Na última década, o setor elétrico brasileiro tem enfrentado desafios regulatórios e operacionais devido à necessidade de adaptação às mudanças na matriz elétrica, que apresenta uma participação crescente de energias renováveis intermitentes, como a solar fotovoltaica e a eólica. Além disso, restrições sociais e ambientais para a construção de novos reservatórios hidrelétricos exigem o desenvolvimento de novos modelos para a gestão do risco hidrológico. Esta tese é composta por quatro estudos e tem como objetivo desenvolver modelos de apoio à decisão que contribuam para a gestão do sistema interligado nacional e para a otimização de processos relevantes do setor, considerando o cenário atual. O primeiro estudo, ao definir uma metodologia de acesso aos parâmetros do funcional ECP_G, contribui para a inovação e o aprimoramento de modelos teóricos, com resultados práticos para o setor. O segundo estudo contribui para o processo de sazonalização da garantia física e revela uma estratégia ótima que maximiza simultaneamente os resultados dos agentes geradores, prevenindo reduções nos payoffs resultantes de movimentos individuais de concorrentes. O terceiro estudo propõe um modelo de otimização de portfólio de comercialização, que permite aos agentes uma exposição adequada ao risco, contribuindo para uma gestão comercial mais eficiente. Finalmente, o quarto estudo apresenta um modelo de operação de uma bolsa de futuros de energia, fornecendo informações relevantes para agentes interessados em implementar um empreendimento desse tipo no Brasil, que ainda não possui uma bolsa de futuros de energia.