quale si computano i prezzi nodali per un insieme rilevante di nodi al fine per implementare le aste dei Financial Transmission Rights.

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1 univocamente dalle offerte delle imprese né dall interazione con la domanda), anche in assenza di potere di mercato è necessario che il mercato dei diritti di trasporto internalizzi l esternalità di rete e neutralizzi la rendita informativa del gestore di rete. Tuttavia, la creazione di questo tipo di mercato è assai ardua. Infatti, affinché tale mercato possa funzionare deve essere sufficientemente liquido. Un sistema di diritti finanziari o reali basati sui prezzi nodali richiede che vi siano scambi per tutti i rami della rete (ovvero per tutti i tratti della rete separati da due nodi), e per ogni possibile direzione di flussi. Ciò significa che, specialmente per le reti molto interconnesse, esiste un enorme numero di diritti da commercializzare, il che implica la necessità di una grande liquidità. Inoltre, i diritti per quei rami non congestionati (o per quei flussi che si realizzano raramente, come i controflussi) hanno un prezzo nullo (o addirittura negativo). In tal caso, è probabile che un solo acquirente ne acquisti la proprietà, facendoli diventare un bene scarso e pertanto potenzialmente dotato di valore economico, rispetto al quale esercitare il proprio potere di mercato, essendone il monopolista. 5.5 I prezzi zonali Per superare almeno parte delle difficoltà appena evidenziate, in molti mercati non si adottano i prezzi nodali 26, preferendo definire un unico prezzo per l acquisto e la vendita di energia, ovvero prezzi zonali (dove una zona accorpa un insieme di nodi della rete). Questa scelta è motivata anche da vincoli di natura sociale e dagli elevati costi amministrativi necessari per implementare un sistema di prezzi nodali. In questo modo, dunque, si tenta di creare aree di mercato sufficientemente omogenee, cioè caratterizzate da un unico prezzo, nel 26 Con la notevole eccezione, nel settore dell energia elettrica, del PJM, nel quale si computano i prezzi nodali per un insieme rilevante di nodi al fine per implementare le aste dei Financial Transmission Rights. 119

2 cui ambito sia possibile sviluppare anche un sistema di diritti di trasmissione. Evidentemente, questa è una situazione di compromesso che, sebbene sia ragionevole nella pratica, presenta strutturalmente alcuni importanti limiti. Infatti, nonostante l esistenza di un prezzo unico per ciascuna zona, il disallineamento tra la quantità di energia effettivamente scambiata per ciascun nodo e quella ottimale che sarebbe commercializzata in un sistema di first best a prezzi nodali permane immutata. I prezzi zonali, dunque, non consentono di per sé di raggiungere una migliore configurazione in termini di benessere sociale ma, al più, di raggiungere la configurazione di second best a prezzi nodali. Infatti, anche in un sistema sufficientemente aperto alla concorrenza e in cui l interazione fra domanda e offerta fosse in grado di condurre all identificazione dell equilibrio ottimale di quantità di energia prodotta, il gestore del sistema dovrebbe comunque, per tenere bilanciata la rete, regolare i disallineamenti tra le quantità contrattate e quelle effettivamente utilizzabili dati i vincoli della medesima rete 27. La regola di scambio non potrebbe che socializzare tra tutti gli operatori di sistema l onere dei disallineamenti (proprio a causa dell assenza di prezzi nodali), e sarebbe causa di inefficienza. Vediamo graficamente perché. Nella figura 5.2 riportiamo, nella parte destra, la domanda di energia in due nodi, 1 e 2, che supponiamo essere uguale (e per comodità anche totalmente rigida) 28 e il costo marginale di produzione in ciascuno di essi, che supponiamo essere maggiore nel nodo 2 rispetto al nodo Tramite l attività di risoluzione delle congestioni di rete. 28 Le conclusioni del testo sono sufficientemente generali da valere per ogni tipologia di domanda. 120

3 d 1 =d 2 C 2 v m P 2 r a e f C 1 P z n o S n 1 D n 2 y i E h z p 1 s b g d t c figura 5.2. inefficienza del prezzo zonale Supponiamo che nessun operatore goda di potere di mercato. Per un confronto con la figura 5.1, riportiamo nella parte sinistra della figura 5.2 la domanda netta di energia nel nodo 2 e l offerta netta di energia nel nodo 1, costruite a partire dalle curve di offerta e di domanda della parte destra del grafico. Si noti come, per definizione, l angolo formato tra la curva di domanda e la curva di offerta nel nodo 2 (angolo emf) è uguale all angolo che insiste tra l ordinata e la curva di domanda netta nel nodo 2 (angolo rva), e similmente per gli angoli stb e gcd. Supponiamo che vi sia un vincolo di trasmissione pari a K (= sb=ra = ie = Eh), e, per un istante, che si possa discriminare i prezzi in base alla localizzazione dei punti di immissione e prelievo. L equilibrio corrisponde al prezzo p 1 nel nodo 1 e p 2 nel nodo 2. E un 121

