Thesis:

New proposal for the capacity remuneration scheme in the Chilean electricity system

This paper presents a bilevel programming methodology for designing and evaluating Capacity Remuneration Mechanisms (CRMs) in the context of the energy transition. As renewable generation increases, CRMs can be used to provide an additional revenue stream to promote strategic investments supporting adequacy, flexibility, and decarbonization goals. The bilevel framework embeds CRM rules at the upper level and models market operation and system scheduling and dispatch at the lower level, linking long-run investment with short-run operation. As a salient modeling feature, the proposed approach explicitly captures how CRM-driven capacity additions affect energy prices, revenue formation, and the profitability of generators. Three CRM designs, namely Fixed Capacity Payment, Variable Capacity Payment, and Capacity Auctions, are assessed in terms of generation-unit profitability, system reliability, total system costs, and CO2 emissions. Results from a case study of the Chilean electricity market indicate reductions of up to 20% in total system costs, elimination of supply shortages, and up to 8% lower emissions. The methodology provides a clear basis for evaluating CRM designs and identifying cost-effective strategies that balance investment signals, reliability, and sustainability goals.

Este documento presenta una metodología de programación binivel para diseñar y evaluar Mecanismos de Remuneración por Capacidad (MRC) en el contexto de la transición energética. A medida que aumenta la generación renovable, los MRC pueden utilizarse para generar un flujo de ingresos adicional que promueva inversiones estratégicas que respalden los objetivos de adecuación, flexibilidad y descarbonización. El marco binivel integra las reglas de MRC en el nivel superior y modela la operación del mercado, la programación y el despacho del sistema en el nivel inferior, vinculando la inversión a largo plazo con la operación a corto plazo. Como característica destacada del modelado, el enfoque propuesto captura explícitamente cómo las adiciones de capacidad impulsadas por los MRC afectan los precios de la energía, la generación de ingresos y la rentabilidad de los generadores. Se evalúan tres diseños de MRC: Pago Fijo por Capacidad, Pago Variable por Capacidad y Subastas de Capacidad, en términos de rentabilidad de la unidad de generación, confiabilidad del sistema, costos totales del sistema y emisiones de CO2. Los resultados de un estudio de caso del mercado eléctrico chileno indican reducciones de hasta un 20% en los costos totales del sistema, la eliminación de la escasez de suministro y una reducción de hasta un 8% en las emisiones. La metodología proporciona una base clara para evaluar diseños de CRM e identificar estrategias rentables que equilibren las señales de inversión, la confiabilidad y los objetivos de sostenibilidad.