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AMBIENTE SIMULADOR PARA O LEILÃO DE COMPRA DE
ENERGIA ELÉTRICA
* CARLA R. LANZOTTI1, GUSTAVO S. MASILI, PAULO B. CORREIA
*PLANEJAMENTO DE SISTEMAS ENERGÉTICOS - FEM - UNICAMP
1. RESUMO
Leilões estão sendo utilizados no Brasil para comercializar contratos de
energia. Devido à importância de entender seus diferentes formatos, este trabalho
apresenta o desenvolvimento de um ambiente simulador on-line de leilão. Esse
ambiente consiste de uma interface desenvolvida com tecnologia Java Server
Pages - JSP, disponibilizada via Internet com o intuito de facilitar o acesso dos
participantes e agilizar sua execução. Os lances são processados por um
software de otimização, o Lingo, que gera o resultado do leilão utilizando um
modelo de programação inteira mista. O sistema possui um banco de dados
responsável pelo armazenamento dos lances e dos resultados dos leilões. Este
trabalho foca a sistemática e a formulação do leilão de compra, organizado pelo
MAE. O resultado atingido é uma ferramenta virtual capaz de simular leilões que
possa servir de auxílio aos agentes do setor elétrico interessados em entender o
funcionamento deste mecanismo de comercialização adotado no mercado
brasileiro de energia.
2. ABSTRACT
The bids are processed by a optimization software, the Lingo, that
generate the result of the auction using a model of mixing entire programming.
The system has a database that is responsible for the storage of bids and results
of the auctions. In this paper the main focus is the systematics and the
formularization of the purchase auction, organized for the MAE. The result
reached after the accomplishment of this work was a virtual tool capable to
simulate auctions that will be able to serve of aid to the interested agents of the
electric sector in understanding the functioning of this new mechanism of
commercialization adopted in the Brazilian market of energy.
3. INTRODUÇÃO
A inserção dos leilões na comercialização de energia elétrica introduziu
um novo desafio às empresas do setor que é entender os modelos básicos de
leilões que podem ser adotados nas negociações de compra e venda.
Um leilão pode ser classificado quanto a sua natureza (oferta, demanda
ou duplo), a forma (aberto ou fechado) e ao preço de fechamento (uniforme ou
discriminatório). Para cada um destes formatos existe uma formulação
correspondente que também considera as regras impostas pelo leiloeiro. Além
das formulações matemáticas do modelo, existe também uma teoria de
estratégias que devem ser utilizadas para que seus participantes obtenham o
melhor benefício para cada leilão (Munhoz, 2004).
Diferentes formatos de leilões foram adotados na comercialização nos
mercados de energia. O NordPool, formado pela Noruega, Dinamarca, Finlândia e
1
[email protected]
Suécia, possui um mercado spot que utiliza um leilão duplo fechado de preço
uniforme (Makkonen,2001). O European Energy Exchange - EEX utiliza dois
formatos de leilões. O primeiro é um leilão fechado para contratos horários e de
blocos e o segundo, um leilão aberto para negociação de contratos para cargas
de base e pico (EEX,2003). Já o Reino Unido comercializa seus lotes de energia
utilizando um leilão com o preço de fechamento discriminatório (UKPX,2003). Na
Austrália é usado um leilão de oferta fechado de preço uniforme (NEMMCO,
2001).
A primeira experiência de leilão no Brasil foi em 2001 no período de
racionamento de energia. Em setembro de 2002, ocorreu o leilão de venda que
disponibilizou aos agentes compradores os lotes referentes à liberação dos 25%
dos contratos iniciais das concessionárias geradoras de energia. Em julho de
2003 iniciaram-se os leilões de compra (MAE, 2003). Em setembro de 2003
também ocorreu o leilão de excedentes.
O novo modelo institucional do setor elétrico, proposto pelo Ministério de
Minas e Energia em dezembro de 2003, também apóia o uso deste mecanismo
para a comercialização por meio da criação de um pool.
Os leilões são realizados no ambiente virtual do MAE, através do uso da
Internet que permite reunir potenciais compradores e vendedores em um período
de tempo reduzido e com custos operacionais baixos.
Pela necessidade de entendimento do mecanismo de leilão, MASILI
(2004) desenvolveu um ambiente virtual capaz de simular os leilões de compra,
de venda, de excedentes e os de certificados realizados pelo MAE. Porém, este
trabalho apresenta um simulador de leilão direcionado aos agentes do setor,
interessados na compra e venda de energia elétrica e descreve apenas a
sistemática e a formulação do formato do leilão adotado no leilão de compra
realizado pelo MAE.
Para a implementação da interface do simulador foi utilizada a linguagem
Java através da tecnologia Java Server Pages - JSP. O simulador utiliza o banco
de dados MySQL para o armazenamento de todas as informações relevantes ao
sistema e, também, o software Lingo, que é responsável em resolver a
formulação matemática dos modelos de leilão. O modelo responsável pelo
equacionamento da solução das variáveis de negociação do leilão foi
desenvolvido utilizando programação inteira mista. Desta forma, o modelo
determina os agentes que realizam negócios e a quantidade negociada.
