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1 - 1 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 :: :: :: Sessão #9 :: Formas de negociação de energia em ambiente de mercado com referência ao MIBEL :: Mercados a prazo, spot e serviços de sistema :: Jorge de Sousa Professor Coordenador ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Webpage: pwp.net.ipl.pt/deea.isel/jsousa Formação Galp Energia Modelação e Simulação de Mercados de Energia Eléctrica

2 - 2 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Agenda Enquadramento MIBEL Mercados a prazo Mercados spot Mercado de serviços de sistema Exemplo de aplicação Modelação e simulação em GAMS Exercícios de aplicação em GAMS

3 - 3 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Enquadramento A liberalização do sector eléctrico e o MIBEL O sector eléctrico conheceu uma profunda alteração estrutural à escala mundial, com especial importância a partir 1990, que se designa genericamente por reforma ou liberalização do sector. Esta reforma, embora com diferenças entre os diversos mercados, consiste na liberalização dos segmentos potencialmente competitivos (produção e comercialização) e pela regulação dos segmentos considerados como monopólios naturais (transporte, distribuição e operação do sistema). Neste contexto o sistema eléctrico português conheceu uma primeira reforma em 1995, com legislação específica que visou a separação do sistema regulado (SEP) do sistema liberalizado (SENV). A 1 de Julho de 2007 teve lugar a integração do mercado português e o mercado espanhol (liberalizado desde 1998) dando lugar ao Mercado Ibérico de Electricidade (MIBEL).

4 - 4 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Enquadramento Motivações económicas para as reformas Sobre-investimento em capacidade de produção Empresa monopolista privada com regulação: Efeito de Averch-Johnson Empresa monopolista pública: Gestão pública Extinção das condições de monopólio natural na produção Redução da escala mínima eficiente: Centrais de ciclo combinado Crescimento do consumo: Por sistema e por integração de sistemas Diferenças de preços consideráveis entre regiões (nos EUA)

5 - 5 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Efeito político da queda do bloco Soviético com implicações na visão económica predominante a nível mundial Programas de privatização No Reino Unido, Chile e Argentina Em Portugal, com a retirada da Constituição da irreversibilidade das nacionalizações e da reforma agrária (1989) Construção do Mercado Interno Europeu da Electricidade Directiva 96/92/CE Directiva 2003/54/EC Directiva 2009/72/EC (incluída no Third Energy Package) Enquadramento Motivações políticas para as reformas

6 - 6 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 1978 – EUA (PURPA) 1982 – Chile 1990 – Inglaterra e Gales (1ª Bolsa a nível mundial) 1991 – Noruega 1996 – Suécia (+ Finlândia e Dinamarca -> NordPool) 1997 – Austrália (Victoria 1994 + Nova Gales do Sul) 1998 – Espanha e alguns estados dos EUA (Califórnia) 1999 – Holanda … Enquadramento Evolução histórica das principais reformas

7 - 7 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Enquadramento Exemplos de integração de mercados eléctricos Integrações Regionais - Grã-Bretanha - Grã-Bretanha (Inglaterra, Gales, Escócia) - NEM - NEM (ACT, QLD, NSW, VIC, SA | TAS) - PJM - PJM (Delaware, Illinois, Indiana, Kentucky, Maryland, Michigan, New Jersey, North Carolina, Ohio, Pennsylvania, Tennessee, Virginia, West Virginia, District of Columbia, …) Integrações Nacionais - NordPool - NordPool (Noruega, Suécia, Finlândia, Dinamarca) - MIBEL - MIBEL (Portugal, Espanha)

8 - 8 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Enquadramento Transição para o regime liberalizado

9 - 9 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Enquadramento Quadro legislativo e regulatório do mercado PRODUÇÃO TRANSPORTE DISTRIBUIÇÃO MERCADO GROSSISTA LIVRE CONCORRÊNCIA ACESSO REGULADO MONOPÓLIO NATURAL CONSUMIDORES ELIGÍVEIS CONSUMIDORES VULNERÁVEIS COMERCIALIZAÇÃO AUTORIZAÇÃO PARA CONSTRUÇÃO

