Señales de eficiencia ante pago explícito por consumo de potencia eléctrica: el

caso de Chile

Encuentro  Anual  de  Economía  Aplicada  CIEC  –  FCSH  –  ESPOL  

Guayaquil,  Ecuador,  24  de  Julio  2015  

José Luis Lima R. Investigador Asociado Intelis, U de Chile

jlimar@econ.uchile.cl

Organización  

•  Fundamentos del mercado eléctrico •  Peak Load Pricing sin incertidumbre •  Peak Load Pricing con incertidumbre •  Modelo utilizado en el análisis •  Aplicación al caso chileno •  Caso Base sin autogeneración •  Caso Base con autogeneración •  Caso Extensión periodo de control •  Nueva propuesta •  Desarrollo a futuro

Fundamentos  de  Mercado  Eléctrico  

•  Desde sus inicios, en los mercados eléctricos se ha señalado la existencia de varios bienes transables: –  Energía activa (kWh): crea la capacidad para generar trabajo. –  Potencia activa (kW): disponibilidad para generar electricidad cuando

se necesite, ligado al concepto de suficiencia. –  Energía y potencia reactiva (kVAr): voltaje. –  Regulación de frecuencia / reserva en giro. –  Capacidad de reiniciar operaciones (black-start)

•  Sistemas interconectados permiten abastecer consumidores ubicados en ciudades mediante electricidad generada y transportada desde lugares distantes a centros de consumo. –  Permite abastecer a menor costo requerimientos de consumidores. –  Permite regular/controlar mejor balance entre oferta = demanda –  Aumenta la seguridad del suministro eléctrico en la operación. –  Permite la incorporación de múltiples tecnologías de generación.

•  Mix óptimo de tecnologías de Gx: modelo peak-load pricing

Peak  Load  Pricing  sin  incer:dumbre  

Ejemplo con 3 Tecnologías Costo inversión: F1 < F2 < F3 Costo operación: C1 > C2 > C3 Da origen a Costo marginal Mercado Spot y pago explícito por potencia (F1)

Peak  Load  Pricing  sin  incer:dumbre  Problema que se genera en este modelo cuando se toma en cuenta elasticidad de demanda: “Shifting Peak in Demand”

Steiner (1957) propuso “solución” a problema, no aplicado en la práctica.

Peak  Load  Pricing  con  incer:dumbre  

Mismo ejemplo con 3 Tecnologías Costo inversión: F1 < F2 < F3 Costo operación: C1 > C2 > C3 Aparece concepto de costo de falla o racionamiento(VOLL) No es necesario tener un pago explícito por potencia, pero en caso de falla la energía generada se paga a valor de costo de falla Problema que se genera: “loss money” Estándar de operación VOLL: 1-4 veces cada 10 años.

Peak  Load  Pricing  con  incer:dumbre  

Solución al “loss money” utilizada en Chile: •  Pago explícito por consumo de potencia à mantiene problema shifting peak •  En caso de racionamiento, Gx deben compensar a consumidores por energía no

suministrada al costo de falla del sistema.

Peak  Load  Pricing  con  incer:dumbre  

Propuesta de OREN (2000): generar pago explícito por potencia, separando operación en tiempo normal de operación en época de estrechez y licitando obligaciones por estar presente y listo para generar en punta. Usada en Colombia. Los consumidores pagan un solo precio por energía: la suma del precio spot + costo de seguro por tener potencia suficiente en punta

Peak  Load  Pricing  con  incer:dumbre  

De acuerdo a Oren (2000) su propuesta es mejor debido a: •  Un precio de energía más elevado conlleva a una menor demanda y menor

necesidad de capacidad instalada.

•  Sin embargo, dicha señal solo tiene un efecto en nivel de demanda, sin dar más señal a los consumidores para que consuman electricidad en forma más eficiente: se mantiene la forma de la curva de carga de cada consumidor.

Es posible lograr una mayor eficiencia en el consumo de carga de los consumidores, haciendo uso del pago explícito de la potencia.

Modelo  u:lizado  

•  Empresa uniproducto, con función de producción separable en el consumo de carga eléctrica y el uso de los demás recursos.

•  La empresa produce cantidades de un solo producto de acuerdo a la función de producción f(X), estrictamente cóncava, donde X={x_1,x_2,…,x_t,…,x_T}

•  Carga consumida en un momento del tiempo es sustituta de la carga consumida en cualquier otro momento.

