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CARLA REGINA LANZOTTI
Plataforma Computacional de Auxílio à
Comercialização de Energia Elétrica
57/2015
Campinas 2006
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FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA
BIBLIOTECA DA ÁREA DE ENGENHARIA E ARQUITETURA - BAE - UNICAMP
L299p
Lanzotti, Carla Regina
Plataforma computacional de auxílio à
comercialização de energia elétrica / Carla Regina Lanzotti. --Campinas, SP: [s.n.], 2006.
Orientador: Paulo de Barros Correia.
Tese de Doutorado - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica.
1. Energia elétrica - Comercialização. 2. Teoria dos jogos. 3. Leilões. 4. Armazenamento de dados. I. Correia, Paulo de Barros. II. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Mecânica. III. Título.
Título em Inglês: Electric energy commercialisation support platform
Palavras-chave em Inglês: Electric power - Marketing, Game theory, Auction, Data storage
Área de concentração:
Titulação: Doutor em Planejamento de Sistemas Energéticos
Banca examinadora: Sérgio Valdir Bajay, Paulo Sergio Franco Barbosa, André Luiz Morelato França, Rosângela Ballini
Data da defesa: 03/02/2006
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Dedico este trabalho aos meus pais, Sidenei e Darci, e à minha filha Maria Carolina.
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Agradecimentos
Gostaria de agradecer algumas pessoas especiais que me auxiliaram durante o período de elaboração deste trabalho:
À minha pequena Carol.
Aos meus pais, Sidenei e Darci, meu irmão Paulo, minha tia Marley e a minha amiga Moema. Ao meu orientador Paulo de Barros Correia, pela orientação e amizade.
Aos meus amigos de pesquisa Adriano Jerônimo da Silva, Gustavo Santos Masili, Tiago de Barros Correia, Fernando Colli Munhoz, Marco Aurélio Keiler, Rodrigo Silveira, Márcio Freire, Kamyla Borges da Cunha, Cleci Schalemberger Streb e todos os outros colegas do Bloco IE3 da FEM. Aos meus companheiros de república, em especial ao Alex, Fábio, Lígia, Maya, Nilda, Nilde, Pablo e Vanessa.
Aos funcionários e professores do Departamento de Energia da Faculdade de Engenharia Mecânica da Unicamp, em especial à Neusa de Andrade Maria.
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"A grandeza de uma nação pode ser julgada pelo modo que seus animais são tratados."
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Resumo
A modificação no segmento de comercialização de energia elétrica impulsionou a busca por mecanismos que estimulassem a competição e auxiliassem a determinação do preço da energia elétrica. Um dos mecanismos adotados para estimular a competição entre os agentes do mercado é o leilão, que pode ser formulado de acordo com as necessidades do seu proponente. Para atuar em um mercado competitivo é necessário que o agente do setor elétrico esteja bem informado para extrair bons resultados nas negociações. Partindo deste princípio, algumas ferramentas baseadas na teoria dos jogos e leilão foram desenvolvidas pelo grupo de comercialização de energia elétrica da Unicamp, com o intuito de aplicar modelos para o setor elétrico no contexto das regras adotadas no mercado brasileiro. Este trabalho especifica e desenvolve um ambiente computacional para integrar tanto as ferramentas implementadas quanto aquelas em desenvolvimento e incorpora uma base de dados para armazenar as principais informações do mercado de energia elétrica, do sistema elétrico e da economia. Desta forma, a plataforma de auxílio à comercialização de energia elétrica corresponde a um software formado por três módulos, incorporando um módulo de simulação de leilão, um módulo para auxiliar as estratégias de contratação e um módulo de banco de dados. A aplicação da plataforma de comercialização visa facilitar a atuação dos agentes do mercado de energia elétrica, auxiliando a verificação e definição de lances a fim de gerar uma maior eficiência dos seus lances em um leilão realizado pela CCEE e também para elaborarem os seus próprios leilões, com a finalidade de explorar a liberdade de contratação bilateral.
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Abstract
Recent changes in the regulation of electric energy commercialisation have driven the search for mecanisms capable of determining the electric energy price and allowing a better competition. One of the mecanisms to leverage competition between market players is auction, which can be set up to meet the needs of the proponent. An electric sector agent should be kept up to date in order to establish profitable businesses. Having this assumption in mind some tools were developed based on game theory and auction by the Unicamp electric energy commercialisation group, intending the application of models to electric sector in the context of brazilian market regulation. This paper specifies and develop a computer aided environment to integrate the developed tools to new ones as well as a data base to store main information from electric energy market, electric system and economy. As a matter of fact, the electric energy commercialisation support platform corresponds to a software made up by three modules, including a auction simulation module, a contract strategy aid module and a data base module. In the specification of the platform it was used a concept of modularity which allows the inclusion of addditional modules to the structure and the evolution of the tools to cope with the market needs. The platform is to help electric energy market players to check and make offers to generate a greater effectiveness in the proposals, in order to explore the freedom of bilateral contracts.
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Lista de Ilustrações
Figura 3.1: Leilão de venda ... 21
Figura 3.2: Leilão de compra ... 22
Figura 3.3: Leilão duplo com participantes identificados ... 22
Figura 3.4: Leilão duplo com participantes não identificados... 23
Figura 5.1: Arquitetura da plataforma ... 44
Figura 5.2: Modelo da plataforma de comercialização ... 44
Figura 6.1: Tabela da taxa de câmbio ... 56
Figura 6.2: Tabela da taxa de juros ... 56
Figura 6.3: Tabela da taxa de inflação ... 57
Figura 6.4: Tabela do PIB ... 57
Figura 6.5: Tabela da população... 58
Figura 6.6: Tabela do consumo de energia ... 59
Figura 6.7: Tabela do emprego ... 60
Figura 6.8: Tabela da indústria ... 60
Figura 6.9: Tabelas da energia assegurada ... 61
Figura 6.10: Tabela de medição ... 62
Figura 6.11: Tabela do preço ... 63
Figura 6.12: Tabelas do mecanismo de realocação de energia... 63
Figura 6.13: Tabelas de contratos ... 64
Figura 6.14: Tabelas do excedente financeiro ... 65
Figura 6.15: Tabelas dos encargos do serviço do sistema ... 65
Figura 6.16: Tabelas de contabilização ... 66
Figura 6.17: Tabelas da energia assegurada ... 67
Figura 6.18: Tabelas de medição ... 68
Figura 6.19: Tabelas de contratos ... 68
Figura 6.20: Tabela de contabilização ... 69
Figura 6.21: Tabelas de carga ... 70
Figura 6.22: Tabelas de geração ... 70
Figura 6.23: Tabelas de intercâmbio ... 71
Figura 6.24: Tabelas dos dados hidrotérmicos ... 71
Figura 6.25: Tabela de dados do racionamento ... 72
Figura 6.26: Tabelas das vazões naturais ... 72
Figura 6.27: Modelo da base de dados com relacionamentos ... 76
Figura 6.28: Data mart das informações econômicas ... 77
Figura 6.29: Data mart do mercado de energia elétrica ... 78
Figura 6.30: Data mart dos agentes do mercado de energia elétrica ... 79
Figura 6.31: Data mart com informações do sistema ... 79
Figura 8.1: Curva de oferta de um produto ... 95
