermeléricos (Zucarao, 003 e Fernandes, 006) o raciocínio permanece válido pela caracerísica inerene à disponibilidade de energia afluene.

26 Capíulo - Formação de Preço em Sisemas Hidroérmicos 10.3 RECUPERAÇÃO DOS CUSTOS FIXOS A condição de equilíbrio de longo prazo em qualquer mercado compeiivo esabelece que odos os agenes do mercado devem auferir lucro zero, ou seja, a receia exraída deve ser suficiene para cobrir exaamene o cuso oal de odos os agenes (Varian, 199). Como a esruura de cuso dos agenes deve incluir a remuneração do capial invesido, a condição de lucro zero é denominada lucro normal. Para melhor enender esa condição de conorno, é conveniene qualificar o que se convenciona chamar de mercado compeiivo. Um mercado sob concorrência perfeia é uma concepção eórica caracerizada pelas seguines premissas (Varian, 199): (i) aceiação de preços: exise um número suficienemene grande de produores e consumidores, de forma que a ação isolada de qualquer agene é incapaz de alerar o preço de mercado; (ii) homogeneidade de produo: os produos produzidos pelas diversas empresas são subsiuos perfeios enre si e, porano, só pode haver um preço no mercado; (iii) ransparência do mercado: exise complea informação e conhecimeno sobre o preço e as caracerísicas do produo e (iv) livre enrada e saída de empresas: não há cusos especiais (ou barreiras) que dificulem uma empresa a enrar ou sair do mercado, iso permie que empresas menos eficienes saiam do mercado e que nele ingressem empresas mais eficienes. Supondo válidas as premissas acima, a condição de equilíbrio de longo prazo é jusificada pelo seguine raciocínio. Se os agenes não recuperarem seus cusos oais, não exise um sinal econômico para que se invisa no seor e, com o crescimeno da demanda, os preços aumenarão, possibiliando uma elevação da receia dos agenes. Se os agenes recuperarem mais do que os cusos oais, novos invesidores enxergarão no mercado uma possibilidade de ganho sobre o invesimeno e decidirão enrar no seor para se apropriar de pare da renda, aumenando a ofera e reduzindo os preços. Em sisemas de energia elérica, o preço de curo prazo é, na maior pare do empo, insuficiene para recuperar o cuso fixo de odos os agenes de geração no curo prazo. Como viso na seção anerior, iso é paricularmene relevane em sisemas hidroérmicos em razão da elevada disponibilidade de energia afluene, quando comparada ao requisio de demanda. Enreano, o cuso fixo de odos os agenes é recuperado no longo prazo, em ese, por meio da ocorrência esporádica de elevação do nível de preços nos períodos de

27 Capíulo - Formação de Preço em Sisemas Hidroérmicos 11 baixa afluência ou, de forma mais severa, durane siuações de escassez de energia 9. Mercados de energia elérica em que o preço esperado da energia é o único induor de invesimenos (i.e., sem mercados auxiliares ou conraação bilaeral) são chamados na lieraura de energy-only markes, ou numa radução livre: mercados de energia elérica puros (De Vries, 003), e a ocorrência de episódios de preços elevados é denominada picos de preços (ou price spikes). Além de recuperar os cusos fixos, preços compeiivos em mercados de energia elérica puros em geral são capazes de induzir o nível adequado de invesimeno em cada ipo de ecnologia. Com o inuio de ilusrar o conceio, será uilizado a seguir um exemplo (Sof, 00) cujo objeivo é idenificar o nível de invesimeno em cada ecnologia de geração, denre duas possíveis, à luz do equilíbrio compeiivo de longo prazo. Caso queira se fazer uma analogia com o mercado brasileiro e supor que as ecnologias disponíveis são geradores hidreléricos e ermeléricos, basa se considerar que a incereza associada à energia afluene seja represenada de forma alernaiva como uma incereza na demanda, o que qualiaivamene não compromee a análise. A esruura de cuso de cada ecnologia uilizada no exemplo é dada na Tabela.1. Tecnologia Tabela.1 Esruura de cuso das ecnologias disponíveis Cuso Fixo ($/MWh) 10 Cuso Variável ($/MWh) Termelérico 6 30 Hidrelérico 1 18 A demanda é considerada como perfeiamene inelásica e disribuída uniformemene enre MW e MW. Considere ainda que em caso de escassez de capacidade de geração o preço-eo seja $1.000/MWh. Com iso, é possível raçar as curvas de ofera e demanda, bem como a curva de duração de carga, conforme indicado na Figura.3. 9 Em caso de escassez de ofera, as curvas de ofera e demanda não se cruzam e o mercado é incapaz de enconrar um preço de equilíbrio. Nesa siuação, o preço de mercado deve ser limiado para prevenir os consumidores de preços que eles são incapazes de pagar e ese preço-eo (ou price-cap) deve ser igual ao cuso do défici, pois a ese preço os consumidores deveriam ser indiferenes enre receber energia elérica ou não. 10 Apesar de normalmene ser expresso em $/kw, o cuso fixo pode ser converido para $/MWh uilizandose a axa inerna de reorno, o faor de capacidade e a vida úil do projeo.

