Analysis and evaluation of pricing mechanisms in markets with non-convexities with reference to electricity markets
Authors: Ανδριανέσης Παναγιώτης 
Published: September 2021

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, εξετάζεται το πρόβλημα της τιμολόγησης και της υποβολής προσφορών σε αγορές με μη κυρτότητες. Το πρόβλημα αυτό, το οποίο βρίσκεται στη διεπαφή της οικονομικής επιστήμης, της επιχειρησιακής έρευνας και του σχεδιασμού των αγορών, έχει πρόσφατα προσελκύσει εκ νέου το ενδιαφέρον στο πλαίσιο της εξέλιξης των αγορών ηλεκτρικής ενέργειας και κυρίως των προ-ημερήσιων χονδρεμπορικών αγορών, στις οποίες το κόστος ένταξης και κατανομής των μονάδων καθώς και οι περιορισμοί στην παραγωγική δυναμικότητα δημιουργούν μη κυρτότητες. Η παρούσα διατριβή αποτελείται από δύο μέρη. Σε κάθε μέρος, επιχειρείται η εμβάθυνση στις δύο κύριες περιοχές ενδιαφέροντος, την τιμολόγηση και την υποβολή προσφορών, με τη χρήση αναλυτικών μεθόδων αλλά και αριθμητικών συγκρίσεων και αξιολογήσεων. Στο πρώτο μέρος εξετάζεται μία αγορά στην οποία προμηθευτές με μη συμμετρικές δυναμικότητες και μη συμμετρικά οριακά και σταθερά κόστη ανταγωνίζονται για την ικανοποίηση ντετερμινιστικής και ανελαστικής ζήτησης ενός προϊόντος, σε μία περίοδο. Οι προμηθευτές υποβάλλουν προσφορές για τα κόστη τους σε μία δημοπρασία στην οποία καθορίζεται η βέλτιστη κατανομή και οι σχετικές πληρωμές, όπως κατά κανόνα γίνεται στις απελευθερωμένες αγορές ηλεκτρικής ενέργειας. Στο πλαίσιο της κλασικής θεωρίας για την τιμολόγηση στο οριακό κόστος, η μη κυρτότητα του συνολικού κόστους είναι δυνατό να προκαλέσει ζημίες σε ορισμένους προμηθευτές, οι οποίοι δεν κατορθώνουν να ανακτήσουν τα σταθερά τους κόστη από τις πληρωμές για το προϊόν. Για την αντιμετώπιση του προβλήματος αυτού, έχουν προταθεί στη βιβλιογραφία διάφορα σχήματα τιμολόγησης τα οποία αυξάνουν την τιμή πάνω από το οριακό κόστος ή/και παρέχουν πρόσθετες πληρωμές στους προμηθευτές. Στη διατριβή παρατίθεται μία αναλυτική επισκόπηση των σχημάτων αυτών και προτείνεται ένα νέο σχήμα για μια αγορά με δύο προμηθευτές. Για κάθε ένα από τα σχήματα εξάγονται αναλυτικοί τύποι για την τιμή, τις πρόσθετες πληρωμές και τα κέρδη των προμηθευτών, βάσει των οποίων καθίσταται δυνατή η μεταξύ τους σύγκριση. Η ανωτέρω ανάλυση συμπληρώνεται με αριθμητικά αποτελέσματα και επεκτείνεται για την περίπτωση περισσοτέρων των δύο (πολλαπλών) προμηθευτών, καθώς επίσης και για την περίπτωση ελαστικής ζήτησης. Για την περίπτωση πολλαπλών προμηθευτών παρατίθενται επίσης αριθμητικά αποτελέσματα που συμπληρώνουν υφιστάμενα στη σχετική βιβλιογραφία. Τέλος, τα αριθμητικά αποτελέσματα ολοκληρώνονται με ένα παράδειγμα μιας πραγματικής αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας, βασισμένο στην Ελληνική χονδρεμπορική προ-ημερήσια αγορά. Στο δεύτερο μέρος μελετάται η συμπεριφορά υποβολής προσφορών των συμμετεχόντων σε αγορές με μη κυρτότητες για διάφορα σχήματα (ή μηχανισμούς) τιμολόγησης στο οριακό κόστος, που παρέχουν διαφορετικού τύπου πρόσθετες πληρωμές στους συμμετέχοντες μετά την εκκαθάριση της αγοράς, ώστε να καλύψουν πιθανές ζημίες με βάση τα κόστη τους ή τις προσφορές τους. Εξετάζονται επίσης οι επιδράσεις που έχει κάθε σχήμα στα κίνητρα των συμμετεχόντων. Αρχικά, εντοπίζονται και σχολιάζονται αποτελέσματα τιμών ισορροπίας σε ένα δυοπώλιο με μη κυρτά κόστη, συμπληρώνοντας και επεκτείνοντας τα λιγοστά αποτελέσματα που υπάρχουν στη σχετική βιβλιογραφία. Το απλό παράδειγμα του δυοπωλίου είναι χρήσιμο για την αναγνώριση των αποτελεσμάτων ισορροπίας και την ανακάλυψη σημαντικών ιδιοτήτων των υπό εξέταση μηχανισμών. Επίσης, διερευνάται η συμπεριφορά υποβολής προσφορών των συμμετεχόντων για διάφορους μηχανισμούς ανάκτησης κόστους, οι οποίοι διατηρούν την τιμολόγηση στο οριακό κόστος, και αποζημιώνουν τους συμμετέχοντες που εμφανίζουν ζημίες, για πιο πολύπλοκες μορφές αγορών. Τέτοιες αγορές είναι οι πραγματικές αγορές ηλεκτρικής ενέργειας, όπου η ανεύρεση σημείων ισορροπίας με αναλυτικές μεθόδους είναι πρακτικώς αδύνατη. Οι υπό εξέταση μηχανισμοί, ορισμένοι από τους οποίους είναι παραλλαγές ή γενικεύσεις των μηχανισμών που εξετάσθηκαν στην περίπτωση του δυοπωλίου, διαφέρουν ως προς τον τύπο και το μέγεθος των πρόσθετων πληρωμών. Για την αξιολόγηση της στρατηγικής υποβολής προσφορών των μονάδων παραγωγής, υπό οιονδήποτε μηχανισμό, προτείνεται μία μεθοδολογία που χρησιμοποιεί έναν επαναληπτικό αριθμητικό αλγόριθμο που αποσκοπεί στην εξεύρεση των συνδυασμένων βέλτιστων στρατηγικών υποβολής προσφορών των μονάδων οι οποίες επιζητούν τη μεγιστοποίηση του κέρδους τους. Η προτεινόμενη μεθοδολογία εφαρμόζεται σε ένα μοντέλο που αντιπροσωπεύει τη συνδυασμένη προ-ημερήσια Ελληνική αγορά ηλεκτρικής ενέργειας και εφεδρειών. Τα αποτελέσματα παρέχουν χρήσιμα συμπεράσματα για την αξιολόγηση της επίδοσης και των παρεχόμενων κινήτρων των υπό εξέταση μηχανισμών.