Essays on commodity cycles based on expanded Cobweb experiments of electricity markets

This thesis studies cycles in commodity markets. Such fluctuations have significant adverse effects onconsumers and producers. The properties of commodity price fluctuations are well known. However,there is considerable disagreement about the underlying causes of market fluctuations. Understandingsuch cycles is essential for policy analysis. We analyze the case of recently deregulated electricitymarkets, where several authors have expressed a concern that capacity cycles may emerge. Thepotential occurrence of cycles represents a major threat to electricity security, since there could beperiods with insufficient capacity to satisfy demand followed by periods with excess capacity andunsustainably low prices.Traditional economic literature argues that oscillations are caused by external shocks. We explore analternative explanation that comes from the internal structure of the system. The method is laboratoryexperiments. To link to the existing literature we start by investigating the simplest economic model ofcycles (the Cobweb model) with standard conditions, linear demand, and constant costs. Step by step,we add complexity (and realism) to the simple model. We introduce long lifetimes of productioncapacity and then we introduce a two period investment lag in addition to long lifetimes. Consistentwith previous experiments and the rational expectations hypothesis, we find no evidence of cycles inthe basic design and in the capacity lifetime treatment. Average prices are close to Cournot Nashequilibrium with a bias towards competitive prices. In the investment lag treatment, however, varianceand autocorrelation analysis indicate cyclical tendencies.In a follow up experiment we introduce a constant price elasticity with dynamic demand adjustment.The experiment gives rise to larger and asymmetric fluctuations similar to observed commodity prices(e.g. sugar and coffee prices). In a third experiment, we increase the frequency of decisions. Weobserve oscillatory behaviour in investment activity and prices. The cyclical tendency is stronger thanin the previous experiments, and the results corroborate assumptions made in previous simulationstudies of electricity markets. In a fourth paper, we look at empirical evidence of fluctuations in someelectricity markets in South America. While the time-series are not long enough to conclude that thereare systematic fluctuations, we observe that both Brazil and Chile have experienced very small reservemargins, electricity supply crises, and considerable shortages of electricity. The likely cause is lack ofinvestments in new generation capacity. Argentina and Colombia have high reserve margins and verylow spot prices, largely because of the deep recessions in their respective economies.The thesis contributes to a better understanding of endogenous causes of market fluctuations. Thisshould call for an increased interest in market models that include supply and demand side dynamics.Also, the findings should serve as a motivation to search for alternative stabilising policies in existingmarkets, particularly in markets where deregulation is considered

Micromundo para la inversión en generación eléctrica en Colombia

Resumen: El Sector Eléctrico Colombiano ha pasado de tener un esquema centralizado a un esquema de mercado fundamentado en la Ley de Servicios Públicos Domiciliarios (Ley 142 de 1994) y en la Ley Eléctrica (Ley 143 de 1994). Estas condiciones de mercado, generan nuevos riesgos e incertidumbres para todos los agentes que en este participan, en particular para los inversionistas en nueva generación. La imposibilidad de pronosticar a largo plazo y la necesidad de un adecuado manejo del riesgo y de la incertidumbre hacen que se requiera que los agentes aprendan sobre el mercado y sobre las implicaciones que tienen al invertir en este. Por este motivo se desarrolló un micromundo o simulador para inversión en generación para Colombia, que permite un aprendizaje en estos aspectos. El micromundo desarrollado, está soportado en un modelo en dinámica de sistemas, donde el usuario toma sus decisiones de inversión en nueva capacidad de generación y observa, además del desempeño de su inversión, el comportamientos de algunas de las variables mas representativas del sector eléctrico. Con este, el usuario puede aprender sobre el efecto de la hidrología en su inversión, que pasa cuando hace un apalancamiento de la deuda y analizar casos particulares, entre otros. Este trabajo, además de la herramienta como tal, presenta aplicaciones a tres tecnologías de generación de electricidad y se analiza el comportamiento del sistema ante tres diferentes escenarios. / Abstract: The electricity sector in Colombia has changed from a central squem to a market squem, based in en 'Ley de Servicios Públicos Domiciliarios (Ley 142 de 1994)" and 'Ley Eléctrica (Ley 143 de 1994)". These new market conditions, make risk and uncertain to all the participants agents, particularly investors in new generation. Due tbat it is impossible a long tenn forecast and the needy of a good risk and uncertain management, the agents require to learn about the market and the implications implicit if you invest in it. We these arguments, we create a microworld or simulator which permits learning about these aspects. The microworld is supported in a System Dynamics model, where the user makes his investment decision and see the performance of it and the behavior ofthe sorne ofthe more representative variables of the electricity sector en Colombia. The user can learn about the effect ofthe hydrology in your investment, what happen ifyou have a bank which lend you money to finance part ofthe project, etc. We present a tool, the microworld, and three applications to different technologies of electricity generation, and the analysis of the behavior of the system with different scenaries.Maestrí