28 Capíulo - Formação de Preço em Sisemas Hidroérmicos 1 $/MWh 1000 GW curva de ofera variação da demanda 4 8 GW 1 Duração Figura.3 Curvas de ofera, demanda e duração de carga As curvas acima podem ser converidas em uma curva de duração de preço (Figura.4), que é onde se enconram as informações fundamenais para a solução do problema: a duração e a inensidade do pico de preço. $/MWh D pp D ermelérica 1 Duração Figura.4 Curva de duração de preço Observe que a duração acumulada dos picos de preço é D pp e a inensidade do pico de preço é $1.000/MWh. De acordo com a condição de equilíbrio de longo prazo, o valor esperado da renda inframarginal 11 obida pelo gerador ermelérico durane eses picos de preço deve ser suficiene para cobrir o seu cuso fixo: ou seja: CF { } E R ermelérico = IM (.1) ( ) 6 = D D = 0, 006 pp pp (.) 11 Define-se renda inframarginal de um dado agene econômico como a diferença enre o preço de equilíbrio do mercado e o preço oferado por ese agene (em mercados sob o regime de concorrência perfeia, o preço oferado é o seu cuso marginal).

29 Capíulo - Formação de Preço em Sisemas Hidroérmicos 13 De forma equivalene, é possível escrever a equação da condição de equilíbrio para o agene hidrelérico, como função da renda inframarginal esperada: CF { } E R hidrelérico = IM (.3) ou numericamene: ( ) Dpp ( ) Dermelérico 1 = D = 0,5 ermelérico (.4) Uilizando os valores obidos em (.) e (.4) na curva de duração de carga da Figura.3, são obidos, respecivamene, os valores de MW e MW, para as capacidades insaladas em geração hidrelérica e ermelérica. Ese resulado é rigorosamene o mesmo que seria obido visando minimizar o cuso para a demanda, como demonsrado no Apêndice A. Caso o preço-eo adoado no mercado fosse diferene, a capacidade oal insalada e a correspondene duração do pico de preço seriam diferenes, alerando-se a confiabilidade do sisema sem, conudo, alerar o equilíbrio econômico dos agenes de geração. Pode-se enão enunciar um imporane resulado para operação de um mercado de energia elérica puro: A políica regulaória adoada deve ser al que o máximo valor a ser pago pela energia elérica (preço-eo) e o requisio de confiabilidade desejado sejam deerminados de forma coordenada, pois esas variáveis definem a renda inframarginal necessária para recuperar o cuso fixo dos agenes geradores. Com base no exposo acima, observe que exise um conjuno conínuo de políicas regulaórias que podem ser uilizadas de forma a induzir o invesimeno desejado, apresenando o mesmo resulado do pono de visa de remuneração dos agenes..4 DEFICIÊNCIAS DE MERCADOS DE ENERGIA ELÉTRICA PUROS Apesar de eoricamene viável, um mercado de energia elérica puro em grandes possibilidades de apresenar falhas em uma implemenação práica por causa de faores que podem ser agregados em concorrência imperfeia, informação incomplea e riscos regulaórios (Vázques e al., 00; De Vries, 003; Neuhoff e De Vries, 004). Diferenemene da premissa elemenar do modelo de concorrência perfeia, o mercado de energia elérica é concenrado enre um pequeno número de produores. A concenração no segmeno de geração aliada à caracerísica de inelasicidade da demanda

