MODELOS DE SUBASTAS.MERCADO MAYORISTA ESPAÑOL

Curso del Máster de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática: “Mercados de

Energía Eléctrica”

16/02/2009

Ponente: Jorge Martínez Crespoe-mail: jorgemar@ing.uc3m.eshttp://electrica.uc3m.es/~jorgemar

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Índice

1. Regulación de la generación en el SEN2. El despacho de generación3. Modelos de subastas4. El problema de la casación5. El mercado español

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Índice

1. Regulación de la generación en el SEN2. El despacho de generación3. Modelos de subastas4. El problema de la casación5. El mercado español

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Regulación en el SEN

Evolución de la Regulación en el Sistema Eléctrico Nacional (SEN)

Etapas desde la creación en 1984 de REE (Red Eléctrica de España)

1984-1995 Ley de Explotación Unificada1995-1997 Ley de Ordenación del

Sistema Eléctrico Nacional (LOSEN)

1998 - …… Ley del Sector Eléctrico

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Regulación en el SEN

Regulación de la generación en el SENAntes del 1 de enero de 1998:• Despacho de los generadores realizado por REE (según costes reconocidos: despacho económico y unit commitment).

• El despacho de generación proporcionaba directamente un despacho seguro (cumplía las restricciones de red y seguridad del sistema).

• Ingresos Compañías generadoras según Marco Legal y Estable (MLE).

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Regulación en el SEN

Regulación de la generación en el SENDespués del 1 de Enero de 1998:

• Se establece el mercado mayorista de energía eléctrica.

• Despacho de la generación realizado según el mercado atendiendo a los precios ofertados: casación.

• El proceso de solución de restricciones técnicas es un proceso independiente del despacho inicial de generación.

• Se establecen una serie de mercados de ajuste: intradiarios.

• Se establecen mecanismos de mercado para la reserva de generación secundaria y terciaria.

• El Operador del Mercado (OM) es un agente distinto del Operador del Sistema (OS).

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El despacho de generación

El problema del despacho en los sistemas eléctricos tiene como objetivo decidir cuánto debe producir cada una de las unidades de generación para dar suministro a la demanda de la forma más eficiente.

El proceso de decisión hasta alcanzar este objetivo estácompuesto por muchas etapas interdependientes con diferentes horizontes de programación.

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El despacho de generación

Control de la generación

Despacho y OPF

Programación Generación

Gestión hidrotérmica a corto plazo

Gestión de mantenimiento

Gestión hidrotérmica a largo plazo

Planificación de la generación

Mínimo error control área

Mínimo coste instantáneo

Mínimo coste diario

Gestión óptima de embalses

Gestión óptima de embalses

Mínimo coste de explotación

Mínimas inversiones

segundos

minutos

horas

días

semanas

meses

años

HORIZONTES DE PROGRAMACIÓN

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El despacho de generación

El problema del despacho se gestiona de diferente forma en un sistema centralizado y en un sistema liberalizado o descentralizado.

Maximización del beneficio individualSubastasLiberalización

Minimización de costesUnit commitment

+Despacho económico

Tradicional

FUNCIÓN OBJETIVOMÉTODOREGULACIÓN

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El despacho de generación

Los mercados eléctricos presentan algunas singularidades, consecuencia de las características técnicas de los sistemas eléctricos de potencia.

Estas particularidades no son comunes a otros mercados y no se ajustan directamente a los modelos sencillos de subasta.

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Modelos de subastas

En un entorno liberalizado el unit commitment se convierte en una subasta para la compra y venta de energía eléctrica.

El diseño del modelo de subasta o casación del mercado es un elemento fundamental para el buen funcionamiento global del mercado. Acoplamientos entre sí

Múltiples unidades

Vickrey o segundo precio

Primer precio

Holandesa

InglesaUn único bien

Tipos de subasta

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Modelos de subastas

Subasta de un único bien:• Subasta inglesa: Mecanismo más empleado en las subastas de obras de arte. Típica puja en la que los agentes van haciendo ofertas con precios cada vez más altos. En cada oferta se mejoran los precios del comprador anterior hasta que ningún comprador puede superar el precio del último ofertante. En ese momento, éste adquiere el bien.