Figura 8.2: Curva de demanda de um produto ... 98
Figura 9.1: Página Inicial da plataforma ... 104
Figura 9.2: Acesso ao módulo BASE DE INFORMAÇÕES. ... 104
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Figura 9.4: Acesso ao módulo PROCESSO DE CONTRATAÇÃO ... 106
Figura 9.5: Lista de campos da tabela dinâmica ... 107
Figura 9.6: Elaboração de uma tabela dinâmica ... 108
Figura 9.7: Exemplo de uma tabela dinâmica ... 108
Figura 9.8: Opções de aplicação do módulo ESTRATÉGIA DE CONTRATAÇÃO ... 109
Figura 9.9: Opções para estratégias do leilão de venda ... 110
Figura 9.10: Parâmetros do leilão de venda ... 110
Figura 9.11: Cadastro de cenários ... 111
Figura 9.12: Cadastro de produtos ... 112
Figura 9.13: Cadastro de participantes ... 113
Figura 9.14: Página de login ... 114
Figura 10.1: Tabela dinâmica com os dados de consumo de energia... 117
Figura 10.2: Gráfico com os dados de consumo de energia ... 117
Figura 10.3: Histórico de preços de energia elétrica ... 118
Figura 10.4: Parâmetros de entrada ... 119
Figura 10.5: Cadastro do Produto no cenário 1 ... 120
Figura 10.6: Cadastro do Produto no cenário 2 ... 120
Figura 10.7: Cadastro do Produto no cenário 3 ... 121
Figura 10.8: Matriz de covariância ... 122
Figura 10.9: Matriz de correlação... 122
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Lista de Tabelas
Tabela 2.1: Organização dos mercados de energia... 15
Tabela 3.1: Resumo dos leilões de certificados ... 26
Tabela 3.2: Resumo do leilão de venda ... 27
Tabela 3.3: Resumo dos leilões de compra ... 28
Tabela 3.4: Resumo do Leilão de excedentes... 29
Tabela 3.5: Resumo do leilão de excedente ... 30
Tabela 3.6: Resumo dos Leilões de energia existente ... 31
Tabela 4.1: Diferenças entre OLTP e OLAP ... 39
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SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ... 1
2 COMERCIALIZAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA ... 4
2.1 Mercado Spot ... 4 2.2 Mercado Bilateral ... 4 2.3 Mercado Financeiro ... 5 2.4 Experiência internacional ... 5 2.4.1 Nord Pool ... 6 2.4.2 Espanha ... 7 2.4.3 Reino Unido ... 7 2.4.4 Austrália ... 8
2.4.5 European Energy Exchange – EEX ... 9
2.5 Brasil ... 10
2.5.1 Ambiente de Contratação Regulada – ACR ... 10
2.5.2 Ambiente de Contratação Livre – ACL ... 11
2.5.3 Leilões de Energia Elétrica ... 11
2.6 Considerações finais ... 14
3 JOGOS E LEILÃO ... 16
3.1 Teoria dos jogos ... 16
3.1.1 Equilíbrio de Nash ... 18
3.1.2 Jogos Bayesianos ... 18
3.2 Teoria dos leilões ... 19
3.2.1 Formatos ... 20
3.2.2 Avaliações ... 23
3.2.3 Eficiência versus benefício ... 24
3.2.4 Equivalência de leilões e estratégias de lances ... 24
3.2.5 Equivalência do rendimento ... 25
3.3 Leilões de energia elétrica brasileiros ... 25
3.3.1 Leilão de certificado ... 26
3.3.2 Leilão de venda ... 26
3.3.3 Leilões de compra ... 27
3.3.4 Leilão de excedente ... 28
3.3.5 Leilão de energia existente ... 30
xxii
4 CONCEPÇÃO COMPUTACIONAL ... 32 4.1 Gerenciamento de dados ... 34 4.1.1 Data warehouse ... 35 4.1.2 Arquitetura do data warehouse ... 36 4.1.3 Modelo multidimensional ... 37 4.1.4 Ferramentas OLAP ... 38 4.1.5 Granularidade ... 40 4.2 Considerações finais ... 40 5 ESTRUTURA COMPUTACIONAL DA PLATAFORMA ... 42 5.1 Arquitetura ... 43 5.1.1 Requisitos ... 45 5.2 Especificação das ferramentas computacionais ... 46 5.2.1 Linguagem de programação: Java ... 46 5.2.2 Ferramenta de otimização: Lingo ... 48 5.2.3 Sistema gerenciador de banco de dados: MySQL ... 49 5.2.4 Ferramentas para programação na Internet ... 49 5.3 Considerações finais ... 53 6 BASE DE INFORMAÇÕES ... 54 6.1 Informações econômicas ... 55 6.1.1 Taxa de câmbio ... 55 6.1.2 Taxa de juros ... 56 6.1.3 Inflação ... 56 6.1.4 PIB ... 57 6.1.5 População ... 57 6.1.6 Consumo de energia elétrica ... 58 6.1.7 Emprego ... 59 6.1.8 Produção industrial ... 60 6.2 Informações do mercado ... 60 6.2.1 Informações por submercado ... 61 6.2.2 Informações individuais do agente ... 66 6.3 Informações do sistema ... 69 6.3.1 Carga ... 69 6.3.2 Geração ... 70 6.3.3 Intercâmbio de energia ... 70 6.3.4 Dados hidrotérmicos ... 71 6.3.5 Racionamento ... 72
xxiii
6.3.6 Vazões naturais ... 72 6.4 Estruturação do banco de dados ... 72 6.5 Implementação do data warehouse ... 76 6.6 Considerações finais ... 80 7 ESTRATÉGIAS DE CONTRATAÇÃO ... 81 7.1 Mecanismo para definição de estratégias ... 81 7.1.1 Sistemática ... 82 7.2 Mecanismo de estratégia para alocação de lances ... 84 7.2.1 Leilão de venda ... 85 7.2.2 Leilão de compra ... 87 7.3 Considerações finais ... 90 8 PROCESSO DE CONTRATAÇÃO ... 91 8.1 Arquitetura do sistema de leilão ... 91 8.1.1 Usuários ... 92 8.1.2 Aplicação ... 92 8.1.3 Banco de dados ... 93 8.2 Leilão de venda ... 94 8.2.1 Submissão dos produtos ... 94 8.2.2 Fixação do preço de abertura ... 95 8.2.3 Submissão dos lances ... 95 8.2.4 Liquidação ... 96 8.2.5 Encerramento ... 97 8.3 Leilão de compra ... 97 8.3.1 Submissão dos produtos ... 97 8.3.2 Fixação do preço de abertura ... 98 8.3.3 Submissão dos lances ... 98 8.3.4 Liquidação ... 99 8.3.5 Encerramento ... 99 8.4 Leilão de energia existente ... 100 8.4.1 Submissão dos produtos ... 100 8.4.2 Fixação do preço de abertura ... 101 8.4.3 Submissão dos lances ... 101 8.4.4 Liquidação ... 101 8.4.5 Encerramento ... 102 8.5 Considerações finais ... 102 9 PLATAFORMA DE COMERCIALIZAÇÃO ... 103 9.1 Base de informações ... 106
xxiv 9.2 Estratégias de contratação ... 109 9.3 Processo de contratação ... 112 9.4 Considerações finais ... 114 10 SIMULAÇÃO ... 116 10.1 Base de informação ... 116 10.2 Estratégias de contratação ... 118 10.3 Considerações finais ... 123 11 CONCLUSÕES ... 125 REFERÊNCIAS ... 127 APÊNDICE A - BANCO DE DADOS ... 132
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1 INTRODUÇÃO
A partir de 1990, o setor elétrico de muitos países passou por um profundo processo de reestruturação, resultando, em alguns casos, na privatização da indústria de eletricidade, na implantação de novas estruturas e medidas técnicas, legais e institucionais para apoiar o desenvolvimento do mercado de eletricidade.
A reestruturação baseou-se na desverticalização das empresas, sendo que as atividades de transmissão e distribuição continuaram a ser consideradas monopólios naturais e as atividades de geração e comercialização passaram a ser competitivas.
A modificação no segmento de comercialização impulsionou a busca por mecanismos que estimulassem a competição e auxiliassem a determinação do preço da energia elétrica. Observando a experiência de outros países, que possuem o segmento de comercialização competitivo, o Brasil adotou os leilões como mecanismos auxiliares às negociações de energia elétrica. Desta forma, para atuar no mercado de energia e conseguir extrair bons resultados nas negociações, é necessário que o agente do setor elétrico esteja bem informado e entenda os mecanismos destes leilões.
As informações desejáveis abrangem um número razoável de características do mercado, tais como: empresas do setor; custos de produção; características institucionais, além da estrutura legal e regulatória, determinantes da organização e operação do mercado. Ainda deve-se considerar os aspectos econômicos que afetam o preço da energia e a quantidade produzida.
No mercado de eletricidade, as características físicas dos geradores, os aspectos econômicos da oferta e demanda de energia elétrica e as regras de mercado, estabelecidas para o setor elétrico, permitem criar oportunidades ao desenvolvimento de modelos que auxiliem o agente do setor na compreensão e avaliação de sua posição no mercado.