30 Capíulo - Formação de Preço em Sisemas Hidroérmicos 14 sujeia o sisema ao exercício de poder de mercado, sobreudo quando ese esá em siuações de aperado equilíbrio enre ofera e demanda. A premissa de livre enrada e saída ambém não se aplica, dadas as caracerísicas de inensidade, irreversibilidade e especificidade dos invesimenos e de enraves ambienais e regulaórios que dificulam o licenciameno de projeos compeiivos. As experiências com mercados de energia elérica são razoavelmene recenes e os dados hisóricos são insuficienes para esimar uma disribuição esaísica dos preços. As alerações na mariz energéica fuura em virude da forma como ocorre a expansão ambém reduzem a chance de se uilizar os dados hisóricos para esimaivas fuuras, o que é mais significaivo em países com elevada axa de crescimeno da demanda. A esabilidade do marco regulaório é quesão crucial para o sucesso de um mercado de energia elérica puro. Como a recuperação dos cusos fixos depende da ocorrência de períodos de escassez de energia elérica, há o risco de o órgão regulador auar nos momenos de escassez, visando a miigação do poencial impaco no equilíbrio economicofinanceiro das empresas, com consequências não apenas para os consumidores mas ambém para os conribuines. Esa auação seria ineviavelmene no senido de reduzir o preço-eo, compromeendo a expecaiva de renda associada à escassez. As recenes crises energéicas no Brasil e na Califórnia evidenciam a exensão desse problema..4.1 OBJETIVOS ANTAGÔNICOS: CONFIABILIDADE X VOLATILIDADE Mesmo que o poder de mercado seja minimizado, que o mercado seja razoavelmene maduro e que os riscos regulaórios sejam eliminados, um mercado de energia elérica puro seria incapaz de conciliar dois objeivos imporanes: maximizar a confiabilidade do suprimeno e minimizar a volailidade de preços. A chave para recuperar os invesimenos em um mercado de energia elérica puro esá no binômio inensidade do pico de preço e duração dese pico. Como ese pico de preço esá associado à fala de energia elérica, do pono de visa da confiabilidade deseja-se um pico de preço com cura duração, o que requer um preço-eo muio elevado. Do pono de visa economicofinanceiro, porém, é preferível um pico de preço com duração maior e de menor inensidade, pois picos de preços elevados com cura duração inroduzem uma grande volailidade na recuperação do cuso dos agenes, levando a siuações nas quais o agene pode receber em um ano o equivalene ao seu cuso fixo de vários anos, o que não consiui um problema do pono de visa econômico, mas pode ocasionar impaco financeiro e de risco sobre o agene.

31 Capíulo - Formação de Preço em Sisemas Hidroérmicos 15 A exisência de picos de preço de cura duração promove ambém o aumeno do poder de mercado, pois uma pequena redução na disponibilidade das unidades geradoras permie elevar drasicamene o lucro dos agenes (Sof, 00)..4. CICLOS DE INVESTIMENTOS Indúsrias capial inensivas, como a de energia elérica, esão sujeias a um fenômeno conhecido como ciclos de invesimenos. Ese fenômeno é agravado por caracerísicas pariculares como incereza no crescimeno da demanda, elevado empo de consrução das usinas, volailidade no preço de curo prazo, aversão ao risco e baixa elasicidade ano da ofera como da demanda, o que faz com que o preço de curo prazo não sinalize a escassez de energia elérica com a anecedência necessária (Vázques e al., 00; Besser e al., 00 e De Vries, 003). Inceros quano à demanda fuura, geradores endem a posergar a decisão de invesir aé que se enha um nível razoável de cereza. Como uma plana de geração de energia elérica leva um empo considerável para enrar em operação, pode ocorrer um período prolongado de escassez, com preços elevados, aé que a nova capacidade de geração eseja disponível. Ese período de preços elevados provoca uma reação exagerada dos invesidores, bem como mudanças de hábios e aumeno da eficiência no consumo, o que pode resular em excesso de ofera, que reduz os preços e fecha assim o ciclo de invesimeno. Ese comporameno foi obido por simulação para o mercado de energia elérica da Califórnia, EUA, por Ford (1999)..4.3 CONFIABILIDADE É UM BEM PÚBLICO Tão ou mais severa que o fenômeno de ciclos de invesimeno é uma exernalidade associada à necessidade de se maner, em empo real, o equilíbrio enre ofera e demanda, descria por Jaffe e Felder (1996) e Brennan (003). Em ouros mercados, incluindo as principais commodiies, quando um bem se orna escasso, apenas os úlimos consumidores que desejam adquirir o produo são penalizados. O próprio mercado ende a reduzir a pressão por consumo elevando o preço. Se o aumeno de preço não for suficiene, alguns consumidores ficarão sem o produo aé que a suprimeno vole à normalidade.

