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Cleaner energy microgrids under market power and limited regulation in developing countries

Este artículo presenta un modelo de juego de dos niveles aplicado al caso de Líbano que demuestra cómo la regulación mediante topes de precios y tarifas de inyección puede mitigar el poder de mercado de los generadores diésel monopolísticos, maximizando el excedente económico de los hogares y permitiendo que la energía solar fotovoltaica alcance hasta el 100% de la cuota en microredes de países en desarrollo.

Autores originales: Elsa Bou Gebrael (American University of Beirut, Maroun Semaan Faculty of Engineering and Architecture, Industrial Engineering and Management Department Beirut, Lebanon), Majd Olleik (American Univers

Publicado 2026-03-19

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CC BY 4.0

Autores originales: Elsa Bou Gebrael (American University of Beirut, Maroun Semaan Faculty of Engineering and Architecture, Industrial Engineering and Management Department Beirut, Lebanon), Majd Olleik (American University of Beirut, Maroun Semaan Faculty of Engineering and Architecture, Industrial Engineering and Management Department Beirut, Lebanon), Sebastian Zwickl-Bernhard (Vienna University of Technology, Institute of Energy Systems and Electrical Drives, Energy Economics Group)

Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita ni avalada por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo

Imagina que vives en un vecindario donde la electricidad del gobierno es como un grifo que a veces sale agua y a veces no sale nada, o sale muy sucia. Para sobrevivir, los vecinos se han organizado alrededor de un "Generador de Barrio" (un grupo que tiene un motor diésel gigante).

El Problema: El Dueño del Grifo
Este dueño del generador tiene un poder enorme. Es como si fuera el único dueño de un parque de atracciones en medio del desierto. Él decide:

Cuánto cobra por la electricidad.
Cuándo enciende el motor (y cuándo lo apaga, dejándote a oscuras).
Si te deja entrar o no.

Como no hay nadie que lo vigile de cerca (el gobierno está débil o corrupto), él cobra lo que quiere y contamina mucho con humo negro.

La Solución de los Vecinos: Los Techos Solares
Muchos vecinos, cansados de depender de él, han comprado paneles solares para sus techos. Es como si cada casa tuviera su propio pequeño sol.

El problema: Cuando el sol brilla fuerte (al mediodía), estos vecinos producen más electricidad de la que necesitan y la desperdician. Pero cuando anochece o está nublado, no tienen nada y siguen dependiendo del generador de diésel.

La Idea del Papel: Un Juego de Negocios
Los autores de este estudio se preguntaron: ¿Cómo podemos hacer que el dueño del generador acepte la energía solar de los vecinos, baje los precios y deje de contaminar tanto, sin que el dueño pierda dinero?

Para responder, crearon un modelo de "juego" con dos jugadores:

El Árbitro (El Regulador): Es como un juez que no puede obligar al dueño a trabajar gratis, pero sí puede poner reglas. El árbitro quiere que los vecinos estén contentos y tengan energía barata.
El Dueño del Generador (La Empresa): Es un jugador que solo quiere ganar dinero. Si la propuesta no le es rentable, no jugará.

La Estrategia: Los Dos Carteles
El árbitro propone dos reglas simples para cambiar el juego:

Tope de Precio (El Techo): "No puedes cobrar más de X cantidad por la electricidad". Esto protege a los vecinos de precios abusivos.
Pago Mínimo por lo que sobra (El Suelo): "Si un vecino tiene energía solar sobrante y quiere vendértela, tienes que pagarle al menos Y cantidad". Esto incentiva al dueño a comprar esa energía limpia en lugar de quemar más diésel.

¿Qué pasó en la prueba (el caso de Líbano)?
Los autores probaron esto con datos reales de un pueblo en Líbano. Los resultados fueron como una historia de transformación:

Antes: El generador quemaba diésel todo el tiempo. Los vecinos pagaban caro, el aire estaba sucio y el sol sobrante se desperdiciaba.
Después (con las reglas):
- El dueño del generador vio que era más barato comprar la energía solar de los vecinos (o instalar sus propios paneles) que quemar diésel.
- Empezó a comprar la energía sobrante de los techos solares.
- Resultado: El precio de la electricidad bajó para todos. La energía limpia pasó de ser el 0% a ser el 60% (y con más dinero disponible, podría llegar al 100%).
- Los vecinos ahorraron mucho dinero (su "superávit económico" aumentó un 18%).