Esses modelos podem ser delineados como simuladores de leilão, modelos de competição imperfeita, programas para análise da variação do preço de energia utilizando agentes artificiais, simuladores de estratégias de lances e análise de riscos no setor elétrico, entre outros.
Considerando essa necessidade, o grupo de comercialização da Unicamp iniciou o estudo e o desenvolvimento de algumas ferramentas, apoiadas nas teorias dos jogos e dos leilões, com o
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intuito de aplicar modelos para o setor elétrico no contexto das regras adotadas pelo mercado brasileiro.
Durante a realização deste trabalho, foram desenvolvidos um simulador de leilões de energia (Masili, 2004), um simulador de mercado de energia (Azevedo, 2004) e um programa computacional para fixação de lances (Munhoz, 2004). Também estão em desenvolvimento ferramentas para cálculo do mecanismo de realocação de energia, para previsão de preços e agentes inteligentes, utilizando lógica nebulosa na tomada de decisões.
Masili (2004) estudou os principais formatos de leilões aplicados ao setor elétrico e desenvolveu um programa computacional capaz de representar os leilões de compra e venda de energia elétrica adotados pelo Mercado Atacadista de Energia - MAE, atual Câmara de Comercialização de Energia Elétrica - CCEE. O programa permite simular o leilão de venda e os leilões de compra de lotes de energia.
No trabalho de Azevedo (2004) foi desenvolvida uma ferramenta para a avaliação de cenários de energia, de modo a verificar a atuação do agente nos leilões, usando o conceito de jogos bayesianos para solucionar os modelos.
O trabalho de Munhoz (2004) resultou em um programa computacional para a fixação de lances em leilões de energia elétrica. No modelo, as estratégias utilizadas são aplicadas aos vendedores de energia que realizam simulações para prever alguns prováveis resultados do leilão. Com o objetivo de integrar os trabalhos desenvolvidos pelo grupo de comercialização, nasceu a ideia de desenvolver um ambiente computacional que pudesse incorporar tanto as três ferramentas desenvolvidas, conforme mencionado, quanto aquelas em desenvolvimento. Para realizar tal tarefa, foi necessário analisar as ferramentas desenvolvidas e estabelecer um ambiente único e integrado que pudesse ser usado pelos agentes do setor elétrico.
Desta forma, este trabalho tem por objetivo realizar a especificação computacional e a implementação de uma plataforma computacional voltada ao auxílio à comercialização de energia elétrica. Além de implementar as ferramentas mencionadas, será incluída uma base de dados, desenvolvida utilizando a modelagem de um data warehouse, que permite armazenar os diferentes tipos de informação do setor elétrico em um único lugar, facilitando o acesso à informação.
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A plataforma computacional de auxílio à comercialização de energia elétrica tem como base de desenvolvimento a linguagem Java, enquanto o MySQL é o banco de dados utilizado para armazenar as informações econômicas, do mercado de energia e do sistema elétrico. A principal contribuição deste trabalho é incorporar, em um único ambiente computacional, ferramentas de auxílio aos agentes do setor interessados na comercialização de energia elétrica.
Para atingir o objetivo proposto, o trabalho foi estruturado da seguinte maneira. No capítulo 2 são discutidos os tipos de mercado adotados na comercialização de energia elétrica e apresentado a estrutura de alguns mercados, tais como Reino Unido, Países Nórdicos, Austrália, Espanha e Brasil.
O capítulo 3 aborda os conceitos de teoria dos jogos e leilão. Na seção sobre teoria dos jogos são tratados os conceitos de jogos com informação perfeita (equilíbrio de Nash) e jogos com informação imperfeita (equilíbrio de Nash Bayesiano). Na seção sobre leilão são apresentados seus principais formatos.
O capítulo 4 apresenta os aspectos computacionais necessários à implementação da plataforma de auxílio à comercialização de energia elétrica, abordando a necessidade de independência de sistema operacional, a flexibilidade na implementação do código e o gerenciamento de dados.
No capítulo 5 a estrutura computacional da plataforma é fixada por meio da definição da sua arquitetura e da especificação das ferramentas computacionais necessárias ao seu desenvolvimento. A partir do capítulo 6 são apresentados os módulos que compõem a plataforma. O desenvolvimento da base de informação é apresentado no capítulo 6, o mecanismo para definição de estratégias e para alocação de lances é apresentado no capítulo 7, e o processo de contratação é tratado no capítulo 8.
O capítulo 9 apresenta o ambiente da plataforma de auxílio à comercialização de energia elétrica desenvolvido, exibindo algumas telas e funcionalidades. No capítulo 10 são apresentados os resultados alcançados pelo trabalho e indica trabalhos que podem ser desenvolvidos no futuro para sua melhoria.
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2 COMERCIALIZAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
A inserção da competição nos mercados de eletricidade resultou em novas formas de se comercializar a energia elétrica. Atualmente, é possível negociar energia elétrica por contratos bilaterais, livremente negociados entre as partes, ou leilões, realizados por mercados de energia ou por agentes que participam do mercado como geradores, distribuidores, comercializadores e grandes consumidores. Além disso, em alguns países, são utilizados contratos para proteção contra a volatilidade dos preços do mercado de curto prazo. Este capítulo apresenta os tipos de mercado adotados pelo setor elétrico no mundo e a estrutura aplicada em alguns mercados, tais como Reino Unido, Países Nórdicos, Austrália, Espanha e Brasil.
2.1 Mercado Spot
No mercado spot de energia elétrica é caracterizado por suas transações serem programadas com um tempo de antecedência da entrega física: um dia, uma hora ou cinco minutos (IEA, 2001). As negociações de compra e venda de energia são realizadas por leilões no próprio mercado de energia (pool ou power exchange). Desta forma, as regras são iguais para todos os participantes e os agentes fazem lances de oferta ou demanda de energia, seguindo os preços do mercado.
2.2 Mercado Bilateral
O mercado bilateral corresponde aos contratos realizados livremente entre dois ou mais agentes que definem a quantidade e o preço da energia elétrica. Neste mercado, os agentes não informam os valores da negociação, fornecendo apenas os dados necessários ao despacho do sistema. Este tipo de mercado é utilizado nos Países Nórdicos, na Nova Zelândia, no Brasil e em alguns estados norte-americanos.
5 2.3 Mercado Financeiro
A função do mercado financeiro é proporcionar segurança aos agentes do mercado contra a volatilidade dos preços de energia. O mercado financeiro atua no setor elétrico por meio de dois tipos de contratos: os contratos financeiros e os chamados de power purchase agreements - PPA. Estes são denominados contratos físicos, uma vez que especificam a usina geradora de energia. Estes tipos de contratos são explicados de forma mais detalhada a seguir:
Contratos a termo são contratos para comprar ou vender um bem em uma data fixada no futuro. O valor do objeto pode variar, mas não há fluxo de dinheiro envolvido até a data da entrega. Esses contratos, firmados em mercados atacadistas de energia, atuam como um mecanismo de proteção à variação dos preços.
Contratos futuros são análogos aos contratos a termo, diferenciados apenas por serem padronizados (IEA, 2001).
Contratos de opção são contratos que dão o direito, mas não a obrigação de compra ou venda de energia a um determinado preço.
PPA são contratos similares aos contratos financeiros, porém especificam as usinas que irão gerar a energia (IEA, 2001).
Os contratos financeiros são usados em diversos mercados de energia elétrica, como no Reino Unido, Países Nórdicos e Austrália.
2.4 Experiência internacional
Esta seção apresenta alguns mercados de eletricidade organizados após a abertura da competição no setor de energia elétrica. A análise destes mercados permite verificar a adoção de contratos bilaterais e leilões para a compra e venda de energia e contratos financeiros como instrumentos de proteção à volatilidade dos preços.
6 2.4.1 Nord Pool
O Nord Pool é um mercado internacional de energia formado pela Noruega, Finlândia, Dinamarca e Suécia e é responsável pela comercialização de energia elétrica no mercado bilateral, mercado spot e mercado futuro, baseado na participação voluntária dos agentes.