Contribución de la generación distribuida para controlar la tensión

El operador del sistema de potencia debe asegurar un suministro de electricidad seguro, confiable y con calidad mientras mantiene los perfiles de tensión y frecuencia estables y dentro de los rangos requeridos por la regulación específica de cada país. El control de tensión y el manejo de la potencia reactiva son dos elementos de una misma actividad que tiene como fin servir de soporte a la confiabilidad y facilitar las operaciones en las redes de transmisión. La Generación Distribuida (GD) proporciona beneficios para el control de tensión porque se conectada cerca de los centros de consumo y de esta manera ayuda a la congestión en las redes de transmisión y en la redes de distribución. Este artículo presenta un análisis acerca de la pertinencia de la implementación de sistemas de GD para el servicio de control de tensión en el sistema interconectado en Colombia. Este análisis se realizó usando simulaciones con el software PowerWorld en una región del sistema de potencia, específicamente en la región de Caldas, Quindío y Risaralda (CQR). Los resultados de las simulaciones muestran que al conectar GD, los niveles de tensión se incrementan y las pérdidas de potencia activa y reactiva se reducen.The power system operator must ensure a secure electricity supply, reliable and with quality while maintaining frequency and voltage profiles stable and within the ranges required by the specific regulations for each country. Voltage control and reactive-power management are two aspects of a single activity that both supports reliability and facilitates commercial transactions across transmission networks. Distributed Generation (DG) provides benefits for the voltage control because is located close to consumption centers, as well to helping congestion relief on the transmission and distribution grids. This paper presents an analysis about the pertinence of the implementation of distributed generation systems for voltage control service in the interconnected system in Colombia. This analysis is based through grid simulations in a fraction of the sub-region of the CQR with PowerWorld. The simulation considers low operating voltage levels because of the presence of inductive loads. The results show that by connecting Distributed Generation, voltage level increases and reduce power and reactive losses

Dynamics simulation model for evaluating the investment in technological innovation in the capabilities of Colombia Software industries

En Colombia, la Industria de Software y las Tecnologías de Comunicación son consideradas un sector de clase mundial que impulsa el crecimiento económico. Hasta el momento, esta industria ha pasado de un crecimiento moderado a una dinámica de crecimiento mayor gracias al fortalecimiento de sus capacidades. Este trabajo evalúa una combinación de políticas gubernamentales tales como la inversión en capacidades de innovación tecnológica: I+D, Mercadeo y Direccionamiento Estratégico. Para esto, se desarrolló un modelo de simulación con Dinámica de Sistemas que evaluó el efecto de las capacidades sobre las ventas por medio de análisis de escenarios. Se observó que la combinación de estas variables forman ciclos de realimentación positivos con el incremento de la inversión en las capacidades, aumentando el nivel de ventas.In Colombia, the Software Industry and Communication Technologies are considered a World –Class sector, and it is expected to be an economic booster. So far, this industry has performed from moderate to dynamic growth due to the strengthening of capabilities. This paper evaluates a number of combination of governmental policies such as investment in innovation capabilities as R&D, marketing and strategic management. We perform such evaluation using a System Dynamic Model through scenario analysis. We observe that a combination of such variables have positive feedback with the increase of investment level in the capabilities

