Long-run cost functions for electricity transmission

Abstract

Electricity transmission has become the pivotal industry segment for electricity restructuring. Yet, little is known about the shape of transmission cost functions. Reasons for this can be a lack of consensus about the definition of transmission output and the complexity of the relationship between optimal grid expansion and output expansion. Knowledge of transmission cost functions could help firms (Transcos) and regulators plan transmission expansion and could help design regulatory incentive mechanisms. We explore transmission cost functions when the transmission output is defined as point-to-point transactions or financial transmission right (FTR) obligations and particularly explore expansion under loop-flows. We test the behavior of FTR-based cost functions for distinct network topologies and find evidence that cost functions defined as FTR outputs are piecewise differentiable and that they contain sections with negative marginal costs. Simulations, however, illustrate that such unusual properties do not stand in the way of applying price-cap incentive mechanisms to real-world transmission expansion.

La transmisión de electricidad se ha convertido en el segmento pivote de la industria eléctrica para su reestructuración. Sin embargo, se sabe poco acerca de la forma de las funciones de costo para la transmisión. Las razones para ello pueden ser la falta de consenso sobre la definición del producto de la transmisión y la complejidad en la relación entre la expansión óptima de la red y la expansión del producto. El conocimiento de las funciones de costos de la transmisión podría ayudar a las empresas (Transcos) y a los reguladores en la planeación de la expansión de la transmisión y podría ayudar a diseñar mecanismos por incentivos regulatorios. Exploramos las funciones de costo de la transmisión cuando el producto de la transmisión es definido como transacciones punto-a-punto o derechos financieros de transmisión (FTR-obligations), y particularmente exploramos la expansión bajo flujos circulares de energía. Probamos el comportamiento de las funciones de costos basados en FTRs para distintas topologías de red y encontramos evidencia de que las funciones de costos definidas por el producto de la transmisión FTR son diferenciables por segmentos y que contienen secciones con costos marginales negativos. Las simulaciones, sin embargo, ilustran que tales propiedades inusuales no obstaculizan la aplicación de mecanismos por incentivos de precio-máximo a la expansión de la transmisión en el mundo real.