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HEC MONTRÉAL Analyse des différences des prix real

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1. 0 1 1 1 1 0 1 1 1 01 Dec 2002 21 Mar 2003 09 Jul 2003 04 Feb 2004 31 May 200 01 Dec 2002 21 Mar 2003 09 Jul 2003 04 Feb 2004 31 May 200 Time Time D e Prices S 50r 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 01 Dec 2002 21 Mar 2003 09 Jul 2003 04 Feb 2004 31 May 2005 01 Dec 2002 21 Mar 2003 09 Jul 2003 04 Feb 2004 31 May 2005 Time Time Figure A4 R plication de la repr sentation des prix DA pour les heures 4 8 12 16 20 et 24 au niveau de l eastern hub entre juin 2000 et novembre 2002 56 2 lt 12 ES D Figure A5 Repr sentation de la charge pour chacune des heures au niveau de l eastern hub entre juin 2000 et novembre 2002 par Longstaff et Wang 2004 Average Premium Figure A6 Repr sentation de la charge pour chacune des heures au niveau de l eastern hub entre juin 2000 et novembre 2002 par Longstaff et Wang 2004 57 m S t Statistic Median 2 97 0 69 2 95 0 13 2 06 0 21 0 31 0 10 137 0 26 0 79 0 18 1 0 0 67 142 1 66 424 243 221 2 84 1 60 1 59 0 85 2 51 133 2 13 2 38 1 28 0 77 2 35 0 38 3 25 0 25 2 18 1 93 4 60 447 6 18 6 02 5 91 0 53 2 75 1 18 1 70 445 2 10 2 28 0 98 1 23 1 20 Tableau A5 Esp rance inconditionnelle de la prime pour chacune des heures accompagn e de leurs t statistiques corrig es pour l autocorr lation et l h t rosc dasticit par Longstaff et Wa
2. 244 MW Louisville Gas and Electric Company LGEE Em 150 200 200 500 EEST Figure 8 Carte interr gionale de la zone g r e PJM chacun des prix correspond aux prix LMP des interfaces avec les autres march s lectriques MISO et NY Concernant les donn es m t orologiques nous avons s lectionn comme stations m t orologiques les stations proches des n uds tudi s C est dire l a roport de New 42 Jersey de JFK et de Bradford pour respectivement l op rateur de PJM de NYISO et d ISONE LMP MAP REAL TIME Day Ahead Real Time RT LoadFlow Day Ahead Market Zonal LBMP Hydro Quebec as of 10 07 2013 12 00 ET 36 98 Marginal Cost of Energy 40 30 Capital F 50 56 ISO NE ISO MAP udson Valley G Millwood H Genesee B Central Mohawk Valley E Dunwoodie 40 28 41 52 50 17 PJM 44 42 Long Island 63 63 Figure 9 Cartes interr gionales de la zone g r e par NYISO gauche et de NEPOOL droite chacun des prix correspond aux prix LMP des interfaces avec les march s lectriques adjacents IV 2 tude comparative des march s En premier lieu nous nous sommes int ress s aux principales statistiques des march s L ensemble de ces donn es se trouvent dans les tableaux de l annexe des fins d analyse nous avons s lectionn les statistiques quotidiennes de ch
3. 8 New England ISO www ne iso com 9 National Intelligence Council 2012 Global trends 2030 alternative worlds 10 New York ISO www nyiso com 11 Office National de l nergie 2012 Avenir nerg tique du Canada offre et demande nerg tiques l horizon 2035 12 PJM ISO www pjm iso com 13 Ludwig Von Moses 1944 Bureaucracy Yale University Press Libertarian Press Liberty Fund 14 Friedrich Hayek The road to serfdom Routledge Press UK University of Chicago Press US 15 Manuel de l op rateur PJM www pjm com 16 Manuel de l op rateur NYISO www nyiso com 17 Manuel de l op rateur ISONE www iso ne com 51 52 Annexes PJM juin 2000 novembre 2002 z E E Mean Std Deviation Minimum Median Maximum 0 1 O O1 18 70 17 49 15 92 15 23 16 03 19 25 26 97 31 29 31 09 35 24 40 45 41 49 42 69 47 22 45 04 43 81 46 90 48 99 42 22 39 36 42 49 35 20 25 58 21 12 32 91 8 59 8 67 8 03 7 70 7 63 9 52 17 36 21 56 17 57 18 94 22 95 43 00 57 21 69 92 73 14 76 43 68 09 57 95 44 97 29 96 40 92 21 82 12 61 10 31 40 83 16 38 15 46 14 84 14 42 15 03 16 99 21 17 23 55 25 31 30 35 35 27 33 13 31 62 33 10 29 52 27 25 34 13 38 95 34 14 33 08 34 52 29 05 20 82 17 93 23 04 69 42 71 28 69 67 70 41 79 46 94 39 117 87 157 48 151 90 164 39 249 68 846 50 1005 53
4. 35990 453 1455 02 42 Coefficients d auto r gression 62 0 00 51 95 988 68 85 12 65 199 285 42 Tableau 4 Principales statistiques sur les donn es des march s de PJM NYISO et ISONE entre 2003 et 2013 44 Notre int r t s est port ensuite sur l existence des primes dans ces march s Nous avons calcul l esp rance inconditionnelle en utilisant l quation E3 pour une p riode de 4018 jours Le calcul devient 4020 1 Et T Tho 2019 e Nous avons calcul les t statistiques des trois primes dans les march s suivant la m thodologie de Longstaff et Wang 2004 Heures Moyenne t statistique M diane Moyenne t statistique M diane Moyenne t statistique M diane 0 06 0 25 022 0 90 055 EM 057 025 1 06 040 040 1 69 028 126 ATI 079 007 0 19 036 075 2 11 101 0 69 221 174 005 015 183 042 1 09 1 84 JA E La D Fa 0 02 0 05 2 09 0 41 1 00 2 53 0 03 0 06 2 23 132 273 0 97 1 86 2 81 144 2 19 021 0 30 3 35 4 86 2 08 391 4 26 7 28 2 65 6 73 4 08 2 90 1 47 4 49 3 03 225 1 74 7 02 2 16 15 36 2 03 3 07 13 84 2 38 24 7 98 2 12 2 43 10 87 2 23 0 37 1 64 2 27 0 29 0 81 3 25 3 11 Tableau 5 Comparaison des primes pour chacun des march s entre PJM NYISO et la Nouvelle Angleterre Les t statistiques d montrant la significativit des primes sont gris es dans le tableau 4 On note que pour l
5. Contrat entre deux parties prenantes Par exemple un contrat entre un producteur et un consommateur industriel sur une quantit d lectricit fournir durant une p riode donn e un prix fixe S Ludwig Von Mises Bureaucracy 1944 Yale University Press Libertarian Press Liberty Fund 7 Friedrich Hayek The road to serfdom Routledge Press UK University of Chicago Press US 19 autour de 60 et une volatilit en moyenne autour de AIST L origine de ces importantes variations se trouve dans la nature m me de l lectricit I 3 Caract ristiques de l lectricit L lectricit poss de des particularit s physiques et des propri t s conomiques distinctes des autres commodit s naturelles Celles ci lui conf rent des dynamiques de prix tr s volatiles L lectricit est d abord une nergie difficilement stockable Dans la p riode actuelle les batteries restent dispendieuses et encombrantes On peut cependant conserver l lectricit gr ce des barrages hydro lectriques avec r servoir c est ce que fait le Qu bec dont 9896 de sa capacit de production est d origine hydro lectrique N anmoins peu d tats disposent d autant de grands lacs et l installation d un barrage reste un investissement colossal cause de l impossibilit de pouvoir garder cette commodit et de ce pr suppos dans les mod les des hypoth ses des tarifications des contrats terme les m thodologies habituelles ne peuven
6. 551 820 Le participant virtuel perd de l argent et la valeur absolue du spread entre le DA et le RT augmente De fa on similaire si le prix DA est sup rieur ce que le prix RT sera le participant virtuel pourra prendre une position short Pour r sumer le participant virtuel r alise un profit si et seulement si la valeur absolue du spread diminue autrement dit si les prix DA et RT convergent L op rateur voit donc dans les transactions virtuelles un moyen de rapprocher les prix DA des prix RT D finition 5 Spread day ahead et real time Le spread day ahead et real time pour une heure donn e h jour j se d finit comme la diff rence entre le prix day ahead jour j 1 et le prix real time jour j Shj prixDAg i4 prixRT D finition 6 Prime forward La prime forward entre le DA et le RT pour une heure donn e h jour j se d finit comme l esp rance jour j 1 du spread day ahead et real time jour j i e de la diff rence entre le prix day ahead jour j 1 et le prix real time jour j 16 _1 5 _1 1 prixRTh prixDAg 4 E _ prixRT Par cette quation la prime peut tre galement vue comme la diff rence entre le prix DA et l esp rance du prix RT D finition 7 R seau lectrique On d finit un r seau lectrique comme l ensemble de points tarif s par l op rateur Les n uds les plus importants sont appel s h
7. Prices 0 1 1 01 Dec 2002 21 Mar 2003 09 Jul 2003 04 Feb 2004 Time 0 1 1 1 01 Dec 2002 21 Mar 2003 09 Jul 2003 04 Feb 2004 Time Prices 0 1 1 1 01 Dec 2002 21 Mar 2003 09 Jul 2003 04 Feb 2004 Time 1 31 2005 0 01 Dec 2002 21 Mar 2003 09 Jul 2003 Time 04 Feb 2004 Prices 0 01 Dec 2002 21 2003 1 09 Jul 2003 Time 04 Feb 2004 Prices 0 105 2002 1 21 Mar 2003 1 09 Jul 2003 Time 04 Feb 2004 1 31 May 2005 Figure A2 R plication de la repr sentation des prix RT pour les heures 4 8 12 16 20 et 24 au niveau de l eastern hub entre juin 2000 et novembre 2002 54 Std Deviation di Minimum Median Maximum 6 96 5 91 5 76 5 94 6 33 7 99 16 10 17 25 15 06 15 19 18 04 24 49 31 42 39 16 48 57 50 66 49 81 42 25 30 25 26 16 26 76 16 98 11 90 8 92 28 86 00 1 O9 O1 5 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 10 1 00 1 15 11 01 13 45 14 95 14 47 14 68 13 75 13 30 13 87 15 03 15 02 17 29 15 48 14 69 14 34 14 94 17 39 22 50 27 37 30 00 33 46 35 71 36 00 35 31 35 21 34 00 33 28 36 19 44 04 40 94 39 86 38 56 32 07 23 99 18 82 27 36 50 01 45 20 43 98 43 22 46 39 50 01 150 00 140 01 130 01 125 00 198 10 390 93 545 46 646 81 818 54 859 05 779 38 599 22 450 01 416 27 498 01 185 9
8. existe dans le DA compte tenu de sa comparativement faible volatilit 71 des prix DA sont expliqu s par le prix DA du jour pr c dent le pourcentage diminue 45 pour le real time Les prix RT sont donc plus incertains que ceux des DA En bref l incertitude et la volatilit plus grandes des prix RT peuvent tre l origine de leur prix moins lev s PJM RT DAM Coefficients Moyenne TE Minimum M diane Maximum d auto Prix RT 50 81 3653 120 67 39 66 1 031 90 globaux Prix DA 51 18 28 61 2 53 44 16 444 00 globaux Diff rence des prix RT et DA 0 36 792 118 14 4 50 587 90 Tableaul Statistiques des prix RT et DA globaux moyenne des 24 heures de la journ e et de leur diff rences La station m t orologique utilis e par Longstaff et Wang 2004 n est pas indiqu e dans l article 32 La figure 5 pr sente la courbe de moyenne de la charge pour chacune des vingt quatre heures au niveau de la zone Est de PJM Nous obtenons des r sultats diff rents ceux des auteurs L op rateur ne publie pas de donn es pour eastern hub seule se trouve la charge de la zone East qui est un agglom rat des hubs dans la zone Est de PJM comprenant l eastern hub N anmoins les charges suivent la m me forme de courbe Nous prendrons cette derni re comme substitut On retrouve bien la diff rence de consommation entre les heures pleines et creuses m w S 9