O Elspot, correspondente ao mercado spot dos países nórdicos, baseia-se em lances de compra e venda de energia elétrica, com duração de uma hora, cobrindo cada uma das 24 horas do dia seguinte. Neste mercado é utilizado um leilão duplo para o dia seguinte, no qual os participantes enviam lances de preço e quantidade. O preço é definido pelo equilíbrio entre os lances de compra e venda dos participantes e é usado como referência para os contratos a termo, futuros e bilaterais negociados no Nord Pool (NORDPOOL, 2003). Quando o volume dos contratos excede a capacidade de transmissão da rede, o preço da energia elétrica aumenta para estimular a oferta e diminuir a demanda. Do mesmo modo, quando a situação inversa ocorre, o preço diminui para aumentar a demanda.
O Elbas é um mercado de ajuste para a Suécia, Finlândia e leste da Dinamarca, baseando-se em contratos horários para o mesmo dia ou o dia seguinte, podendo ser negociado até uma hora antes da entrega.
O mercado financeiro negocia contratos futuros, a termo, de opções e contratos por diferença, operando em um horizonte máximo de quatro anos. Os contratos futuros são os firmados para um determinado dia ou semana. Os contratos a termo estão passando por uma fase de transição. Até 2004, eram constituídos por contratos anuais e sazonais. Após 2004, os produtos foram reorganizados em contratos mensais e trimestrais, substituindo gradualmente as formas de contratos anteriores. O mercado de opções foi introduzido no final de 1999 para satisfazer a demanda, representando um elemento importante na linha de produtos para o gerenciamento de riscos no mercado de energia elétrica (NORDPOOL, 2003).
7 2.4.2 Espanha
O mercado de energia elétrica espanhol, denominado Mercado de Electricidad-OMEL, é similar ao Nordpool, baseando-se em uma participação voluntária. Ele possui dois mercados independentes: o mercado diário e o mercado intradiário. O mercado diário negocia a geração de energia elétrica não comprometida com contratos bilaterais, utilizando o formato de primeiro preço para o leilão do dia seguinte, com agentes não identificados (FABRA e HARBORD, 2002). O preço de fechamento é uniforme para cada hora do dia e os lances são simples ou complexos, ou seja, permitem às unidades geradoras enviarem lances de quantidade com parâmetros adicionais, que correspondem às restrições técnicas ou econômicas (CONTRERAS, LOSI e RUSSO, 2001).
O mercado intradiário corresponde ao mercado de ajuste e está estruturado em sessões com horários de abertura e fechamento predeterminados, em que os blocos de energia elétrica recebem lances de compra e venda dos agentes (OMEL, 2005).
O mercado espanhol também permite trocas internacionais de energia elétrica com a França e Portugal, através de contratos de curto e longo prazo, administrados pela Red Eléctrica de España - REE.
2.4.3 Reino Unido
O mercado de energia elétrica do Reino Unido contempla um mercado spot, para cobrir as necessidades de curto prazo e atuar como um mecanismo de ajuste dos contratos de longo prazo. O mercado é mandatório, ou seja, os agentes vendedores e compradores são obrigados a comercializar energia elétrica neste mercado.
Antes da adoção do New Electricity Trading Arrangements - NETA, o preço de energia elétrica era determinado por lances de quantidade e preço, caracterizando um leilão de venda para o próximo dia. O preço de fechamento era uniforme e correspondia ao maior lance necessário para suprir a demanda (NETA, 2003).
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A partir de 2001, com a implantação do NETA, adotou-se o preço de fechamento discriminatório, por acreditar-se que o preço de fechamento uniforme é mais propenso à manipulação estratégica entre os participantes. Com este novo formato, o mercado espera trazer reduções significativas no preço da energia elétrica (FABRA e HARBORD, 2002).
Em abril de 2005, foram introduzidas novas regras de negociação no mercado atacadista de eletricidade e no sistema de transmissão, denominadas British Electricity Trading and Transmission Arrangements - BETTA. O principal objetivo foi a criação de um único mercado de eletricidade competitivo no Reino Unido, incorporando dois sistemas de transmissão da Escócia no sistema de transmissão da Inglaterra e País de Gales. Com a implantação do BETTA, os participantes da Escócia, Inglaterra e País de Gales podem negociar contratos a termo para eletricidade alguns anos à frente (OFGEM, 2005).
O mercado financeiro funciona em paralelo ao pool e possui contratos por diferenças, usados como proteção ao risco da variação dos preços exigidos pelos geradores (NETA, 2003). Nele, é possível comercializar energia elétrica por contratos futuros. Estes contratos, denominados sazonais, inverno e verão, são divididos em patamares leve e pesado e diferenciam-se pelo período de abrangência: diário, semanal, mensal, trimestral e semestral.
2.4.4 Austrália
O National Electricity Market - NEM corresponde ao mercado atacadista de energia elétrica australiano. O mercado spot, regulado pelo National Eletricity Code - CODE, é mandatório e funciona em 48 intervalos de trinta minutos diários em que geradores, com capacidade mínima de 30 MW, submetem lances simples de preço e quantidade.
Segundo o NEMMCO (2003), as ofertas são realizadas por meio de três tipos de lances:
Lances diários, submetidos até às 12:30 do dia anterior à demanda;
Novos lances, enviados após as 12:30, sendo recebidos até 5 minutos antes do despacho, mantendo o preço do bloco;
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Lances padrões, enviados quando os lances diários não forem submetidos.
O formato do leilão é o do dia seguinte, com múltiplas rodadas, e o preço de liquidação é determinado pelo lance do maior gerador despachado.
O mercado australiano utiliza contratos financeiros bilaterais ou unilaterais. Nos bilaterais, os geradores compensam o comprador quando o preço for superior ao valor contratado; caso contrário, o comprador compensa o gerador. Nos contratos unilaterais, quando o pool excede o preço os geradores remuneram os compradores com a diferença dos preços (NEMMCO, 2003).
2.4.5 European Energy Exchange – EEX
O EEX possibilita a comercialização de energia elétrica entre 48 empresas do setor elétrico distribuídas na Alemanha, Reino Unido, Bélgica, França, Áustria, Itália, Espanha e Holanda. Nele, é possível comercializar energia elétrica no mercado spot em um leilão do dia seguinte, e no mercado futuro.
As negociações são realizadas por programas computacionais acessados via Internet. O mercado spot entrou em operação em agosto de 2000 e negocia contratos para blocos de energia elétrica divididos nos patamares leve e pesado (EEX, 2002):
Contratos para o patamar leve: blocos de 24MWh com entrega de 1MW durante as 24 horas do dia;
Contratos para o patamar pesado: blocos de 12MWH com entrega de 1MW no período das 8:00 às 20:00.
Há, também, a comercialização para horas individuais, realizada por um leilão horário, com blocos de 1 MW para cada hora do dia. A entrega física é controlada pelo EEX e, quando envolve entrega entre regiões, é necessário enviar a programação do despacho para as áreas envolvidas.
No mercado futuro, é possível comercializar energia elétrica em períodos de entrega mensal, trimestral e anual (EEX, 2002). Estes contratos são para os patamares leve ou pesado e possuem
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estrutura similar aos blocos comercializados no mercado spot, diferenciando-se apenas pelo tamanho dos blocos que são variáveis com o número de dias do período.
2.5 Brasil
No Brasil, negocia-se energia elétrica por contratos bilaterais e por leilões organizados pela CCEE e pelos agentes de mercado. O Decreto 5.163/04 regulamentou a comercialização de energia elétrica, alterando as regras de comercialização de energia elétrica, e definindo dois ambientes para a contratação de energia elétrica, o Ambiente de Contratação Regulada - ACR e o Ambiente de Contratação Livre - ACL, explicados a seguir.
2.5.1 Ambiente de Contratação Regulada – ACR
O ACR corresponde ao segmento do mercado no qual se realizam as operações de compra e venda de energia elétrica entre agentes vendedores e agentes distribuidores por meio de leilão (Decreto, 2004). A contratação é formalizada através de contratos bilaterais regulados, denominados Contratos de Comercialização de Energia Elétrica no Ambiente Regulado (CCEAR).
No ACR são realizados leilões de empreendimentos de geração existentes e leilões de novos empreendimentos. Como o Decreto 5.163 (2004) determina a participação obrigatória das distribuidoras no ACR e também a necessidade de apresentar lastro de 100% para atendimento de seu mercado, participam destes leilões como compradoras as distribuidoras do Sistema Interligado Nacional (SIN).