•  El costo que tiene que pagar la empresa por la carga que consume en cada momento viene dado por c_t.

•  Problema económico de la empresa es determinar el consumo de carga que maximiza sus beneficios, es decir:

•  La condición de primer orden que determina el consumo óptimo de carga en cada momento del tiempo señala que

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Modelo  u:lizado  

•  El sistema de ecuaciones que generan las condiciones de primer orden, definen implícitamente la demanda de carga en cada momento del tiempo, en función del costo de todas las cargas y el precio del producto

•  Propiedades de la demanda de carga:

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Aplicación  a  caso  Chileno  

Carga%que%se%consume% Costo%asociado%

Fuera&del&periodo&de&control& !!&

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Caso  Base  sin  autogeneración  

Consumo'óptimode'Carga

Periodo'fuera'de'punta Periodo'de'control Periodo'fuera'de'puntade'horas'de'punta

Costo'='Pe Costo'='Pe

Costo'='Pe'+'Pr'Pp

Tiempo

Caso  Base  con  autogeneración  

Consumo'óptimode'Carga

Periodo'fuera'de'punta Periodo'de'control Periodo'fuera'de'puntade'horas'de'punta

Costo'='Pe Costo'='PeCosto'='Pa

Autogeneración

Tiempo

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Caso  Extensión  periodo  control  (OREN)  

!" = 1!"#$%!!"!!"#$%&%'!!"!!"!!ñ!! =

1! !< !!!"!

!! < !!! + !"!×!!! < !!!!Consumo'óptimode'Carga

Periodo'fuera'de'punta Periodo'de'control Periodo'fuera'de'puntaanterior de'horas'de'punta anterior

anterior

Consumo'óptimo'enNuevo'periodo'de'control'de'horas'de'punta

Costo'='Pe'+'Pr'Pp

Tiempo

Nueva  propuesta  

•  Aumentar el número de horas de control a todo el año y utilizar el mayor consumo de carga medido al cliente para definir la carga que debe pagar la potencia de punta.

•  En este caso la autogeneración pierde todo sentido económico para la empresa, ya que la única forma que tiene de no pagar por la potencia de punta es autogenerando siempre.

•  El problema de la empresa puede expresarse ahora como:

•  En este contexto es más natural aplicar la solución de Steiner (1957), con la salvedad que no se necesitan varios precios distintos para los consumos de carga en distintos momentos, solo es necesario un precio para la energía y otra para la potencia.

max!

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Nueva  propuesta  

1. Supongamos,que,la,empresa,decide,consumir,no,más,de,!,unidades,de,carga,como,demanda,máxima,,y, podemos, dividir, el, set, de, consumos, de, carga, ,! = {!!,!!} ,, tal, que,!! = {!! ∈ !, !! = !} ,, y,,!! = {!! ∈ !, !! < !}.,

2. La, solución,consiste,en,determinar,el,nivel,de,!,y, los, consumos,de,carga,que,conforman,!!,y,!!,que,resuelven,simultáneamente,el,siguiente,sistema,de,ecuaciones,y,condiciones:,

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Nueva  propuesta  

Consumo'óptimode'Carga

Consumo'de'carga'cuando'se'utiliza'como'referencia'para'pagar'la'potencia'a'la'demanda'máxima

del'sistema

Tiempo

Nueva  propuesta  

Consumo'óptimode'Carga

Consumo'de'carga'cuando'se'utiliza'como'referencia'para'pagar'la'potencia'a'la'demanda'máxima

de'cada'empresa

Tiempo

Trabajo  en  desarrollo  

•  Formalizar el análisis de Impacto a nivel agregado: intución señala que la suma de los comportamientos individuales se debería reflejar finalmente en el agregado, generando una curva de carga agregada más plana que aumente el uso de los recursos existentes (transmisión, distribución) y exija menos capacidad instalada a la generación (menor que la que se lograría con la propuesta de Oren).

•  Compatibilizar la medición de la punta del sistema con la suma de máximos individuales.

•  Tecnologías con consumo de carga complementario: para analizar el efecto en industrias como la minería del cobre, que no puede sustituir carga en el tiempo y requiere un influjo continuo de electricidad.

Señales de eficiencia ante pago explícito por consumo de potencia eléctrica: el

caso de Chile

Encuentro  Anual  de  Economía  Aplicada  CIEC  –  FCSH  –  ESPOL  

Guayaquil,  Ecuador,  24  de  Julio  2015  

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