9. 4 79 3 79 3 69 3 45 3 98 5 82 12 89 13 86 12 35 13 15 15 00 18 81 24 42 28 85 34 27 35 89 39 63 35 59 21 32 19 18 27 84 13 40 9 67 6 31 17 00 0 02 0 95 0 47 0 46 0 29 0 74 2 19 0 38 3 04 2 29 0 65 9 04 12 83 18 01 12 20 13 99 6 87 8 76 9 20 4 69 5 42 0 87 3 34 0 36 3 77 2 94 1 00 1 25 1 13 1 13 0 93 0 87 0 83 0 97 0 75 0 83 0 96 1 48 1 53 1 62 1 36 1 39 1 17 1 25 1 43 1 24 1 19 1 06 0 65 0 94 1 12 Tableau A11 Comparaison des volatilit s des s ries des prix DA et des anticipations des prix RT et valeur du t test entre juin 2000 et novembre 2002 sur le march PJM par Longstaff et Wang 2004 Volatilit des changements dans l esp rance du prix real time Heures 00 10 Ui bk WH Fa Moyenne Volatilit des changements Diff rence des dans le prix day ahe ad volatilit s Ratio des volatilit s 98 121 110 109 95 87 70 86 73 79 94 146 151 162 135 140 117 126 142 123 119 108 68 93 110 t stats Tableau A12 R plication de la comparaison des volatilit s des s ries des prix DA et des anticipations des prix RT et valeur du t test entre juin 2000 et novembre 2002 sur le march PJM 61 PJM janvier 2003 d cembre 2013 Coefficients Heures Moyenne Ecart Type Minimum M diane Maximum d Auto R gression 1 30 29 318 25 2 29 45 256 15 3 27
10. gawattheure ST le revenu l heure h au jour j RI uou Utm e E M ECL c E real time SE le spread entre les prix real time et day ahead l heure h au jour j l innovation du prix RT r alis e par rapport l estimation du prix RT co eai l innovation de la charge r alis par rapport l estimation de la charge Viae bc RD l innovation du revenu r alis par rapport l estimation du revenu 12 D finitions Le cadre de ce m moire traite des march s lectriques Ceux ci sont assez proches des march s financiers mais utilisent des concepts particuliers li s la nature inhabituelle du sous jacent Afin d aider le lecteur dans la compr hension de la suite du document nous mettons disposition les d finitions suivantes D finition 1 Participant physique Un participant physique ach te ou vend r ellement des m gawattheures d lectricit l lectricit va circuler dans les lignes du r seau Un participant physique peut transiger sur les march s real time et day ahead D finition 2 Participant virtuel Un participant virtuel ach te ou vend virtuellement des m gawattheures d lectricit et transige seulement au march day ahead D finition 3 March real time Le march real time correspond des transactions le jour m me jour j de m gawattheures d lectricit pour une heure h donn e La quantit d lectricit cir
11. sultats de la r gression de l esp rance inconditionnelle des 24 primes horaires sur la variance et le coefficient de dissym trie des prix RT entre juin 2000 et novembre 2002 sur le march PJM par Longstaff et Wang 2004 59 1 2 3 5 6 7 8 9 Tableau A9 R sultats du spread au quotidien sur les mesures de risque des prix RT de la charge et du revenu entre juin 2000 et novembre 2002 sur le march PJM par Longstaff et Wang 2004 Heures a b c d t test a t test b t test c t test d 2 63 0 44 1 61 0 46 1 52 0 39 1 13 0 31 0 39 0 21 3 08 0 35 6 00 0 22 9 01 0 39 6 94 0 08 10 19 24 0 99 11 22 12 1 19 12 19 37 0 94 13 26 06 0 87 14 26 67 0 84 15 23 92 0 72 16 29 14 0 84 17 25 53 0 84 18 24 85 0 84 19 16 91 0 45 20 21 58 0 87 21 24 80 1 14 22 22 05 1 22 23 11 85 0 91 24 5 31 0 66 GA e Ui 4 L D Tableau A10 R plication des r sultats du spread au quotidien sur les mesures de risque des prix RT de la charge et du revenu entre juin 2000 et novembre 2002 sur le march PJM 60 Volatility of Changes in Expected Spot Price T Volatility of Changes in Forward Price Difference in Volatilities Ratio of Volatilities 4 81 4 74 4 16 3 91 3 69 5 08 10 70 13 48 9 31 10 86 14 35 27 85 37 25 46 86 46 47 49 88 46 50 44 35 30 52 23 87 33 26 14 27 6 33 5 95 Average 20 77 t Statistic for average difference 00 A OO Cobra
12. 14 11 73 09 30 29 265 07 12 74 62 31 49 280 04 13 75 00 32 64 300 00 14 76 00 35 27 328 08 15 76 54 38 24 436 06 16 THIS 40 46 484 08 17 81 95 41 25 496 08 18 85 71 40 56 455 00 19 8126 35 65 326 09 20 78 10 31 96 277 08 21 75 10 30 46 296 11 22 68 93 28 42 240 09 23 61 56 25 81 223 07 24 54 87 22 86 210 11 Globale 10 61 58 01 496 08 Tableau A18 Statistiques des prix DA accompagn es des coefficients d auto r gression pour chacune des heures au niveau du NYC hub entre janvier 2003 et d cembre 2013 65 Loads Average Figure A9 Repr sentation de la charge pour chacune des heures au niveau du NYC hub entre janvier 2003 et d cembre 2013 Average Premium 12 Hours Figure A10 Repr sentation de l esp rance de la prime pour chacune des heures au niveau de l eastern hub entre janvier 2003 et d cembre 2013 66 Heures Spot 49 0 50 1 43 9 44 6 45 2 38 5 34 1 41 096 41 8 37 8 374 36 1 30 5 29 8 26 6 24 8 20 8 219 28 296 28 296 26 896 39 9 46 096 43 6 GD A D Charge 92 5 94 1 94 0 93 8 93 5 91 1 86 5 81 3 79 7 80 3 83 1 82 3 83 0 84 5 84 3 83 7 82 4 82 2 81 3 82 1 83 0 83 6 83 7 84 4 Revenus 60 3 60 0 54 1 54 5 53 0 47 9 40 396 45 496 47 9 44 6 42 3 40 0 33 9 334 29 8 27 1 23 5 23 7 31 2 31 1 29 5 43 0 50 5 50 2 Tablea
13. 71 263 37 4 26 96 254 71 5 27 80 273 74 6 30 74 293 62 7 37 71 340 49 8 39 96 443 52 9 4193 482 73 10 45 30 291 31 11 4921 40427 12 48 80 486 17 13 47 9 416 64 14 4742 493 32 15 44 16 658 50 16 43 45 775 99 17 48 44 1031 90 18 56 12 795 59 19 51 93 440 78 20 50 31 278 68 21 52 94 345 89 22 46 29 256 70 23 35 62 222 10 24 3241 269 24 Moyenne 120 67 39 66 1031 90 Tableau A13 Statistiques des prix RT accompagn es des coefficients d auto r gression pour chacune des heures au niveau de l eastern hub entre janvier 2003 et d cembre 2013 Coefficients Heures Moyenne Ecart Type Minimum M diane Maximum d Auto R gression 1 36 71 32 75 158 39 2 33 29 30 29 150 53 3 31 08 28 94 151 65 4 3021 28 19 151 34 5 31 13 28 88 155 89 6 35 92 32 11 182 44 7 47 51 40 40 241 61 8 51 34 45 13 264 70 9 52 04 46 72 222 77 10 55 08 49 64 218 91 11 58 16 52 23 230 60 12 58 68 52 24 291 16 13 58 35 51 05 333 82 14 59 45 50 87 402 96 15 59 53 49 33 444 00 16 60 71 49 09 444 00 17 64 59 52 98 444 00 18 70 70 60 94 434 20 19 67 16 58 98 318 97 20 64 40 57 05 308 72 21 62 62 56 00 296 30 22 55 20 48 76 250 26 23 45 01 39 30 195 98 24 39 36 34 80 164 00 Moyenne 44 16 Tableau A14 Statistiques des prix DA accompagn es des coefficients d auto r gression pour chacune des heures au niveau de l eastern hub entre janvier 2003 et d cembre 2013 62 5 8 5 5 8 E Es Figure A7 Repr sentation
14. RT est sup rieure durant la journ e par rapport au march DA Pour s assurer de l existence de diff rence significative dans volatilit les auteurs posent comme hypoth se nulle Ho vol prixDAg vol estimationprixRT contre l hypoth se alternative H4 vol prixDAg4 vol estimationprixRT r plication les auteurs calculent la statistique t test de la mani re suivante vol prixDA vol estimationprixRT test E5 cart type vol prixDA vol estimationprixRT Le t test est gal 2 77 valeur proche de l article cf Tableau A11 cette valeur est bien sup rieure la valeur de 2 069 seuil de refus du t test On peut par cons quent rejeter l hypoth se nulle avec 95 de probabilit Cela confirme l existence de diff rences dans les volatilit s des s ries d estimations des prix RT et des valeurs des prix DA au niveau de l eastern hub entre juin 2000 et novembre 2002 En r sum les auteurs prouvent l existence de diff rences entre l anticipation de participants sur le prix RT et les prix DA Les auteurs ont d abord d montr la significativit des primes pour plusieurs heures En testant que les volatilit s sont significativement diff rentes entre les deux s ries ils confirment que les prix DA poss de une volatilit significativement inf rieure l estimation de prix RT Cela renforce l id e de pr sence de primes dans le march DA et l explique
15. d ARV cf syst me d quations S1 afin de pouvoir avoir au quotidien un estim du RT Le R de la r gression est compris respectivement pour les march s de PJM NYISO et ISONE entre 28 et 46 21 et 50 et enfin 49 et 61 cf tableau A10 Cela assure que l estimation des prix est acceptable et ceci nous permet de pouvoir comparer la volatilit des s ries de prix DA et des anticipations du RT Nous n avions pu d montrer l existence de primes significatives pour 46 toutes les heures cependant le test sur le deuxi me moment des s ries nous confirme l existence de diff rences significatives entre l estimation du RT et le prix DA En effet les valeurs des t statistiques sont respectivement de 4 09 16 26 et 2 48 pour PJM NYISO et ISONE En r sum tous les march s DA d montrent la pr sence de primes pour plusieurs heures De plus les volatilit s des s ries des prix DA et d anticipations de prix RT sont significativement diff rentes On d montre donc l existence de primes sur tous les march s DA Nous recherchons maintenant comprendre d o viennent ces primes La r gression de l esp rance inconditionnelle des primes pour chacune des heures cf quation E4 ne fonctionne pas bien sur les march s PJM et ISONE Dans les deux cas le taux d explication est inf rieur 7 Cependant sur le march NYISO les diff rences des primes chaque heure sont expliqu es plus de 55 par la variance et le coeffi
16. donn en MWh Ontario Independent Electricity System Operator New Brunswick System Operator ISO New England New York ISO Interconnection Figure 3 Les diff rents op rateurs des march s lectriques tudi s seront PJM Interconnection New York ISO et ISO New England I 5 Probl matique Le pr sent m moire s int resse l tude des diff rences de prix de l lectricit sur la zone nord est am ricaine entre le DA et le RT On nommera spread cette diff rence La 23 figure 4 montre la dynamique du spread au niveau du NYC hub du march new yorkais entre janvier 2003 et d cembre 2013 On voit que cette derni re suit un mouvement tr s saccad autour d une valeur proche de 0 et connait des pics NYISO Spread entre le DA et le RT pour l heure 12 au hub NYC 200 00 100 00 0 00 100 00 200 00 300 00 400 00 500 00 600 00 700 00 800 00 S zb Dow 4 Bs S S cb SS S SS SS SUO si S d d DO T o Figure 4 volution du spread au niveau du NYC hub du march NYISO entre janvier 2003 et d cembre 2013 Le but du m moire est d tudier l origine des diff rences de prix entre le RT et le DA En particulier nous nous int resserons l existence d une prime c est dire l existence de diff rences significatives entre les prix DA et l estimation du RT par les participants Premi re