Os leilões de novos empreendimentos são realizados em períodos anteriores ao previsto para o início de suprimento da energia elétrica. De acordo com a CCEE (2004) considera-se "A"
(ano-11
base) o ano de previsão para o início do suprimento de energia elétrica, determinando o seguinte cronograma para a realização dos leilões:
ano "A - 1": o ano anterior ao ano-base "A" em que se realizam os leilões de compra de energia elétrica;
ano "A - 3": o terceiro ano anterior ao ano-base "A" em que se realizam os leilões de compra de energia elétrica;
ano "A - 5": o quinto ano anterior ao ano-base "A" em que se realizam os leilões de compra de energia elétrica;
Os CCEARS, registrados na CCEE, são celebrados entre cada agente vendedor, vencedor do leilão, e todos os agentes compradores. Os contratos celebrados nos leilões de novos empreendimentos são de 15 ou 30 anos de duração, variando conforme a fonte da usina (hídrica, térmica e eólica).
2.5.2 Ambiente de Contratação Livre – ACL
O ACL corresponde ao segmento do mercado no qual se realizam as operações de compra e venda de energia elétrica, por contratos bilaterais negociados livremente. Assim, os agentes estabelecem os volumes negociados e os respectivos preços livremente através de seus contratos. Estes contratos são registrados na CCEE pelo vendedor, que informa o período de suprimento e montantes contratados (MWh) . Neste tipo de contrato, o preço negociado não precisa ser informado à CCEE.
No ACL participam agentes de geração, comercializadores, importadores e exportadores de energia elétrica, além dos consumidores livres (CCEE, 2004).
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A recente experiência de leilões de energia elétrica pode ser sumarizada nos seguintes eventos:
Leilões de certificados: adotados no período de racionamento de energia no segundo semestre de 2001 e nos dois primeiros meses de 2002. Estes leilões tinham como objetivo negociar certificados de direito de consumo de energia. Durante seu funcionamento houve a participação de aproximadamente 300 clientes.
Leilão de venda: ocorreu em setembro de 2002 e colocou à venda lotes de energia de empresas geradoras estatais aos agentes distribuidores e comercializadores (MAE, 2002). Neste leilão, 26 compradores arremataram os produtos ofertados por cinco vendedores, totalizando 2.635 lotes de 0,5 MW médio cada.
Leilões de compra: foram iniciados em 2003 e tinham como meta a oferta de compra de lotes de energia por parte dos compradores, devido à redução de 25% dos contratos iniciais1. Foram previstos 12 leilões mensais com término em junho de 2004. Dos leilões previstos, três não foram realizados por não haver interesse dos agentes do mercado e um porque o único comprador não foi habilitado no processo. Nos demais leilões foram negociados 213 lotes de 0,5 MWmédio.
Leilão de excedentes: ocorreu em setembro de 2003, tendo por finalidade a venda de excedentes de energia originados da liberação dos contratos iniciais das geradoras aos consumidores finais (MAE, 2003}. Neste leilão, 24 agentes compradores e sete vendedores fecharam negócio por meio de 9.122 lotes de energia elétrica de 0.1 MWmédio.
Leilões de energia existente: o primeiro ocorreu em dezembro de 2004, o segundo em abril de 2005 e o terceiro e quarto em outubro de 2005. Tiveram como objetivo a venda de energia elétrica proveniente de empreendimentos existentes para atendimento das necessidades de mercado das distribuidoras.
1 Contratos Iniciais são contratos bilaterais firmados antes da criação do MAE entre os agentes de
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Os quatro primeiros leilões foram realizados pela Internet, através do ambiente virtual do MAE, atual CCEE, permitindo reunir potenciais compradores e vendedores em um período de tempo reduzido e com custos operacionais baixos. Os leilões de energia existente foram realizados através da Internet, porém em um ambiente físico comum, com a presença de todos os agentes participantes.
Com o estabelecimento de metas de consumo de energia elétrica, necessárias no período de racionamento de energia elétrica, foi possível transferir tais metas entre os consumidores. O MAE, junto com a BOVESPA e Companhia Brasileira de Liquidação e Custódia implantaram um ambiente de leilão diário, denominado leilão de certificados, para a compra e venda de certificados de direito de uso de redução das metas de consumo.
As regras dos leilões de venda e de compra eram muito similares. Eles foram formatados como um leilão duplo, com agentes identificados e com cinco patamares de preço. No leilão de venda, os agentes compradores enviavam os lances de quantidade para o preço corrente. No leilão de compra, eram os agentes vendedores que enviavam os lances de quantidade para o preço corrente.
Os produtos eram diferenciados por submercado2, prazo de suprimento e potência máxima e
mínima associadas. A sistemática destes leilões está detalhada no capítulo 8.
O leilão de excedentes teve como objetivo a venda dos excedentes de energia elétrica das concessionárias e autorizadas de geração decorrentes da liberação dos contratos iniciais e equivalentes, compreendidos como energia de geração própria (MAE, 2003).
O objetivo dos leilões de energia existente era a compra de lotes de energia provenientes de empreendimentos em operação. Os leilões foram divididos em duas fases. Na primeira, o leilão efetiva-se com um preço de fechamento uniforme e, na segunda, com um preço de fechamento discriminatório.
2 Submercados - são divisões do mercado correspondentes às áreas do Sistema Interligado Nacional (SIN), definidas em função da presença e duração de restrições relevantes de transmissão. Atualmente, são considerados quatro submercados no SIN: Norte, Nordeste, Sul e Sudeste/Centro-Oeste.
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No leilão de dezembro de 2004 foram definidos três produtos com início de suprimento em 2005, 2006 e 2007, todos com duração de 8 anos. Neste leilão participaram 35 agentes compradores e 18 vendedores, negociando 17.008 lotes de 1 MW médio.
No leilão de abril de 2005 foram definidos 2 produtos com início de suprimento em 2008 e 2009, e duração de 8 anos. Neste leilão participaram 34 agentes compradores e 16 vendedores, negociando 1.325 lotes de 1 MW médio apenas no produto 2008. Não houve negociação para o produto 2009.
Em outubro de 2005 foram realizados o 3° e 4° leilões de energia existente. No 3° leilão foram negociados 102 lotes de 1 MW médio para o produto 2006, com uma duração de 3 anos. No 4° leilão foram negociados 1.166 lotes de 1 MW médio para o produto 2009, com prazo de suprimento de 8 anos.
Em dezembro de 2005 foi realizado o 1° Leilão de Energia Proveniente de Novos Empreendimentos, objetivando a contratação de energia proveniente de novos empreendimentos, como posterior outorga de concessão ou autorização, para o Sistema Interligado Nacional - SIN, no Ambiente de Contratação Regulada. Este leilão foi realizado via Internet e composto por três fases distintas. Foram negociados 3.286 MW médios, sendo 69.3% de origem técnica e 30.7% de origem hidráulica.
A adoção de leilões na comercialização de energia elétrica no Brasil justifica o desenvolvimento de programas computacionais que visem auxiliar os agentes do setor, agregando informações e produzindo vantagens competitivas.
2.6 Considerações finais
Este capítulo apresentou os diferentes mercados de contratação de energia elétrica estabelecidos pela inserção da competição na comercialização de novos contratos.
As novas maneiras de comercialização demandam a utilização de ferramentas que auxiliem os agentes do setor elétrico no processo de tomada de decisão. A competição requer agentes bem
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informados sobre as necessidades do mercado. Estas informações são utilizadas no estabelecimento de novos produtos e na definição de estratégias nos processos de contratação de energia elétrica.
Para exemplificar a adoção de mercados competitivos, neste capítulo foi apresentada a organização de alguns mercados de energia elétrica, incluindo o brasileiro.
Na Tabela 2.1, extraída de IEA (2001), são resumidas as principais características dos mercados de energia elétrica analisados neste capítulo.
Tabela 2.1: Organização dos mercados de energia
Mercado Participação Lances Simples3 Preço4 Despacho integrado5
Austrália Mandatório Sim Ex post PA
Brasil Mandatório Sim Ex post Não
Espanha Voluntário Não Ex ante Não
NordPool Voluntário Sim Ex ante Não
Reino Unido Mandatório Não Ex ante Não
Fonte: IEA (2001)
3 simples: lances são pares (quantidade/preço); não simples: lances podem ter termos adicionais;
4 ex ante: preço é calculado para a oferta e demanda programada; ex post: preço é calculado para a oferta e demanda atual;
5 o sistema otimiza o uso conjunto da geração e dos recursos da rede; assim, há o despacho natural que ignora possíveis restrições da transmissão.
