O desafio da coordenação das cascatas
e possíveis soluções
Mario Veiga – PSR
Sumário
► (in)eficiência da oferta de preços em cascatas com múltiplos donos ► Solução 1: Wholesale Water Market
► Solução 2: Usinas/cascatas virtuais ► Estudos de caso
Eficiência da operação por oferta
► Geração térmica: OK
• Desde o inicio, demonstrou-se que o esquema de ofertas de preço e quantidade é
“truthful” (se não houver poder de mercado) e eficiente (leva ao mesmo resultado de uma operação centralizada “perfeita”)
• Mais recentemente, com a entrada das renováveis, a representação de unit
commitment, minimum up time etc. passou a ser mais relevante e trouxe
complexidades adicionais
► Usina hidrelétrica isolada: OK
E cascatas de hidrelétricas com diferentes proprietários?
A oferta de preço
não
induz a operação ótima da cascata
► O esquema de ofertas somente remunera a energia produzida; isto não é
suficiente para induzir a operação correta dos reservatórios...
• Exemplo trivial: um reservatório “puro” a montante de uma cascata não é
remunerado, embora o beneficio econômico de transferir água dos períodos úmidos para os secos seja evidente
Usina 1: ▪ EARmax 1000 GWh ▪ Capacidade 0 MW Usina 2: ▪ EARmax 0 GWh ▪ Capacidade 100 MW Empresa 1: $ zero Empresa 2: $ 100 Total: $ 100
A eficiência pode ser induzida por esquemas de mercado?
► Teorema de Coase: “Se os direitos de propriedade forem bem-definidos e
os custos de transação forem nulos, o mecanismo de mercado encontrará a solução eficiente (internalizando externalidades)”
Poucas empresas em cascata poderiam negociar acordos eficientes
Usina 1: ▪ EARmax 1000 GWh ▪ Capacidade 0 MW Usina 2: ▪ EARmax 0 GWh ▪ Capacidade 100 MW Empresa 1: $ 40 Empresa 2: $ 120 Total: $ 160
O caso do Brasil é bem mais complicado…
Muitas empresas em cascatas complexas
custos de transação elevados
Como induzir a eficiência?
► Demonstrou-se que a operação
eficiente de cada reservatório na cascata requer um termo adicional
relacionado com seu enchimento / esvaziamento
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Wholesale Water Market
Esquema WWM (simplificado)
► Cada usina tem “direito” à vazão
natural afluente
► Se o reservatório armazena, deve
compensar os reservatórios a jusante pelo valor da água; e vice versa: se esvazia, é remunerado pelo benefício
• O custo de oportunidade da água é calculado como o preço sombra da equação de balanço hídrico
E SE EU NÃO QUISER/PUDER USAR O WWM? R: USINAS VIRTUAIS
𝐕 ↑
$𝐕 ↓
$Caso 1: uma usina com proprietários A e B (Salto Grande)
► Suponha que os hidrólogos de A preveem uma cheia e, portanto, querem
esvaziar o reservatório. No entanto, os hidrólogos de B preveem uma seca, e querem encher os reservatórios. Como resolver?
► Solução “Salomônica”: divida a usina em duas (meias) usinas virtuais
• Cada usina virtual tem metade dos reservatorios, máquinas, afluências etc.
► Para efeito da oferta, as usinas virtuais são tratadas como usinas reais: se o
agente A esvaziou sua usina virtual, sua (cota de) afluência gera energia com um coeficiente de produção menor do que a usina B, e vice-versa
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FAQs sobre operação das duas usinas virtuais
► A operação real pode acomodar as ofertas (aceitas) das virtuais?
► SIM, desde que as ofertas sejam viáveis para as respectivas usinas virtuais
• Para otimizadores: esta garantia vem da desigualdade de Jensen
► O que acontece se a usina virtual A verte mas a usina real não está cheia? ► A água vertida em A é armazenada no reservatorio virtual de B (serviço
remunerado) e pode ser usada posteriormente por A; se B vier a encher, a agua de A é vertida
► E se B desejar mais potência do que sua metade?
► A “folga” eventual de potência de A a cada hora pode ser transferida para
B, novamente mediante pagamento
Caso 2: duas usinas em cascata com donos diferentes
► A usina A (a montante) foi construída primeiro; e depois B quer construir ► Problema: o proprietário de A deseja operar “sua” usina sem considerar os
efeitos em B (a jusante) quando ela for construída. Como visto, isto não é eficiente. A PSR foi contratada para contribuir para resolver o impasse
► Solução proposta: o proprietário de A tem direito à energia produzida por
um “digital twin” de sua usina
► No entanto, a operação física da cascata A-B é feita por uma “associação”
de A e B que otimiza a produção de ambas as usinas, sujeito à restrição de fornecer para A o “schedule” de geração desejado
Caso 3: Privatização das hidrelétricas do rio Columbia
► Desafio: cascata bastante complexa,
com reservatórios de diferentes tamanhos
► Regras ambientais também complexas
para controle de cheias, salmões etc.
► Como privatizar e preservar a eficiência
Solução: Cascatas virtuais (“slices”)
► Cada “slice” tem x% da usina A, B, C etc. Como nos casos anteriores, o
agente proprietário de um “slice” faz ofertas que devem ser compatíveis com as características e restrições de sua cascata virtual
► Assim como nos casos anteriores, a operação física da cascata é feita de
maneira a otimizar globalmente o uso dos recursos hidrelétricos, sujeito ao atendimento das ofertas de energia (aceitas) dos proprietários das diversas fatias
Caso 4: Cascatas do “Mid-C”
► No trecho do rio Columbia conhecido
como “mid-C”, as “fatias” foram “refatiadas” e revendidas
O “mix” de fatias varia para cada usina ao longo do trecho (!); agentes têm participações financeiras cruzadas nas “re-fatias” dos demais (!!)
► A PSR foi contratada pelos agentes do Mid-C para ajudar a resolver o
“imbroglio” de como fazer as ofertas e contabilizar os créditos cruzados
► A solução foi criar “meta cascatas” em que a “fatia” era homogênea ao
Em resumo…
► Não é possível ter um esquema de ofertas baseado na remuneração da
energia produzida que assegure a eficiência da operação de uma cascata hidrelétrica com múltiplos proprietários
► Alternativas: (i) Wholesale Water Market; (ii) usinas/cascatas virtuais ► Há bastante experiência com a aplicação de usinas e cascatas virtuais
► A operação física das usinas da cascata pode ser feita de maneira
centralizada, com o objetivo de otimizar o uso dos recursos hidrelétricos, sem restringir a estratégia de ofertas dos proprietários das “fatias”