17. gr ce une dynamique de type Ornstein Uhlenbeck OU avec une moyenne nulle Deux mod les sont labor s Le premier est un facteur et s crit dX KX dt odW Le deuxi me est deux facteurs et se pr sente B f t Et ou In P f t t dX KX dt odW dg Ke dt 0 174 dWidZ pdt Pour ces deux types ils tablissent par ailleurs deux distinctions en choisissant deux fonctions d terministes Celles ci diff rencient le prix des jours de semaine des prix du week end l aide d une variable muette Pour la premi re cat gorie les variations sur l ann e sont obtenues par des variables muettes sur les onze derniers mois de l ann e Pour la deuxi me une fonction trigonom trique de p riode un an permet de mod liser le cycle annuel de la demande La d termination des param tres se fait par m thode num rique non lin aire de moindres carr s et non par optimisation d une fonction de vraisemblance Barlow 2002 Un autre texte de r f rence est Barlow 2002 Il constate d abord que le prix de P lectricit est le r sultat de l quilibre entre les courbes d offre et de demande Il met quatre hypoth ses principales pour l laboration de son mod le la fonction de production est ind pendante du temps et ne prend en compte que le prix de march H1 la demande suit un mouvement al atoire de type retour la moyenne H2 la capacit de g n r
18. le march PJM 64 NYISO janvier 2003 d cembre 2013 Coefficients Heures Moyenne Ecart Type Minimum M diane Maximum d Auto R gression 1 32 80 228 85 43 31 386 92 0 56 2 28 62 228 55 39 42 258 03 0 57 3 28 96 318 77 36 42 328 53 0 49 4 27 20 275 16 35 72 323 20 0 53 5 27 32 277 11 36 39 394 52 0 53 6 30 91 349 38 39 22 391 50 0 47 7 40 39 293 60 46 18 1322 30 0 40 8 39 88 211 78 51 54 751 94 0 50 9 39 06 16420 55 39 494 83 0 49 10 45 82 72 10 60 02 818 76 0 48 11 46 00 10 15 62 02 907 38 0 52 12 47 09 253 63 67 802 91 13 52 96 4 14 63 02 916 19 14 62 93 7 15 62 91 1095 30 15 7647 1 50 61 63 1229 00 16 82 78 522 61 97 1501 30 17 94 20 43 17 65 09 1951 10 18 87 47 341 70 39 1579 80 19 61 24 1 15 68 55 1166 30 20 53 99 2 84 68 13 1347 10 041 21 5349 9 95 64 63 1338 70 0 39 22 40 13 2641 61 04 639 04 0 59 23 35 34 54 39 53 92 518 17 0 67 24 31 82 311 81 46 65 391 34 0 64 Globale 349 38 53 48 1951 10 0 48 Tableau A17 Statistiques des prix RT accompagn es des coefficients d auto r gression pour chacune des heures au niveau du NYC hub entre janvier 2003 et d cembre 2013 Coefficients Heures Moyenne Ecart Type Minimum M diane Maximum d Auto R gression 1 49 83 20 65 189 11 2 4445 18 75 177 04 3 41 25 17 66 169 08 4 39 87 17 07 167 15 5 40 17 17 08 173 07 6 44 31 18 45 189 09 7 53 81 22 80 227 12 8 60 41 26 06 270 09 9 65 55 27 55 284 13 10 70 67 29 74 263
19. o D o v gt lt Figure 5 Moyenne de la charge au niveau de l eastern hub entre juin 2000 et novembre 2002 La question maintenant est de conna tre l origine de ces diff rences de prix entre DA et RT Nous allons nous int resser l tude de ce spread IIL2 Prime dans le march DA On d finit le spread day ahead et real time pour une heure donn e h jour j comme la diff rence entre le prix DA jour j 1 et le prix RT jour j Shj 4 E D1 33 Les auteurs d finissent de plus la prime forward entre le DA et le RT pour une heure donn e h jour j comme l esp rance jour j 1 du spread day ahead et real time jour j i e de la diff rence entre le prix day ahead jour j 1 et le prix real time jour j Thj E _1 Sh E _1 prixDAp1 prixRT prixDAg 4 Ej 4 prixRTy D2 e Kei K Ki o 2 un Heures Figure 6 Moyenne de la prime entre le march DA et RT pour chacune des 24 heures sur le march PJM entre juin 2000 et novembre 2002 Pour tudier l impact des anticipations des prix RT par les participants sur le march DA les auteurs s int ressent la prime forward En effet celle ci repr sente la diff rence entre l estimation du prix RT et le prix du DA L tude du spread ne suffit pas car cette derni re est une vue a posteriori du processus de tarification des prix DA Pour v rifi
20. sugg rent galement que le mod le d estimation des prix RT est utilis par tous les participants M me si le mod le explique bien les valeurs des prix RT du lendemain on peut penser que d autres facteurs peuvent tre utilis s par les participants sp cialistes des march s Le prix du gaz est tr s important dans l volution des prix Il aurait t int ressant de l ajouter dans le mod le d auto r gression vectorielle Ensuite il ne semble pas qu il y ait un grand int r t d estimer le revenu Enfin aucune mention ne concerne les frais de transactions C est bien dommage car celle ci sont au c ur du trading d lectricit tant donn leurs variabilit s N anmoins leur analyse permet de montrer clairement l existence de prime forward dans le march DA De plus leur mod le d estimation utilise toutes les informations disponibles par les participants et peut tre mis en place dans la r alit du trading 40 5 Conclusion Nous arrivons r pliquer la m thodologie et obtenons les r sultats de l article de Longstaff et Wang Les auteurs y d montrent l existence de primes significatives dans le march DA pour plusieurs heures en particulier lors de la p riode creuse De plus ils mettent en place un mod le afin d estimer au quotidien le prix RT Cela permet de connaitre chaque jour la valeur de la prime Les volatilit s des s ries des estimations de prix RT envers les prix DA r v lent des diff rences sign
21. 0 112 86 74 96 859 05 Tableau A3 Statistiques des prix DA accompagn es des coefficients d auto r gression pour chacune des heures au niveau de l eastern hub entre juin 2000 et novembre 2002 par Longstaff et Wang 2004 A Un 4 La M Fa Globale Tableau 4 R plication des statistiques des prix DA accompagn es des coefficients d auto Heures Moyenne Ecart Type Minimum M diane 1728 1547 14 68 1431 14 92 17 38 22 50 27 37 30 00 33 50 35 79 36 03 35 35 35 66 34 00 33 39 3620 4404 40 94 39 89 38 56 32 12 23 99 18 81 5001 4520 43 98 4322 46 39 5001 150 00 140 01 130 01 125 00 198 10 390 93 545 46 646 81 818 54 859 05 779 38 599 22 450 01 41627 498 01 185 90 112 86 74 96 Coefficients d Auto Maximum r gression pour chacune des heures au niveau de l eastern hub entre juin 2000 et novembre 2002 55 12 00 6 01 12 01 6 02 12 00 6 01 12 01 6 02 12 00 6 01 12 01 6 02 6 01 12 01 6 02 Figure A3 Repr sentation des prix DA pour les heures 4 8 12 16 20 et 24 au niveau de l eastern hub entre juin 2000 et novembre 2002 par Longstaff et Wang 2004 N e Prices s 8 e eo 0 1 1 1 0 1 1 1 1 01 Dec 2002 21 Mar 2003 09 Jul 2003 04 Feb 2004 31 200 01 Dec 2002 21 Mar 2003 09 Jul 2003 04 Feb 2004 31 May 200 Time Time Prices 8 Prices en e e
22. 003 et d cembre 2013 Nous avons report ces donn es ci dessus sur la figure 1 L op rateur NYISO g re tout l tat de New York avec une capacit maximale sup rieure 35 000 MW Le prix RT varie entre 0 et 800 de fa on saccad e L observation de ce graphique permet de tirer une premi re impression sur les caract ristiques des prix real time d lectricit on retrouve de fortes fluctuations des ph nom nes de pics et un processus de retour la 21 moyenne Sur les march s l lectricit se transige comme vingt quatre commodit s Ces produits suivent le m me mouvement de prix au cours de l ann e Pour une zone g ographique donn e la consommation et donc les prix varient suivant les saisons Par exemple au Qu bec dont les hivers sont rudes et le chauffage assur principalement par des radiateurs lectriques la demande est plus forte en hiver qu en t et les prix plus lev s Au quotidien le besoin lectrique est g n ralement plus fort durant la journ e que pendant la soir e et pendant la semaine par rapport la fin de semaine Les prix de p riode pleine 7 h 19 h sont sup rieurs ceux de p riode creuse 20 h 6 h NYISO Prix RT pour l heure 12 au hub NYC 900 00 800 00 700 00 600 00 500 00 400 00 300 00 200 00 S ZE D A vi PO Op SP P d cembre 2013 1 4 Les op rateurs de march Dans le pr sent m moire les ISO d in
23. 035 Cette derni re value que la demande totale augmentera de 22 et la capacit de production d lectricit de 27 On rappelle qu en 2009 au Canada environ 36 de l nergie utilis e dans le secteur r sidentiel provient de l lectricit L lectricit est une commodit essentielle pour les secteurs industriels et r sidentiels au Canada et dans le reste du monde Elle m rite donc de s y int resser en profondeur L2 Apercu de la r glementation du secteur lectrique en Am rique du Nord Aux tats Unis le secteur de l lectricit est r gi de concert par chacune des f d rations et par la Federal Energy Regulatory Commission Suite l adoption en 1978 de l Utility Regulatory Policies Act la restructuration de ce secteur a t lanc e Ce projet de loi permet le d veloppement des moyens de production par des entreprises priv es En 1992 et en 1996 deux tapes sont franchies dans la lib ralisation Le Public Energy Policy Act et l ordonnance 888 de la FERC permettent un acc s facilit et non discriminatoire des compagnies de production au r seau d lectricit Au Canada le secteur de l lectricit est g r par les provinces ind pendamment les unes des autres Cependant l ONE supervise les provinces en particulier elle r glemente les changes interprovinciaux et internationaux en lectricit A titre d exemple suite l ouverture du march de la transmission du Qu bec en 1 Demand for food
24. 1020 28 1019 97 1019 72 1019 74 1019 75 801 55 645 32 994 98 352 38 116 32 157 24 1020 28 Tableau Al Statistiques des prix RT accompagn es des coefficients d auto r gression pour chacune des heures au niveau de l eastern hub entre juin 2000 et novembre 2002 par Longstaff et Wang Tableau A2 R plication des statistiques des prix RT accompagn es des coefficients d auto 2004 Heures Moyenne Ecart Type Minimum M diane Maximum Coeficients R gression 1 847 6942 2 8 44 71 28 3 7 60 69 67 4 710 70 41 5 7 30 79 46 6 9 27 94 39 7 17 15 117 87 8 2148 15748 9 17 56 151 90 10 18 92 164 39 11 22 94 249 68 12 42 97 846 50 13 57 15 1 005 50 14 69 85 1 020 30 15 73 07 1 020 00 16 76 36 1019 70 17 68 02 1019 70 18 57 89 1019 70 19 44 94 801 55 20 29 93 645 32 21 40 87 994 98 22 21 82 352 38 23 12 64 116 32 24 10 32 157 24 Globale 40 76 4 14 23 08 1 020 30 r gression pour chacune des heures au niveau de l eastern hub entre juin 2000 et novembre 2002 53 12 00 6 01 12 01 6 02 12 00 6 01 12 01 6 02 12 00 6 01 12 01 6 02 12 00 6 01 12 01 6 02 12 00 6 01 12 01 6 02 12 00 6 01 12 01 6 02 Figure Al Repr sentation des prix RT pour les heures 4 8 12 16 20 et 24 au niveau de l eastern hub entre juin 2000 et novembre 2002 par Longstaff et Wang 2004
25. 2003 et d cembre 2013 sur le march ISONE Volatilit des Volatilit des Diff rence i changements changements Ratio des 2 des ME dans l esp rance dans le prix olatilit s volatilit s 2 n du prix real time day ahead Heures o A E BR FA Fa Tableau A24 Comparaison des volatilit s des s ries des prix DA et des anticipations des prix RT et valeur du t test entre mars 2003 et d cembre 2013 sur le march ISONE 70