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3 JOGOS E LEILÃO
Este capítulo apresenta os principais conceitos da teoria dos jogos e teoria de leilões, necessários para o entendimento dos leilões de energia elétrica e também para o desenvolvimento da plataforma de auxílio à comercialização de energia elétrica.
3.1 Teoria dos jogos
A teoria dos jogos começou a ser discutida com maior ênfase após a publicação do livro Theory of games and economic behavior, de von Neumman e Morgenstern (1994). Este livro interpreta as escolhas racionais e os acontecimentos sociais por meio de modelos de jogos de estratégia, ou seja, diante de várias opções, os agentes escolhiam as estratégias que fossem mais vantajosas.
A teoria dos jogos visa entender situações em que tomadores de decisão interagem, e é aplicada em áreas distintas, tais como: empresas competindo por negócios, candidatos competindo por votos, membros do júri decidindo o veredito, jogadores competindo em um leilão (OSBORNE, 2004). A teoria dos jogos apoia-se em modelos matemáticos usados para prever o comportamento do indivíduo, considerando as escolhas dos demais que estão interagindo com ele.
Um jogo pode ser definido como qualquer interação entre jogadores dirigida por um conjunto de regras, especificando os possíveis movimentos para cada participante e um conjunto de resultados para cada combinação possível de movimentos (HEAP e VAROUFAKIS,1995). O jogador, por sua vez, é qualquer agente envolvido no processo estratégico com autonomia para tomar decisões.
Na teoria dos jogos, a palavra jogo refere-se a uma situação de conflito ou concorrência na qual os jogadores escolhem suas ações considerando suas estratégias e, no final, cada jogador obtém um payoff.
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Estratégia é um conjunto de ações que cada jogador possui em um determinado jogo. Neste conjunto, estão previstas todas as possíveis situações que o jogador poderá enfrentar (OSBOURNE, 2005).
Os jogos podem ser analisados quanto ao tipo de movimento - dinâmico (sequêncial), ou estratégico (simultâneo); à igualdade de informação - informação completa e informação incompleta, e à cooperação - jogos cooperativos e não cooperativos.
No jogo dinâmico (sequêncial), a interação estratégia entre os jogadores se desenvolve em etapas sucessivas. Nele, cada jogador deve tentar perceber o modo como os outros jogadores vão reagir à sua jogada, como ele próprio vai, por sua vez, reagir à ação dos demais, e assim por diante (MUNHOZ, 2004).
Em jogo estratégico (simultâneo) cada jogador toma sua decisão e joga sua estratégia uma única vez, simultaneamente com as ações tomadas pelos outros jogadores. Embora os jogadores atuam ao mesmo tempo, ignorando as ações simultâneas dos outros, cada um deles deve estar consciente de que existem outros jogadores que, por sua vez, estão simultaneamente conscientes, e assim por diante (MUNHOZ, 2004). Assim, a principal diferença entre os jogos dinâmicos e os jogos estratégicos é que no jogo dinâmico os próximos jogadores adquirem informações após a decisão escolhida pelos jogadores anteriores.
Nos jogos de informação completa, os jogadores têm conhecimento comum sobre os payoffs dos outros jogadores. Nos jogos de informação incompleta, as informações relevantes não são de conhecimento comum (PEREIRA,2004).
Em um jogo cooperativo os jogadores podem fazer acordo sobre suas decisões, o que não acontece nos jogos não cooperativos. O uso mais comum de jogo cooperativo é o modelo de barganha. A maioria dos outros modelos de teoria dos jogos utiliza jogos não cooperativos. Assim, o tipo de jogo utilizado nos modelos desenvolvidos neste trabalho é o jogo não cooperativo, podendo ser caracterizado como um jogo estratégico ou um jogo dinâmico.
Outros conceitos utilizados nos modelos de jogos desenvolvidos neste trabalho são o de equilíbrio de Nash e jogos Bayesianos, descritos nas próximas seções.
18 3.1.1 Equilíbrio de Nash
Em teoria dos jogos, o conceito de equilíbrio difere das outras áreas da economia. Em jogos, um equilíbrio corresponde a um perfil de estratégias consistindo da melhor estratégia para cada um dos jogadores em um determinado jogo (RASMUSEN,1994).
Desta forma, se um único equilíbrio existe, é razoável que jogadores atinjam este ponto para maximizar seus payoffs.
Rasmusen (1994) afirma que um perfil de estratégia é um equilíbrio de Nash se nenhum jogador tem incentivo para desviar-se de sua estratégia dado que os outros jogadores não se desviam dos seus. O equilíbrio de Nash é um perfil de estratégias em que a estratégia de cada agente é a resposta ótima às estratégias dos demais (AZEVEDO, 2004).
3.1.2 Jogos Bayesianos
Em muitas situações, os participantes não estão bem informados sobre as características de seus adversários, ou seja, os negociantes podem não conhecer a avaliação dos outros objetos da negociação, e as empresas podem não conhecer a função de custos dos outros.
Em outras situações, um participante pode ser bem informado sobre as características de seus oponentes, mas pode não conhecer o quanto seus oponentes são informados sobre suas próprias características.
O jogo Bayesiano generaliza a noção de estratégia, por permitir analisar qualquer situação em que o jogador está imperfeitamente informado sobre um aspecto relevante à escolha de sua ação.
Em um jogo estratégico, cada jogador escolhe uma ação. Em um jogo bayesiano, cada jogador pode escolher um conjunto de ações, uma para cada sinal que ele pode receber. Assim, no
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equilíbrio de Nash Bayesiano, a ação escolhida de cada jogador é ótima, dada as ações escolhidas pelos outros jogadores (OSBORNE,2004).
O jogo Bayesiano pode ser usado para modelar uma situação em que cada jogador está incerto quanto à posição dos outros jogadores. Desta forma, o modelo de equilíbrio de Nash Bayesiano pode ser aplicado em situações onde os jogadores possuem informações imperfeitas sobre os custos de produção ou em situações onde os jogadores acreditam que os adversários conhecem seus custos, havendo informação imperfeita sobre os custos e informações.
Ainda no âmbito econômico, os jogos Bayesianos podem ser empregados quando se deseja fornecer um bem público e em leilões. Neste trabalho, o modelo de jogo Bayesiano é utilizado na elaboração de cenários para a contratação de energia no módulo de estratégias de contratação.
3.2 Teoria dos leilões
Um leilão é um conjunto de regras explícitas que determinam a forma como o recurso deve ser alocado e seu preço definido, tomando como base os lances dos agentes de mercado (KLEMPERER, 1999). A adoção do mecanismo de leilão proporciona a competição entre os agentes e permite que a alocação do objeto seja realizada de forma transparente.
Leilões são considerados mecanismos de formação de preços em mercados competitivos, sendo adotados quando se deseja inserir competição na compra ou venda de um determinado objeto cujo valor é desconhecido.
De acordo com Wolfstetter (1999), os leilões são adotados por três motivos: pela velocidade de venda, para revelar informações sobre a avaliação dos compradores e para impedir transações desonestas entre o agente vendedor e os compradores.
Leilões podem ser utilizados na venda de um ou de vários objetos. Assim, podem ser adotados na venda de obras de arte, flores, tabaco, na privatização de bens públicos, no direito de exploração de poços de petróleo e lotes de energia elétrica. Atualmente, com o advento da Internet, tornou-se possível comprar ou vender, através de sites especializados, diferentes tipos de objetos de forma
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rápida e segura. O leilão estimula a competição e a transparência, e pode ser caracterizado como: aberto ou fechado (forma); de oferta, demanda ou duplo (natureza); uniforme ou discriminatório (preço de fechamento).
Neste capítulo são apresentados os principais formatos de leilão: leilão inglês, leilão holandês, leilão de primeiro preço e leilão de segundo preço. A seguir, são mostradas as avaliações dos participantes do leilão e como um leiloeiro pode formatar o leilão, considerando a eficiência ou o benefício que deseja obter com resultado. Na sequência é apresentada a equivalência entre os leilões e a equivalência do rendimento. Finalmente, são discutidas as estratégias de lances para o leilão de primeiro preço e de segundo preço.
