Modelagem de livre mercado com negociação multilateral entre agentes em sistemas de geração hidrotérmicos.

Abstract

Nas últimas décadas, tem-se verificado uma mudança de paradigma no modo como é feita a comercialização de energia elétrica em vários países. Os setores eletro-energéticos reestruturados, ou que ainda estão passando por esse processo, seguem uma clara tendência de liberalização em que o Estado, faseadamente, abre mão do controle sobre os agentes produtores e consumidores a fim de que eles se tornem mais independentes e possam participar ativamente de ambientes de comercialização de energia. Apesar das diferenças estruturais e regulatórias, observa-se um padrão em grande parte dos casos de mercados reestruturados: a existência de um mercado a curto prazo do tipo Loose-Pool, em que os agentes detentores de usinas ofertam o par preço/quantidade a um operador de mercado, que, por seguinte, efetua a liquidação das ofertas e demandas com base no preço marginal locacional. Em países como o Brasil, a implantação de um mercado do tipo Loose-Pool não seria uma tarefa fácil, pois há características, inerentes as suas matrizes elétricas fundamentadas em energia renovável, que, ao serem exploradas por agentes naturalmente favorecidos, poderiam originar externalidades negativas e até mesmo desotimizar a operação do sistema. Neste contexto, destaca-se a dependência operativa de Usinas Hidrelétricas (UHEs) no final de cascata com relação às UHEs a montante além da não despachabilidade de Usinas de Energia Eólica (UEEs) e Usinas Fotovoltaicas (UFVs). No primeiro caso, observa-se que a dependência operativa de UHEs pode distanciar o sistema da operação ótima, pois as firmas detentoras das UHEs situadas na cabeceira das cascatas detêm o poder de controlar parte da matéria prima “água” que aflui aos reservatórios das UHEs a jusante, influenciando, assim, na disponibilidade de água e no volume de seus reservatórios. Idealmente, o melhor aproveitamento dos recursos hídricos ocorre quando as usinas situadas no final de cascatas operam com o nível dos seus respectivos reservatórios próximo ao máximo. Neste caso, as usinas a montante devem defluir quantidade de água suficiente para que, em conjunção com a contribuição da precipitação, seja possível manter o nível das usinas a jusante. Entretanto, no mercado Loose-Pool, essa condição pode não ser respeitada, já que o despacho das usinas se dá por ordem de mérito baseado nas ofertas de cada um dos agentes que, individualmente, buscam a maximização do benefício próprio sem levar em consideração a operação ótima de todo o sistema. A fim de aprofundar as questões apresentadas, esta dissertação propõe um Problema de Equilíbrio com Restrições de Equilíbrio (EPEC) para a análise do comportamento estratégico de produtores que atuam em sistemas hidrotérmicos com UHEs em cascata. Tendo em vista que o regime de mercado Loose-Pool expõe os agentes detentores de UHEs à externalidades negativas, é avaliado, também, um mecanismo de mercado fundamentado no Teorema de Coase, que permita a negociação multilateral, no qual todos os produtores atuantes em uma cascata possam firmar acordos de operação com o intuito de eficientizar o processo de geração e, consequentemente, maximizar seu payoff. Esse processo de negociação multilateral entre as partes é modelado por meio do Jogo de Barganha de Nash, que admite como entrada os resultados do Loose-Pool. A partir da aplicação dos dois modelos descritos em um sistema teste, foram obtidos resultados que apontam uma preferência por parte dos agentes controladores das UHEs em agir estrategicamente por meio do preço, através de ofertas mais caras que conduzem o operador do mercado a aumentar o despacho de UTEs e elevar o preço da energia. Para o caso das cascatas, o Modelo de Barganha Multilateral de Nash mostrou que se houverem incentivos suficientes, os agentes controladores de usinas espacialmente acopladas podem chegar a acordos economicamente benéficos que conduzem a uma aproximação entre os resultados do Loose-Pool pós-barganha e o Tight-Pool.