Este simulador é formado por cinco ambientes (Cadastro, Consulta,
Negociação, Resultados e Formatação) que possuem acessos distintos ao perfil
de cada usuário. O sistema considera, basicamente, três tipos de usuários: o
primeiro, visitante, pode apenas observar o leilão; o segundo, denominado
participante, participa do leilão ofertando lances de compra e venda e; o terceiro,
administrador, assume o papel de leiloeiro. Assim, permite que um agente
assuma o papel de leiloeiro e formate o leilão de acordo com as suas
necessidades e, então, convide outros agentes a participarem como compradores
ou vendedores do leilão formatado.
4. AMBIENTE DE LIQUIDAÇÃO
Para a determinação dos resultados de um leilão de forma rápida e eficaz
se faz necessária a aplicação de conceitos de otimização no simulador. Foram
então criados modelos e algoritmos responsáveis pelo equacionamento e solução
das variáveis de negociação dos leilões utilizando propriedades de programação
inteira mista.
Estes modelos são responsáveis pela determinação dos agentes que
realizam negócios e a quantidade negociada entre as partes. Para o caso do
leilão de compra (descendente), apresentado neste trabalho, informa o custo
revelado da geração de energia elétrica sob o ponto de vista do leiloeiro.
O algoritmo do simulador de leilão é mostrado na Figura 1. Este é o
algoritmo básico para todos os mecanismos de leilão estudados, diferindo apenas
no que se refere à otimização do leilão, onde cada formato possui uma
formulação específica.
begin (algoritmo do site)
dados iniciais {t, Pr1,Q1, . . . , Pr5,Q5};
for j = 1 to 5 do
begin (inicia leilão)
Pr = Prj,
while
i
j
k =1
l =1
∑ Qk ≤ ∑ Ql and t > 0 do
begin
recebe lance (Qi);
valida lance(Qi);
otimiza leilão;
envia situação do lance para agente i;
envia relatório a perdedores;
disponibiliza informações;
end
end (encerra leilão)
otimiza leilão;
determina quantidade negociada;
calcula preço de fechamento;
envia relatório a perdedores;
disponibiliza informações;
anuncia vencedores;
envia relatório de negócios;
end (algoritmo do site)
Figura 1: Algoritmo de funcionamento do site
4.1 LEILÃO DE COMPRA
Um dos modelos computacionais implementados no simulador, e
apresentado neste trabalho, se refere aos leilões de compra de energia elétrica
iniciados em julho de 2003 e que ocorrem mensalmente pelo período de um ano.
O objetivo deste leilão é a oferta de compra de lotes de energia por parte dos
demandantes (MAE, 2003).
A finalidade do leilão é a oferta de compra de lotes de energia, com 0,5
Mw médio diferenciados pelo prazo de suprimento (que podem compreender 30
ou 60 dias), submercado (Norte, Nordeste, Sul e Sudeste) e tipo de lote de
energia (base ou flexível). Os contratos de compra e venda de energia elétrica
contemplam períodos de suprimento de 6 meses, 9 meses, 1 ano e até dezembro
de 2004.
4.1.1 SISTEMÁTICA DO LEILÃO
Antes do início do leilão, os agentes compradores fornecem até 5
patamares de preço de reserva e a quantidade ofertada referente aos mesmos
(Figura 2). Para cada produto, o coordenador do leilão deve especificar valor
decremental de preço. Desta forma, quando toda a quantidade demandada for
ofertada, o leiloeiro reduz o preço para os próximos lances através do valor
decremental. Caso o novo valor de preço alcance o patamar do preço de reserva
seguinte e a quantidade ofertada seja absorvida pelo mercado, a quantidade
referente a este preço de reserva é acrescida ao montante previamente leiloado.
Os lances dos proponentes vendedores se restringem ao valor máximo de 70%
da quantidade demandada pelo comprador em casos onde a demanda supera
100 lotes.
Figura 2: Lances das distribuidoras em patamares de preço de reserva
Agentes que realizam lances anteriormente têm a preferência na
negociação para lances relativos ao mesmo preço. Em caso de lances realizados
em diferentes patamares de preço, têm preferência os agentes que deram lances
no patamar mais baixo de preço. O leilão se encerra quando o tempo determinado
pelo leiloeiro se esgotar.
