Serbestleşme Sürecindeki Bir Elektrik Piyasasında Faaliyet Gösteren Piyasa Gücü Bulunan Bir Firmanın Piyasa Takas Fiyatları Üzerindeki Etkilerinin Araştırılması

Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Energy Institute, Yüksek LisansTez (eng) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Enerji Enstitüsü, Yüksek LisansFor many years, electricity power industry has been controlled and managed by public utilities in many countries. Generation, transmission, distribution and retail of electricity were under the responsibility of government-owned companies. Over the last few decades, electricity industry are being liberalized and deregulated and has experienced significant changes. Although countries have preferred different strategies and approaches in privatization program and deregulation of electricity markets, common goal of them is to have a sustainable, effective and well-functioning electricity market. Few large firms are dominant in oligopoly market and these large firms may have tendency to use their market power typically by changing their offer quantities or prices. Interaction among such producers in the market also necessitates considering each effect of participants' offer strategies on market-clearing prices. In the thesis, the impacts of dominant firm's bidding strategies on market-clearing prices is investigated. Day-ahead market is modeled under some assumptions. Supply and demand are taken from various sources to be able to run the simulation. Hypothetical power producers are set up to be able to show how the model works. The model consists of two main parts, which are obtaining of reduced demand curve and formation of aggregated supply curve. Three different cases are analyzed, which are uncoordinated simulation without manipulation, coordinated simulation with capacity withdrawal and coordinated simulation with intervention. In first case, uncoordinated simulation is carried out. In this simulation, each power plant submits its offer individually based on its own marginal production cost. The results of first simulation give reference market-clearing prices, which are going to use by evaluating the effects of bidding strategies of dominant firm. Second case is a coordinated simulation and power producers submit their offers by considering all their power plants, which they have. In this simulation active player's bidding strategies are taken into account by using game theory. It is aimed to investigate the impact of capacity withdrawal on market-clearing prices. In this circumstance, dominant firm tries to find out its optimum offer strategy by considering all their power plants and the strategies of other power producers. In the third case, dominant firm is modeled as a firm trying to reduce market-clearing prices as low as possible by running all their power plants. Some power plants of the dominant firm run below their marginal costs. In this case, dominant firm submits its offers without considering its losses. To have a well-designed market, privatization program should be carefully carried out to protect price increase/decrease or volatility arisen from market power. Privatization program should not serve to generate new dominant firm or contribute dominant firm's market power. In conclusion, electricity prices should be determined in competitive market conditions without manipulation. Abuse of market power should be monitored and prevented.Elektrik enerjisi ihtiyacının yeterli, kaliteli, kesintisiz, ucuz, çevreye uyumlu ve sürdürülebilir bir şekilde karşılanabilmesi, ülke enerji politikalarının temel gündemini oluşturmaktadır. Elektrik enerjisinin erişilebilir ve rekabetçi fiyatlarla sunulması ülkelerin kalkınmasında büyük öneme sahiptir. Uygun elektrik fiyatları ülkelerin uluslararası pazarlardaki rekabet gücünü doğrudan etkilemektedir. Bu doğrultuda, ülkeler kaynakların daha etkin ve verimli kullanılmasına imkan tanıyan elektrik piyasa yapısını oluşturmaya çalışmışlardır. Teknolojik gelişmelerle birlikte değişen ölçek ekonomisi, artan