4 equilibrio di second best, che sconta l inefficienza derivante da una insufficiente capacità di trasmissione. In particolare, la differenza tra l ottimo paretiano e l equilibrio di second best è data dall area abo, che fornisce la misura del costo di congestione. La rendita di congestione (area rabs = iefe+ehdg) può essere attribuita al gestore di rete oppure girata agli operatori a seguito della commercializzazione di K = ie (= Eh) diritti di trasmissione a un prezzo unitario p 2 p 1. La scelta non è indifferente in quanto nel primo caso l operatore di sistema godrebbe di una rendita informativa, che potrebbe sfruttare a proprio vantaggio in modo strategico riducendo ad-hoc la capacità di rete al fine di aumentare il differenziale di prezzo (trasformando quindi una rendita informativa in una rendita finanziaria). Torneremo su questo punto nel paragrafo seguente. Supponiamo per ora che il gestore di rete non si comporti in modo strategico. Rimuoviamo altresì l ipotesi di esistenza dei prezzi nodali e supponiamo che vi sia un unico prezzo zonale per la rete che comprende i nodi 1 e 2. Tale singolo prezzo può derivare dall implementazione di contratti bilaterali tra gli operatori a prescindere dal nodo in cui essi producono, oppure gli operatori possono essere vincolati a scambiare con alcuni trader che possono operare indipendentemente dal riferimento spaziale; alternativamente, p z può essere il singolo prezzo di equilibro di un mercato centralizzato (in cui il gestore di rete non potesse discriminare le offerte). 29 In entrambi i casi, il gestore di rete si deve preoccupare del bilanciamento fisico della rete, ovvero del rispetto dei vincoli di trasmissione. Denominiamo il singolo 30 prezzo di equilibrio p z. E 29 Così è, ad esempio, se è organizzato tramite un asta al singolo prezzo (vedi dopo il capitolo 6). 30 Il prezzo di equilibrio è compreso tra l estremo inferiore p 1 (il minimo prezzo a cui gli acquirenti localizzati nel nodo 2 possono acquistare energia) e l estremo superiore p 2 (il massimo prezzo a cui i produttori localizzati nel nodo 1 possono vendere energia). L effettiva determinazione 122

5 questo il prezzo di equilibrio di mercato che garantirebbe l ottimo paretiano nel caso in cui non vi fossero vincoli di capacità. Infatti, il surplus sociale sarebbe vot = (yme+ezc) > vabt (=ieme+ehdc). Sembrerebbe pertanto che tramite l implementazione di un prezzo unico si sia potuto migliorare il surplus sociale. Ciò non è corretto. Infatti, il gestore di rete dovrebbe comunque gestire gli sbilanciamenti razionando la capacità di trasporto, contrattata per un ammontare pari a ye = Ez ma utilizzabile solo in parte, dato il vicolo K = ie = Eh. Sarebbe costretto, di conseguenza, a ridurre la quantità effettivamente esportata dal nodo 1 al 2 affinché non superi K. Peraltro, i produttori nel nodo 1 al prezzo p z sarebbero disposti a produrre la quantità di energia da vendere al nodo 2 pari a Ez, acquistabile dai consumatori al nodo 2 perché questi al prezzo p z vorrebbero esattamente ye=ez. Pertanto, il gestore di rete dovrebbe indurre i produttori nel nodo 2 a incrementare la quantità di energia prodotta per un ammontare pari alla differenza tra la domanda netta a tale nodo (p z o=ye) e la quantità effettivamente veicolabile tramite la rete (p z n = ie), ovvero no = yi, e contemporaneamente dovrebbe indurre i produttori nel nodo 1 a non produrre più di K = Eh, ovvero a ridurre la produzione di un ammontare pari a hz. Si determinerebbe una riduzione del surplus sociale pari al costo della congestione essendo eyi =ano e hzd = bno. In effetti, l inefficienza creata è dovuta al fatto che al prezzo p z il gestore di rete sarebbe costretto a far produrre i produttori nel nodo 2 per un ammontare pari a yi sebbene ciò comporti un costo di produzione (area yie), maggiore rispetto al costo a cui avrebbero prodotto gli operatori localizzati nel nodo 1 (area hdz), sebbene questi ultimi potrebbero produrre tale quantità di energia a un costo totale del prezzo di equilibrio dipende dalle elasticità delle varie curve di domanda e di costo. Si noti come i trader nel caso di contratti bilaterali svolgano lo stesso ruolo del banditore del mercato centralizzato nell equilibrare il mercato esaurendo le possibilità di arbitraggio tra i nodi. 123