Simulación de estrategias de inversión para pequeños caficultores colombianos

El cultivo del café proporciona el sustento de más de medio millón de pequeños caficultores en Colombia. La volatilidad y las fluctuaciones del precio del café dificultan la toma decisiones de inversión afectando la calidad de vida. Los caficultores no cuentan con herramientas para el análisis de esquemas estratégicos, así como el análisis a largo plazo del impacto de estas estrategias sobre sus ingresos. En este trabajo se plantean diferentes esquemas estratégicos de inversión para los caficultores basados en las estrategias genéricas de Porter y en estrategias de diversificación. Para el análisis a largo plazo de algunas de las estrategias propuestas se usa un modelo de dinámica de sistemas, y se tienen en cuenta diferentes escenarios en cuanto a precios del café

Estudio de incentivos para incrementar el uso de gd en colombia basado en un modelado en dinámica de sistemas

Este artículo presenta un estudio de penetración de la Generación Distribuida (GD) en el sistema de potencia colombiano, teniendo en cuenta una propuesta de incentivos comerciales, medioambientales y técnicos. Los incentivos comerciales y medioambientales fueron cuantificados usando experiencias internacionales. Los incentivos técnicos se cuantificaron considerando la remuneración obtenida por los agentes generadores por prestar el servicio de control automático de generación, dado que este es el único servicio complementario reconocido en Colombia. Además, se construyó un modelo en dinámica de sistemas para evaluar la propuesta completa. El modelo muestra que los incentivos actuales en la regulación colombiana, tales como la exención de impuestos, son insuficientes en recuperar los costos de inversión totales. Los incentivos medioambientales pueden ser una opción eficiente para promover el uso de energía renovable en Colombia, con el fin de lograr más capacidad en generación con menos índices de polución, y los incentivos técnicos en unión con los ambientales pueden mejorar aún más el crecimiento de la GD en Colombia. Así, el modelo de difusión llega a ser una herramienta adicional para el regulador colombiano que permite estudiar políticas remunerativas relacionadas con el control de tensión y de esta manera mejorar la calidad y seguridad del sistema eléctrico de potencia.This paper presents a study regarding the introduction of distributed generation (DG) within the Colombian power system by considering commercial, environmental and technical incentives. Environmental and commercial incentives were quantified by studying international precedents for implementing DG. Technical incentives were quantified by taking into consideration the remuneration received by generator agents providing automatic generation control (AGC), since this is the only ancillary service recognized in Colombia. A system dynamics model was built to evaluate the complete proposal. The study found that the current incentives proposed in Colombian regulation, such as tax breaks, are insufficient to cover total costs. Moreover, environmental incentives can be an efficient way of promoting renewable energy use in Colombia to achieve more generating capacity with lower pollution indices. Similarly, technical incentives, in conjunction with environmental incentives, can further improve DG growth in Colombia. The diffusion of DG thus becomes an additional tool for the operator of the interconnected system for controlling voltage and improving the quality and security of electrical power systems

Estudio de incentivos para incrementar el uso de gd en colombia basado en un modelado en dinámica de sistemas

