Metadaten







Promotionsordnung



Kumulative Dissertation



Titel


Power Prices – A Regime-Switching Spot/Forward Price Model with Kim Filter Estimation

Titel (englisch)



Autor/Autorin


Bloechlinger, Lea

2. Autor/Autorin



Geburtsdatum


18.08.1979

Geburtsort


Uznach

Matrikelnummer



Schlagwörter (GND)


European Energy Exchange; Elektrizitätstarif; Diskreter Markov-Prozess; Kalman-Filter; Maximum-Likelihood-Schätzung; Sportmarkt; Strompreis; Geschichte 2001-2007

DDC (Dewey Decimal Classification)


Statistik - 310

Freie Stichwörter (deutsch)


Gauss-Markov-Prozess; Multi-Factor Modell; AJD-Prozess; Markov Regime-Switching Prozess; Kalman Filter; Kim Filter; Forwardkurve; Strompreise; Elektrizitätstarif

Freie Stichwörter (englisch)


Multi-Factor Model; AJD-Process; Markov Regime-Switching Process; Forward Curve; Power Pices

Kurzfassung


Die Entwicklung der Elektrizitätsmärkte wird in den letzten Jahren stark durch Deregulierungen und Umstrukturierungen geprägt. Ein vorrangiges Ziel dieses Liberalisierungsprozesses ist die Bildung von Wettbewerbsmärkten, an denen die Preise nicht mehr von Regulierungsbehörden festgesetzt, sondern durch das freie Zusammenspiel von Angebot und Nachfrage gebildet werden. Die Eigenschaften dieser Preise unterscheiden sich deutlich von jenen anderer Finanzprodukte, insbesondere auch von jenen anderer Commodities. Spot-Strompreise zeigen starke saisonale Muster, extreme Ausschläge und bewegen sich um ein Gleichgewicht (Mean Reversion). Diese Eigenschaften werden hauptsächlich dadurch verursacht, dass Strom unmittelbar nach der Produktion verbraucht werden muss, da nur sehr beschränkt effiziente Speichermöglichkeiten bestehen.
Um die enormen Unsicherheiten der Spot-Strompreis zu bewältigen, haben Elektrizitätsbörsen zusätzlich den Handel von Terminkontrakten eingeführt. Diese Instrumente liefern eine bestimmte Menge an Strom über einen bestimmten Zeitraum zu einem fixierten Preis. Im Gegensatz zum Strom können sie in einem Portfolio gehalten werden und weisen ähnliche Charakteristika wie Terminkontrakte anderer Commodities auf. Futures und Forwards können daher als die Basisprodukte im Strommarkt betrachtet werden, welche die nötigen Preisinformationen für das Risikomanagement reflektieren.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Spot- und Futures-Strompreise mittels eines gemeinsamen Modells adäquat zu beschreiben. Dazu werden die historischen Preise, welche an der European Energy Exchange (EEX) beobachtet wurden, analysiert und deren typischen Charakteristika identifiziert. Auf Basis dieser Erkenntnisse wird ein Mehr-Faktor-Modell formuliert. Das Modell stammt aus der Klasse der Affinen Diffusionsmodelle und wird mit einem Markov Regime-Switching Prozess kombiniert, welcher die enormen Preisausschläge in den Spotpreisen gut abzubilden vermag. Zur Parameterschätzung wird ein Maximum-Likelihood-Ansatz verwendet. Dazu wird das Modell in die Zustandsraumform überführt und anschliessend mit Hilfe des Kalman- bzw. Kim-Filters die Likelihood der Beobachtungen ermittelt. Zur Quantifizierung der saisonalen Muster der Strompreise werden Regressions- Modelle benutzt. Deren Ergebnisse fliessen einerseits in das Preismodell ein, anderseits bilden sie die Basis für die Konstruktion einer stündlichen Preisforwardkurve. Die Preisforwardkurve gibt den heutigen Preis für eine zukünftige Stromlieferung an. Diese Preisangaben berücksichtigen die saisonalen Strukturen der Spotpreise und sind konsistent, das heisst arbitragefrei, zu den beobachteten Marktpreisen für Standardprodukte, welche Strom über einen längeren Zeitraum liefern. Schliesslich wird die Qualität der Modellierung anhand eines Vergleiches historischer mit modellimpliziten Preiseigenschaften überprüft.

Kurzfassung (englisch)


Over the last decade, electricity markets have been experiencing rapid deregulation and reorganisation. The aim of these liberalisations is to enable a competitive market structure where prices are no longer controlled by regulators but determined by the free interaction between supply and demand. The prices resulting from these trading activities have properties that differ considerably from those of other financial assets or even of other commodities. Namely, electricity spot prices exhibit strong seasonal patterns, show extreme spikes and display mean-reverting behaviour. This is caused particularly by the fact that electricity is consumed immediately upon production and cannot be stored efficiently for use at a later point in time.
To cope with the uncertainties in the electricity spot prices, power exchanges have also established the trade of forwards and futures. These contracts are characterised by a fixed delivery price, a certain delivery period and a predefined amount of delivery. Contrary to electricity, these instruments are storable, can be held in a portfolio and show features similar to other commodities. They can be considered as the basic tradable assets which provide the necessary information for risk management and hedging tasks.
The goal of this work is to formulate a joint model for spot and futures prices. Therefore, we first analyse the behaviour of electricity prices observed at the European Energy Exchange (EEX). Based on the insights gained, we present a general multi-factor affine diffusion model combined with a finite q-state Markov regime-switching process which incorporates the stylized features of both spot and futures prices. The model is estimated using a maximum likelihood approach. For this purpose, the model is brought into state space form on which the Kalman/Kim filter techniques to evaluate the likelihood function can be applied.
We further develop regression models in order to quantify the seasonal patterns inherent in electricity prices. Their results are used within the price model, but they also build the basis for the construction of an hourly price forward curve. An hourly price forward curve indicates the current price for a future electricity delivery. These prices take into account the seasonal structures of spot prices and are consistent, which means arbitrage-free, with the observed market prices of standard products that provide an energy delivery over longer periods.
Finally, the models’ performance is illustrated comparing historical and model implied price characteristics.

Universität


Universität St.Gallen

Referent/Referentin


Frauendorfer, Karl (Prof. Dr.)

Korreferent/Korreferentin


Trojani, Fabio (Prof. Dr.)

Erweitertes Diss. Komitee



Fachgebiet


Wirtschaftswissenschaften

Sprache


ENG

Promotionstermin (dd.mm.yyyy)


15.09.2008

Erstellungsjahr (yyyy)


2008

Dokumentart


Dissertation

Format


PDF

Dissertationsnummer


3442

Quelle



PDF-File


dis3442.pdf

Dokumentverknüpfung


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