Estrategia de oferta óptima de los generadores en un mercado eléctrico hidrotérmico de corto plazo basado en ofertas libres

Abstract

A partir de la década de 1990 se ha intensificado a nivel internacional el proceso de liberalización de los mercados de energía. Y aunque algunas reglas para el despacho de energía y la formación de precios son distintas en cada país o región donde se ha implementado un mercado eléctrico competitivo; la mayoría incorpora un mercado mayorista de energía eléctrica de corto plazo basado en subastas donde se compran y venden grandes bloques de energía. En este tipo de mercado, las compañías de generación eléctrica (GENCOs) buscan maximizar su beneficio económico producto de su participación y para esto elaboran y presentan al operador del mercado que también opera el sistema físico en la mayoría de casos (ISO - Independent System Operator), ofertas estratégicas de precio por unidad de energía ($/MWh) y cantidad de energía (MWh) que desean vender por cada unidad generadora que administran y para cada periodo de tiempo preestablecido por el ISO. Conocer las estrategias de participación de las GENCOs también es importante para el ente regulador del mercado, ya que necesitan identificar a las compañías que tienen la capacidad de alterar el precio de despeje del mercado a partir de sus ofertas estrategicas. A estas compañías se les conoce usualmente como compañías creadoras de precio (price maker) y tienen la capacidad de ejercer poder de mercado (market power). En este trabajo de investigación se desarrolla una metodología alternativa basada en la optimizacion matemítica para determinar la oferta optima de precio por unidad de energía ($/MWh) y cantidad de energía (MWh) que debe ofertar una compañía de generación eléctrica creadora de precios para maximizar sus ingresos económicos cuando compite en un mercado hidrotérmico mayorista de corto plazo (Mercado de día en adelanto - Day-ahead market) basado en ofertas libres (subastas). El modelo matemático formulado tiene una estructura de optimización binivel (bi-level optimization problem) donde el problema líder o primer nivel del problema (upper level) representa la maximización del beneficio económico (profit maximization) de la compañía en cuestión, considerando las restricciones técnicas de las unidades generadoras que administra y las restricciones asociadas a los reservorios (embalses) de las centrales hidroeléctricas que opera desde el punto de vista determinístico. El problema seguidor o segundo nivel (lower level) corresponde al despacho económico ejecutado por el operador independiente del sistema (ISO, independent system operator) quien busca minimizar el costo total de operación del sistema manteniendo en todo momento el balance oferta - demanda de energía. Este problema será formulado como un problema de optimización lineal de variables continuas, sin considerar las restricciones de las redes de transmisión (sistema uninodal). El problema binivel formulado es transformado en un problema de optimización cuadrático no-convexo de un solo nivel conocido como problema matemático con restricciones de equilibrio (MPEC, Mathematical Problem with Equilibrium Constraints) utilizando para ello las condiciones de optimalidad de Karush-Kuhn-Tucker para el problema seguidor. El problema cuadrático resultante es resuelto mediante la aproximación a un Problema de Optimización Lineal Entero Mixto (MILP) a través de la transformación algebraica de la función objetivo a una expresión lineal usando el teorema de dualidad fuerte (strong duality condition) y a través de la discretización de las variables de oferta de precio y oferta de energía. La solucion global del problema MILP resultante es hallado usando solvers comerciales y es de utilidad para fines prácticos tanto de las compartías generadoras y de las instituciones reguladoras del mercado de electricidad.