An agent-based modelling approach for the design of power generation company : application to the Colombian day-ahead market

Colombia is going through a period of deep changes due to the fast economic and technological growth. These changes involve also the energy sector which will soon experience the introduction of a balancing market and the aggregation to the energy mix of non-conventional renewable energy systems, still (almost) absent in spite of their strong potential. The energy market represents in each country an important turning point of the economical and industrial activities and it conditions, more or less directly, all the citizens. Thus, its good functioning constitutes an essential condition for the social-economic development and stability. For these reasons, the improvement of a model which allows the study of the Colombian energy market activities, by the simulation of its operations, represents a very interesting theme, especially in this moment of deep changes. The multi-agent system is a modelling approach which obtained significant achievements in the application to the energy market, and it stimulates the development of several platforms that reproduce the market activities. However, these platforms neglect an essential aspect that, for the cases as the Colombian market and many others, compromises their realistic representation: the principle for which the companies that own different power plants, manage jointly the activities of their plants to maximize the whole profit. Therefore, the aim of this work is to fill the gap with this question by the development of an algorithm that reproduces the coordinated management of different agents; those represent power plants that act individually in the market, but they are administered by the companies that pursue the target to maximize its global profit. In addition, the prevalence of the hydropower plants in the energy generation, requires the development of an algorithm dedicated to the representation of their activities; this has to include the peculiar principle of correlation that characterizes hydro-plants’ consecutive market sessions. The implementation of these features allows the development of a model that represents the operation of the Colombian energy market and the activities of the main participants. Then, the model is exploited to perform the analysis of two critical issues of the Colombian market: the situation of oligopoly in power generation and the effect of the power exercised by the dominant companies; the volatility of the market prices during the period of water shortage, due to the periodical climatic event of strong drought, and the possible benefits derived by the installation of wind farms.

La Colombia sta sperimentando un periodo di profondi cambiamenti dovuti ad un veloce sviluppo economico e tecnologico. Questi cambiamenti coinvolgono anche il settore energetico che, prossimamente, vedrà l’introduzione di un mercato di bilanciamento e l’inclusione nel mix energetico di un’importante componente rinnovabile non-convenzionale, ancora (quasi) del tutto assente e per la quale c’è un forte potenziale. In tutti i paesi il mercato energetico rappresenta un importante snodo delle attività economico-industriali e condiziona, più o meno direttamente, tutti i suoi abitanti. Di conseguenza il suo buon funzionamento costituisce un imprescindibile condizione per lo sviluppo e la stabilità non solo economica ma anche sociale. Per questo, l’implementazione di un modello che permetta lo studio delle attività che caratterizzano il mercato elettrico colombiano, simulandone lo svolgimento, rappresenta un motivo di grande interesse, soprattutto in questa fase di profondi cambiamenti. Il sistema multiagente è un metodo di modellazione che ha riscosso un importante successo nell’applicazione ai mercati energetici, ed è ha stimolato lo sviluppo di diverse piattaforme che ne riproducono lo svolgimento. Queste piattaforme però trascurano un aspetto che, nel caso del mercato colombiano e di molti altri, risulta imprescindibile e la cui omissione ne compromette la fedele rappresentazione: il principio per cui le compagnie proprietarie di diverse centrali di generazione, dirigono congiuntamente l’attività di queste per massimizzare il profitto totale. Lo scopo di questo lavoro è quindi di rispondere a tale questione con lo sviluppo di un algoritmo che riproduca la gestione coordinata di diversi agenti, i quali, rappresentano centrali che agiscono singolarmente nel mercato, ma che sono amministrate dalla compagnia che persegue la massimizzazione del suo profitto globale. In aggiunta, la preponderanza delle centrali idroelettriche nella generazione, ha reso necessario lo sviluppo di un algoritmo dedicato all’attività di queste, che tenesse conto del loro specifico principio di correlazione tra successive sessioni di mercato. L’implementazione di queste funzioni permette così lo sviluppo di un modello che rappresenti lo svolgimento del mercato elettrico colombiano e le attività dei suoi principali attori. Il modello verrà quindi usato per lo studio di due criticità del mercato colombiano: la situazione di oligopolio nella generazione e gli effetti dell’esercizio del potere di mercato da parte delle compagnie dominanti; la volatilità dei prezzi di mercato durante i periodi di carenza di apporto idrico, a causa di periodici eventi climatici di forte siccità, e i possibili benefici derivanti dall’installazione di parchi eolici.