Modelado de la explotación de la generación en mercados eléctricos liberalizados mediante el problema complementario

Abstract

La entrada en funcionamiento de los mercados eléctricos de generación ha modificado profundamente los hábitos de gestión y explotación de las empresas generadoras. Sus departamentos de planificación deben asumir nuevas funciones y nuevas responsabilidades relacionadas con el mercado para las que se requieren nuevas herramientas de ayuda a la toma de decisiones. El objetivo de esta tesis consiste en dar solución a esta nueva necesidad que aparece como consecuencia del proceso de liberalización de los sistemas de energía eléctrica. Los modelos matemáticos empleados en las citadas herramientas de planificación para representar la explotación de la generación en un contexto de competencia, deben basarse en nuevos planteamientos conceptuales que consideren correctamente los mecanismos del mercado que son ahora los que explican quién produce, cuándo y además a qué precio debe ser remunerado. Esta tesis se ocupa del desarrollo de una metodología para el diseño de modelos de explotación que representen con realismo el comportamiento de las empresas y la explotación a medio plazo de los medios de producción y que, además, puedan ser aplicados a sistemas eléctricos de tamaño real. Para ello, y como a continuación se expone, esta tesis mezcla las técnicas clásicas de optimización aplicadas tradicionalmente a la planificación con nuevos conceptos extraídos de la teoría microeconómica. Además, por lo reciente de los desarrollos efectuados en este campo, existe una cierta confusión en cuanto a la diversidad de metodologías y modelos que se están proponiendo. Es por ello por lo que en los primeros capítulos se trata de clarificar el panorama, analizando y estructurando las nuevas funciones de la planificación de la generación en un contexto desregulado y presentando una clasificación propia de las distintas metodologías propuestas en la literatura científica de acuerdo a su ámbito de utilización y a otros criterios considerados relevantes. La principal contribución de la tesis consiste en el desarrollo de una metodología que permite reproducir la competencia de las empresas −como en el equilibrio de Cournot− al mismo tiempo que permite considerar en detalle las restricciones técnicas que afectan a los medios de producción de electricidad. El método consiste en formular explícitamente las ecuaciones que definen el comportamiento óptimo de cada una de las empresas mediante sus condiciones de optimalidad de Karush-Kuhn- Tucker−. El sistema de ecuaciones que resulta se puede resolver directamente aprovechando que tiene la estructura de un “Problema Complementario”, cuyas particularidades permiten emplear metodologías especiales de resolución incorporadas hoy en día en potentes y probados paquetes informáticos comerciales. Con el objetivo de acelerar la resolución del problema complementario, se ha desarrollado en esta tesis un procedimiento rápido para la obtención de una solución aproximada del equilibrio del mercado que proporcione una buena solución inicial. El método se basa en formular un problema tradicional de minimización de los costes de explotación que incorpora el comportamiento del mercado a través de un conjunto de restricciones denominadas en esta tesis “Restricciones de Equilibrio”. El trabajo de investigación realizado ha culminado con la implantación informática de un modelo de cálculo adecuado a las características del caso español y orientado a la realización de estudios de medio plazo. Este modelo ha permitido comprobar las prestaciones de la metodología propuesta para el modelado de la explotación de la generación en un contexto de competencia, así como su viabilidad y correcto funcionamiento con problemas de tamaño real.