6 inferiore rispetto ai produttori nel nodo Questo extra costo della produzione da parte dei produttori al nodo 2 e la mancata riduzione del costo dovuta alla mancata produzione al nodo 1 corrisponde al costo della congestione, che viene socializzato in modo inefficiente tra tutti gli operatori. 32 In sintesi, l inefficienza, dovuta al vincolo posto dalla limitata capacità di trasmissione, sarebbe identica a quella di una situazione di second best a prezzi nodali: vi sarebbero impianti più efficienti fermi, non a causa del prezzo zonale, bensì della limitata capacità di rete. Questo problema riconduce immediatamente l analisi che abbiamo svolto con il problema dell espansione della capacità di rete, che tratteremo nel paragrafo 7.2. Per ora, è sufficiente notare come, qualora il costo del potenziamento della capacità sia inferiore alla rendita di congestione, è effettivamente inefficiente non ampliare la capacità; nel caso contrario, l inefficienza del mercato (che impedisce di dispacciare gli operatori secondo il merito economico) 31 Ciò è quanto avviene in una borsa elettrica, in cui non viene pagato chi non può essere dispacciato mentre viene pagato il costo marginale di chi è chiamato a produrre, anche nel caso in cui quest ultimo abbia un costo di produzione maggiore di chi non è stato discacciato (cosiddetti impianti constrained on e constrained off). 32 Si noti come l extra-costo derivante dal singolo prezzo zonale deve comunque essere pagato da uno o più operatori nella filiera. Si potrebbe imporre al system operator di acquisire la rendita di congestione tramite una tariffa di trasporto p 2 -p 1 (per l ammontare K) e finanziare tramite questa tale costo, compensando i produttori nel nodo 2 per il mancato profitto (hdz) e quelli nel nodo 1 per gli extra costi (yei), ma non è affatto detto che la rendita (area rabs =iefe+ehdg) compensi il costo da sostenere. Alternativamente, si può implementare una regola per cui venga pagato solamente chi è dispacciato per un ammontare pari al proprio costo marginale. Dal punto di vista del surplus totale del sistema non cambia nulla (se non l identificazione dei soggetti in capo a cui ricade l onere dell inefficienza della rete): i consumatori finali di energia pagano yei, e i produttori nel nodo 1 affrontano un mancato guadagno pari a hdz. 124

7 appare imputabile alla struttura dei costi di espansione della rete piuttosto che alla scelta strategica di qualche operatore. 5.6 Diritti di trasmissione e potere di mercato Riprendendo e proseguendo l analisi del paragrafo 5.4 (quindi, prescindendo dai prezzi zonali e mantenendo la presenza dei prezzi nodali, seppure in un contesto di second best), passiamo a esaminare le conseguenze dell introduzione di un sistema di diritti di trasmissione. In assenza di potere di mercato, questi strumenti sono in grado di risolvere il problema delle asimmetrie informative a vantaggio del gestore di rete. Infatti, consentono di anticipare al tempo t (il momento in cui si determina l equilibrio nel mercato dei diritti) le rendite di congestione e quindi gli oneri di trasporto nei vari nodi al tempo t+n (il periodo cui si riferisce il diritto stesso). Pertanto, neutralizzano l incertezza endogena: le eventuali variazioni tra i prezzi previsti e incorporati nel mercato dei diritti e quelli effettivamente realizzati nei vari nodi nel brevissimo periodo deriverebbero quindi esclusivamente da variazioni stocastiche nelle funzioni di domanda e offerta. Si noti come ciò non implichi l inutilità del gestore della rete: le variazioni stocastiche giustificano comunque l esigenza di determinare un bilanciamento della rete nel brevissimo tempo (con più o meno flessibilità a secondo che si tratti di bilanciare l energia elettrica o il gas naturale). Però, non vi sarebbe alcuna differenza, in media, tra le previsioni di prezzo incorporate nei diritti e quelle effettivamente realizzate, posto che in assenza di potere di mercato nessun operatore gode di alcun vantaggio informativo. 33 L ipotesi di assenza di potere di mercato, peraltro, appare estremamente irrealistica. Il mercato della generazione di energia (e di gas naturale) è caratterizzato da una (maggiore o minore) capacità di 33 Com è noto, in assenza di potere di mercato da parte di uno o più soggetti i mercati sono (informativamente) efficienti. 125