• Subasta holandesa: Común en las lonjas, especialmente en los mercados de pescado fresco. El vendedor va anunciando precios en orden descendente, partiendo de uno muy elevado que va reduciendo poco a poco. El proceso continúa mientras nadie estédispuesto a pagar el precio que canta el vendedor y se detiene cuando el precio es suficientemente bajo como para que algún comprador lo acepte, gane la subasta y compre el producto.

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Modelos de subastas

Subasta de un único bien:• Subasta de primer precio o de sobre cerrado: Cada uno de los compradores puede realizar sólo una oferta, emitida al mismo tiempo que todos los demás y sin saber cómo han ofertado éstos. El bien se adjudica a la oferta más cara y el precio de venta es el precio de su oferta. Es el procedimiento común para adjudicar los bienes y servicios que compra la Administración.

• Subasta holandesa (sobre cerrado): El ganador es el agente que hizo la oferta más cara. La única diferencia con las subastas de primer precio estriba en que en este caso es la primera oferta no aceptada la que determina el precio, y no la oferta ganadora.

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Modelos de subastas

Subasta de múltiples unidades:Se quiere adjudicar al mismo tiempo un número elevado de unidades y existe un amplio abanico de compradores. Es el caso, p. ej., de la subasta de Letras del Tesoro.

Hay algunos compradores que quieren comprar una unidad, pero hayotros que pueden querer varios cientos.

También es el caso del mercado eléctrico de una hora cualquiera.

Todas las subastas diseñadas para un único bien podrían adaptarse a este nuevo entorno, pero el modelo de casación mayoritario es el de la subasta de primer precio.

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Modelos de subastas

Subasta de múltiples unidades:Este tipo de subastas, a diferencia de las subastas de un único bien, suelen constituir juegos a dos bandas, en los que ambos lados de la transacción (comprador y vendedor) son activos y tienen capacidad para realizar ofertas y definir estrategias.

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Modelos de subastas

Subasta con acoplamientos entre sí:Su objetivo consiste en vender varios productos no homogéneoscuyas valoraciones están ligadas entre sí.

Ejemplo ilustrativo: Se quieren vender en una subasta 100 unidades del producto A y 100 unidades del producto B. Algunos agentes tienen interés en comprar únicamente el A o el B, pero otros necesitan tener los dos para que su compra sea rentable y, si no es posible, no le dan ningún valor a obtener uno solo de los productos.

Caso real: concesiones del espectro de radiofrecuencias en EE.UU. y la creación de una cadena de emisoras.

Los mercados de energía eléctrica presentan acoplamientos temporales que encajan perfectamente en este esquema de subasta.

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El problema de la casación

¿Qué es el mercado?• El mercado es uno de los posibles mecanismos económicos de asignación de bienes. Supone una toma descentralizada de decisiones.

• La articulación concreta del mercado debe responder a las preguntas fundamentales que se plantea todo sistema económico: ¿qué producir?, ¿cómo producir?, ¿cuánto producir?, y ¿para quién producir?.

• Un mercado eléctrico es el resultado de la interacción de la oferta de energía y de su demanda. Compradores y vendedores entran en contacto para comerciar energía mediante mecanismos de subastas.

• Los precios son las señales económicas que informan de la asignación del recurso energía en un mercado. Cumplen dos misiones fundamentales:

suministrar información.

proveer incentivos a los distintos agentes, para que, actuando en su propio interés, hagan que el conjunto del sistema funcione eficazmente.

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El problema de la casación

� La eficiencia en la asignación de un bien depende del tipo de mercado:• Libre o intervenido• Transparente u opaco• Competencia perfecta o imperfecta.

� La regulación debería tender a definir un mercado libre, transparente y en competencia perfecta.

� La realidad del sistema eléctrico define un mercado intervenido, transparente y con competencia imperfecta.

� Un supuesto realista de comportamiento racional de cualquier agente en un mercado es la maximización del beneficio individual.

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El problema de la casación

El modelo de casación ideal debería combinar la capacidad de modelar el sistema de las herramientas de ingeniería y la transparencia de los modelos económicos.En la mayoría de los mercados existe una entidad responsable de la casación o subasta (Operador del Mercado).Tres tipos de casación:

• Casación simple• Casación compleja• Casación iterativa• Casación sucesiva

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El problema de la casación

Casación simple• Existe un mercado distinto (subastas de múltiples unidades) para cada hora.