3.2.1 Formatos
Os leilões podem ser formatados de diferentes maneiras, considerando sua forma, natureza e preço de fechamento. A forma corresponde à maneira como os lances são enviados, podendo ser aberto ou fechado.
No leilão aberto, o preço é determinado através de uma competição aberta entre os participantes. No leilão fechado, os participantes fazem suposições dos prováveis lances dos demais jogadores antes de decidir o lance e, então, enviam seus lances em um envelope fechado (CRAMTON,1998). Deste modo, no leilão aberto é possível haver aprendizado durante sua execução, o que não é possível em um leilão fechado.
Basicamente, os leilões existentes baseiam-se em quatro formatos principais:
Leilão com lances ascendentes (conhecido como oral, aberto ou leilão inglês): é do tipo aberto onde o leiloeiro determina o preço inicial e solicita a primeira oferta. É o mais antigo formato de leilão e seus lances aumentam continuamente até que apenas um participante esteja interessado no objeto que está sendo leiloado. Com este modelo é possível que cada participante aprenda o valor do objeto com os lances dos outros participantes;
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Leilão com lances descendentes (leilão holandês): criado na Holanda para a venda de lotes de flores. Neste leilão fechado, o primeiro que se manifestar leva o produto que está sendo leiloado. No modelo holandês, o leiloeiro determina o valor máximo para o objeto ofertado e um preço de reserva mínimo, privado. Quando o leilão inicia, o contador é decrementado até que um dos participantes dê um lance e, então, o leilão é encerrado. Se o contador atingir o preço de reserva, o leilão é finalizado e nenhum participante recebe o objeto. Como é um leilão seqüencial e existe apenas um lance, não é possível que os participantes aprendam com os outros.
Leilão de primeiro preço: esta é a forma mais utilizada nos leilões fechados onde cada participante envia sua oferta e o leiloeiro verifica quem ofereceu o melhor valor. Este recebe o item e paga o preço equivalente à sua oferta. Como corresponde a um formato fechado, não há a possibilidade de aprendizado durante sua execução.
Leilão de segundo preço: assim como no leilão de primeiro preço, este formato é um leilão fechado onde o participante que enviou a melhor oferta é o vencedor do leilão. A diferença é que o ganhador irá pagar o segundo melhor preço. Este tipo de leilão faz com que os participantes sejam mais ousados porque o preço é o segundo melhor valor. A natureza do leilão determina seu tipo, ou seja, a finalidade do leilão. Um leilão pode ser caracterizado como sendo de venda, compra ou duplo.
Venda - os vendedores (v_1, v_2... v_n) ofertam um objeto a um único comprador (c),
representado na Figura 3.1. Neste leilão o objetivo é comprar o objeto pelo menor preço.
22
Compra - os compradores (c_1, c_2..c_n) demandam um objeto de um único vendedor (v),
representado pela Figura 3.2. Neste leilão, o objetivo é vender o objeto pelo maior preço.
Figura 3.2: Leilão de compra
Duplo - neste tipo de leilão, tanto os compradores (c_1, c_2 .. c_n) quanto os vendedores
(v_1, v_2 .. v_n) fazem seus lances. Um leilão duplo pode ser negociado diretamente entre
os participantes, caracterizando um leilão com agentes identificados, representado pela Figura 3.3, ou mediado por um leiloeiro, caracterizando um leilão com agentes não identificados, representado pela Figura 3.4.
Figura 3.3: Leilão duplo com participantes identificados
No caso de um leilão de múltiplos objetos, o preço de fechamento determina como o valor de cada objeto será pago pelos participantes.
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Figura 3.4: Leilão duplo com participantes não identificados
Preço de fechamento uniforme - todos os participantes vencedores pagam o mesmo valor pelos objetos leiloados.
Preço de fechamento discriminatório - também conhecido como pay as bid, os participantes vencedores pagam pelos objetos o valor correspondente ao seu lance.
3.2.2 Avaliações
Os leilões são aplicados toda vez que o vendedor tem dúvidas sobre o valor do objeto a ser leiloado. Deste modo, quando um leilão é aberto para a venda de um objeto, os possíveis compradores avaliam o objeto considerando seu valor privado, ou o valor dos outros participantes.
Quando o participante define a avaliação do bem baseado apenas na utilidade do objeto, sem depender da avaliação dos outros participantes, esta avaliação é chamada de valor privado.
Krishna, (2002) afirma que este tipo de avaliação é mais apropriada quando o objeto leiloado é para consumo final. Por outro lado, quando o valor atribuído ao objeto depende da avaliação dos outros participantes, a avaliação é chamada de valor interdependente ou valor comum. Segundo Krishna (2002), esta avaliação é mais apropriada quando o objeto é um bem que pode ser comercializado no mercado. Considerando estes dois tipos de avaliação de um objeto, o leiloeiro pode definir o formato do leilão.
24 3.2.3 Eficiência versus benefício
Para a determinação do formato do leilão, dois critérios devem ser avaliados: eficiência e benefício.
Um leilão é considerado eficiente quando é capaz de fazer com que o preço pago pelo objeto leiloado seja próximo ao preço de custo. O leiloeiro decide-se pela eficiência quando não há interesse na participação dos lucros provenientes do leilão. No setor elétrico brasileiro, os leilões realizados pela CCEE e pela ANEEL são formatados para serem eficientes.
Por outro lado, a maximização do benefício é adotada quando o objetivo é lucrar com o resultado do leilão. Os leilões realizados pelas empresas geradoras e distribuidoras são formatados para maximizar o benefício.
3.2.4 Equivalência de leilões e estratégias de lances
Ainda que os quatro formatos de leilões sejam implementados de maneiras distintas, estudos apontam que estes leilões possuem estratégias de lances equivalentes.
O leilão holandês é estrategicamente equivalente ao leilão de primeiro preço (KRISHNA,2002). No leilão holandês, o participante define o lance que irá parar o leilão. O ganhador é aquele que definir o lance mais alto e o preço de pagamento corresponde ao seu lance. No leilão de primeiro preço, o participante vencedor e o preço são definidos de maneira idêntica.
Considerando o modelo simétrico de valores privados independentes, o leilão de segundo preço e o leilão inglês são estrategicamente equivalentes (KRISHNA,2002).
No leilão inglês, o participante define o lance que irá deixar o leilão. O ganhador é quem define o lance mais alto e o preço que irá pagar é o lance do último comprador a deixar o leilão. No leilão de segundo preço, o participante vencedor e o preço são determinados de forma idêntica. Assim, a estratégia de lances para o leilão de primeiro preço é dar um lance menor que sua avaliação, caso saiba que possui a maior avaliação. Como no leilão de primeiro preço, o valor pago
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pelo participante vencedor corresponde ao lance, não é uma estratégia ótima lançar o valor da sua avaliação uma vez que o payoff será 0 caso isso ocorra. A receita esperada do vendedor neste leilão corresponde ao lance de maior avaliação.
No leilão de segundo preço é estratégia dominante lançar a própria avaliação (KRISHNA, 2002). Para o vendedor, a receita esperada é o segundo valor mais alto das avaliações.
3.2.5 Equivalência do rendimento
O Teorema do Rendimento Equivalente afirma que considerando as mesmas condições de aplicação, os quatro formatos básicos de leilão produzem a mesma receita esperada.
Klemperer (1999) define o teorema do rendimento equivalente da seguinte maneira: Teorema: Assumindo que cada um dos n potenciais compradores, neutros ao risco, tenha um valor privado independente, expresso pela função de distribuição de probabilidade F(v) que é estritamente crescente no intervalo [v,v]. Cada comprador deseja apenas um dos k objetos idênticos indivisíveis disponíveis. Qualquer mecanismo de leilão onde o objeto sempre vai para o n-ésimo comprador com a maior avaliação e qualquer participante com valor v espera uma receita maior que zero, resulta no mesmo rendimento esperado e com o comprador com o valor v fazendo o mesmo pagamento esperado.
Maiores detalhes sobre equivalência do rendimento e o Teorema do Rendimento Equivalente podem ser encontrados em Krishna (2002), Klemperer (1999) e Klemperer (2000).
