Thermal Capacity as Reliability Insurance: Welfare Redistribution in Electricity Market

Abstract

Why do electricity systems maintain costly thermal capacity that appears difficult to justify under standard market criteria, and what are the welfare consequences of doing so? We address this question by interpreting thermal backup capacity as a form of reliability insurance against high-impact, low-probability scarcity events. Building on the model of Joskow and Tirole (2007), we incorporate social risk aversion into the capacity-planning problem, allowing investment decisions to reflect not only expected welfare losses but also society’s concern about extreme scarcity events. Using detailed data from the Uruguayan electricity system, we estimate the degree of social risk aversion implicit in observed capacity choices and evaluate the resulting welfare distribution across consumers with different sensitivities to real-time prices. We find that a risk-neutral framework can explain most generation capacity but fails to account for more than 60% of the system’s fossil thermal capacity. The observed capacity plan is instead consistent with a planning criterion that places substantial weight on welfare losses associated with extreme scarcity events. Additional thermal capacity increases welfare for both consumer groups. Price-insensitive consumers benefit primarily through reduced exposure to electricity shortages, while price-sensitive consumers benefit through lower expected electricity costs and reduced reliance on self-generation. However, the costs and benefits of this reliability insurance are unevenly distributed. Although the welfare gain for price-insensitive consumers is substantially larger, they finance most of the additional investment through higher electricity prices, generating significant welfare transfers toward price-sensitive consumers.

¿Por qué los sistemas eléctricos mantienen una costosa capacidad térmica que parece difícil de justificar bajo criterios de mercado convencionales, y cuáles son las consecuencias en términos de bienestar de hacerlo? Abordamos esta pregunta interpretando la capacidad térmica de respaldo como una forma de seguro de confiabilidad frente a eventos de escasez de baja probabilidad pero alto impacto. Sobre la base del modelo de Joskow y Tirole (2007), incorporamos la aversión social al riesgo en el problema de planificación de capacidad, permitiendo que las decisiones de inversión reflejen no solo las pérdidas esperadas de bienestar, sino también la preocupación de la sociedad por eventos extremos de escasez. Utilizando datos detallados del sistema eléctrico uruguayo, estimamos el grado de aversión social al riesgo implícito en las decisiones observadas de capacidad y evaluamos la distribución resultante del bienestar entre consumidores con diferentes sensibilidades a los precios en tiempo real. Encontramos que un marco de planificación neutral al riesgo puede explicar la mayor parte de la capacidad de generación, pero no logra justificar más del 60% de la capacidad térmica fósil del sistema. En cambio, el plan de capacidad observado es consistente con un criterio de planificación que asigna un peso sustancial a las pérdidas de bienestar asociadas con eventos extremos de escasez. La capacidad térmica adicional incrementa el bienestar de ambos grupos de consumidores. Los consumidores insensibles al precio se benefician principalmente a través de una menor exposición a interrupciones del suministro eléctrico, mientras que los consumidores sensibles al precio se benefician mediante menores costos esperados de electricidad y una menor dependencia de la autogeneración. Sin embargo, los costos y beneficios de este seguro de confiabilidad se distribuyen de manera desigual. Aunque la ganancia de bienestar de los consumidores insensibles al precio es sustancialmente mayor, ellos financian la mayor parte de la inversión adicional a través de precios más altos de la electricidad, generando transferencias significativas de bienestar hacia los consumidores sensibles al precio.