elektrik talebini karşılayacak yeni üretim ve altyapı yatırımlarına duyulan ihtiyaç, serbestleşme sürecine zemin hazırlayan temel etmenler olmuştur. Dünya genelindeki elektrik piyasaları incelendiğinde elektrik üretimi, iletimi, dağıtımı, satışı ve satış sonrası hizmetleri uzun yıllar boyunca kamu şirketleri tarafından dikey bütünleşik yapı içerisinde sunulmuştur. Serbestleşme süreciyle birlikte kar amacı olmayan, maliyet bazlı üretim yapan kamu şirketlerinden, fiyatların arz ve talebe göre piyasa koşullarında belirlendiği bir yapıya geçilmiştir. Serbestleşme politikalarına bakıldığında ülkelerin farklı serbestleşme politikaları izlediği görülmektedir. Önce serbestleşme sürecini tamamlayıp daha sonra özelleştirme sürecin geçen ülkeler olduğu gibi, önce özelleştirme sürecini tamamlayıp daha sonra serbestleşme sürecini başlatan ülkeler de bulunmaktadır. Bazı ülkeler serbestleşme ve özelleştirme süreçlerini birlikte yürütürken, kimi ülkeler kamu şirketlerini özelleştirmeyerek piyasadaki varlıklarını haksız rekabeti önleyecek şekilde sürdürelebileceği bir piyasa yapısı tasarlamışlardır. İzlenen yöntem ve yaklaşım farklı olsa da, bütün ülkelerin ortak amacı etkin işleyen, sürdürülebilir bir elektrik piyasasına sahip olmaktır. Elektrik piyasaları temel olarak organize ve organize olmayan piyasalar olmak üzere ikiye ayrılırlar. Toptan elektrik ticareti, türev ve spot piyasalarda gerçekleşmektedir. Organize spot piyasalar gün öncesi piyasası ve gün içi piyasalarından oluşmaktadır. Gün öncesi piyasaları, arz ve talebe göre birim elektrik fiyatlarının belirlendiği piyasalardır. Ayrıca ikili anlaşmaları tamamlayıcı piyasalar olarak da bilinirler. İkili anlaşmalar, piyasa işletmecisinin müdahalesi olmaksızın tarafların kendi arasında belli şartlar gözeterek yaptığı elektrik alım-satım sözleşmeleridir. Taraflar anlaşma fiyatını bildirmeksizin, anlaştıkları fiziki teslimata konu miktarı ve gerekli bilgileri piyasa işletmecisine bildirmekle yükümlüdür. İkili anlaşmalar fiziki teslimat şeklinde olabileceği gibi finansal uzlaşı şeklinde de olabilmektedir. Tez çalışması kapsamında talep esnekliğinin bulunmadığı bir gün öncesi piyasasında, piyasa gücü bulunan bir firmanın piyasa takas fiyatları üzerindeki olası etkileri incelenmiştir. Gün öncesi piyasasındaki fiyat oluşum mekanizması, bazı varsayımlar altında modellenmiştir. Model temel olarak; tahmini talep eğrisinin indirgenmesi ve toplanmış arz eğrisinin elde edilmesi olmak üzere iki ana kısımdan meydana gelmektedir. Öncelikle talep eğrisinin nasıl indirgendiği açıklanmıştır. Her bir saat için ikili anlaşma hacmi, öngörülen talepten çıkartılarak gün öncesi piyasası işlem hacmi bulunur. Teknik yapıları itibariyle piyasada oluşacak fiyattan bağımsız olarak çalışması beklenen nükleer, jeotermal, rüzgar ve güneş enerjisi gibi santrallerin öngörülen üretim değerleri tahmini talepten çıkartılarak oyun hacmi bulunur. Rezervuarlı hidroelektrik santrallerini oyun hacmine dahil etmek mümkündür ancak yağış beklentisi, rezervuarındaki su miktarı ve gelecekte oluşacak piyasa takas fiyatlarının tahmin edilmesi ve bu bilgiler ışığında her bir hidroelektrik santralin üretim stratejisinin belirlemesi gerekmektedir. Yapılan tez çalışması kapsamında rezervuarlı hidroelektrik santrallerinin teklif stratejileri dikkate alınmayarak, bu santrallerin tahmini üretim değerleri kalan hacimden çıkartılmış ve indirgenmiş oyun hacmi bulunmuştur. Çalışmanın ikinci kısımda indirgenmiş oyun hacmi içinde yarışan fosil yakıtlı santrallere ait toplanmış arz eğrisi elde edilmektedir. Bu kapsamdaki her bir firma üretim tekliflerini piyasa işletmecisine sunmaktadır. Daha sonra bu teklifler en düşükten başlayarak artan şekilde sıralanmasıyla toplanmış arz eğrisi elde edilir. İzledikleri üretim stratejileri ile piyasa takas fiyatlarını değiştirebilme gücüne sahip firmalar aktif firmalar olarak adlandırılmaktadırlar. Aktif firmaların piyasa gücünü kullanarak karını maksimize edecek teklif stratejisini bulmaya çalıştıkları varsayılmıştır. Bu doğrultuda piyasa gücü bulunan bir