26. 79 5 232 46 6 243 30 7 300 50 8 336 93 9 336 93 10 344 87 1 393 44 12 355 58 13 344 87 14 336 93 15 303 11 16 311 90 17 369 50 18 988 68 19 578 56 20 525 83 21 378 92 22 326 69 23 259 36 24 221 05 Moyenne 58 88 29 81 51 95 988 68 Tableau A22 Statistiques des prix DA accompagn es des coefficients d auto r gression pour chacune des heures au niveau du connecticut hub dans ISONE entre mars 2003 et d cembre 2013 68 oads Average L Figure A11 Repr sentation de la charge pour chacune des heures au niveau du connecticut hub entre mars 2003 et d cembre 2013 Average Premium Figure A12 Repr sentation de l esp rance de la prime pour chacune des heures au niveau du connecticut hub entre mars 2003 et d cembre 2013 69 Heures Spot Charge Revenus 1 61 096 91 296 66 496 2 56 9 74 6 614 3 53 096 894 59 8 4 543 88 3 604 5 57 0 86 8 62 5 6 55 2 81 1 60 0 7 554 68 2 564 8 54 2 63 4 54 6 9 59 7 68 3 59 8 10 57 4 73 496 57 996 11 51 7 75 9 53 896 12 53 096 77 3 54 3 13 46 6 77 9 46 4 14 39 2 77 6 38 3 15 42 4 77 4 42 6 16 40 296 77 0 404 17 34 2 75 5 34 1 18 34 1 74 6 34 5 19 39 7 72 9 41 8 20 44 2 69 8 46 0 21 49 2 68 9 49 6 22 55 5 71 9 56 0 23 52 3 744 54 9 24 49 1 75 2 51 896 Tableau A23 R sultats des R de l auto r gression vectorielle sur les prix RT la charge et le revenu entre mars
27. HEC MONTR AL Analyse des diff rences des prix real time et day ahead au sein des march s lectriques dans la r gion nord est des Etats Unis Par Rapha l Fourn Sciences de la Gestion Ing nierie Financi re M moire pr sent en vue de l obtention du grade de Ma trise s Sciences M Sc Mars 2014 Rapha l Fourn 2014 Pr ambule Les participants des march s lectriques sont majoritairement anglophones si bien que certains termes sont difficilement traduisibles en fran ais Dans les prochaines pages les termes en anglais seront format s en italiques Sommaire IN E UE LU LUCE LE EE Remerciements ecco oo seio vs ee eae ee ro vo Sees Ce aa eoe sa ve ao UE Ue ea eu dora pa Is dee ve nova dee dg ee R sum ecce so eae AEN deed Liste des TE laste des tableaux ts is et ee eege GIOSSAITE EES E D finiti 13 OO EE I Introduction EE LI GContexte mondial de l nergie i o trees etri casse 18 1 2 Aper u de la r glementation du secteur lectrique en Am rique du Nord 18 L3 Caract ristiques ded lectricit ER RM d eatis b Sess 20 L EE 22 Lo PEODIORIAUGQUES EG 23 II Revue de litt rat re 2 cent attirent ne 2D troduction CE ET 25 II 2 Mod lisation du prix real time ses 25 I 3 Les futures des march s lectriques Gee ES
28. PERTO ue 27 elata ina 29 III M thodologie et r plication de Longstaff et Wang 2004 31 Hypotheses ee 31 2 Prime dans le march day ahead 33 III 3 Origine et causes de la prime forward sur le march day ahead 33 4 Forces et faiblesses de la m thodologie 41 IV tudes des primes des march s DA de PJM NYISO et NEPOOL entre janvier 2003 et d cembre E 42 IV 1 Description des march s esie e E iii sedi iae iai e iaia ia 42 Ke Btude comparatlive E 43 EV 5 EE 47 eu mer M M tes 49 cC idasse soisi 51 HERE 52 Remerciements En pr ambule de ce m moire je souhaitais t moigner ma reconnaissance aux personnes qui m ont apport leur aide et qui ont contribu l laboration de ce m moire ainsi qu la r ussite de cette maitrise universitaire Je tiens remercier mon directeur de m moire Monsieur Christian Dorion pour son coute et sa disponibilit galement mon codirecteur de m moire Monsieur Pierre Olivier Pineau dont l expertise des march s lectriques fut d une grande aide Enfin je pense ma famille mes amis et Maria Je leur en suis gr pour leurs continuels soutiens et encouragements en particulier lors de ces deux ann es d tudes la maitrise R sum et mots clef
29. acun des march s Les spreads dans les march s PJM et ISONE sont en moyenne n gatifs tandis que le prix RT est inf rieur en moyenne au prix DA dans NYISO Pour tous les march s le prix DA volue dans un intervalle inf rieur celui du RT Le prix RT connait des maxima importants sup rieurs ceux du DA NYISO le maximum est 4 fois sup rieur celui du DA De plus pour chacun des march s l cart type de ce dernier est bien inf rieur celui du RT il se situe hauteur de 70 Enfin les coefficients d auto r gression sont tous tr s importants concernant le DA bien sup rieurs ceux du RT Pour tous les march s les prix du day ahead sont expliqu s plus de 85 par les prix de la vieille 43 Pour les trois march s la comparaison des tailles d intervalles de prix entre DA et RT les fortes valeurs des maxima du RT et les forts coefficients d auto r gression des prix DA confirment l id e que ces derniers sont beaucoup moins incertains que les prix RT De plus il semble que les prix DA poss dent une prime positive dans les march s PJM et ISONE tandis que cette prime est n gative dans NYISO Ecart Type ne globaux 7 92 Ecart 21 62 6 08 Coefficients d auto r gression Minimum M diane Maximum 120 67 3966 1031 90 53 253 4416 444 00 86 118 14 450 58790 34 Coefficients d auto r gression Minimum M diane Maximum 4896 90
30. aison des volatilit s des s ries des prix DA et des anticipations des prix RT et valeur du t test entre mars 2003 et d cembre 2013 sur le march ISONE 69 11 Glossaire aa uen fee QU Loc fe As nn auto r gression vectorielle RE day ahead esp rance inconditionnelle de la prime pour l heure h a Federal Energy Regulatory Commission Gd MEC TEE EE un gigawattheure P heure comprise entre 1 et 24 OR dt EE op rateur de march cms es l op rateur de march de l tat de la Nouvelle Angleterre M nud nn se la charge l heure h au jour j OK Su Seti PR des mte RE RP tid un m gawattheure lano l op rateur de march de l tat de New York oir Statu tia pua tta Ne it tud d RUM at eque l Office National de l nergie EE M un processus d Ornstein Uhlenbeck Ts eda ae diuo auda teda la valeur de la prime forward pour l heure h au jour j Tecos la valeur de l esp rance de la prime forward pour l heure h sur la p riode tudi e IN BEE la valeur du portefeuille PIM tennis l op rateur de march Pennsylvanie New Jersey Maryland Interconnection DEER Leien eege dee le prix real time l heure h au jour j es ten nent le prix day ahead l heure h au jour j 1 Re te crane re la quantit d lectricit en m
31. ait tre une cause de ce r sultat Pour les trois march s on a d montr au regard d un t test l existence de diff rence de volatilit s entre les prix du march DA et les anticipations des prix RT cela confirme l id e de diff rences de prix et incite penser qu il existe des opportunit s d arbitrage dans le march Il est toutefois assez difficile d expliquer les primes dans les march s d ISONE et de PJM Les r sultats de Longstaff et Wang ne fonctionne pas pour ces deux march s Il faut noter que dans ces deux march s les frais de transactions sont sujets de fortes variations qui ne sont pas pris en compte tandis qu NYISO les frais sont plus stables Dans ce dernier les diff rences de prime heure par heure sont expliqu es plus de 55 par la volatilit et le coefficient de dissym trie des prix RT Manuels des op rateurs NYISO PJM et ISONE sur les r gles de march 48 V Conclusion Dans ce m moire nous avons tudi et compris le fonctionnement des march s lectriques Ces derniers sont d une grande complexit en partie cause de la nature du sous jacent De plus l lectricit ne se stocke pas ce qui rend impossible les tarifications classiques des contrats terme Ces derniers supposent la possibilit de poss der le sous jacent afin de pouvoir r pliquer les diff rents contrats disposition Dans la revue de litt rature nous avons appris sur les caract ristique
32. alier les divers moyens de g n ration ont en effet des co ts marginaux diff rents La Security Exchange Commission oblige les entreprises cot es en bourse publier un rapport Form 10K sur leurs activit s Nous avons ainsi pu retrouver la courbe de production de la compagnie de production PSEG Power LLC transigeant sur le march PJM Les centrales nucl aires ont un co t marginal moins lev que les centrales charbon puis gaz De plus l lectricit est une commodit essentielle pour un grand nombre d industries et elle est difficilement rempla able dans un court d lai Cons quence directe les agents sont pr ts payer un prix tr s lev si jamais la quantit sur le march est faible Our PJM Generation Facilities Along Dispatch Curve Nuclear Coal Combined Cycle Steam Peaking Essex 10 11 12 Linden 5 6 Essex 9 Bur ngton 12 Kearny 12 Bergen 1 0 o o o KZ c 2 a t Sawaran 1 4 N Yards inden 1 2 Cree 79 Hudson 2 SS Creek pem 6 9 Bergen 2 Base Load Load Following Peaking Figure 1 Le co t marginal de production de l lectricit est en escalier Ici on retrouve la courbe de distribution de PSEG Power LLC un participant du march PJM dont la capacit est de 13 500 MW des fins de d monstration nous avons t l charg sur le site de l op rateur de march NYISO les prix real time pour l heure 12 au niveau du NYC hub entre janvier 2
33. arch DA De plus entre 23 h et 2 h ce qui correspond au plus fort de la p riode creuse toutes les heures ont des primes significatives 35 Heures Moyenne t statistiques M diane 3 4 5 6 7 8 10 11 12 13 15 16 17 21 22 Globale 1 02 Tableau 2 Esp rance inconditionnelle de la prime pour chacune des heures accompagn e de la t statistiques corrig es pour l h t rosc dasticit et l autocorr lation sur le march PJM entre juin 2000 et novembre 2002 Pour suivre l volution de la prime au quotidien les auteurs mettent en place un mod le permettant d estimer chaque jour le prix RT la charge et le revenu 1 le produit entre la charge et le revenu du lendemain cette fin les auteurs mettent en place un mod le d auto r gression vectorielle sur le prix RT not la charge not e Ly et le revenu not Rut Pour une heure donn e le prix RT est auto r gress sur le prix de la vieille r gress sur les prix RT des 23 autres heures disponibles les plus r centes sur les 24 derni res charges horaires disponibles sur les donn es m t orologiques et sur les variables muettes pour les douze mois de l ann e Les variables m t orologiques not es Wy sont la diff rence de la temp rature en degr s fahrenheit par rapport une temp rature de r f rence de 68 degr s fahrenheit la d viation de la temp rature par rapport la moyenne historique et la vitesse du vent me
34. ateur de march volatilit prime forward Liste des figures Figure 1 Le co t marginal de production de l lectricit d un 21 Figure 2 Prix du real time du hub NYC sur le march NYISO entre janvier 2003 et d cembre TNT 22 Figure 3 Carte des op rateurs des march s lectriques tudi s sess 23 Figure 4 volution du spread du hub NYC dans le march NYISO entre janvier 2003 et d cembre E EE 24 Figure 5 Moyenne de la charge de l eastern hub entre juin 2000 et novembre 2002 33 Figure 6 Moyenne de la prime entre le march DA et RT pour chacune des 24 heures sur le march PJM entre juin 2000 et novembre 2002 2 e teda arva he tud s 34 Figure 7 Comparaison sur 24 heures de l estimation de la volatilit des prix RT envers la volatilit des prix DA NENNEN oaa 38 Figure 8 Carte interr gionale de la zone g r e PIM ce dnte ede Re 42 Figure 9 Cartes interr gionales de la zone g r e par NYISO et de NEPOOL 43 Figure 10 Comparaison des volatilit s pour PJM NYISO et NEPOOL entre janvier 2003 et decembte 20 Le PAR RER RARE RES RER SN RP eU petias 46 Figure Al Repr sentation des prix RT pour les heures 4 8 12 16 20 et 24 au niveau de l eastern hub entre juin 2000 et novembre 2002 par Longstaff et Wang 2004 53 Figure A2 R plica