• Cada hora representa una casación independiente, a la que los agentes envían una/varias ofertas en las que indican el precio y la cantidad de energía que desean comprar o vender en el mercado.

• La casación se realiza mediante el cruce de las curvas de oferta y demanda agregadas, y sin tener en cuenta los datos de las otras horas.

• El diseño es completamente transparente; una vez conocidas las ofertas, las reglas para definir la casación son sencillas y los resultados pueden explicarse y reproducirse sin dificultad.

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El problema de la casación

Casación simple• Este modelo de casación no recoge las restricciones técnicas de operación de los grupos de generación:

Límites de rampaMínimos técnicosTiempos máximos y mínimos de acoplamientoAcoplamientos de cuenca hidráulica,...

• Tampoco incorpora el acoplamiento intertemporal que suponen los costes no-lineales de arranque y parada.

• Conclusión: El uso de una casación simple implica, de algún modo, limitar el algoritmo de casación a la restricción de equilibrio entre generación y demanda.

¿Cómo internalizar estas restricciones en las ofertas?

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El problema de la casación

Casación compleja• Se aumenta la cantidad de información que los agentes pueden enviar al algoritmo de despacho sobre sus características técnicas y económicas.

• Parte de los datos que antes eran internalizados en las ofertas simples pueden ser trasladados directamente al modelo de casación para que los incluya en su método de cálculo.

• Se facilita la labor de los agentes y se disminuye la magnitud de los errores que pudieran surgir del mismo (reducción del riesgo).

• Por contra, a medida que las ofertas son más complejas, se pierde la transparencia de la casación.

• En el extremo, este tipo de soluciones conducen al uso de un modelo de optimización centralizado de corte tradicional.

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El problema de la casación

Casación iterativa• Se diseña un procedimiento progresivo en el que los agentes del mercado van revelando sus preferencias a lo largo de la subasta.

• Tras una primera casación, la información es recogida por el resto de agentes para mejorar sus estimaciones sobre la competencia y sobre el resultado esperado de la casación.

• Si no les convence el resultado, pueden modificar sus ofertas (corrigen defectos de internalización).

• La información (revelación de preferencias) favorece que los grupos internalicen sus características técnico-económicas.

• El proceso se detiene cuando ningún agente quiere modificar su oferta. Ha de garantizarse la convergencia del proceso.

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El problema de la casación

Casación sucesiva• Conjunto de mercados con diferentes horizontes temporales que se van sucediendo en el tiempo.

• En los mercados a corto plazo los agentes pueden corregir posibles errores de internalización de mercados a más largo plazo.

• Permiten corregir, p. ej., el incumplimiento de restricciones de rampa entre dos horas sucesivas.

• La casación de cada uno de los mercados es firme, en cantidad y precio negociado, a diferencia de la casación iterativa.

• Es el caso de los países nórdicos.

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Regulación en el SEN

Compañía Operadora del Mercado Español de Electricidad

Agenteproductor

AgenteAutoproductor

Agente externo vendedor

VENTAS

COMPRAS

Agentedistribuidor

Agentecomercializador

Consumidorcualificado

Agente externocomprador

AGENTES DEL MERCADO DE PRODUCCIÓN

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El mercado español

� El mercado de producción es la agregación de diferentes mercados, contratos y procesos:• Mercados diferentes:

Mercado diarioMercado intradiarioMercado de servicios complementarios

• Contratos bilaterales físicos.• Procesos de gestión técnica: solución de restricciones, gestión de desvíos.

� Cada mercado tiene su propio precio.

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El mercado español

� Mercado diario• Es el mercado en el que tienen lugar la mayoría de las transacciones de compra y venta de energía para el día siguiente. Alrededor del 80% del ingreso final de los generadores viene definido por el precio del mercado diario.