3.3 Leilões de energia elétrica brasileiros
A experiência brasileira em leilões aplicados à comercialização de energia elétrica é recente iniciando-se em 2001, durante o período de racionamento de energia. Para possibilitar a
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visualização da importância destes leilões e o volume de energia negociados nestes leilões, esta seção apresenta os resultados obtidos em cada leilão de energia elétrica.
3.3.1 Leilão de certificado
Os leilões de certificados de energia elétrica foram adotados no período de racionamento de energia em 2001. O primeiro leilão ocorreu em 25/06/2001 e o último em 28/02/2002, determinando o final do racionamento de energia. Durante a realização destes leilões foram comercializados 51.470 MWh, o que corresponde à R$ 8.680.219,00, como apresentado na Tabela 3.1.
Tabela 3.1: Resumo dos leilões de certificados
Produto Quantidade Negociada
Mwh Preço médio R$/MWh Volume negociado R$ Negócios efetuados 51.470 168,83 8.689.819,50
Negócios não efetuados 1.460 206,58 301.600,00
Fonte: CCEE (2005) 3.3.2 Leilão de venda
O leilão de venda foi realizado em setembro de 2002, colocando à venda os lotes de energia das geradoras aos agentes distribuidores e comercializadores (MAE, 2002). Este leilão negociou 2.635 lotes de energia, correspondendo a R$ 2.427.817.823,00. O preço médio deste leilão foi 50,11 R$/MWh. A Tabela 3.2 apresenta os resultados do leilão.
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Tabela 3.2: Resumo do leilão de venda
Produto Quantidade Negociada
lotes de 0,5 MW Preço médio R$/MWh Volume negociado R$ Nordeste 2 anos 74 46,20 29.249.707,68 Nordeste 4 anos 403 46,20 324.937.562,04 Nordeste 6 anos 679 46,20 827.473.073,28 Norte 2 anos 98 48,21 35.245.896,00 Norte 4 anos 206 48,21 166.120.258,32 Norte 6 anos 50 48,21 77.596.800,00 Sudeste/COeste 2 anos 431 54,82 171.151.193,76 Sudeste/COeste 4 anos 478 54,82 483.575.338,08 Sudeste/COeste 6 anos 30 54,82 55.198.944,00 Sul 4 anos 86 61,17 73.141.049,52 Sul 6 anos 100 61,17 184.128.000,00 Fonte: CCEE (2005) 3.3.3 Leilões de compra
Foram previstos 12 leilões de compra, com início em 2003 e término em 2004. Destes leilões, 4 não foram realizados. Nos demais leilões, foram negociados 213 lotes de 0,5 MW médio. A Tabela 3.3 apresenta os resultados dos leilões.
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Tabela 3.3: Resumo dos leilões de compra
Leilão Total demandado
(MW médio) Total negociado (MW médio) % 1° 75 0 0 4° 49 9 18,37 5° 25 15 60 7° 20 0 0 8° 215 80 37,21 10° 46,5 30 64,52 11° 195 79 40,51 Fonte: CCEE (2005) 3.3.4 Leilão de excedente
O leilão de excedente foi realizado em 2003 e teve como objetivo a venda dos excedentes de energia elétrica das geradoras. Neste leilão, foram negociados 9.047 lotes de 0,1 MW médio. A Tabela 3.4 e Tabela 3.5 apresentam os resultados do leilão.
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Tabela 3.4: Resumo do Leilão de excedentes
Produto Quantidade negociada (lotes de 0,1 MW médio) Preço médio R$/MWh BA06S 14 34,00 BA12N 110 36,96 BA12S 60 41,64 BA24N 940 37,91 BA24NE 168 44,11 BA24S 171 59,97 BA24SE 206 40,90 PO6SE 50 38,74 PO12NE 319 54,35 PO12SE 560 44,73 PO24NE 3247 67,67 PO24S 1328 62,98 PO24SE 1874 56,72 Fonte: CCEE (2005)
30
Tabela 3.5: Resumo do leilão de excedente
Prazo de duração do contrato Total ofertado MW médio Total negociado MW médio 6 meses 1.114,7000 6,4000 1 ano 2.017,0000 108,2000 2 anos 2.622,0000 797,6000
Submercado de entrega Total ofertado MW médio Total negociado MW médio Norte 220,0000 105,0000 Nordeste 1.035,0000 376,7000 Sul 506,0000 159,2000 Sudeste/Centro-oeste 3.992,7000 217,3000
Tipo de lote Total ofertado
MW médio Total negociado MW médio Base 2.356,0000 168.8000 Ponta 877,2000 743,4000 Fonte: CCEE (2005)
3.3.5 Leilão de energia existente
O primeiro leilão de energia existente ocorreu em dezembro de 2004. No ano de 2005 foram realizados mais três leilões, um em abril e os outros dois em outubro. O resultado destes leilões é apresentado na Tabela 3.6
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Tabela 3.6: Resumo dos Leilões de energia existente
Produto Quantidade Negociada
(lotes de 1,0 MW médio)
Preço médio R$/MWh
Volume negociado R$ 1° Leilão de energia existente
2005-08 9054 57,51 36.515.336.828,12
2006-08 6782 67,33 32.022.693.103,68
2007-08 1172 75,46 6.202.058.607,36
2° Leilão de energia existente
2008-08 1325 83,13 7.724.406.348,00
3° Leilão de energia existente
2006-03 102 62,95 168.895.353,60
4° Leilão de energia existente
2008-08 1166 94,91 7.760.719.327,68
Fonte: CCEE (2005)
3.4 Considerações finais
Os principais conceitos de jogos e leilões necessários ao desenvolvimento da plataforma de comercialização foram apresentados neste capítulo.
A aplicação destes conceitos é realizada na elaboração de dois módulos da plataforma, o módulo ESTRATÉGIAS DE CONTRATAÇÃO, apresentado no Capítulo 7, e o módulo PROCESSO DE
CONTRATAÇÃO, descrito no Capítulo 8. O primeiro utiliza alguns dos conceitos de teoria dos jogos
na definição dos mecanismos de definição de estratégias e de alocação de lances. O segundo utiliza os conceitos de teoria dos leilões na implementação de um simulador de leilão para a comercialização de energia elétrica.
Neste capítulo, também foram apresentados os resultados obtidos nos leilões de energia elétrica, realizados pelo MAE e CCEE.
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4 CONCEPÇÃO COMPUTACIONAL
A implementação de um software é realizada em três etapas: projeto, codificação e teste. A fase de projeto executa os projetos de dados, arquitetural e procedimental. O projeto de dados transforma o modelo de informação, criado durante a análise, nas estruturas de dados exigidas na implementação do software. O projeto arquitetural define o relacionamento entre os grandes componentes estruturais do programa. O programa procedimental transforma os componentes estruturais na descrição procedimental do software (PRESSMAN,1995).
Portanto, para iniciar a construção de um sistema computacional é necessário definir os aspectos e as ferramentas utilizadas no seu desenvolvimento. Desta forma, os componentes do sistema e suas interações devem ser descritas pela arquitetura do sistema.
A arquitetura do sistema dedica-se aos aspectos de alto nível do sistema, como a organização geral, a decomposição do sistema em componentes, a atribuição das funcionalidades aos componentes e o modo como interagem. Essa descrição arquitetural utiliza diagramas para simbolizar os componentes do sistema e suas interações, como o usado pelo modelo cliente-servidor (SHAW ET AL, 1995).
A arquitetura do software corresponde à organização do sistema e incorpora seus componentes e seus relacionamentos internos com o ambiente, apresentando as funcionalidades e os requisitos requeridos ao seu funcionamento.
Os requisitos são as necessidades que o produto deve atender para resolver um determinado problema. A especificação de requisitos descreve os aspectos funcionais (requisitos funcionais) do sistema e também seus atributos de qualidade (requisitos não-funcionais).
Fazendo uma analogia com a linguagem humana, pode-se relacionar as características funcionais com as ações do sistema (verbos). As características não-funcionais podem ser relacionadas com qualidades ou atributos do sistema (adjetivos) (PESSOA E SPINOLA, 2005). Portanto, os requisitos funcionais correspondem às tarefas que o sistema computacional deve realizar quando estiver finalizado, enquanto que os requisitos não-funcionais correspondem às condições de comportamento e restrições que devem prevalecer no sistema.