32 Capíulo - Formação de Preço em Sisemas Hidroérmicos 16 Por limiações écnicas e regulaórias, que impedem que cada consumidor seja desligado individualmene com base em sua disposição a pagar pela confiabilidade 1, ese bem é denominado na lieraura econômica como um bem público. Essa exernalidade decorre da ausência de incenivos no preço de mercado para se adquirir mais confiabilidade. Se um deerminado conjuno de consumidores providencia um incremeno de confiabilidade, odos os consumidores se beneficiam dese fao. Decorrene diso, o equilíbrio compeiivo não coincide com a solução de maior benefício social. Jaffer e Felder (1996) discuem as vanagens de reguladores inerferirem no mercado, de forma a inernalizar esa exernalidade, aproximando o equilíbrio compeiivo da solução óima do pono de visa do benefício social e concluem que, assim como em ouros mercados (como o sisema financeiro, por exemplo), é desejável e necessário esipular regras para que o mercado de energia elérica funcione de forma mais eficiene possível..5 CONCLUSÕES Ese capíulo apresenou uma breve descrição da problemáica da formação de preço em sisemas hidroérmicos. Foi viso que, em virude dos acoplamenos emporal e espacial, sisemas hidroérmicos necessiam de despacho cenralizado e, porano, é uma escolha naural o despacho do ipo pool. No Brasil, adoa-se o igh pool, em que apenas os geradores ermeléricos oferam preços e o preço da geração hidrelérica é obido indireamene por meio de modelos compuacionais. Mesmo que a escolha fosse pelo modelo loose-pool, pelo fao de a energia naural afluene ser, em média, acima da energia assegurada, o preço da energia elérica é baixo na maior pare do empo, sendo insuficiene para cobrir os cusos fixos dos agenes geradores. Porém, em eoria, o cuso fixo pode ser recuperado pois o nível de invesimeno induzido deverá ser al que em alguns momenos o sisema passará por pequenos períodos de preços elevados, de forma a aender a condição de equilíbrio de longo prazo. Esa solução, denominada de mercado de energia elérica puro, dificilmene é exiosa na práica em promover a expansão de forma susenada, por causa de faores ais como: a volailidade da receia dos agenes, a incereza associada ao crescimeno da demanda, a 1 Nese pono é desnecessária a disinção enre a confiabilidade de curo e de longo prazos, segurança e adequação. Enreano, ese rabalho é focado do esudo do problema a longo prazo, ou seja, a adequação. Para uma discussão sobre a diferença enre as dimensões da confiabilidade, veja Balle e al. (007).

33 Capíulo - Formação de Preço em Sisemas Hidroérmicos 17 aversão ao risco, o incenivo ao exercício do poder de mercado e o cuso social associado à escassez. A expansão ambém ocorre na forma de ciclos de invesimeno e pode ficar aquém do óimo social devido à caracerísica de bem público da confiabilidade. Por odos os quesionamenos levanados em orno dos mercados de energia elérica puros, surge a necessidade de mecanismos coordenadores da expansão, seja para proeger consumidores e geradores da volailidade do preço de curo prazo, seja para viabilizar a aquisição coleiva da confiabilidade ou, ainda, para amorecer os ciclos de invesimeno. O próximo capíulo raa de arquieuras de mercado alernaivas que buscam garanir esa coordenação, visando à susenabilidade da expansão do seor elérico.

34 CAPÍTULO 3 píulo 3 - MECANISMOS DE CAPACIDADE EM SISTEMAS DE ENERGIA ELÉTRICA 3.1 INTRODUÇÃO O capíulo anerior apresenou os preceios eóricos para o funcionameno de um mercado de energia elérica puro, ou seja, um mercado no qual o preço de curo prazo da energia elérica é o único induor de invesimenos. Foi mosrado que, em siuações ideais, um mercado de energia elérica puro não só recupera o invesimeno, viabilizando a expansão, como ambém induz o nível adequado de invesimeno em cada ipo de ecnologia disponível. Foi viso ambém que, quando ajusados de forma coordenada, há infinias formas de combinar preço-eo e requisio de confiabilidade sem alerar a condição de equilíbrio econômico de longo prazo. Porém, a implemenação práica de mercados de energia elérica puros não em assegurado a susenabilidade da expansão da ofera, por cona de algumas falhas de mercado. Para ober um elevado nível de confiabilidade, o mercado deveria possibiliar um preço-eo que permiisse a recuperação dos invesimenos. Mesmo desconsiderando-se os impacos financeiros, esa escolha aumenaria a possibilidade de exercício de poder de mercado, que normalmene é miigada por meio da redução do valor do preço-eo do mercado de curo prazo. O efeio desa redução é ornar a renda inframarginal insuficiene para a recuperação dos cusos fixos, se a capacidade insalada enconrar-se em um nível adequado. Roy J. Shanker (003), em sua conribuição à agência reguladora dos EUA (FERC), foi o primeiro a denominar ese efeio de missing money. Foi mosrado ambém que uma exernalidade associada ao uso público da confiabilidade pode fazer com que a solução de equilíbrio do mercado puro seja disina da solução de máximo benefício social. Garanir a susenabilidade da expansão da geração, oferecendo o produo elericidade com confiabilidade compaível com as exigências écnicas e minimizando, no longo prazo, o cuso para os consumidores é denominado na lieraura (Bushnell, 005;

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