Análisis de Contratos en un Sistema Integrado de Electricidad e Hidrógeno: Aplicación del Modelo HERO

Abstract

La creciente volatilidad de los precios de la energía y el avance del proceso de descarbonización han puesto de manifiesto la necesidad de contar con marcos contractuales capaces de coordinar de forma eficiente los mercados de electricidad e hidrógeno. Ambos están estrechamente relacionados, ya que la producción de hidrógeno mediante electrólisis depende directamente del precio y la disponibilidad de la electricidad. A su vez, el funcionamiento flexible de los electrolizadores puede influir en el comportamiento del mercado eléctrico.

Este trabajo se basa en el modelo de equilibrio conjunto de Cournot para los mercados de electricidad e hidrógeno desarrollado en estudios previos [14][15], ampliándolo mediante la incorporación explícita de diferentes estructuras contractuales. En concreto, se analizan distintos tipos de Power Purchase Agreements (PPAs) y los Hydrogen Purchase Agreements (HPAs), implementados como restricciones operativas dentro del modelo HERO aplicado al mercado ibérico (MIBEL) para . Estas estructuras contractuales se estudian bajo distintas modalidades, como contratos baseload, pay-as-produced y contratos con volúmenes anuales fijos.

Los resultados muestran que el diseño de los PPAs influye principalmente en la distribución temporal del consumo eléctrico, aunque no altera de forma significativa los resultados anuales del mercado. Cuanto mayor es la flexibilidad del contrato, mayor es la capacidad de los generadores para optimizar sus beneficios, ya que pueden decidir en cada hora si destinan su producción al mercado o al cumplimiento de contratos en función del precio más favorable.

De manera similar, los HPAs con mayor flexibilidad permiten a los electrolizadores ajustar su operación a las horas con menores precios de la electricidad, lo que mejora la eficiencia del sistema y favorece una mayor integración de energías renovables. Este efecto, sin embargo, tiene un impacto limitado sobre el precio medio de la electricidad.

En conjunto, el análisis pone de relieve que una mayor flexibilidad contractual puede mejorar el rendimiento operativo del sistema energético, pero también alterar los mecanismos de formación de precios y la dinámica de los mercados emergentes de hidrógeno. Por ello, el estudio destaca la importancia de diseñar cuidadosamente los PPAs y HPAs para equilibrar la eficiencia económica, la estabilidad del mercado y una correcta señalización de precios en sistemas energéticos integrados.

The increasing volatility of energy prices and the progress of the decarbonisation process have highlighted the need for contractual frameworks capable of efficiently coordinating electricity and hydrogen markets. These two markets are closely linked, as hydrogen production through electrolysis directly depends on electricity prices and availability. At the same time, the flexible operation of electrolyzers can influence the behaviour of the electricity market.

This study is based on the joint Cournot equilibrium model for the electricity and hydrogen markets developed in previous literature [14][15]. The model is extended by explicitly introducing different contractual structures. In particular, several types of Power Purchase Agreements (PPAs) and Hydrogen Purchase Agreements (HPAs) are analysed and implemented as operational constraints within the HERO model applied to the Iberian electricity market (MIBEL). These contractual arrangements are examined under different formats, including baseload contracts, pay-as-produced schemes and fixed annual volume contracts.

The results show that the design of PPAs mainly affects the temporal allocation of electricity consumption, while having no significant impact on overall annual market outcomes. The greater the contractual flexibility, the greater the ability of generators to optimise their profits, as they can decide on an hourly basis whether to sell electricity on the market or use it to fulfil contractual commitments, depending on price signals.

Similarly, more flexible HPAs allow electrolyzers to adjust their operation to hours with lower electricity prices, improving operational efficiency and facilitating the integration of renewable energy. However, this flexibility has only a limited effect on average electricity prices.

Overall, the analysis highlights that greater contractual flexibility can improve system performance but may also influence price formation mechanisms and the dynamics of emerging hydrogen markets. These findings underline the importance of carefully designing PPAs and HPAs in order to balance economic efficiency, market stability, and adequate price signals in integrated electricity and hydrogen systems.