10 - 10 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Enquadramento Organização do mercado liberalizado Fluxo de electricidade Pagamentos de energia Pagamentos de serviços Mercados organizados contratos e pagamentos Operador de Sistema Rede de transporte Distribuição Produtores Comercializadores Consumidores Operador de Mercado

11 - 11 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Enquadramento Principais bolsas europeias de electricidade Países com mercado spot e de derivados Países com mercado spot

12 - 12 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Agenda Enquadramento MIBEL Mercados a prazo Mercados spot Mercado de serviços de sistema Exemplo de aplicação Modelação e simulação em GAMS Exercícios de aplicação em GAMS

13 - 13 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 MIBEL – Mercado Ibérico de Electricidade Mix de produção Cons. Reguladores MIBEL | Dez 2009

14 - 14 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 MIBEL – Mercado Ibérico de Electricidade Negociação por segmento de mercado Cons. Reguladores MIBEL | Dez 2009

15 - 15 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 MIBEL – Mercado Ibérico de Electricidade Repartição do mercado por empresa Cons. Reguladores MIBEL | Dez 2009

16 - 16 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Mercados organizados Mercado a prazo (OMIP) Mercado diário (OMEL) Mercado intradiário (OMEL) Mercado de serviços de sistema (OS: REN | REE) Contratos bilaterais físicos Leilões de energia Leilões de capacidade virtual (VPP) MIBEL – Mercado Ibérico de Electricidade Formas de negociação

17 - 17 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Os mercados organizados do MIBEL funcionam com base numa bolsa ibérica de energia eléctrica assente em dois pólos, o português (OMIP) e o espanhol (OMEL), que serão futuramente integrados e darão então origem ao OMI, um operador de mercado único. 1. O OMIP (www.omip.pt) é responsável pela negociação a prazo de energia eléctrica. 2. O OMEL (www.omel.es) é responsável pela negociação diária de energia eléctrica. Com a concretização do MIBEL, passou a ser possível, a qualquer consumidor no espaço ibérico, adquirir energia eléctrica em regime de livre concorrência, a qualquer produtor ou comercializador que actue em Portugal ou em Espanha. MIBEL – Mercado Ibérico de Electricidade Mercados organizados (bolsas)

18 - 18 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 MIBEL – Mercado Ibérico de Electricidade Formas de negociação

19 - 19 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 MIBEL – Mercado Ibérico de Electricidade Formas de negociação Mercado eléctrico Contratos bilaterais Mercado de futuros Mercado de ajustes Mercado serviços de sistema Operador de Mercado (Mercado spot) Operador de mercado em coordenação com Operador de Sistema Operador de Sistema Operador de Mercado (Bolsa de derivados) Transacções em contínuo e leilões Mercado diário Mercado intradiário

20 - 20 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Agenda Enquadramento MIBEL Mercados a prazo Mercados spot Mercado de serviços de sistema Exemplo de aplicação Modelação e simulação em GAMS Exercícios de aplicação em GAMS

21 - 21 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Mercados a prazo OMIP - Mercado a prazo

22 - 22 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Mercados a prazo OMIP – Ambiente de negociação Multilateral – Todas as ordens interagem entre si Anónimo OMI Clear é a contraparte central (sem risco de crédito)

23 - 23 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Mercados a prazo OMIP – Especificação dos contratos Contratos de futuros de carga base e ponta Contratos financeiros e físicos (com entrega física) Unidade de contrato: 1 MW * número de horas Tick: 0.01 /MWh Períodos de entrega: – Próximas 3 semanas – 3 a 5 meses – 4 a 7 trimestres – Próximos 2 anos civis Preço de referência : – Valor do índice "SPEL|PTEL base|ponta

24 - 24 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Agenda Enquadramento MIBEL Mercados a prazo Mercados spot Mercado de serviços de sistema Exemplo de aplicação Modelação e simulação em GAMS Exercícios de aplicação em GAMS

25 - 25 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Mercados spot OMEL - Mercado diário e intradiário

26 - 26 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Mercados spot OMEL - Mercado diário e intradiário