35. cient de dissym trie du RT et les deux param tres du mod le sont significatifs Le march new yorkais DA contient moins de primes lorsque les prix sont tr s volatiles et que la fonction de production est moins en tages a b c Liestal t test 0 t test c 074 004 004 065 0 95 010 473 NYISO 0 37 0 99 i 24 ISONE Bt 0 04 0 03 0 37 0 07 6 4 24 Tableau 6 Comparaison de la r gression de la prime au quotidien sur la variance et la dissym trie du RT sur les march s de PJM NYISO et ISONE entre 2003 et 2013 IV 3 Port e des r sultats et synth se Nous avons cherch voir comment se comportent les prix DA tant donn s les prix RT En effet ces deux march s sont troitement li s au quotidien Nous avons pu voir d s le d but gr ce aux donn es statistiques que les march s DA connaissent des variations moins importantes que ceux du RT et sont mieux expliqu s par les prix de la vieille Nous avons voulu savoir par cons quent si les prix DA comportaient des primes Dans les trois march s on a d montr l existence de primes significatives pour plusieurs heures en appliquant une t statistique bas e sur la correction de l autocorr lation et de lh t rosc dasticit dans les variances de prix Il existe des diff rences de prix entre les 47 estimations de prix RT et les prix DA pour plusieurs heures Plusieurs de ces heures correspondent des heures de nuit La pr sence de moins de participants pourr
36. cients r gression pour chacune des heures au niveau de l eastern hub entre juin 2000 et novembre mE 32 Tableau A3 Statistiques des prix DA accompagn es des coefficients d auto r gression pour chacune des heures au niveau de l eastern hub entre juin 2000 et novembre 2002 par Lougstatbet Wang 2004 dee 54 Tableau A4 R plication des statistiques des prix DA accompagn es des coefficients d auto r gression pour chacune des heures au niveau de l eastern hub entre juin 2000 et novembre Tableau A5 Esp rances inconditionnelles des primes pour chacune des heures accompagn es des t statistiques corrig es pour l autocorr lation et l h t rosc dasticit par Longstaff et NW are OD EE 57 Tableau A6 R sultats des R de l auto r gression vectorielle sur les prix RT la charge et le revenu par Longstaff et Wang 2004 eier inedite ee ctt ee ttti ep Lo 57 Tableau A7 R plication des r sultats des R de l auto r gression vectorielle sur les prix RT la charge et le revenu entre juin 2000 et novembre 2002 sur le march PJM 58 Tableau A8 R sultats de la r gression de l esp rance inconditionnelle des 24 primes horaires sur la variance et le coefficient de dissym trie des prix RT entre juin 2000 et novembre 2002 sur le march PJM par Longstaff et Wang 2004 58 Tableau A9 R sultats du spread au quotidien sur les mesures de risque des prix RT d
37. cule r ellement dans le r seau entre le vendeur et l acheteur Le prix associ ce march est appel le prix real time pour une heure h et jour j donn s on le notera j D finition 4 March day ahead Le march day ahead correspond des transactions virtuelles prises la vieille jour j 1 de m gawatheures d lectricit pour une heure h donn e Le prix associ ce march est appel prix day ahead pour une heure h et jour j 1 donn s on le notera prixDA j 1 Les transactions y sont r gl es d une mani re similaire des contrats terme de type futures Les participants peuvent se positionner de deux mani res soit long soit short S ils sont longs ils re oivent la diff rence entre le prix day ahead du jour et le prix real time du lendemain S ils sont short le r glement s effectue de mani re oppos e 13 Le syst me du day ahead poss de deux avantages principaux En premier lieu celui ci permet aux participants physiques de transiger des quantit s d lectricit la vieille afin d assurer de sa disposition le lendemain En second lieu le prix DA donne un signal au prix RT qui permet l op rateur d estimer la demande du lendemain Pour plus de clart nous allons illustrer ces points par deux exemples Exemple 1 Pour acheter de l lectricit la vieille les participants physiques doivent prendre une position ong puis le lendemain acheter de l lectricit r elle O
38. d tudier des causes possibles de la pr sence de primes sur les march s d ISONE et de PJM On voudrait galement tudier l volution de la valeur d un portefeuille transigeant virtuellement sur le march DA sur chacune des heures dont les primes sont significatives Finalement il faudrait rajouter dans 49 le calcul du real time esp r les co ts de transaction En effet contrairement aux autres march s les frais de transaction des march s lectriques sont d une importance capitale Ces co ts ne sont pas connus d avance et peuvent varier grandement Il n est pas s r que les primes restent significatives 50 Bibliographie 1 Barlow 2002 A diffusion model for electricity prices 2 Bessembinder and Lemmon 2002 Equilibrium Pricing and Optimal Hedging in Electricity Forward The Journal of Finance Vol 57 No 3 pp 1347 1382 3 Doucet La restructuration des march s de l lectricit un portrait de la situation mondiale La R gie de l nergie du Qu bec 4 Longstaff and Wang 2004 Electricity Forward Prices A High Frequency Empirical Analysis The Journal of Finance Vol 59 No 4 5 Lucia and Schwartz 2000 Electricity prices and power derivatives Evidence from the Nordic Power Exchange 6 Box G E P G M Jenkins and G C Reinsel Time Series Analysis Forecasting and Control 3rd ed Englewood Cliffs NJ Prentice Hall 1994 7 National Climate Data Center www ncdc com
39. de la charge pour chacune des heures au niveau de l eastern hub entre janvier 2003 et d cembre 2013 Spread Heures Figure A8 Repr sentation de l esp rance de la prime pour chacune des heures au niveau de l eastern hub entre janvier 2003 et d cembre 2013 63 Heures Spot 1 42 2 2 43 4 3 45 996 4 45 2 5 43 6 6 38 6 7 36 0 8 34 2 9 36 7 10 35 9 11 38 0 12 39 0 13 44 49 14 48 5 15 47 3 16 46 7 17 40 1 18 34 9 19 29 6 20 31 2 21 31 0 22 34 6 23 31 096 24 27 8 Charge 84 0 87 2 85 9 84 396 82 896 78 396 69 496 64 7 642 68 496 74 4 78 6 81 3 83 5 83 6 82 996 80 796 77 4 75 8 73 1 70 5 73 8 77 0 77 9 Revenus 48 2 49 1 50 6 49 5 48 096 42 896 39 2 37 3 40 1 39 7 41 396 43 896 468 48 7 50 0 47 1 41 8 37 9 354 34 3 35 5 40 5 38 5 35 8 Tableau A15 R sultats des de l auto r gression vectorielle sur les prix RT la charge et le revenu entre janvier 2003 et d cembre 2013 sur le march PJM Volatilit des changements dans l esp rance du prix real time Heures Ae um RU tL t stats Volatilit des changements dans le prix day ahead Diff rence des volatilit s Ratio des volatilit s Tableau A16 Comparaison des volatilit s des s ries des prix DA et des anticipations des prix RT et valeur du t test entre janvier 2003 et d cembre 2013 sur
40. de r f rence concernant le spread entre le day ahead et real time est celui de Longstaff et Wang publi en 2004 dans Journal of Finance Electricity Forward Prices A High Frequency Empirical Analysis Cet article tudie la diff rence de prix entre les deux march s sur PJM entre juin 2000 et novembre 2002 L int r t de leur recherche est de d terminer s il existe une prime de risque significative entre les deux march s De plus ils m nent une investigation sur son origine et ses tenants La connaissance d un cart de prix entre le day ahead et le real time serait int ressante pour tous les acteurs du march de l lectricit S il existe cela signifie qu il y a une opportunit de gain pour les acteurs financiers En particulier les banquiers ainsi que les traders 29 pourraient profiter de cette information afin de r cup rer la prime issue de l aversion au risque des industriels 30 III M thodologie et r plication de Longstaff et Wang 2004 L article de Longstaff et Wang publi en 2004 dans Journal of Finance Electricity Forward Prices A High Frequency Empirical Analysis porte sur la tarification des march s DA Nous allons tudier sa m thodologie et le r pliquer III 1 Hypoth ses et donn es Les auteurs font l hypoth se que l lectricit ne se stocke pas et que les frais de transaction sont nuls H2 Nous avons d j voqu dans le premier chapitre du m moire que l lectricit pos
41. e Pourtant les co ts de congestions sont une probl matique essentielle connue des op rateurs de march Ceux ci ont un impact important sur la dynamique des prix Enfin leur mod le n est test que sur une p riode relativement faible Cela pose probl me pour la signification des r sultats Le pr sent m moire appliquera un mod le sur une dur e cinq fois plus grande Leur article permet d avoir une compr hension des d terminants de la prime forward Il apparait que celle ci est expliqu e par le coefficient de dissym trie et par la variance des prix du real time Elle est corr l e positivement avec le param tre associ la dissym trie et n gativement avec celui de la variance du real time Cette derni re corr lation provient du fait que les vendeurs d lectricit averses au risque vont chercher utiliser des contrats forward afin d assurer leurs revenus Il serait int ressant d tudier leurs r sultats sur une plus longue p riode II 4 Conclusion La plupart des auteurs traitent de la dynamique du prix real time ou day ahead D autres articles portent leurs investigations sur les futures long terme des march s lectriques Pourtant il existe des moyens pour les participants de prendre position dans le march DA et le march RT comme nous l avons montr dans la section d finitions De plus le march day ahead alors que le day ahead est le march future le plus important en termes de liquidit Le seul texte
42. e la charge et du revenu entre juin 2000 et novembre 2002 sur le march PJM par Longstaff et Wang 2004 EE 59 Tableau A10 R plication des r sultats du spread au quotidien sur les mesures de risque des prix RT de la charge et du revenu entre juin 2000 et novembre 2002 sur le march PJM 59 Tableau A11 Comparaison des volatilit s des s ries des prix DA et des anticipations des prix RT et valeur du t test entre juin 2000 et novembre 2002 sur le march PJM par Longstaff et Wang 2004 ee aieo piv hace ouo iced dev tene ete 60 Tableau A12 R plication de la comparaison des volatilit s des s ries des prix DA et des anticipations des prix RT et valeur du t test entre juin 2000 et novembre 2002 sur le march PIM 60 Tableau A13 Statistiques des prix RT accompagn es des coefficients d auto r gression pour chacune des heures au niveau de l eastern hub entre janvier 2003 et d cembre 2013 61 Tableau A14 Statistiques des prix DA accompagn es des coefficients d auto r gression pour chacune des heures au niveau de l eastern hub entre janvier 2003 et d cembre 2013 61 Tableau A15 R sultats des R de l auto r gression vectorielle sur les prix RT la charge et le revenu entre janvier 2003 et d cembre 2013 sur le march PJM sees 63 Tableau A16 Comparaison des volatilit s des s ries des prix DA et des anticipations des prix RT e
