Metadaten







Promotionsordnung


PromO07

Kumulative Dissertation


ja

Titel


Essays in Electricity Price Modeling

Titel (englisch)



Autor/Autorin


Mahringer, Steffen

Unter Mitarbeit von



Geburtsdatum


23.02.1985

Geburtsort



Matrikelnummer


11621844

Schlagwörter (GND)


Elektrizität; Elektrizitätsmarkt; Elektrizitätshandel; Strompreis; Termingeschäft; Mathematische Modellierung

DDC (Dewey Decimal Classification)


Wirtschaft - 330

Freie Stichwörter (deutsch)


Elektrizitätsmärkte; Strom-Terminkontrakte; Bewertung von Strom-Derivaten; fundamentale Strompreis-Modellierung; Multi-Markt Modell; Marktkopplung

Freie Stichwörter (englisch)


Electricity Markets; Electricity Futures; Derivatives Pricing; Fundamental Model; Multi-Market Modeling; Market Coupling

Kurzfassung


Die Unmittelbarkeit, mit welcher sich die physikalischen Eigenschaften eines Guts auf dessen ökonomische Preisdynamik auswirkt, tritt bei Elektrizität besonders deutlich zutage: da der gegenwärtige Stand der Technik heute (noch) keine wirtschaftlichen Speicherlösungen für Elektrizität vorweisen kann, ist es stets der markträumende (Großhandels-) Preis, welcher letztendlich für die in jedem Zeitpunkt erforderliche Balance zwischen produziertem und abgenommenem Strom sorgen muss -- nicht zuletzt zur Vermeidung von Stromausfällen oder sonstigen Beeinträchtigungen der Systemstabilität.
Aus mikro-ökonomischer Sicht hat die allgemeine Nicht-Speicherbarkeit von Strom zunächst zur Folge, dass rationale Agenten die Auswirkungen ihrer ökonomischen Entscheidungen von heute auf Folgeperioden vernachlässigen können: denn anders als bei klassischen Problemen der Nutzenoptimierung stellt sich -- mangels Speichermöglichkeiten sowie in Verbindung mit der empirisch gut belegten Annahme nahezu vollständig unelastischer Strom-Nachfrage -- die Frage der Allokation von Konsum und wirtschaftlichem Angebot in jeder Periode von Neuem. Letztendlich ist hierin auch die Ursache für viele der Besonderheiten zu sehen, welche die Verlaufmuster der Zeitreihen von Spot-Strompreisen kennzeichnen, wie z.B. äußerst hohe Volatilitäten, ausgeprägte Saisonalität, kurzfristige Preissprünge aufwärts und abwärts sowie das Auftreten negativer Preise. Diese stylized facts stellen Marktteilnehmer bekanntlich vor besondere Herausforderungen bei der Bewertung und Absicherung von Stromkontrakten.
Während sich die bisherige Forschung zur Strompreis-Modellierung vorwiegend mit dem Reduced-Form Ansatz beschäftigt hat, welcher sich als Standard zur Modellierung anderer (lagerbarer) Rohstoffe, Zinsen und Währungen etabliert hat, werden in der vorliegenden Dissertation stattdessen strukturelle Bewertungsansätze thematisiert. Diese relativ neue Modellklasse bezieht den auf Strommärkten vergleichsweise transparenten Preisbildungs-Mechanismus in den Modellrahmen mit ein und bietet auf diese Weise eine interessante Alternative, um die bekannten Schwierigkeiten bei der Strompreis-Modellierung zu adressieren. Im Vergleich zu den Modellen vom Reduced-Form Typ, welche primär die stochastischen Zeitreihen-Eigenschaften von Preisprozessen direkt abbilden, weisen strukturelle Ansätze eine tiefergehende ökonomische Struktur auf, und leiten Preisdynamiken indirekt aus dem Zusammenspiel von Fundamentalfaktoren (Stromnachfrage, verfügbare Erzeugerkapazität und Brennstoffpreise) und Modell-exogener Gleichgewichtsannahme ab.
Die vorliegende Dissertation stellt den Fundamental-Ansatz zur Strompreis-Modellierung vor und zeigt auf, wie sich mit dieser Modellklasse Lösungen für insbesondere solche neue Fragen und Herausforderungen finden lassen, die die klassischen Reduced-Form Ansätze vor (teilweise unüberwindbare) Probleme stellen. Im ersten Teil der Arbeit entwickeln wir ein neues Strukturmodell, welches auf den Fundamentalfaktoren Brennstoffpreis, Stromnachfrage und Erzeugerkapazität basiert, zusätzlich jedoch auch noch Marktvorhersagen für die letzteren beiden Faktoren verarbeiten kann. In der sich anschließenden empirischen Studie wird der Nutzen zukunftsgerichteter Informationen (in Form von Vorhersagen über Angebot und Nachfrage) für die Bewertung von Stromderivaten eindeutig bestätigt.
Im zweiten und dritten Teil dieser Arbeit überführen wir unser Strukturmodell in einen Multi-Markt-Ansatz, um die Auswirkungen der stetig zunehmenden Strommarkt-Integration auf Preisdynamiken zu untersuchen, wobei insbesondere die in Europa nun vorherrschenden Mechanismen zur Marktkopplung thematisiert werden. Hierbei wird deutlich, dass Änderungen im Marktdesign -- wie etwa die Regelung und Organisation grenzüberschreitender Stromflüsse -- die Bewertung und Absicherung von Stromkontrakten entscheidend beeinflussen können, was im Rahmen der klassischen Reduced-Form Modelle bisher jedoch nicht abgebildet werden kann. Unser infolgedessen erweitertes Strukturmodell stellt jedoch einen neuen Ansatz zur Lösung dieser Schwierigkeiten dar und bietet einen Rahmen, in dem Spot-, Forward-, aber auch Spread-basierte Stromkontrakte konsistent und unter Berücksichtigung zunehmender Marktintegration bewertet werden können.