27 - 27 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Mercados spot OMEL - Mercado diário Gerido pelo OMEL (Madrid) desde Janeiro de 1998 24 leilões diários, para cada uma das horas (1-24|25) do dia de calendário seguinte Realizado todos os dias às 10:00 CET Participam todos os produtores, distribuidores, comercializadores, agentes externos, representantes e consumidores Lógica de preço marginalista (realiza um só preço para cada hora) Considera 2 zonas separadas mas interligadas com solução de Market Splitting Ofertas simples e complexas (indivisibilidade, receita mínima, gradiente de carga, paragem programada)

28 - 28 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Curva da procura Ofertas de compra As ofertas de compra são ordenadas de forma decrescente para que as ofertas de preço superior tenham prioridade sobre as ofertas de preço inferior Mercados spot OMEL – Licitações de compra ao mercado diário

29 - 29 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Curva da oferta Ofertas de venda As ofertas de venda são ordenadas de forma crescente para que as ofertas de preço inferior tenham prioridade sobre as ofertas de preço superior Mercados spot OMEL – Licitações de venda ao mercado diário

30 - 30 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 O preço de fecho é estabelecido pela intersecção da curva da oferta com a curva da procura Devido a outras restrições podem existir ofertas com mérito económico que não casam e o preço de fecho é então dado pela intersecção da curva da oferta casada com a curva da procura casada Mercados spot OMEL – Fecho do mercado diário em preço e energia

31 - 31 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 PORTUGAL ESPANHA Mercados spot OMEL – Market splitting no mercado diário

32 - 32 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Mercados spot OMEL - Mercado intradiário Geridos pelo OMEL (Madrid) Seis sessões realizadas todos os dias Participam todos os produtores, distribuidores, comercializadores, agentes externos, representantes e consumidores Lógica de preço marginalista (realiza um só preço para cada hora) Considera 2 zonas separadas mas interligadas com solução de Market Splitting Ofertas simples e complexas Regras semelhantes às do Mercado Diário

33 - 33 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Mercados spot OMEL – Sessões do mercado intradiário

34 - 34 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Mercados spot OMEL – Preços mercados diário e intradiário

35 - 35 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Agenda Enquadramento MIBEL Mercados a prazo Mercados spot Mercado de serviços de sistema Exemplo de aplicação Modelação e simulação em GAMS Exercícios de aplicação em GAMS

36 - 36 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Mercado de serviços de sistema Mercado de reserva: Primária, secundária e terciária Reserva primária Reserva secundária Reserva terciária

37 - 37 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Mercado de serviços de sistema Reserva secundária Banda secundária Variação máxima da potência das unidades, no sentido correspondente e com a velocidade estabelecida, em resposta ao sistema de controlo.

38 - 38 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Mercado de serviços de sistema Reserva terciária Reserva de regulação terciária Variação máxima de potência que uma unidade consegue efectuar num tempo máximo de 15 minutos, e que possa manter, pelo menos, durante duas horas.

39 - 39 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Mercado de serviços de sistema Preço da banda secundária

40 - 40 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Mercado de serviços de sistema Preço da energia secundária e terciária

41 - 41 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Agenda Enquadramento MIBEL Mercados a prazo Mercados spot Mercado de serviços de sistema Exemplo de aplicação Modelação e simulação em GAMS Exercícios de aplicação em GAMS

42 - 42 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Exemplo de aplicação Licitações e equilíbrio no mercado diário Considere um mercado de energia eléctrica em que se efectuaram as seguintes licitações de compra e de venda para uma dada hora: C O M P R A V E N D A Potência Preço Potência Preço (MW) (/MWh) (MW) (/MWh) c1 500 180 v1 300 0 c2 300 80 v2 200 80 c3 400 50 v3 100 30 c4 100 100 v4 400 20 c5 200 20 v5 200 60 v6 150 40 v7 80 10 v8 200 55 Indique quais as licitações de compra e venda que casaram e determine o preço e a potência de fecho do mercado.