El Detalle Importante: El Presupuesto
Hay un truco: Para que esto funcione, el dueño del generador necesita un poco de dinero para comprar baterías y paneles nuevos (como cambiar el motor viejo por uno nuevo y ecológico).

Si el dueño tiene poco dinero, la transición es lenta y a veces falta un poco de luz en momentos críticos.
Si el dueño tiene más dinero, puede cambiar todo el sistema rápidamente, la luz es más barata y la contaminación desaparece casi por completo.

En Resumen
Este estudio nos dice que, incluso en lugares donde el gobierno es débil y hay monopolios sucios, se puede mejorar la situación. No hace falta destruir al dueño del generador; basta con ponerle reglas inteligentes (techo de precios y pago por lo que sobra) para que, por su propio interés de ganar dinero, termine ayudando a los vecinos a tener energía más limpia, barata y confiable.

Es como convencer al dueño de una tienda de refrescos para que empiece a vender agua embotellada gratis si la gente le trae sus propias botellas llenas: al final, todos ahorran, el dueño gana más volumen de ventas y el planeta respira mejor.

Título: Microgrids de energía más limpia bajo poder de mercado y regulación limitada en países en desarrollo

1. Planteamiento del Problema

En muchos países de bajos ingresos, especialmente aquellos afectados por inestabilidad geopolítica, conflictos o corrupción (como Líbano, Irak y Nigeria), las redes eléctricas nacionales son poco fiables o inexistentes. Esto ha llevado al surgimiento de microgrids basados en generadores diésel operados por empresas privadas (DGC, por sus siglas en inglés).

Desafíos actuales: Estos microgrids suelen operar bajo un monopolio natural con poder de mercado, falta de supervisión regulatoria efectiva y altos niveles de contaminación.
La transición hacia lo solar: Las familias están adoptando cada vez más sistemas fotovoltaicos (PV) fuera de la red para ganar autonomía. Sin embargo, estos sistemas individuales sufren de dos problemas principales: desperdicio de excedentes de generación durante las horas pico de sol y suministro poco fiable en otros momentos.
La brecha de investigación: Los estudios previos han optimizado estos sistemas desde una perspectiva técnico-económica, pero han ignorado el poder de mercado de las DGCs monopolísticas. Sin considerar la capacidad de la DGC para controlar el acceso y maximizar sus beneficios, cualquier solución teóricamente óptima es inviable en la práctica.
Pregunta de investigación: ¿Cómo puede un regulador, con supervisión limitada y sin poder desafiar la rentabilidad de la DGC establecida, diseñar una política para crear microgrids de energía más limpia que utilicen los activos PV existentes, reduzcan la dependencia del diésel y mejoren la asequibilidad?

2. Metodología

Los autores proponen un modelo de juego de dos niveles (bi-level game-theoretic model) basado en la teoría de Stackelberg, donde un líder (el regulador) toma decisiones que afectan el conjunto factible de un seguidor (la DGC).

Nivel Superior (El Regulador):
- Objetivo: Maximizar el Excedente Económico del Hogar (HES), que combina el valor de la demanda satisfecha y el valor de la electricidad inyectada por los hogares.
- Decisiones: Establecer un techo de precio ( $P_{max}$ ) para la electricidad vendida por la DGC y un piso de tarifa de inyección ( $FiT_{min}$ ) para la electricidad comprada a los hogares con PV.
- Restricción: La política no debe reducir la rentabilidad (Valor Actual Neto, NPV) de la DGC por debajo de su nivel actual (status quo).
Nivel Inferior (La DGC):
- Objetivo: Maximizar su propio NPV.
- Decisiones: Controlar el acceso al microgrid, programar la generación (diésel, PV propia, baterías), decidir la compra de excedentes de los hogares y fijar precios dentro de los límites regulatorios.
- Dinámica: La DGC actúa como un agente racional que responde a las políticas del regulador, eligiendo la combinación óptima de inversión y despacho.
Enfoque de Solución:
- Se utiliza un modelo iterativo sobre una cuadrícula de pares $(P_{max}, FiT_{min})$ .
- Se demuestra mediante un lema que, para maximizar sus beneficios, la DGC siempre fijará los precios en los límites impuestos por el regulador ( $P = P_{max}$ y $FiT = FiT_{min}$ ), lo que permite tratar estas variables como parámetros fijos en la optimización.
- El modelo incluye restricciones técnicas (balance de oferta-demanda, curvas de calor del diésel, estado de carga de baterías) y financieras (presupuesto de inversión).
Caso de Estudio:
- Ubicación: Deir Qanoun Ennaher, Líbano.
- Datos: Se utilizaron datos empíricos de alta resolución recolectados mediante dispositivos de registro (loggers) en hogares reales (agosto 2024 - abril 2025) y factores de capacidad solar.
- Escenario: Un microgrid con un generador diésel de 400 kW y aproximadamente un 40% de hogares con paneles solares.

