Strategic analysis of the long-term planning of electric generation capacity in liberalised electricity markets

Strategic Analysis of the Long-Term Planning of Electric Generation Capacity in Liberalised Electricity Markets PhD Thesis Juan Jose Sanchez Esta tesis se centra en la planificacion a largo plazo de la generacion electrica en entornos liberalizados. Su objetivo general es metodologico: mejorar y superar algunas de las principales debilidades y dificultades de un metodo de planificacion particular que se ha utilizado con exito en algunos casos concretos a la hora de ayudar a diferentes agentes de la industria con la planificacion a largo plazo de la generacion de electricidad. Este metodo es System Dynamics. La tesis comienza definiendo el problema de la planificacion, en concreto en el negocio de la generacion de electricidad. Detalla los distintos tipos de tareas, tanto economicas como tecnicas, llevadas a cabo en las actividades de planificacion y clasifica estas tareas de acuerdo a su horizonte temporal, dando ejemplos de los tipos de decisiones que apoyan. Despues, este trabajo se centra en la planificacion a largo plazo de la generacion de electricidad en sistemas electricos liberalizados. Inicialmente, se describen las principales diferencias entre los previos sistemas regulados y los actuales sistemas liberalizados. Esto hace posible definir el problema de la planificacion a largo plazo en ambos casos, haciendo enfasis en los nuevos riesgos de los entornos liberalizados. Se identifican las decisiones de inversion en nueva capacidad de generacion (centrales electricas) como las principales decisiones estrategicas que deberan ser respaldadas por esta planificacion de largo plazo. Una vez se ha definido el problema, esta tesis continua para analizar en detalle las tecnicas de modelado descritas en la literatura como metodos y herramientas utiles para guiar a los distintos agentes en sus tareas de planificacion, tanto en entornos regulados como liberalizados. La tecnica de System Dynamics se identifica como una poderosa tecnica cuando el principal objetivo es llegar a comprender en profundidad el posible comportamiento de un sistema despues de un analisis detallado de su estructura. La tesis describe las principales caracteristicas de esta tecnica, justifica su uso para modelar la planificacion a largo plazo de la generacion electrica en sistemas electricos liberalizados y analiza sus ventajas, desventajas y complementariedades con otras tecnicas de modelado. Despues de esto, hace una revision detallada de las principales contribuciones existentes en la literatura en lo que se refiere al uso de System Dynamics para modelar la planificacion a largo plazo de la generacion electrica. Esta revision del estado del arte hace enfasis en las principales dificultades y debilidades de estos modelos de System Dynamics. La mayoria de estas dificultades y debilidades se refieren a la representacion de la naturaleza oligopolista (y sus efectos estrategicos en las decisiones de las companias de generacion) de la mayoria de los mercados electricos liberalizados. Asi, la tesis especifica objetivos concretos que se centran en la mejora de esta representacion con System Dynamics. Cada objetivo especifico tiene que ver con la mejorar de una de las tres partes en las que, como se explica, se divide la estructura general de la mayoria de los modelos de System Dynamics: mercado, prevision de precios y producciones y decisiones de inversion. Algunos objetivos se centran en dos aspectos de mercado: estrategias de contratacion a plazo y oferta estrategica. Otro objetivo trata de superar las principales debilidades de los metodos de prevision de precios y producciones en los modelos de System Dynamics. Finalmente, el ultimo objetivo se centra en la diferenciacion de las decisiones de inversion de las companias de generacion. El resultado del cumplimiento de estos objetivos especificos es un modelo multi-disciplinar que extiende los modelos previos de System Dynamics al combinar esta tecnica con otras como teoria de juegos, modelado basado en agentes y teoria de riesgo de credito. Este modelo multi-disciplinar permite realizar una representacion detallada de estrategias de corto y medio plazo de companias asimetricas en entornos oligopolistas, y de la influencia de estas estrategias en la evolucion a largo plazo del sistema, centrandose en las decisiones de inversion en nueva capacidad de generacion. Asi, este modelo puede ser usado tanto por companias de generacion como por reguladores en sus tareas de planificacion a largo plazo para predecir, para distintas hipotesis sobre las estrategias de las companias y politicas regulatorias, posibles resultados y evoluciones dinamicas del sistema de estudio. Para mostrar el uso potencial de este modelo multi-disciplinar, esta tesis analiza los principales resultados de dos casos estudio diferentes. Estos casos estudio tienen un enfoque academico y no debieran ser considerados como una replica del comportamiento real del sistema energetico de estudio. Ambos casos estudio se basan en el sistema espanol, cuya estructura se representa con gran detalle en ambos casos. El primer caso estudio analiza las interacciones estrategicas entre decisiones en dos tipos comunes de mercados electricos: mercados a plazo y mercados spot. Muestra como las decisiones de agentes de racionalidad limitada pueden evolucionar en un sistema donde ambos tipos de mercados coexisten, teniendo en cuenta diferentes hipotesis de comportamiento en cuanto a la aversion al riesgo. El segundo caso se centra en dos areas relacionadas con la introduccion de nuevos mercados forward en sistemas basados unicamente en mercados spot. Por un lado, analiza el efecto de mitigacion de poder de mercado tan estudiado en la literatura economica. Por otro lado, se centra en los efectos que estos mercados a plazo pueden tener en las dinamicas de largo plazo del sistema. Ambos analisis se llevan a cabo teniendo en cuenta tanto diferentes estrategias de companias como politicas regulatorias sobre contratacion a plazo.