Modelización y simulación de la acción de los agentes en los mercados eléctricos

En las dos últimas décadas los sistemas de energía eléctrica han experimentado notorios cambios desde el punto de vista de su organización industrial. Se ha migrado desde estructuras centralizadas e integradas verticalmente a estructuras desintegradas y competitivas. Ante estos cambios, la acción de los agentes en las nuevas estructuras cambia radicalmente, pasando de un proceso de toma de decisiones centralizado a uno basado en decisiones independientes lideradas por agentes en competencia. Este es el caso de Chile, donde se ha impulsado la creación de un mercado competitivo basado en una estructura de tipo Pool. La experiencia internacional concuerda en que la introducción de competencia en el segmento generación ha traído consigo beneficios, pero también inconvenientes que es necesario resolver. Si bien existen variadas propuestas de análisis y estudio del comportamiento de un mercado eléctrico, éstas son sólo aplicables a mercados específicos o bien abordan aspectos teóricos generales. Asimismo, se constata una falencia de herramientas aplicables para el análisis sistemático de un mercado con las características del chileno. En este contexto, la presente tesis busca contribuir a alcanzar mayores niveles de eficiencia económica en los mercados eléctricos, a través del desarrollo de la teoría y de técnicas para la modelización y simulación de los agentes, en el proceso de toma de decisiones en mercados tipo pool. Concretamente, el aporte teórico y práctico se centra en el ámbito de la teoría de decisiones que ofrecen la teoría de juegos y la economía experimental. En sus 40 años de desarrollo, la economía experimental ha aportado al estudio de detección de fallas en los diseños de mercado, a comparar distintos mecanismos de subasta y ha permitido probar el efecto de nuevas políticas. Sin embargo, su aplicación a los mercados eléctricos ha sido limitada debido a lo particular de cada diseño de mercado y a la complejidad de su modelación. Por su parte, la teoría de juegos ha contribuido al análisis teórico del ejercicio de poder de mercado, al estudio del comportamiento estratégico de los agentes y en la búsqueda de equilibrios en situaciones de competencia. La limitación central ha sido el número de agentes y las características de la operación de un mercado eléctrico que es factible modelar. Como resultado de este análisis se propone un nuevo esquema de estudio y evaluación del desempeño de un mercado eléctrico en temas específicos. La propuesta combina elementos de la teoría de juegos como base teórica del análisis, con conceptos de economía experimental para una representación realista de un mercado eléctrico. De esta forma se logra analizar las interacciones entre individuos que toman decisiones en un marco de incentivos formalizados a través de un marco normativo. Si bien el esquema resultante es aplicable a cualquier tipo de mercado, en este trabajo se desarrolla en detalle su aplicación a estructuras de tipo Pool. El esquema propuesto se justifica a través de una discusión conceptual sobre la coherencia que debe existir entre la representación teórica, de un fenómeno específico observado en un mercado eléctrico, y los resultados experimentales esperados del mismo. La aplicación del esquema propuesto al sistema Pool se realiza a través de la creación de una plataforma de experimentación interactiva de agentes, con las que se logra evaluar distintos fenómenos esperados para el caso de Chile: efecto de transitar de un modelo de costos a un modelo de ofertas, impacto de las congestiones, efecto del nivel de concentración de los agentes y participación de la demanda. La discusión teórica sobre la validez de los resultados observados en simulaciones, es contrastada con experimentos llevados a cabo con estudiantes de cursos de postgrado, a modo de verificar preliminarmente en forma experimental los modelos y algoritmos desarrollados. Con el fin de mostrar la aplicación del esquema en otros ámbitos de los mercados eléctricos, se detalla su forma de aplicación para el caso del estudio en la resolución de discrepancias del sector eléctrico. Asimismo, se presenta el potencial de la propuesta como herramienta efectiva de apoyo a la formación de nuevos profesionales de la especialidad, en el marco de la reforma curricular impulsada en la Universidad de Chile. Los programas computacionales perfeccionados en esta tesis se proyectan como una base para plataformas innovadoras de apoyo a la toma de decisiones en el sector eléctrico. Asimismo, se propone continuar con el perfeccionamiento de las herramientas de simulación a base de modelos de agentes, que permitan un mejor contraste de los resultados experimentales con aquellos esperados teóricamente.