3. Contribuciones Clave

Modelado de Poder de Mercado: Es uno de los primeros estudios que integra explícitamente el poder de mercado de una DGC monopolística en la planificación de microgrids híbridos en países en desarrollo, reconociendo que el regulador no puede forzar la entrada de competidores ni eliminar la rentabilidad del operador existente.
Marco Regulatorio Realista: Propone un mecanismo de política basado en techo de precios y piso de tarifas de inyección que es viable incluso con una supervisión estatal débil, logrando incentivar la integración renovable sin expropiar al operador privado.
Análisis de Datos Empíricos: Validación del modelo con datos reales de demanda y generación en un contexto de crisis (Líbano), proporcionando resultados más robustos que los modelos puramente teóricos.

4. Resultados Principales

La aplicación del modelo al caso libanés arrojó los siguientes hallazgos:

Mejora del Excedente Económico (HES): La implementación de los topes de precio y tarifas de inyección aumentó el HES en un 18% en comparación con el escenario actual (status quo).
Integración Renovable:
- La penetración de energía renovable aumentó del 0% (solo diésel) al 60% en el caso base.
- Con presupuestos más altos o mayor penetración de hogares con PV, la renovabilidad puede acercarse al 100%.
Reducción de Desperdicio: La inyección de excedentes de los hogares redujo el desperdicio de generación PV potencial en un 52.6 puntos porcentuales (de un 58.8% a un 6.2%).
Impacto del Presupuesto:
- Presupuestos más altos permiten a la DGC reemplazar el diésel por sistemas PV-batería más baratos, reduciendo el precio final para el consumidor.
- Con un presupuesto no vinculante, las mejoras en HES alcanzan un 41%.
Penetración de PV en Hogares: Las mejoras en el HES son significativas cuando la penetración de hogares con PV supera el 10%, alcanzando un pico óptimo alrededor del 90%.
Limitaciones en la Demanda No Satisfecha:
- El modelo propuesto tiende a tener una mayor demanda no satisfecha que el escenario de solo diésel (especialmente en invierno o con presupuestos ajustados), ya que la DGC prioriza la rentabilidad sobre la cobertura total de la demanda.
- Sin embargo, si el regulador tuviera el poder de imponer límites estrictos a la demanda no satisfecha (además de los precios), la pérdida en HES sería mínima (<5-7.6%) en la mayoría de los escenarios, lo que sugiere que la política de precios es una herramienta muy eficiente.

5. Significado e Implicaciones

Este estudio demuestra que es posible transicionar hacia microgrids más limpios y asequibles en entornos de alta incertidumbre y regulación débil, sin necesidad de desmantelar a los operadores privados existentes.

Viabilidad Política: La propuesta ofrece una vía realista para gobiernos que carecen de capacidad para gestionar directamente la infraestructura o regular estrictamente a monopolios informales. Al garantizar la rentabilidad del operador privado, se asegura la adopción de la política.
Sostenibilidad Ambiental: La transición de diésel a renovables reduce drásticamente las emisiones de gases de efecto invernadero y la contaminación local, mejorando la salud pública en zonas densamente pobladas.
Eficiencia Económica: Al permitir el comercio de excedentes entre hogares y la DGC, se optimiza el uso de activos existentes, reduciendo costos generales y aumentando el bienestar de los consumidores.
Relevancia Global: Los resultados son aplicables a cualquier región en desarrollo (África subsahariana, Oriente Medio) que dependa de generadores diésel y esté experimentando una adopción descentralizada de energía solar.

En conclusión, el papel del regulador no es competir con el mercado, sino diseñar un marco de precios (topes y pisos) que alinee los incentivos de lucro del monopolio privado con los objetivos sociales de eficiencia, asequibilidad y sostenibilidad.