8 adottato può essere presa solo con riferimento alle condizioni concorrenziali del settore a cui si applica: in particolare, potrebbe essere ragionevole partire da uno schema basato sul modello 3, cioè in cui parte dei clienti sono tenuti a rifornirsi tramite questo tipo di fornitura, per poi passare a uno schema in cui la regola è una fra le opzioni disponibile per tutti i clienti (modello 4). E ovviamente importante che il soggetto che gestisce le aste sia indipendente dagli altri operatori di mercato. 7.2 Espansione della capacità In questo paragrafo consideriamo il problema dell espansione della capacità di rete (di trasmissione o di trasporto). Come abbiamo detto sinora, le reti sono caratterizzate da fenomeni di esternalità e incertezza che, a loro volta, generano rendite informative; valutiamo, pertanto, quali problemi nascono per l espansione di una rete nel momento in cui si spezza un monopolio (cioè, si abbandona il modello 1) e si va verso modelli più evoluti (2, 3 o 4). Ci chiediamo, in particolare, che interazioni ci siano tra le diverse possibili strutture proprietarie della rete e gli incentivi all espansione della capacità di trasporto e se la creazione di un mercato del lungo periodo (cioè della capacità di trasporto) sia in grado di determinare un equilibrio socialmente efficiente o meno. Procediamo, nell analisi, introducendo in primo luogo il problema analitico di base, e considerando poi un modello sempre più dettagliato, caratterizzato da reciproche interazioni tra le decisioni di espansione e quelle di gestione della rete esistente. Richiamiamo in primo luogo l analisi del costo di congestione che abbiamo svolto nel capitolo 4. Si veda la figura

9 p p 2 a S 1 o p 1 b D 2 K q Figura 7.1 Rendita e costo di congestione Come abbiamo osservato, la presenza di un vincolo K alla capacità di trasmissione dal nodo 1 al nodo 2 crea un differenziale di prezzo η = p 2 p 1 e una rendita di congestione pari a ηk (area p 2 abp 1 ombreggiata in figura). Il costo sociale di tale congestione è la perdita di surplus (dead weight loss), pari all area puntinata abo in figura. Tale perdita rappresenta il costo della congestione. Supponiamo, in primo luogo, che si debba prevedere un espansione della rete, da parte di un soggetto che si occupi solo di pianificare e realizzare l espansione e che sia remunerato con un corrispettivo di trasporto basato sul costo di congestione (evitato) 19 senza alcun 19 Chiaramente, un soggetto che ottenesse come remunerazione del trasporto sulla nuova linea una tariffa flat, svincolata cioè dal costo di congestione evitato grazie a tale espansione (pari al differenziale tra il prezzo di acquisto 179

10 riferimento proprietario con chi gestisce la linea esistente. In tal caso, il problema di massimizzazione del profitto di tale soggetto sarebbe: π k = ηk c(k) (7.1) Dove c(k) è la funzione di costo di espansione della linea, con c/ K 0. Le condizioni del primo ordine sono: η = c K (7.2) Si noti come, se ipotizzassimo che non vi fossero costi nell espansione della rete, sarebbe ottimale espandere la rete fino a eliminare del tutto la congestione: η = 0. In presenza di costi positivi di espansione, il livello di K che fornisce la soluzione della 7.2, ovvero l ottima espansione della rete, è dato da quel livello di K per cui il guadagno marginale dall espansione della rete equivale al costo marginale dell espansione della stessa. Indichiamo tale livello con K*. E molto poco plausibile ipotizzare un problema di espansione della rete scollegato dalla gestione della stessa, per una serie di ragioni. In primo luogo, si ricordi che è necessario individuare il prezzo della congestione η per ogni coppia di nodi per poter implementare la soluzione 7.2. Ciò richiede, in una rete molto magliata, un consistente ammontare di informazioni che sono in possesso, in primis, del gestore di rete. E plausibile pertanto che questi attribuisca un valore alle stesse e che voglia quindi essere compensato per il rilascio di tali informazioni, tanto più in quanto, come vedremo a breve, l espansione della rete determina una riduzione della rendita di al nodo importatore e il prezzo di vendita al nodo esportatore) non avrebbe alcun incentivo ad effettuare l espansione laddove è più efficiente, ma solo dove è meno costosa. 180