43. elev s du compteur sont les principales t ches de ce secteur Le processus d ouverture des march s a touch le secteur de la production et des services aux consommateurs Il n a pas cependant impact la transmission et la distribution car compte tenu de l investissement initial ces derni res sont consid r es comme des monopoles naturels Afin de faciliter les changes entre les diff rents acteurs priv s des op rateurs de march s ISO sont apparus Ceux ci s assurent du transport de l lectricit et jouent galement le r le d interm diaires entre les diff rents acteurs des march s lectriques Simultan ment des contrats bilat raux d lectricit se sont d velopp s La pens e lib rale consid re les ph nom nes d ouverture et de privatisation des march s comme des moyens d augmenter l efficacit de la soci t En effet la mise en place de cette derni re g n re un syst me de prix qui devient un moyen de rendre compte de fa on quantitative de la qualit des actions des entreprises Pour les march s lectriques la lib ralisation g n re de grands effets sur la fluctuation des prix ce que l on peut observer travers leurs volatilit s Par exemple sur le march de l op rateur PJM entre juin 2000 et novembre 2002 les prix du march real time se sont situ s entre 20 et 800 le MWh avec une moyenne comprise La perte d nergie lors de la transmission est proportionnelle l intensit du courant
44. ensemble des march s plusieurs heures poss dent des primes significatives 13 La p riode est de 3959 jours pour le march de la Nouvelle Angleterre 45 sur l ensemble de la p riode C est un r sultat tr s important dans la mesure o des participants virtuels pourraient profiter de l opportunit en prenant position dans le march virtuel pour plus de d tails voir la d finition de participant virtuel dans la partie d finitions Les p riodes creuses sont les plus sujettes l existence de primes significatives Les march s DA de PJM et ISONE poss dent des primes significatives entre l heure 19 et 24 C est aussi le cas de NYISO entre les heures 23 et 2 En r sum les march s DA de PJM de NYISO et de ISONE poss dent respectivement 12 10 et 13 primes significatives De plus le march de la Nouvelle Angleterre est globalement surestim de fa on significative Ces premiers l ments mettent en avant l id e de fortes opportunit s de gain dans ces trois march s et confirment les premiers r sultats de Longstaff et Wang 2004 ISONE E RT ISONE DA PJM E RT PJIM DA NYISO E RT NYISO DA rz e Ki gt 1 2 34 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Heures Figure 10 Comparaison des volatilit s pour PJM NYISO et NEPOOL entre janvier 2003 et d cembre 2013 Par ailleurs pour chacun des march s nous avons utilis le mod le
45. er P lectricit est limit e H3 enfin le prix admet un niveau maximal H4 26 On peut remarquer que le facteur al atoire est concentr dans la demande La production ne fait que r agir celle ci Barlow suppose en effet que la consommation est in lastique La raison principale tient du fait que la plupart des utilisateurs paient des prix fixes aux compagnies d lectricit et ne sont donc pas touch s par sa volatilit ce titre la quantit sollicit e ne varie que tr s peu en fonction des prix du march Il tire de ces hypoth ses un mod le stochastique deux r gimes Ce dernier est un processus non lin aire OU il s crit de la mani re suivante fo XQ 1 aX gt amp St H Eo OS a dX A X a dt odW St et X correspondent respectivement au prix et la demande d lectricit Cette derni re suit un processus de retour la moyenne La g n ration s adapte la demande pour permettre une quantit d lectricit produite gale celle demand e Enfin le prix final correspond au tarif impos par le dernier producteur arriv le prix est obtenu par le croisement des courbes d offre et de demande Si la demande est trop forte alors le prix atteint un montant maximal et ne varie plus II 3 Les futures des march s lectriques Les futures des march s lectriques d signent les contrats dont le sous jacent est le prix RT Bessembinder et Lemmon 2002 Bessembinde
46. er l existence de primes sur le march les auteurs calculent pour chaque heure l esp rance inconditionnelle de la prime forward que l on notera D apr s le th or me de l esp rance math matique conditionnelle cette derni re se calcule comme la moyenne des diff rences de prix sur la p riode tudi e En effet on peut crire Tho E my E Ej 1 Sn E 34 T 1 1 nen 2 5 2 913 1 Tho 915 Shj Comme nous l avons vu au d but du chapitre les prix de l lectricit sont corr l s ceux de la vieille Afin d enlever ces effets les auteurs ont corrig la variance de la prime de l autocorr lation et l h t rosc dasticit cette fin nous utilisons les m thodes de Box Jenkins et Reinsel 1994 Nous v rifions la significativit de la prime en utilisant la t statistique calcul e par l quation E4 TU Deut DEE cart type Sn 1 ARE meti o ARprime h 1 correspond au coefficient d auto r gression entre la prime pour l heure du jour et celui de la vieille Nos r sultats sont similaires ceux de l article cf Tableau A1 l esp rance de la prime est comprise entre 4 et 6 Dans le tableau 2 nous avons gris les primes dont la valeur absolue du t statistique est plus grande qu 1 96 Cela indique si les primes sont significativement diff rentes de z ro Par cons quent neuf heures comportent des primes sur le m
47. es trois op rateurs Le march PJM correspond la zone en dessous de l tat de New York s tendant jusqu au Minnesota et incluant la zone entourant D troit Le march de NYISO g re l tat de New York et ses alentours Enfin l ISONE s occupe de la zone Ouest au dessus de NYISO Tous les op rateurs utilisent la m thodologie du LMP On rappelle que ces prix sont la r sultante du dernier co t de produire un MWh des co ts de congestion et des co ts de pertes Chaque ISO propose les prix LMP pour les principaux n uds du r seau Nous avons tudi les donn es de l eastern hub du NYC hub et du connecticut hubs points dont la charge est la plus importante respectivement pour les op rateurs de PJM de NYISO et d ISONE Celles ci contiennent les prix RT les prix DA et les charges chaque heure AutoRefresh On 1943 t 762 MW 0 o Mw e 119 9 MW PJM Real Time Load NYISO LMP 567 75 NYISO Neptune 582 53 112 980 MW PJM Linden 75 82 PJM MISO 38 15 12 0 Mw 2 412 4 921 MW NYISO Linden 50 42 MISO LMP 533 26 225 4 225 MW NYISO Hudson 5189 21 gt 2 043 1 319 MW Ohio Valley Electric Corporation OVEC USD lt oe Em 50 20 E 20 40 FER 170 100 PIM AEP 49 89 mn t971 1 431 MW 4108 0 Mw 1402 t 1 294 MW 11 236 16 MW Tennesse Valley Authority CPL Retail Energy West Duke Energy CPL Retail Energy East TVA CPLW CPLE PJM EKPC 49 89 771
48. icativement diff rent de z ro Cela sugg re que sur le march PJM pour une heure plus la variance de son prix RT est importante plus la prime est importante Le march DA est diff rent des produits d riv s financiers positivement corr l s avec la variance du sous jacent Les heures les plus volatiles correspondent la p riode pleine Cela sugg re que l anticipation des participants est sup rieure lors des p riodes pleines Dans le march RT les prix peuvent subir des variations tr s importantes avec un maximum de 1020 bien inf rieur au maximum de 859 du prix DA Par cons quent dans la p riode de forte consommation g n ralement associ e de fortes volatilit s la prime sera n gative R ciproquement moins la variance du RT de l heure est importante plus les participants estiment faiblement le RT On peut penser que pour les p riodes creuses p riode de nuit une majorit de participants se mettent en place sur le march DA afin d viter d avoir travailler de nuit Ce ph nom ne augmente la valeur des prix DA t test a t test b t test c R N 0 27 0 17 1 94 21 24 Tableau 3 R gression de la prime forward sur la variance et le coefficient de dissym trie du prix RT Afin d tudier au quotidien les origines de la primes le mod le d ARV repr sent par le syst me d quation S1 est mis en place chaque jour on calcule les param tres du mod le avec les informations disponibles et on ca
49. ificatives Ceci confirme des diff rences entre l anticipation des prix RT et les prix DA L existence des primes est expliqu e plus de 2096 par la variance et le coefficient de dissym trie des prix RT En particulier le param tre associ la variance est significativement diff rent de z ro et n gatif Cela signifie que plus le prix RT varie moins le prix DA comporte des primes On rappelle que lors de forts mouvements de prix le prix DA est toujours moins lev que les prix RT cf Tableau 1 en particulier les maxima des prix Nous appliquerons la m me m thodologie sur les march s de PJM de New York et de Nouvelle Angleterre sur une p riode allant de janvier 2003 d cembre 2013 Nous d crirons les donn es DA et RT et effectuerons une analyse g n rale du spread Par la suite nous estimerons au quotidien le RT et nous tudierons les volatilit s des s ries des estimations des prix RT et des prix DA L int r t de la d marche est de voir la persistance des r sultats obtenus par les auteurs sur une plus longue p riode et sur deux autres march s 12 partir de mars 2003 pour NEPOOL 41 IV tudes des march s RT et DA des op rateurs PJM NYISO et ISONE entre janvier 2003 et d cembre 2013 IV 1 Description des march s Nous allons tudier les march s DA et RT des op rateurs PJM NYISO et ISONE entre janvier 2003 et d cembre 2013 Sur les prochaines figures nous mettons disposition les cartes d
50. lcule les innovations Y et Znj pour respectivement le real time la charge et le revenu comme suit Xnj 1 E prixRTy Yhj Lhj 1 Blau S2 Zhj Rhj 1 E Rpj Par la suite les auteurs mettent en place un mod le GARCH 1 1 sur ces trois facteurs afin de pouvoir tudier l volution de la volatilit de facon dynamique Quelques soient le jour j et l heure h les innovations rp ni et nt sont distribu es de mani re identiques et ind pendantes 39 Xp nnj7N 0 1 53 Ph Yn O njnnj nnj7N 0 1 54 VLnj Dn gv r hYj Zhj O pjn nj n nj N 0 1 e ent n 112 n 2 S5 VRhj P h q hN hj tr nZhj Pour chacune des heures et des jours on note et VRpj les volatilit s des innovations respectivement du real time de la charge et du revenu On les utilise comme des mesures de risque de ces trois constituants Finalement on peut r gresser le spread sur les trois volatilit s Les tableaux A4 et A5 repr sentent les r sultats de cette r gression A chaque heure les r sultats de la r gression varient ce qui rend impossible une interpr tation g n rale 4 Forces et faiblesses de la m thodologie La m thodologie de Longstaff et Wang porte quelques faiblesses D abord les auteurs ne regardent les donn es que sur une p riode de deux ans et ne se focalisent que sur un seul march Les auteurs