4.1.2 FORMULAÇÃO
A função objetivo da equação minimiza o custo revelado de geração de
energia elétrica sob o ponto de vista do leiloeiro, gerando o conjunto de
vendedores ativos A (A = {Pj} para sj = 1), ou seja, vendedores que realizam
negócio. O segundo termo da equação (ε j sj qj) é responsável por dar
preferência, em caso de lances de preço semelhantes, aos lances anteriormente
realizados. Toda a quantidade negociada não pode exceder a quantidade
ofertada nem tampouco a soma dos lances efetuados. Além disso, a quantidade
negociada entre as partes deve ser igual ou inferior ao fator de restrição
multiplicado pela quantidade ofertada. Para que o agente tenha um lance ativo, é
necessário que seu lance de preço atenda ao preço corrente. Cada proponente
vendedor pode transacionar quantidades iguais ou inferiores ao seu lance,
podendo ser caracterizado como ativo ou inativo.
em que:
j índice relativo ao agente vendedor;
Pc preço corrente;
Q quantidade ofertada de lotes;
Pj lance de preço do vendedor j;
Qi lance de quantidade de lotes do vendedor j;
qi lotes negociados entre o demandante e o vendedor j;
n número de lances;
si situação do vendedor j - inativo/ativo;
fr fator de restrição para lances de quantidade;
ε valor infinitesimal;
A conjunto de vendedores ativos.
Após esta avaliação, é necessária a determinação do preço corrente do
leilão (Pc) a ser informado no site. Para isso, é necessário resolver a busca dada
pela equação abaixo. Para encontrar a solução ótima desta busca, é
indispensável que o agente faça parte do conjunto A, ou seja, seu lance deve ter
sido aceito na otimização anterior.
Pc = max Pj : Pj ∈ {A}.
4.2 PROCEDIMENTOS COMPUTACIONAIS DO LEILÃO
No ambiente de negociação desenvolvido, através do uso de senha, o
agente participante do leilão acessa a tela de lances. Nesta tela, é possível
verificar os produtos que estão sendo oferecidos (Figura 3). Assim, o participante
escolhe o produto desejado, determina a quantidade de lotes e, então, envia o
lance. Para proteção do participante, o sistema, através de uma tela de
confirmação, pede que este seja confirmado e, então, as envia ao Lingo para
serem processadas.
Figura 3: Tela de lances do simulador
Por sua vez, o Lingo utiliza as informações para realizar a otimização do
lance e determinar os resultados do leilão (Figura 4). Através da formulação do
leilão, o programa Lingo retorna ao simulador o número de lotes negociados entre
os agentes compradores e vendedores e o preço de fechamento do leilão.
agente
envia
lance
lance
válido
otimizador
resultados
Figura 4: Procedimento de lance
Então, ele envia estas informações ao MySQL para serem armazenadas
para permitir a realização de consultas pelos agentes e pelo leiloeiro.
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Este trabalho apresentou um ambiente simulador de leilão capaz de
representar o leilão de compra de energia elétrica utilizado pelo MAE. Este leilão
foi desenvolvido para atender às necessidades de aquisição de lotes de energia
por parte dos compradores, ou seja, distribuidores e comercializadores.
Seguindo a tendência dos leilões direcionados à comercialização, o
simulador foi implementado com ferramentas que possibilitam o acesso em uma
rede local ou na Internet. Esta característica facilita a realização do leilão quando
os agentes participantes não estão fisicamente próximos.
Com o auxílio desta ferramenta computacional, um agente do setor
assume o papel de administrador do leilão e, então, convida outros agentes para
tomarem parte do leilão representando participantes compradores. Estes agentes,
na primeira fase do leilão, definem os produtos que desejam adquirir, definindo o
número de lotes, submercado, o tipo de lote, o período de suprimento e os cinco
patamares de preço. Encerrada a primeira fase, os proponentes vendedores
entram no leilão oferecendo seus lances de lotes de energia.
Espera-se que a utilização deste simulador os agentes possam definir e
também verificar melhor suas estratégias de lances a fim de gerar uma maior
eficiência dos seus lances em um leilão realizado pelo MAE.
5. BIBLIOGRAFIA
Exchange, E. E. (2003). Trading system. Disponível em: http://www.eex.de.
MAE (2003). Edital N.001/2003 Leilão de Compra de Energia Das
Concessionárias de Distribuição e Empresas de Comercialização de Energia
Elétrica. Disponível em http://www.leiloesdomae.com.br/. Acesso em outubro
de 2003.
Makkonen, S. e R. Lahdelma (2001). Analysis of power pools in the deregulated
energy market through simulation. Decision Support Systems 30, 289–301.
Masili, Gustavo Santos. (2004). Metodologia e software para os processos de
comercialização de energia elétrica. Dissertação de mestrado, Unicamp,
Campinas - Brasil.
Munhoz, Fernando Colli. (2004). Metodologia e software para fixação de lances
em leilões de energia elétrica. Dissertação de mestrado, Unicamp, Campinas Brasil.
Nemmco (2001). An introduction to Australia´s national electricity market.
Disponível em: http://www.nemmco.com.au/publications/publications.htm.
Neta (2003). The market model. Disponível em: http://www.ukpx.com.