11 congestione per l operatore esistente. Inoltre, è necessario garantire il collegamento operativo tra gestore di rete e chi ha effettuato l espansione della rete, il che determina, ancora una volta, una rendita informativa a favore del gestore. Per questo, sembra ragionevole rimuovere l ipotesi che il problema dell espansione della rete sia slegato dalla gestione della rete esistente e attribuire all operatore esistente l onere di pianificare e realizzare le espansioni della rete, e il diritto di acquisirne il corrispettivo in termini di rendita di congestione. 20 In tal caso, si modifica la funzione di profitto dell operatore. Infatti, egli deve tenere conto che dall espansione della rete deriva un duplice effetto: uno positivo, in quanto riesce a trattenere parte del costo di congestione e uno negativo, in quanto la diminuzione della congestione determina una riduzione del prezzo della stessa, che a sua volta riduce il valore della rendita di congestione sulla rete esistente. Infatti, il problema di massimizzazione del profitto diviene: 20 Nella realtà dei sistemi energetici l operatore non sempre viene remunerato tramite la rendita di congestione. Dal punto di vista economico questo significa che non c è uno schema incentivante che lo induca ad effettuare il suo lavoro massimizzando l efficienza, ovvero cercando di garantire per ogni nodo il miglior coordinamento possibile tra domanda e offerta di energia. E possibile, chiaramente, che un tale obbligo sia imposto normativamente. Peraltro, date le ben note asimmetrie informative a favore dell operatore esistente, sarebbe ben poco implementabile ex post e quindi non vincolante ex ante. Anche in questo caso, quindi, supponiamo che l operatore esistente acquisisca la rendita di congestione sulla rete esistente. Chiaramente, ciò non vuol dire che necessariamente debba o possa mantenere per sé tale rendita. E ben possibile implementare una regola per la quale tale rendita sia poi girata agli operatori, al mercato o ad altri soggetti. In altri termini, l operatore può essere inteso come un soggetto pubblico regolamentato o una public company, ed essere soggetto ad una regola di revenue cap. Chiaramente, valgono tutte le considerazioni critiche riguardo entrambe le categorie e le difficoltà di tali forme di regolamentazione, ben note e studiate in letteratura. 181

12 π k = η(k)k c(k) (7.3) Si noti come ora il prezzo della congestione sia per il gestore di rete endogeno rispetto alla scelta di espansione della stessa rete. La soluzione del problema 7.3. si ha per quel livello di K per cui: η + η c K = K K (7.4) Ove il termine η/ K < 0 indica l effetto negativo dell espansione della rete sul prezzo della congestione. Confrontando l equazione 7.2 con la 7.4, appare evidente come il livello ottimale di K che risolve la 7.4, chiamiamolo K, è inferiore rispetto a quello che risolve l equazione 7.2, cioè K*. Si veda la figura 7.2. Il gestore di rete deve controbilanciare il guadagno derivante dal potersi appropriare di parte del costo di congestione (area dfge, tratteggiata in diagonale in figura) con la perdita di parte della propria rendita di congestione preesistente all espansione della rete (area p 2 adp 2 + p 1 ebp 1, puntinata in figura). Si crea, quindi, una prima forma di riduzione del surplus sociale, dovuta al potere di mercato dell operatore esistente rispetto alle scelte di espansione della rete. Vi è dunque un primo problema di subottimalità nell incentivo all espansione della rete di trasporto: se le decisioni di ampliamento sono lasciate a un soggetto che ha il diritto di acquisire la rendita di congestione, egli é indotto ad ampliare la rete meno di quanto sia socialmente efficiente. 182

13 p p 2 a S 1 P 2 d f P 1 e g o p 1 b D 2 K K q Figura 7.2 Rendita di congestione senza separazione proprietaria Estendiamo l analisi supponendo che il proprietario della rete sia attivo anche sul lato della produzione. Rispetto all analisi precedente, la decisione relativa al dimensionamento della rete influenza anche il grado di concorrenza che egli subisce nel mercato del bene che viene veicolato tramite la rete stessa e, quindi, la sua domanda netta: D 2 =D 2 (K). Si noti come l espansione della rete ha un duplice effetto sulla domanda dell energia che viene veicolata da tale rete. Da un lato, consente al produttore esistente (o ai produttori) di ampliare la propria quota di mercato. Di conseguenza, vi è un effetto positivo sulla domanda di energia. Peraltro, una rete molto congestionata non consente a potenziali entranti di entrare nel mercato. L espansione della stessa, quindi, ha anche l effetto di determinare un aumento della concorrenza che subiscono gli operatori esistenti (cioè quanti erano 183