Electricity prices, storable fuels and convenience yields: an inter-commodity analysis in futures markets

Abstract

Prices in deregulated power markets exhibit seasonality, mean-reversion, price spikes andtime-varying volatility, mainly due to the non-storable nature of electricity and the limitedelasticity of demand in the absence of substitutes. The inability to store electric energy on thegrid implies that potential shocks in the supply side ─such as unexpected outages of powerplants, are more common to occur. In this context, the existing literature suggests that thecost-of-carry theory is not applicable in the valuation of power derivatives contracts. For thatpurpose, the latter is approached by the assumptions of the normal backwardation theory.According to this view, the futures price reflects market participants’ expectations on the spotprice at the date of delivery and the risk premium for the uncertainty that hedgers are willingto pay as insurance to unexpected price changes.However, it is suggested that electricity is indirectly stored through the fuels incorporated inits power generation. Even though, the most common example of this presumption associateswith the use of hydro in power generation, the rationale can be extended to other energyresources such as natural gas and coal, which represent an important part of powergeneration in the industry. Moreover, it is observed that volatility in spot and futureselectricity prices increases during periods of lower storage inventory in the markets of energyresources.According to the preceding arguments, this study incorporates the assumptions of thestorage theory in the valuation of futures power contracts in order to propose a relationshipthat supports the indirect relationship between electricity and the fuel used in the generationprocess. We argue that changes in the basis, i.e., the difference between the futures and thecontemporaneous spot electricity prices can be explained by the changes in the level ofinventory in fossil fuel markets. For that purpose, the notion of the convenience yield isincorporated by taking into account the inverse relationship to the level of inventory proposedby the theory. The proposition, which is also empirically examined with data from the USenergy markets, contributes to the existing literature by providing evidence that theimplications of the storage theory can be applied in the pricing of electricity futures contracts.

Οι τιμές ηλεκτρικής ενέργειας στην απελευθερωμένη αγορά εμφανίζουν εποχικότητα,απότομες αυξήσεις με την τάση επιστροφής σε ένα μακροχρόνιο μέσο όρο, αλλά καιμεταβλητότητα κυρίως λόγω της αδυναμίας να αποθηκευθεί, αλλά και της ανελαστικήςζήτησης ως προς την τιμή. Η αδυναμία δημιουργίας αποθεμάτων για μελλοντική χρήσηυποδεικνύει την ανάγκη η προσφορά ηλεκτρικής ενέργειας να προσαρμόζεται στο επίπεδο τηςζήτησης. Στο πλαίσιο αυτό, η υπάρχουσα βιβλιογραφία σχετικά με την αποτίμησηπροθεσμιακών συμβολαίων στο αγαθό τονίζει ότι η θεωρία της Αποθήκευσης δεν βρίσκειεφαρμογή, καθώς το υποκείμενο αγαθό δεν μπορεί να διατηρηθεί και να μεταφερθεί σε μιαμελλοντική χρονική στιγμή. Λόγω της ιδιαιτερότητας αυτής, η σχετική βιβλιογραφίαπροσεγγίζει το θέμα με βάση τις αρχές της Κανονικής Οπισθοδρόμησης, σύμφωνα με τηνοποία η προθεσμιακή τιμή είναι μικρότερη από την προσδοκώμενη μελλοντική τιμή κατά τοασφάλιστρο κινδύνου το οποίο αποτελεί ένα είδος αποζημίωσης για τον κίνδυνο πουαναλαμβάνει ο αγοραστής Συμβολαίων Μελλοντικής Εκπλήρωσης στην προθεσμιακή αγορά.Ωστόσο, θεωρείται ότι η ηλεκτρική ενέργεια είναι έμμεσα αποθηκεύσιμη στα καύσιμα τα οποίαχρησιμοποιούνται στην παραγωγική της διαδικασία. Αν και το πιο κοινό παράδειγμα αποτελεί ηπαραγωγή ενέργειας από υδροηλεκτρικούς σταθμούς, η υπόθεση αυτή θα μπορούσε ναεφαρμοστεί και στην περίπτωση άλλων ενεργειακών πόρων, όπως ο γαιάνθρακας και τοφυσικό αέριο τα οποία αφενός είναι αποθηκεύσιμα και αφετέρου χρησιμοποιούνται ευρύταταστο μείγμα καυσίμων της βιομηχανίας ηλεκτρισμού.Λαμβάνοντας υπόψη τις παραδοχές αυτές, η μελέτη προτείνει ότι οι αρχές της θεωρίας τηςΑποθήκευσης θα μπορούσαν να έχουν εφαρμογή στην τιμολόγηση προθεσμιακώνσυμβολαίων ηλεκτρικής ενέργειας με στόχο να αποτυπώνεται η θεωρούμενη έμμεσηαποθήκευση μεταξύ του τελικού αγαθού και της πρώτης ύλης που το παράγει. Προτείνεται ότιη βάση των τιμών ηλεκτρικής ενέργειας, δηλαδή η διαφορά μεταξύ της προθεσμιακής και τηςτιμής μετρητοίς επηρεάζεται από το διαχρονικό κόστος μεταφοράς του καυσίμου πουχρησιμοποιείται στην παραγωγική δραστηριότητα. Πιο συγκεκριμένα, επηρεάζεται από τούψος αποθεμάτων του καυσίμου το οποίο συνδέεται με την έννοια της απόδοσης ευκολίαςλόγω της αντίστροφης σχέσης που συνδέει, βάσει της Θεωρίας της Αποθήκευσης, τα δύοαυτά μεγέθη. Η πρόταση αυτή, η οποία σε εμπειρικό επίπεδο εξετάζεται με στοιχεία από τηναγορά ενέργειας των ΗΠΑ, συνεισφέρει στην υπάρχουσα βιβλιογραφία, καθώς προσφέρειενδείξεις ότι κύριες παραδοχές της θεωρίας της Αποθήκευσης μπορούν να αποτυπωθούν στηναποτίμηση προθεσμιακών συμβολαίων ηλεκτρικής ενέργειας.