51. ment nous tudierons la m thodologie et r pliquerons l article de Longstaff et Wang 2004 bas sur l tude du spread sur le march PJM entre 2000 et 2002 Deuxi mement nous appliquerons cette m me m thodologie sur les march s PJM NYISO et ISONE de janvier 2003 d cembre 2013 Nous chercherons voir si les r sultats des auteurs se confirment La d marche consistera mettre en place un mod le de pr visions des prix du real time et v rifier l existence de primes Puis nous nous int resserons aux facteurs explicatifs de la prime En particulier nous regarderons l impact de la variance et du coefficient de dissym trie du real time sur l esp rance de cette derni re 24 II Revue de litt rature II 1 Introduction La mod lisation des prix de l lectricit pose probl me cause de sa dynamique al atoire Le premier r flexe serait d utiliser les mod les de tarification d actions Cependant la plupart d entre eux postulent l ind pendance des rendements au quotidien N anmoins les tarifs de l lectricit sont interd pendants On ne peut donc utiliser simplement une dynamique brownienne pour rendre compte des prix de l lectricit On rappelle que plusieurs param tres influencent les prix de l lectricit l cart de temp rature par rapport une valeur de 23 C la temp rature de r f rence dans le confort des consommateurs les pannes des moyens de production la dur e de d marrage des centrale
52. n peut mod liser la valeur du portefeuille not e de ce processus d achat d lectricit la vieille pour le lendemain en deux tapes tape 1 jour j 1 mise en place d une position long d une quantit de MWh not e q pour l heure 12 sur le march day ahead q prixDA 2 1 tape 2 jour j fermeture du contrat DA et achat de la m me quantit q de MWh pour l heure 12 sur le march real time H q prixRT 2 prixDA42 4 q 2 q 2 1 Au final le participant a donc achet une quantit q de MWh d lectricit au prix du DA Il est de la m me mani re possible d effectuer la d marche oppos afin de vendre au prix du DA Le lecteur pourra lui m me le v rifier Ce syst me de transactions est galement un moyen pour les op rateurs de march d estimer la future demande temps r el En effet le prix RT est associ directement la demande temps r el Plus le prix est lev plus la demande est forte moins le prix est lev moins la demande est importante De plus le prix DA est un signal du prix RT Plus le prix DA est proche du futur prix RT plus le signal du prix DA est bon pour estimer la demande future d lectricit Nous d finissons le spread entre le DA et le RT comme la diff rence entre le prix DA et le prix RT il sera not Sy Regardons l aide d un exemple en quoi la participation des virtuels permet de diminue la valeur absol
53. ng 2004 A Or gt C3 ra 3 Spot Price VAR R Load VAR R Revenue VAR R 52 17 93 73 62 71 52 28 92 86 60 25 50 83 87 63 58 24 51 29 91 10 57 22 46 96 90 65 52 64 44 51 90 44 51 59 51 68 91 26 53 79 46 50 92 43 49 65 30 89 91 85 39 80 33 18 90 84 45 17 42 38 90 03 54 49 53 93 89 44 59 85 56 48 88 76 62 01 58 05 88 40 61 48 48 57 87 96 51 31 42 09 87 23 44 34 47 96 85 82 50 18 58 24 84 13 62 67 38 13 82 06 54 06 50 11 80 17 59 51 56 04 80 13 62 08 39 48 80 90 52 79 32 85 80 42 43 85 38 63 80 10 50 73 O0 1 G Dk Cobra Tableau A6 R sultats des R de l auto r gression vectorielle sur les prix RT la charge et le revenu par Longstaff et Wang 2004 58 Heures Spot Revenus 524 91 8 60 6 51 896 90 396 58 496 512 88 8 57 3 51 5 87 0 56 9 46 5 82 5 51 0 43 0 73 7 48 4 42 2 67 6 43 7 394 68 7 40 8 30 096 74 096 35 696 31 896 78 696 41 3 41 1 812 51 9 55 5 824 60 5 58 296 82 0 62 89 59 6 82 8 82 4 50 1 82 8 53 0 45 7 82 6 47 4 50 1 81 1 52 7 59 7 78 0 63 4 41 096 75 0 53 5 50 6 73 2 58 496 56 9 74 3 62 0 40 1 75 8 50 1 32 0 76 7 39 8 39 0 75 9 47 6 Tableau A7 R plication des r sultats des R de l auto r gression vectorielle sur les prix RT la charge et le revenu entre juin 2000 et novembre 2002 sur le march PJM VW IA P D Fi a b c ta Wi 0 13 0 07 0 27 0 19 2 29 1 95 Tableau A6 R
54. nt galement 37 Q D ba ba Ke ZS 123 4 5 6 7 8 9 1011 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Heures Figure 7 Comparaison sur 24 heures de l estimation de la volatilit des prix RT en bleu envers la volatilit des prix DA III 3 Origine et causes de la prime forward sur le march DA L article s interroge sur l origine et les causes de l existence de prime sur les march s DA Bessembinder et Lemmon 2002 ont montr que la tarification du march DA tait li e la volatilit et au coefficient de dissym trie du real time On rappelle que l esp rance inconditionnelle de la prime pour chacune des heures est not e on Afin d tudier l impact de ces deux facteurs une r gression lin aire est faite sur la s rie des 24 primes Math matiquement elle s crit Ton act b varp c Skewy amp he 1 24 La valeur du R nous renseigne sur l importance des facteurs dans l explication de la prime Par ailleurs des t tests sont effectu s sur les valeurs des coefficients afin de s assurer de leur significativit la condition du succ s de ces tests la valeur du signe nous informe sur le sens de la corr lation entre l l ment explicatif et la prime La r gression explique 20 la prime Celle ci est corr l e n gativement avec la variance du real time et positivement avec H son coefficient de dissym trie Le facteur associ sa variance est n gatif et 38 signif
55. ort la moyenne historique des derni res cinq ann es et la vitesse du vent mesur e en miles par heure Dans le cadre de l tude de PJM nous avons s lectionn 3l comme station m t orologique l a roport de New Jersey City situ au dans l tat du New 11 Jersey Les premiers tableaux montrent les principales statistiques du RT et du DA entre juin 2000 et novembre 2002 au niveau du eastern hub on indique les moyennes cart types minima m dianes maxima et coefficients d auto r gression Ces derniers sont obtenus pour chacune des heures et chacun des march s gr ce la mise en place sur la variable jour j des auto r gressions suivantes prixRThj Ch 1 prixRTh j 1 j 2 913 E1 prixDA Ch AR 1 prixDAg E nj je 2 913 E2 Les r plications des statistiques des donn es sont tout fait similaires cf figures et A2 et figures A3 et A4 Pour faciliter la comparaison entre les deux s ries de prix on tudie les statistiques globales de la journ e Les prix DA sont toujours positifs et leur maximum de 859 05 est inf rieur de 170 au RT De plus l cart type des DA de 28 85 est tr s inf rieur celui de 40 76 des RT Une premi re impression est donc que les prix DA sont moins volatiles que les prix RT On remarque aussi que la moyenne du real time de 32 99 est moins lev e que celle du day ahead de 33 5 On peut penser que cette diff rence de 0 51
56. r et Lemmon 2002 s int ressent la prime existante entre les march s lectriques real time et forward Ils cherchent trouver les d terminants de cette derni re Pour ce faire ils vont utiliser un mod le conomique bas sur la demande et le prix Les principes de non arbitrage ne sont pas applicables dans le cadre de la tarification de l lectricit Il n est pas en effet optimal de la stocker tant donn cette caract ristique la m thodologie du cost of carry ne peut fonctionner Les auteurs cherchent expliquer le prix futur de l lectricit 27 Le mod le propos se constitue de N producteurs et de Ny vendeurs Les fournisseurs font face au co t suivant TC TC Pr s o F C et 0 d signent respectivement les co ts fixes une constante et la quantit produite condition que la contrainte sur la demande soit remplie les deux acteurs cherchent maximiser respectivement leurs profits respectifs et Ty oW F a P Q PrQ 07 ny PRQ P Q o Pw QW Pp Py et QV d signent respectivement le prix et la quantit du real time produit le prix et la quantit du forward promis et enfin le prix et la quantit du real time achet Par maximisation sur la quantit et le prix du real time ainsi que sur la quantit et le prix du contrat forward les auteurs trouvent le prix d quilibre forward suivant E Pw aVar Pw ySkew P
57. s Depuis une vingtaine d ann es les march s lectriques d Am rique du Nord se sont de plus en plus lib ralis s Des bourses d lectricit se sont d velopp es sur lesquels les participants peuvent prendre position le jour m me sur le march real time RT et le lendemain sur le march day ahead DA Pourtant relativement peu d universitaires ont tudi les relations entre ces deux march s un seul article de r f rence s est int ress la diff rence entre les prix des march s RT et DA L article publi en 2004 par le journal of finance Electricity Forward Prices A High Frequency Empirical Analysis de Longstaff et Wang d montre l existence de primes sur le march PJM entre juin 2000 et novembre 2002 dans les prix DA par rapport au RT Nous allons utiliser leur m thodologie sur une p riode plus importante entre janvier 2003 et d cembre 2013 sur les march s de PJM de New York et de Nouvelle Angleterre Nous montrons que dans les trois march s les prix DA poss dent des primes significatives pour plusieurs heures Pour chacun nous mettons en place une auto r gression vectorielle afin d estimer au quotidien les prix RT Les volatilit s des anticipations des prix RT envers les prix DA sont significativement diff rentes pour les 24 heures Ce r sultat confirme la pr sence de primes dans les trois march s DA et permet galement de l expliquer Mots clefs march lectrique spread day ahead real time op r
58. s der en effet ces caract ristiques fondamentales Les auteurs ont choisi d effectuer leur analyse au niveau du n ud le plus important i e la zone o la charge est la plus forte Une des principales difficult s lors d une tude des march s lectriques est la recherche des donn es D abord celles ci ne sont pas toutes disponibles sur les sites internet des op rateurs de march Ensuite ces donn es sont enfouies parmi une multitude d autres informations disponibles Enfin chaque op rateur met en place ces fichiers suivant sa propre m thodologie ils diff rent donc suivant leurs formatages csv xls txt et il est difficile d extraire de facon syst matique et automatis e les informations De plus la r plication a n cessit d extraire les fichiers de donn es m t orologiques Dans le cadre des travaux de Longstaff et Wang la p riode tudi e s tend entre juin 2000 et novembre 2002 soit 913 jours L op rateur PJM met disposition plusieurs fichiers sur son site internet www pjm com Les prix RT et DA sont disponibles pour tous les hubs du r seau pour chacune des heures La charge du r seau est galement disponible pour les zones East et West Les informations m t orologiques sont quant elles accessibles sur le site internet du National Climate Data Center WWW ncdc noaa gov Pour chacune des stations m t orologiques on trouve la temp rature en degr s fahrenheit la d viation de la temp rature par rapp