firmanın piyasa takas fiyatları üzerindeki olası etkilerini gözlemleyebilmek için hayali üretim portföyüne sahip üreticiler oluşturulmuştur ve bu kapsamda üç farklı durum incelenmiştir. İlk durumda, santrallerin değişken üretim maliyetleri referans alınarak oluşturulan üretim teklifleri piyasa işletmecisine sunulmasıyla elde edilen toplanmış arz eğrisi ile indirgenmiş talep eğrisinin kesişimi ile birlikte piyasa takas fiyatı ve üretim talimatı alacak santraller bulunur. Her bir santralin bağımsız birer oyuncu olarak ele alındığı, tam rekabet piyasası koşulunda oluşacak fiyatlar referans fiyatlar olarak alınmıştır. İkinci durumda, oligopol piyasa yapısı gösteren bir elektrik piyasasında, piyasa gücü bulunan bir firmanın izlediği teklif stratejisinin piyasa takas fiyatları üzerindeki etkisi oyun teorisi ile araştırılmıştır. Firmalar miktar rekabetine girerek, karını maksimize edecek optimum teklif miktarını bulmaya çalışmaktadırlar. Piyasa gücü bulunan ve saatlik esnekliğine sahip santralleri olan firmalar, tüm olası durumları dikkate alarak normal şartlarda çalışma talimatı alacak bazı santraller için teklif vermeyerek piyasa takas fiyatının da meydana gelecek artış sonucu elde edeceği toplam kazancın, çalışmaması durumunda oluşacak toplam kaybından yüksek olması durumunda, bazı santral veya santralleri için teklif vermeyerek kar maksimizasyonu yapmaya çalışmaktadır. Ancak her firmanın piyasa takas fiyatını değiştirme gücü olmadığı gibi baz yük çalışan santrallerin de çalışma yapısı gereği saatlik devreye girme-çıkma esnekliği bulunmamaktadır. Bir firmanın üretim teklifi, diğer firmaların tekliflerini dikkate alarak verebileceği en iyi teklif ise ve bu durum her bir firma için geçerliyse, oyun Nash dengesine ulaşmış demektir. Bir başka ifadeyle herhangi bir firma teklif stratejisini değiştirerek kar artışı sağlayamıyorsa ve bu durum her bir firma için geçerliyse, var olan denge noktası Nash dengesi olarak adlandırılmaktadır. Son durumda ise piyasa gücü bulunan bir firmanın sahip olduğu santrallerden bazılarını marjinal üretim maliyetinin veya maliyetlerinin altında çalıştırarak piyasa takas fiyatlarını düşürmeyi amaçlayan üretim stratejisinin etkileri incelenmiştir. Serbestleşme ve özelleştirme programlarının temel amaçlarından biri, tüketicilere elektriğin daha uygun fiyatlarla sunulmasıdır. Bu doğrultuda iyi tasarlanmış ve etkin işleyen bir elektrik piyasasında, elektrik fiyatları piyasa koşullarında arz ve talebe göre herhangi bir firmanın müdahalesi olmaksızın belirlenmelidir. Fiyatların piyasa koşullarında belirlenebilmesi için, serbestleşme ve özelleştirme süreçleri dikkatlice yürütülmelidir. Özelleştirme programları sonucunda, piyasa gücü bulunan yeni firmaların oluşmamasına özen gösterilmelidir. Ayrıca bu süreç piyasa gücü bulunan firmaların gücüne de katkı sağlamamalıdır. Serbestleşme ve özelleştirme süreçlerinin birlikte yürütüldüğü elektrik piyasalarında, istenilen sonuçların alınabilmesi için güçlü kamu şirketlerine karşı, özel sektör yatırımcılarını haksız rekabetten koruyan, adil rekabet ortamını güvence altına alan, şeffaf ve sürdürülebilir bir elektrik piyasa yapısına da ihtiyaç bulunmaktadır. Ayrıca, şeffaf bir elektrik piyasası, ihtiyaç duyulan elektrik üretimi ve altyapı yatırımlarının sürekliliğini güvence altına alarak enerji arz güvenliğine de katkı sağlayacaktır. Yapılan tez çalışması kapsamında, birinci bölümde dünya genelindeki elektrik piyasalarındaki serbestleşme ve özelleştirme süreçlerine genel bir giriş yapılmıştır. İkinci bölümde ise elektrik piyasa yapıları ve toptan elektrik ticaretinden bahsedilmiştir. Üçüncü bölümde, modelin daha iyi anlaşılabilmesi için fiyat oluşum mekanizması ve modelde kullanılan elektrik piyasa yapısı detaylarıyla birlikte ele alınmıştır. Dördünce bölümde, arz ve talep verilerine yer verilmiştir. Beşinci bölümde ise serbest elektrik piyasasında faaliyet gösteren, piyasa gücü bulunan bir firmanın, bu gücü kullanarak piyasa takas fiyatları üzerindeki etkileri araştırılmış ve sonuçlarına yer verilmiştir.M.Sc.Yüksek Lisan