• Organización:Sobre la base de un sistema de ofertas de venta y adquisición de energía.Período de programación: una horaHorizonte de programación: el día siguiente (24 horas)Cierre de recepción de ofertas: 10:00 del día DResultados para el día D+1: 11:00 del día D

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El mercado español

Mercado diario• Ofertas de venta:

Ofertas simples: Curva de oferta creciente.Ofertas complejas:• Indivisibilidad: el primero de los tramos ofertados de energía puede ser indivisible, es decir, si resulta casado ha de ser aceptado totalmente.

• Ingresos mínimos: sólo se aceptará la oferta si el ingreso que provee es superior a una cantidad económica mínima, que se expresa por una cantidad fija (€) y otra variable (€/MWh) por la energía total casada.

• Parada programada: las unidades no casadas por incumplir la condición de ingresos mínimos pueden parar.

• Gradiente de carga: incremento máximo de la producción al alza o a la baja entre dos períodos consecutivos.

• Ofertas de compra:Ofertas sin precio: curva de demanda rígidaOfertas con precio: curva de demanda decreciente. No incorpora condiciones complejas.

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El mercado español

Procedimiento de resolución del mercado diario:• Si las ofertas son simples:

Para formar la curva agregada de venta, el OM ordena las parejascantidad energía-precio desde las más baratas a las más caras. Para la curva de adquisición de energía, el orden es el inverso.El algoritmo de la casación simple persigue la maximización de la suma del excedente del consumidor y del productor, es decir, la maximización del beneficio social neto.El algoritmo del OM incorpora reglas de reparto (proporcional a la cantidad de energía ofertada) para cuando exista empate en el precio de distintas ofertas.

• Si hay ofertas complejas: Es necesario ejecutar un procedimiento iterativo para validar que la solución cumple con la condición (ingresos mínimos).

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El mercado español

MWhEnergía casada en la hora

Curva agregada de oferta

Curva agregada de demanda

PrecioMarginalHorario

Punto de corte de las curvasde producción y adquisición

c€/kWh

Definición del precio marginal horario

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El mercado español

MWhEnergía casada en la hora

Curva agregada de oferta

Curva agregada de demanda

PrecioMarginalHorario

Punto de corte de las curvasde producción y adquisición

c€/kWh

Definición del precio marginal horario

El mercado español

Ejemplo de casación del mercado eléctricoEn la tabla se muestran las ofertas de venta y de compra.

VENTA COMPRA

p q p q

0 2 1 2

1.5 1 6 3

1 2 1.5 1

2 3 3 2

2 4 2.5 2

2 5

1

2

3

4

5

6

7

1 2 3 4 5 6 7 8

En la figura se ilustran las curvas agregadas de venta y de compra.El precio marginal del sistema resultante es de 2y la cantidad total comercializada es 7 unidades.

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El mercado español

Evolución del precio del mercado diario

Año 2006 5,575 c€/kWhAño 2007 4,077 c€/kWhAño 2008 6,732 c€/kWh

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El mercado español

Precio medio ponderado del mercado diario

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El mercado español

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El mercado español

Mercado intradiario• Es un mercado de ajustes (voluntario) articulado en seis sesiones.• La energía gestionada es muy inferior a la del mercado diario.• El precio marginal se determina mediante un algoritmo de casación igual al del mercado diario.

• Puede operar todo agente autorizado a operar en el mercado de producción de energía eléctrica.

• Los distribuidores, consumidores cualificados y comercializadores deberán haber participado en la sesión correspondiente del mercado diario.

• Los agentes podrán presentar tanto ofertas de venta de energía como de adquisición de la misma, para una unidad de producción o de adquisición.

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El mercado español

Mercado intradiarioLas ofertas simples contienen un precio y una cantidad de energía para cada hora, pudiendo incorporar, opcionalmente, condiciones complejas. Dichas condiciones pueden ser las siguientes:

Gradiente de carga.

Ingreso mínimo o pago máximo.

Aceptación completa en la casación del tramo primero de la oferta.

Aceptación completa en la casación en cada hora del tramo primero de la oferta.

Mínimo número de horas consecutivas de aceptación completa del tramo primero de la oferta.

Energía máxima.

