Une approche par les problèmes à complémentarité mixte des systèmes électriques multisectoriels et multirégionaux en présence d’interventions gouvernementales

A mixed-complementarity problem approach for solving multi-sector, multi-region electricity systems in the presence of government interventions

• Auteur / Autrice : David Wogan
• Direction : Marc Baudry
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences Economiques
• Date : Soutenance le 13/01/2021
• Etablissement(s) : Paris 10
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Économie, organisations, société (Nanterre, Hauts-de-Seine ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : EconomiX (Nanterre)
• Jury : Président / Présidente : Lionel Ragot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Baudry, Lionel Ragot, Cédric Clastres, Yannick Perez, Axel Pierru
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Cédric Clastres, Yannick Perez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Politique économique

Conseil de coopération des États arabes du Golfe

Carbone

Économie de marché

Modèles mathématiques

Marchés (économie politique)

Réseaux électriques (énergie)

2000-....

Arabie

Aspect économique

Électricité -- Consommation

Mots clés libres

Economie de l'énergie

Conseil de coopération du Golfe

Electricité

Commerce

Problèmes à complémentarité mixte

CO2

Energy economics

Gulf cooperation council

Electricity

Trade

Mixed complementarity problems

CO2

Résumé

L’objectif de cette thèse est de quantifier l’impact économique de la connexion des systèmes électriques en présence d’objectifs politiques pluriels, et parfois concurrents. La région du CCG a été choisie car les pays qu’elle inclue sont d’importants consommateurs d’énergie du fait d’interventions gouvernementales sur les prix et les quantités, tant au niveau de la transformation que de l’utilisation finale. Cette thèse incorpore directement le rôle des interventions sur les prix et les quantités dans l’étude de l’interconnection du système énergétique. Le cadre d’analyse a été étendu à un système énergétique régional autarcique mais coopératif, afin de quantifier l’incidence des interventions sur les gains des Etats membres.La modélisation avec complémentarité mixte (MCP) utilisée dans cette thèse permet de faire apparaître les interventions sur les prix et quantités comme des conditions de compensation du marché à l’équilibre. L’approche MCP formulée dans cette thèse a été conçue spécifiquement pour un système énergétique multi-sectoriel dans un seul pays tout d’abord, puis étendue à plusieurs pays interconnectés ensuite. Un algorithme de résolution dynamique récursive a été utilisé pour appréhender le manque de prévoyance parfaite des agents.Une première analyse permet de valider la formulation MCP du problème pour étudier les interventions en matière de prix et de quantité en Arabie saoudite. Une seconde analyse, statique, sur les six pays du CCG quantifie les pertes économiques causées par les programmes d’intervention hétérogènes dans chaque pays et la manière dont ils entravent l’échange d’électricité. La troisième analyse, multi-pays et pluriannuelle (jusqu’en 2030), examine quant à elle comment la réforme des subventions, l’échange d’électricité et les politiques de tarification du carbone interagissent. Elle démontre que le séquençage des réformes, privilégiant la suppression des subventions avant la mise en oeuvre de l’échange d’électricité ou la tarification du carbone, est une condition préalable à l’obtention d’un gain économique net.

The aim of this dissertation was to quantify the economic impact of connecting electricity systems in the presence of interacting, and sometimes competing, policy objectives. The GCC region was chosen because the countries are substantial energy consumers, due partly because of the government interventions in prices and quantities in the transformation and end-use sectors. This dissertation directly incorporated the role of on prices and quantity interventions in the study of energy system interconnectivity. The framework was extended to a regional energy system under autarky and cooperation to quantify the mismatch in gains among the member states with and without interventions.The mixed-complementarity problem (MCP) approach was utilized in this dissertation, which enabled price and quantity interventions of agents to appear as market clearing conditions in an equilibrium problem. The MCP formulated in this dissertation was designed specifically for a multi-sector energy system in one country, then extended to multiple interconnected countries. A recursive dynamic solution algorithm was employed to approximate lack of perfect foresight of agents in the model.The first set of results demonstrated the MCP formulation and its viability to studying price and quantity interventions in Saudi Arabia. A static analysis of the six GCC countries quantified the economic losses from heterogeneous intervention schemes in each country and how they impede electricity exchange. The multi-country, multi-period analysis (through 2030) examined how subsidy reform, electricity exchange, and carbon pricing policies interact. It was shown how sequencing subsidy reforms before implementing electricity exchange or carbon pricing is a prerequisite for producing a net economic gain.