Χρηματοοικονομικά υποδείγματα και πραγματικά δικαιώματα σε απελευθερωμένες αγορές ενέργειας

Abstract

This thesis is conducted in the framework of deregulated electricity market, where the pricing process of electricity spot prices under free competition is a challenge. The contribution of financial theory was important from the first steps of evolution of the deregulated energy markets. Modeling techniques originated in financial pricing theory form the stepping stone from where begins every effort to model almost all commodities in the deregulated energy markets. As a commodity, electricity has some special features which distinguish it from the other energy commodities. The main feature is that it is not possible to be stored except as water reservoirs for hydroelectric power plants and in industrial batteries. Non-storable commodity implies the breakdown of a series of assumptions which are true in financial theory, with the first and foremost the assumptions behind no arbitrage pricing. These special characteristics lead to additional risks, which participants in energy markets should consider. These risks are related to the interdependences between local electricity markets, to the close relationship of electricity prices with the marginal production cost and to the specific generation fuel mix of local markets or interconnections. In addition to these risks, other factors such as seasonality, jumps and high volatility are specific features which distinguish electricity markets from the rest of commodity markets.The scope of this thesis is the analysis of behavior and the modeling of electricity spot prices in several USA markets, with the proposed analysis techniques to be applicable and in any other country or market, including Greece. The implementation of this thesis techniques for Greece requires the full liberalization of the Greek market and ending the monopoly of PPC. In the following chapters, methodological approaches in parametric and nonparametric framework are proposed and tested in terms of their forecasting accuracy. Furthermore, the degree of market integration is measured for markets located in different geographic areas of the United States of America. Methodologies from the class of multivariate GARCH models are selected as the most appropriate tool to investigate the degree of correlation, which is translated into the degree of market integration. Moreover, as a more practical application, a combined cycle gas turbine (CCGT) power plant is valued in the real options valuation framework and valuable results are produced for investments in installed capacity.

Η παρούσα μελέτη διεξάγεται στο πλαίσιο των απελευθερωμένων αγορών ηλεκτρικής ενέργεια, όπου η διαδικασία της τιμολόγησης σε συνθήκες ελεύθερου ανταγωνισμού αποτελεί πρόκληση. Η συμβολή της χρηματοοικονομικής θεωρίας υπήρξε σημαντική από τα πρώτα βήματα της απελευθέρωσης των αγορών ενέργειας. Οι δοκιμασμένες στη χρηματοοικονομική τεχνικές τιμολόγησης αποτελούν το σταθερό σημείο από όπου ξεκινάει και αναπτύσσεται κάθε προσπάθεια μοντελοποίησης σχεδόν όλων των εμπορευμάτων στις απελευθερωμένες αγορές ενέργειας. Σαν εμπόρευμα η ηλεκτρική ενέργεια έχει ορισμένα ειδικά χαρακτηριστικά που την κάνουν να ξεχωρίζει απο τα άλλα εμπορεύματα ενέργειας. Το βασικό γνώρισμα της είναι ότι δεν μπορεί να αποθηκευθεί παρά μόνο σαν δυναμική στάθμης ταμιευτήρα για υδροηλεκτρικούς σταθμούς καθώς και σε βιομηχανικές μπαταρίες. Μη αποθηκεύσιμο εμπόρευμα συνεπάγεται την κατάρριψη μιας σειράς υποθέσεων που ισχύουν στη χρηματοοικονομική θεωρία, με πρώτο και κύριο την ακύρωση της τιμολόγησης με την υπόθεση της απουσίας δυνατότητας εξισορροποιητικής κερδοσκοπίας. Τα ειδικά αυτά χαρακτηριστικά οδηγούν επιπλέον στην ανάγκη αντιμετώπισης πλήθους νέων κινδύνων, τους οποίους οι συμμετέχοντες στις αγορές ενέργειας θα πρέπει να λάβουν υπόψη τους.Οι κίνδυνοι αυτοί είναι σχετικοί με τις αλληλεπιδράσεις των τοπικών αγορών, τη στενή σχέση με το κόστος παραγωγής ενέργειας και το μίγμα καυσίμου παραγωγής ανά αγορά ή ανά γεωγραφική περιοχή ελέγχου. Πέραν των κινδύνων αυτών, παράγοντες όπως η εποχικότητα, τα άλματα και η υψηλή μεταβλητότητα αποτελούν χαρακτηριστικά που δε συναντώνται σε άλλες αγορές και κάνουν τις αγορές ηλεκτρικής ενέργειας ιδιαίτερες. Αντικείμενο της παρούσης διατριβής αποτελεί η ανάλυση της συμπεριφοράς των τιμών που διαμορφώνονται σε αγορές των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής με δυνατότητα εφαρμογής των τεχνικών ανάλυσης και σε οποιαδήποτε άλλη χώρα, συμπεριλαμβανομένης και της Ελλάδας. Σημειώνεται ότι η εφαρμογή των τεχνικών της παρούσης διατριβής για την Ελλάδα απαιτεί την πλήρη απελευθέρωση της ελληνικής αγοράς και το τέλος του μονοπωλίου της ΔΕΗ. Στα κεφάλαια που ακολουθούν προτείνονται μεθοδολογικές προσεγγίσεις σε παραμετρικό και σε μη παραμετρικό πλαίσιο και έπειτα ελέγχονται ως την προβλεπτική τους ικανότητα. Επιπλέον μελετάται ο βαθμός ολοκλήρωσης αγορών οι οποίες τοποθετούνται σε διαφορετικές γεωγραφικές ζώνες των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής. Η χρήση πολυμεταβλητών υποδειγμάτων διακύμανσης και συσχέτισης επιλέγεται σαν ο πλέον κατάλληλο εργαλείο για να ερευνηθεί ο βαθμός συσχέτισης, ο οποίος μεταφράζεται στο βαθμό ολοκλήρωσης. Ακόμα σαν μια πιο πρακτική προσέγγιση, αποτιμάται η αξία μονάδας συνδυασμένου κύκλου καύσης για μια μονάδα παραγωγής με καύσιμο το φυσικό αέριο και εξάγονται συμπεράσματα για τις επενδύσεις σε δυναμικότητα παραγωγής.