Este artículo presenta un estudio de penetración de la Generación Distribuida (GD) en el sistema de potencia colombiano, teniendo en cuenta una propuesta de incentivos comerciales, medioambientales y técnicos. Los incentivos comerciales y medioambientales fueron cuantificados usando experiencias internacionales. Los incentivos técnicos se cuantificaron considerando la remuneración obtenida por los agentes generadores por prestar el servicio de control automático de generación, dado que este es el único servicio complementario reconocido en Colombia. Además, se construyó un modelo en dinámica de sistemas para evaluar la propuesta completa. El modelo muestra que los incentivos actuales en la regulación colombiana, tales como la exención de impuestos, son insuficientes en recuperar los costos de inversión totales. Los incentivos medioambientales pueden ser una opción eficiente para promover el uso de energía renovable en Colombia, con el fin de lograr más capacidad en generación con menos índices de polución, y los incentivos técnicos en unión con los ambientales pueden mejorar aún más el crecimiento de la GD en Colombia. Así, el modelo de difusión llega a ser una herramienta adicional para el regulador colombiano que permite estudiar políticas remunerativas relacionadas con el control de tensión y de esta manera mejorar la calidad y seguridad del sistema eléctrico de potencia.This paper presents a study regarding the introduction of distributed generation (DG) within the Colombian power system by considering commercial, environmental and technical incentives. Environmental and commercial incentives were quantified by studying international precedents for implementing DG. Technical incentives were quantified by taking into consideration the remuneration received by generator agents providing automatic generation control (AGC), since this is the only ancillary service recognized in Colombia. A system dynamics model was built to evaluate the complete proposal. The study found that the current incentives proposed in Colombian regulation, such as tax breaks, are insufficient to cover total costs. Moreover, environmental incentives can be an efficient way of promoting renewable energy use in Colombia to achieve more generating capacity with lower pollution indices. Similarly, technical incentives, in conjunction with environmental incentives, can further improve DG growth in Colombia. The diffusion of DG thus becomes an additional tool for the operator of the interconnected system for controlling voltage and improving the quality and security of electrical power systems

La confiabilidad en los sistemas eléctricos competitivos y el modelo colombiano de cargo por confiabilidad

RESUMEN: El propósito de este artículo es hacer un análisis de la seguridad en el suministro de electricidad en Colombia, considerando el nuevo esquema del Cargo por Confiabilidad, modelo adoptado en Colombia para garantizar las inversiones en generación. Para esto se analiza la diferencia entre escenarios de demanda y de oferta de electricidad. La oferta para las plantas nuevas considera las OEF adquiridas con el cargo; y para las plantas existentes se realizan simulaciones bajo diversos escenarios de ocurrencia del fenómeno de “El Niño”. La demanda fue tomada de las proyecciones de la UPME. Las simulaciones realizadas muestran una apropiada dimensión del tamaño del Cargo por Confiabilidad

Canto de cigarras

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Implicaciones metodológicas e inconsistencias de la Tercera Comunicación Nacional sobre Cambio Climático de Colombia

Las Comunicaciones Nacionales sobre Cambio Climático (CNCC) son un mecanismo para que los países informen sus avances en mitigación y adaptación, y constituyen uno de los elementos de base para la política sobre cambio climático a escala nacional. Colombia ha emitido tres CNCC. La tercera plantea un escenario que considera las proyecciones de diversos modelos incluidos en la quinta fase del Proyecto de Comparación de Modelos Acoplados (Coupled Model Intercomparison Project, CMIP), el cual se estima como el promedio de las proyecciones correspondientes a las cuatro trayectorias de concentración representativa (Representative Concentration Pathways,RCP) presentadas en el quinto reporte de evaluación del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático. Cada una de estas RCP representa una trayectoria de concentración de gases de efecto invernadero (GEI) para un escenario particular de crecimiento poblacional, económico y tecnológico que conduce a una posible trayectoria de evolución del sistema climático. En este estudio se comparan las proyecciones presentadas en la Tercera CNCC con las obtenidas directamente de los modelos empleados. Nuestros resultados demuestran que al utilizarse un promedio de RCP se pierden escenarios alternos que podrían ser importantes a la hora de considerar posibles futuros diferentes y anulan la utilidad de plantear diversas trayectorias de emisiones de GEI. Más aun, una comparación entre la Segunda y la Tercera CNCC muestra proyecciones de precipitación opuestas para diferentes regiones del país, lo cual es de particular importancia, pues el escenario de cambio climático planteado en la Tercera CNCC sirve de referencia para la toma de decisiones en materia de cambio climático a nivel nacional