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El mercado español

Mercado intradiario• Sesiones del mercado intradiario:

9 h13 h17 h20 h24 h28 hHorizonte

14:2010:2006:2003:2023:2019:35Publicación PHF

12:4508:4504:4501:4521:4517:45Hora Cierre

12:0008:0004:0001:0021:0016:00Hora Apertura

6ªsesión

5ªsesión

4ªsesión

3ªsesión

2ªsesión

1ªsesión

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El mercado español

Gestión de desvíos� Ámbito de aplicación:Agentes del mercado que hayan participado en el mercado diario oen los mercados intradiarios y el OS.

� Objetivo:Corrección de los desvíos entre generación y consumo en el período comprendido entre dos sesiones consecutivas de mercados intradiarios

� Asignación por mecanismos de mercadosOfertas complejas : costes arranque, gradiente de carga, Emax/Emin por hora u oferta.Objetivo: minimización del coste de resolución del desvío a precio de oferta

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El mercado español

Gestión de desvíos•Restricciones: además de las contenidas en las ofertas:

Ofertas del mismo sentido que el desvíoCumplimiento de las limitaciones de seguridadSuma de asignaciones igual a requerimiento (en cada hora)

•Valoración al precio marginal de la asignaciónMayor de los precios de las unidades asignadas (desvíos a subir).Menor de los precios de recompra ofertados por las unidades asignadas (desvíos a bajar).

• Imputación a todos los agentes que se desvían (de forma proporcional a su desvío)

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El mercado español

EJECUCIÓNC. Bilateralesinternacionales

MERCADODE OFERTAS

VENDEDORESOfertas

cantidades y precios

EJECUCIÓNC. Bilateralesnacionales

COMPRADORESOfertas

Cantidades y precios

Desglose de produccióny demanda e información

de autoproductores

Programa base de

funcionamiento(PBF)

Ofertascasadas(PBC)

Ofertas nocasadas

SECUENCIA DEL MERCADO DE PRODUCCIÓN

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El mercado español

SOLUCIÓN DE RESTRICCIONES

NO

SI

¿Hayrestriccionestécnicas?

Análisisde red

Solución técnico/económica

de restricciones técnicas

ProgramaBase de

Funcionamiento(PBF)

ProgramaViable

Provisional(PVP)

SECUENCIA DEL MERCADO DE PRODUCCIÓN

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El mercado español

SERVICIOS COMPLEMENTARIOS

Servicioscomplementarios

OFERTAS

ProgramaDiario Viablepara el día D

(PVD)

ProgramaViable

Provisional(PVP)

SECUENCIA DEL MERCADO DE PRODUCCIÓN

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El mercado español

ProgramaDiario Viablepara el día D

(PVD)

MERCADO INTRADIARIO

Varias sesiones al díaActualiza la

programación viable

COMPRADORESVENDEDORESOferta de ajustes

ProgramaHorarioFinal(PHF)

MERCADO INTRADIARIOS

SECUENCIA DEL MERCADO DE PRODUCCIÓN

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El mercado español

ProgramaHorarioOperativo(PHO)

ProgramaHorarioFinal(PHF)

Gestión en tiempo real

Gestión de desvíos Servicios complementarios

Desvíos en generación y demanda

GESTIÓN EN TIEMPO REAL

SECUENCIA DEL MERCADO DE PRODUCCIÓN

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El mercado españolMERCADO DIARIO

+Contratosbilaterales

Internacionales

Contratos bilaterales NacionalesSOLUC. RESTRICCIONES TÉCNICAS

Resultadocasación(PBC)

Programa Base Funcionamiento

(PBF)

Servicios complementarios

Otros procesos de gestión técnica

ProgramaDiario Viable

OPERADOR SISTEMA

OPERADOR MERCADO

6 MERCADOS INTRADIARIOS

ProgramasHorarios Finales

ProgramasHorarios Operativos

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GESTIÓN DE DESVÍOS Y TERCIARIA

El mercado español

D-1 D

OfertasMercado Diario

InformaciónC. Bilaterales

Autoproductores

OfertasSecundaria

Ofertas M. Intradiario 1

Ofertas M. Intradiario n....

10:00 11:00 14:00 15:30

h

H-15 min16:00 17:45 19:45

PBC PVP PVD PHF 1 PFO

PBF

....PHF n

OfertasRestricc.

Modelos de subastas. Mercado mayorista español 52

El mercado español

Fuente: OMEL