Kurzfassung (englisch)


The immediacy and directness of how physical properties of a good feed through to its economic price dynamics have probably never been more apparent than for electricity. In view of the current state of technology still at a loss to provide economically efficient storage solutions for electricity, the market-clearing (wholesale) price will always adjust for the flow of electricity produced in every instance of time to exactly equal the amount consumed by end customers, if system stability is to be maintained and unexpected blackouts to be avoided.
From a microeconomic point of view, the general non-storability of electricity causes the intertemporal linkages between economic agents' decisions today and in the future to break down: utility maximization, by allocating consumption and production over time, effectively reduces to a myopic one-period decision problem whereby the absence of storage possibilities combined with the empirically well-validated assumption of virtually completely inelastic demand set the stage. Generally, this can be seen as the ultimate cause for many of the unusual properties evident in the price trajectories of traded spot electricity contracts, such as excessive levels of volatility, seasonality, upward and downward price spikes, or the occurrence of negative prices - stylized facts that pose a significant challenge to market participants when it comes to pricing and hedging these contracts.
Whereas previous research on electricity price modeling has primarily been concerned with classic reduced-form approaches that have established as standard tools to model other (storable) commodities, interest rates, or currencies, this thesis focuses on structural pricing approaches instead. This relatively new class of models addresses said complexities in electricity price modeling by exploiting the comparatively transparent price formation mechanism in electricity markets and thus goes one step beyond standard reduced-form models: whereas the latter class mainly aims at reproducing the stochastic properties of the electricity price time series itself, structural approaches focus on the underlying fundamental factors (such as electricity demand, available generation capacity, and the prices for generating fuels), and derive prices based on an exogenous structural specification between these drivers.
In this thesis, we present and discuss fundamental frameworks for electricity pricing and show how these can offer new solutions to recent modeling challenges for which reduced-form approaches are not well suited and deliver suboptimal results. In the first part, we propose a new structural pricing model that not only incorporates demand, capacity, and fuel price as fundamental drivers, but additionally also makes use of demand and capacity forecasts. In an extensive empirical study, the value of using forward-looking information is clearly confirmed and thus highly recommended for electricity derivatives pricing.
In the second and third part of this thesis, we extend our model into a multi-market setting to investigate the effects of the increasing interconnectivity between electricity markets on price dynamics, thereby taking the continued roll-out of market coupling mechanisms as an example. As our findings show, changes in market design, such as the respective cross-border trading scheme prevailing, decisively impact the pricing and hedging of electricity contracts and could thus far not be reflected adequately in standard modeling approaches. Based on our structural setting, we offer new solutions to these challenges and provide a coherent modeling framework for spot, forward, and also spread-based derivative contracts when electricity markets are interconnected.

Universität


Universität St.Gallen

Referent/Referentin


Füss, Roland (Prof. Dr.)

Korreferent/Korreferentin


Frauendorfer, Karl (Prof. Dr.)

Erweitertes Diss. Komitee



Fachgebiet


Betriebswirtschaftslehre (PMA)

Sprache


ENG

Promotionstermin (dd.mm.yyyy)


15.09.2014

Erstellungsjahr (yyyy)


2014

Dokumentart


Dissertation

Format


PDF

Dissertationsnummer


4292

Quelle



PDF-File


dis4292.pdf

Dokumentverknüpfung


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letzte Änderung: 09/16/2014 - Allgemeine rechtliche Informationen - Datenschutz [ Nach oben ]