43 - 43 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Agenda Enquadramento MIBEL Mercados a prazo Mercados spot Mercado de serviços de sistema Exemplo de aplicação Modelação e simulação em GAMS Exercícios de aplicação em GAMS

44 - 44 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 * MODELO DE MERCADO para casamento de licitacoes de compra e venda * seguindo a logica do mercado diario do MIBEL SETS c indice das licitacoes de compra /c1*c5/ v indice das licitacoes de venda /v1*v8/ ; TABLE COMPRA(c,*) licitacoes de compra POT PRC * Potencia Preco * (MW) (/MWh) c1 500 180 c2 300 80 c3 400 50 c4 100 100 c5 200 20 ; Modelação e simulação em GAMS Programação em GAMS (1/4)

45 - 45 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 TABLE VENDA(v,*) licitacoes de compra POT PRC * Potencia Preco * (MW) (/MWh) v1 300 0 v2 200 80 v3 100 30 v4 400 20 v5 200 60 v6 150 40 v7 80 10 v8 200 55 ; VARIABLES W funcao objectivo - bem estar social Pc(c) potencia casada de cada licitacao de compra Pv(v) potencia casada de cada licitacao de venda ; Modelação e simulação em GAMS Programação em GAMS (2/4)

46 - 46 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 POSITIVE VARIABLES Pc(c), Pv(v); EQUATIONS BESOCIAL equacao funcao objectivo - bem estar social PMAXCMP(c) equacao de potencia maxima das lcitacoes de compra PMAXVND(v) equacao de potencia maxima das licitacoes de venda BALANCO equacao de balanco entre a potencia casada de compra e venda ; BESOCIAL.. W =e= SUM(c, COMPRA(c,'PRC')*Pc(c)) - SUM(v, VENDA(v,'PRC')*Pv(v)); PMAXCMP(c).. Pc(c) =l= COMPRA(c,'POT'); PMAXVND(v).. Pv(v) =l= VENDA(v,'POT'); BALANCO.. SUM(c, Pc(c)) =e= SUM(v, Pv(v)); MODEL Bolsa /ALL/; SOLVE Bolsa USING LP MAXIMIZING W; Modelação e simulação em GAMS Programação em GAMS (3/4)

47 - 47 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Parameters Preco preco de mercado Potencia potencia casada; Preco = SMAX(v,sign(Pv.l(v)) * VENDA(v,'PRC')); Potencia = SUM(v, Pv.l(v)); DISPLAY W.l, Compra, Venda, Pc.l, Pv.l, Preco, Potencia; Modelação e simulação em GAMS Programação em GAMS (4/4)

48 - 48 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 Agenda Enquadramento MIBEL Mercados a prazo Mercados spot Mercado de serviços de sistema Exemplo de aplicação Modelação e simulação em GAMS Exercícios de aplicação em GAMS

49 - 49 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 1. Para o exemplo de aplicação apresentado determine quais as licitações de compra e venda casadas, bem como o preço e a potência de fecho do mercado. Justifique os resultados. 2. Considere outro período de negociação igual ao anterior à excepção da licitação c1 (que agora não existe). Se detivesse uma central hídrica reversível com uma potência de bombagem de 10 MW e rendimento do ciclo de bombagem de 80% como efectuaria as respectivas licitações em cada um dos períodos anteriores? Que ganho obteria? 3. A partir do mercado diário do MIBEL (www.omel.es -> Resultados del mercado) obtenha os dados reais relativos a uma hora de licitações. Com base nesses valores simule o mercado e determine o preço e a potência de fecho. Compare os valores obtidos com os valores reais de mercado e comente as diferenças. (*) 4. Implemente uma forma de obter por simulação os valores reais de mercado (sugestão: retire das licitações de venda aquelas que tendo mérito económico não casaram por serem ofertas complexas). (*) Exercícios de aplicação em GAMS

50 - 50 - Sessão #9 | 2 Junho 2010 :: :: :: Sessão #9 :: Formas de negociação de energia em ambiente de mercado com referência ao MIBEL :: Mercados a prazo, spot e serviços de sistema :: Jorge de Sousa Professor Coordenador ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Webpage: pwp.net.ipl.pt/deea.isel/jsousa Formação Galp Energia Modelação e Simulação de Mercados de Energia Eléctrica