Investissement dans les réseaux marchands de transport

d’électricité

Nizar El GhaliPatrick González

Michel RolandGREEN, Département d’économie

Université Laval

Introduction

• Réseau marchand de transport– Titres de propriété émis pour chaque ligne de

transport– Décisions d’investissements décentralisées et

fondées sur la valeur espérée des titres émis suite à l’investissement

• Investissement dans une ligne crée externalités– positives– négatives

• Règle d’attribution des titres doit tenir compte des externalités: donner bonnes incitations à l’investissement

Objectif

• Définir une règle d’attribution qui décourage tout investissement privé réduisant le bien-être social– i.e. prenant en compte des externalités négatives– Généralisation de la règle de Bushnell et Stoft (1996)

• Tenir compte de l’incertitude

• Externalités positives– Regroupement des investissements– Nationalisation

Titres de transport

• Titres financiers et non pas physiques• Émis dans le contexte où un opérateur de réseau

minimise le coût de desservir la demande• Donne droit à la différence des prix entre les noeuds que

la ligne relie– i.e. aux rentes de congestion

• Rentes de congestion constituent un signal de la valeur du transport

• Difficile d’utiliser directement ce signal pour inciter à l’investissement à cause des effets pervers qu’il crée

• Objectif: inciter à l’investissement si et seulement si l’espérance du Bm social de l’investissement est supérieur au CmLT

Notions de base sur les réseaux de transport

• Lois de Kirchhoff: courant passe par le chemin offrant le moins de résistance

O E

N

KNO KNE

KEONoeudde consommation

Noeudde production

Noeud de production

Capacité des lignes

O E

N

KNO KNE

KEO

2 1

3 31 2

3 3

Contrainte relative à

Contrainte relative à

N E NO

N E EO

Q Q K NO

Q Q K EO

1 1

3 3Contrainte relative à N E NEQ Q K NE

(EO)

(NO)

(NE)

EQ3

2 EOKEOK3 NEK

3 NEK

3

2 NOK

NOK

Contraintes sur la production des centrales

NQ

Notions de base sur les réseaux de transport

• En injectant une unité d’électricité en un noeud, un producteur crée des externalités sur l’ensemble du réseau– Exemple: une unité produite au Nord diminue la

capacité de transport disponible sur la ligne Est-Ouest de 1/3 d’unité

– Tarification du transport pour contrat entre Nord et Ouest devrait tenir compte de ces externalités

– Extrêmement complexe• Cependant, en concurrence parfaite au niveau

de la production: Valeur du transport égale à différence de prix entre les noeuds

Incitations perverses liées aux rentes de congestion

• Bushnell et Stoft (1996)

-900 MW

Cm=5¢

Cm=3¢N

O E

1000 MW

1000 MW

900 MW

0 MW

0 MW

900 MW

3¢Op

3¢Np

3¢Ep

Capacité

Flux

• Bushnell et Stoft (1996)

-900 MW

Cm=5¢

Cm=3¢N

O E

100 MW1000 MW

1000 MW4¢Op

Incitations perverses liées aux rentes de congestion

600 MW

300 MW

100 MW

400 MW

500 MW

Règle d’attribution de Bushnell et Stoft

• Vecteur de flux de courant réalisable: vecteur de flux qui respecte les lois de Kirchoff

• Proposition: si l’ensemble des titres émis par l’opérateur de réseau correspond à un vecteur de flux réalisable, alors les rentes de congestion sont suffisantes pour couvrir les obligations de paiement aux détenteurs de titres

• À cause des externalités négatives, un investissement dans une ligne de transport peut réduire la capacité d’une autre ligne et rendre irréalisable un ensemble de titres qui l’étaient auparavant

• Règle d’attribution: investisseur peut choisir tout ensemble de nouveaux titres qu’il désire dans la mesure où cet ensemble, combiné aux titres existants,demeurent réalisable suite à l’investissement

Règle d’attribution de Bushnell et Stoft

N EQ Q D

EQ

NQ

EOK

NOK

2 lignes: NO et EO

3 lignes: contraintes sur NEProduction à 3 lignes

La règle d’attribution désincite à l’investissement dans la ligne NE

Exemple: Cm plus faible au Nord qu’au Sud

Problème avec la règle d’attribution

• Basée sur l’adéquation entre flux d’électricité et titres de transport

• Or les flux varient d’instant en instant de façon aléatoire

• Il faudrait donc des titres contingents, ce qui est impraticable

• Bref, la règle n’est valide qu’en cas de certitude alors que l’incertitude est fondamentale dans les réseaux de transport

Exemple de Joskow et Tirole

• Bris possible dans le réseau

• Ligne qui n’a pas de valeur lorsque le réseau fonctionne normalement acquiert une grande valeur lorsqu’il y a bris ailleurs dans le réseau

• La règle de Bushnell et Stoft ne peut tenir compte de cela

Production avec 2 lignes

Production avec 3 lignes

 

Production en absence de bris

EQ

EQ

NEK

NEK D

D

EOK

NOK

Production en cas de bris

Production avec 2 lignes

Production avec 3 lignes

EQDNEK

NOK

NEK

EQ

D

EOK

2

3 NOK

La ligne NE devient rentable en cas de bris sur la ligne NO

Notre règle d’attribution

• Titres non contingents, mais qui tiennent compte des aléas

• Distribution initiale: tel que

* * *( ) ( ( ))E E p T p q p

Vecteur de titres

T

Vecteur de prixoptimaux

Vecteur d’offre nette

• Investisseur peut choisir tout ensemble de nouveaux titres qu’il désire dans la mesure où cet ensemble, combiné aux titres existants,continue de satisfaire la règle précédente sous le nouveau réseau

• i.e choisit tel que

Notre règle d’attribution

ˆ( ) ( ) ( ( ))E E p T T p q p

T̂

Prix optimaux avec nouveau réseauChoix de l’investisseurDistribution initiale

Proposition

• Si la règle d’attribution est suivie, toute modification au réseau qui réduit le bénéfice agrégé du réseau donne un bénéfice net négatif à l’investisseur

• i.e. la règle tient compte des externalités négatives

Conclusion

• Résultat similaire à celui de Bushnell et Stoft, mais dans un contexte d’incertitude

• Efficacité de la décentralisation de l’investissement plus robuste que ne le laissaient entrevoir Joskow et Tirole (2004)