59. s les pertes d nergie li es la transmission les droits de congestion les co ts de passage de courant continu alternatif la saisonnalit les heures de pointe la croissance conomique du pays PIB l in lasticit de la demande et les co ts de production en escaliers II 2 Mod lisation du real time Au sein de la recherche acad mique la majorit des articles s est port sur l tude des march s RT La plupart tente de mod liser ad quatement le prix de l lectricit Lucia et Schwartz 2000 Plusieurs auteurs ont essay de rendre compte de la structure particuli re de prix d lectricit L un des premiers textes de r f rence est celui de Lucia et Schwartz 2000 Les r dacteurs cherchent mod liser le prix du real time lectrique sur le march nordique Ils notent que la distribution de l lectricit poss de un kurtosis tr s lev autour de 3 5 Les prix en hiver sont sup rieurs en moyenne aux prix de l t et ceux des jours de semaine sup rieurs aux fin de semaine Barlow 2002 A diffusion model for electricity prices 23 Lucia et Schwartz 2000 vont supposer que la distribution des prix est la r sultante d une fonction d terministe et d un mouvement al atoire avec retour la moyenne La fonction d terministe va prendre en compte les param tres saisonniers et hebdomadaires soit les deuxi me et troisi me hypoth ses pr c dentes Le retour la moyenne est tabli
60. s singuli res des march s lectriques et sur les diff rentes mani res de mod liser les prix En particulier nous avons vu les facteurs d terminants dans l volution quotidienne des prix Nous avons galement appris que la variance et le coefficient de dissym trie du RT ont une influence importante sur les contrats forward en lectricit Nous avons utilis la m thodologie de Longstaff et Wang 2004 dans notre m moire Nous avons r pliqu l article et avons obtenu des r sultats tout fait similaires Au regard de l impossibilit de r cup rer les donn es de charge de l eastern hub nous avons utilis celles de la zone Est de PJM les seules disponibles sur le site de l op rateur Longstaff et Wang 2004 d montrent l existence de primes sur le march PJM entre juin 2000 et novembre 2002 Nous avons cherch v rifier si ce r sultat persistait dans le temps et sur les march s de NYISO et d ISONE Au regard des trois march s nous avons d montr que pour plusieurs heures les prix DA poss dent des primes significatives entre 2003 et 2013 Ces heures sont g n ralement situ es durant la nuit La pr sence de moins de participants pourrait tre une cause ce r sultat Pour les trois march s on peut donc penser qu il existe des opportunit s d arbitrage dans le march En ouverture de ce m moire trois axes de recherche semblent porteurs Afin de poursuivre l analyse de la prime il serait int ressant
61. sur e en miles par heure si elle est sup rieure 11 5 miles par heure sinon 0 La consommation d lectricit est en effet hautement li e la temp rature ressentie De plus chaque jour les march s DA dans PJM ferment 16h la r gression prend en compte cette contrainte en utilisant les prix RT du jour m me de Oh 16h et ceux de la vieille de 16h Oh Les auteurs d finissent le mod le d ARV suivant 36 PrixRTh 12 15 24 3 e Xita f Dij XnZa gn prixRTy 11 16 6 1 Inlhj 1 myWy 854 un e KC f Di K prixRTy 11 X sis gn prixRThj 1 lp Lnj 1 Dei Mr ehi SD R e Y fi Du KE gn prixRThj 181 Xze gn prixRThj 1 E m Wy LE hj 1 Les param tres du mod le s obtiennent pour chaque heure de la journ e par minimisation du carr des erreurs Les R de l auto r gression vectorielle vont respectivement pour le real time la charge et le revenu de 27 57 de 65 91 et enfin de 35 59 La m thodologie afin d estimer le real time est donc tout fait acceptable En utilisant le mod le d auto r gression vectorielle appliqu au real time on obtient les valeurs de l estimation du real time au quotidien Les auteurs peuvent calculer pour chacune des heures la volatilit des s ries de prix DA et des s ries d estimation des prix RT On retrouve ces valeurs sur la figure 7 la prochaine page La volatilit des anticipations des prix
62. t r t seront le BIM Interconnection PJM le New York ISO NYISO et l ISO New England ISONE La r gion g r e par le PJM contient le Delaware l Illinois l Indiana le Kentucky le Maryland le Michigan le New Jersey la Caroline du Nord l Ohio la Pennsylvanie le Tennessee la Virginie la Virginie Occidentale et le district de Columbia Le deuxi me op rateur s occupe de la zone aux alentours de New York Le ISONE sert les tats du Connecticut du Maine du Massachusetts du New Hampshire du Rhode Island et du Vermont 22 Les deux objectifs principaux des ISO sont d assurer la transmission de l lectricit entre les participants et de g rer le syst me de prix au travers des march s real time et day ahead Les d finitions pr cises de ces derniers se trouvent dans la section d finitions en d but de m moire En bref le march RT concerne l achat et la vente r elle d lectricit L op rateur indique les prix de la commodit chaque cinq minutes Les transactions temps r el permettent l offre et la demande de coincider Le march DA rend possible de prendre position sur une quantit d lectricit la veille pour le lendemain Dans ces deux march s le prix de l lectricit correspond au ocational marginal price LMP Celui ci est la r sultante du dernier co t du dernier m gawattheure d lectricit produit Le LMP est la r sultante des co ts de production de congestion et de transmission et est
63. t s appliquer tant donn la n cessit pour l lectricit une fois produite de circuler la consommation doit galiser la quantit produite chaque instant pour viter des coupures de courant ou des surcharges sur le r seau En outre il n existe pas de moyen de jeter de l lectricit de facon conomique On ne peut pas juste la d verser la stabilit du r seau impose qu elle soit consomm e Certains producteurs d cident m me de vendre de l lectricit des prix n gatifs cause de leur co t d opportunit Par exemple un producteur poss dant une centrale nucl aire dont le d lai de red marrage est de plusieurs jours peut laisser celle ci ouverte et payer les acheteurs afin d viter de la fermer Autre facteur d importance l lectricit doit tre transport e au travers de c bles Cela engendre certaines difficult s Enfin les capacit s de lignes de transmission sont limit es c est dire qu une quantit maximale d nergie peut circuler chaque instant Il est aussi noter qu au sein d un r seau l lectricit ne peut pas aller directement d un point A un point B Une partie de l nergie se dissipe dans les circuits Enfin le co t d installation des lignes et les pertes dues la distance limitent les changes Prix RT du march PJM entre janvier 2003 et d cembre 2004 Hydro Qu bec rapport annuel de 2012 20 Les co ts de production de l lectricit suivent une courbe en esc
64. t valeur du t test entre janvier 2003 et d cembre 2013 sur le march PJM 63 Tableau A17 Statistiques des prix RT accompagn es des coefficients d auto r gression pour chacune des heures au niveau du NYC hub entre janvier 2003 et d cembre 2013 64 Tableau A18 Statistiques des prix DA accompagn es des coefficients d auto r gression pour chacune des heures au niveau du NYC hub entre janvier 2003 et d cembre 2013 64 Tableau A19 R sultats des R de l auto r gression vectorielle sur les prix RT la charge et le revenu entre janvier 2003 et d cembre 2013 sur le march NYISO 66 Tableau A20 Comparaison des volatilit s des s ries des prix DA et des anticipations des prix RT et valeur du t test entre janvier 2003 et d cembre 2013 sur le march NYISO 66 Tableau A21 Statistiques des prix RT accompagn es des coefficients d auto r gression pour chacune des heures au niveau du connecticut hub dans ISONE entre mars 2003 et d cembre 10 Tableau A22 Statistiques des prix DA accompagn es des coefficients d auto r gression pour chacune des heures au niveau du connecticut hub dans ISONE entre mars 2003 et d cembre Tableau A23 R sultats des R de l auto r gression vectorielle sur les prix RT la charge et le revenu entre mars 2003 et d cembre 2013 sur le march 69 Tableau A24 Compar
65. tion de la repr sentation des prix RT pour les heures 4 8 12 16 20 et 24 au niveau de l eastern hub entre juin 2000 et novembre 2002 seen 53 Figure A3 Repr sentation des prix DA pour les heures 4 8 12 16 20 et 24 au niveau de l eastern hub entre juin 2000 et novembre 2002 par Longstaff et Wang 2004 55 Figure A4 R plication de la repr sentation des prix DA pour les heures 4 8 12 16 20 et 24 au niveau de l eastern hub entre juin 2000 et novembre 2002 55 Figure AS Repr sentation de la charge pour chacune des heures au niveau de l eastern hub entre juin 2000 et novembre 2002 par Longstaff et Wang 2004 56 Figure A6 R plication de la repr sentation de la charge pour chacune des heures au niveau de l eastern hub entre juin 2000 et novembre 2002 Us 56 Figure A7 Repr sentation de la charge pour chacune des heures au niveau de l eastern hub entre janvier 2003 et d cembre 20130 pe Ee e 62 Figure A8 Repr sentation de l esp rance de la prime pour chacune des heures au niveau de l eastern hub entre janvier 2003 et d cembre 2013 62 Figure A9 Repr sentation de la charge pour chacune des heures au niveau du NYC hub entre janvier 2003 et d cembre 2013 aU Tato 65 Figure A10 Repr sentation de l esp rance de la prime pour chacune des heures au niveau du NYC hub en
66. tre janvier 2003 et decembre 2013 E 65 Figure All Repr sentation de la charge pour chacune des heures au niveau du connecticut hub entre mars 2003 et d cembre 2013 ee ee eege 68 Figure A12 Repr sentation de l esp rance de la prime pour chacune des heures au niveau du connecticut entre mars 2003 et d cembre 2013 68 Liste des tableaux Tableau 1 Statistiques des prix RT et DA globaux au niveau de l eastern hub 32 Tableau 2 Esp rance inconditionnelle de la prime pour chacune des heures accompagn e de leurs t statistiques corrig es pour l autocorr lation et Ph t rosc dasticit 36 Tableau 3 R gression de la prime forward sur la variance et le coefficient de dissym trie du POX R ecc pp ne 39 Tableau 4 Principales statistiques sur les donn es des march s de PJM NYISO et ISONE entre 2007 et 20 3n 5 iced ce bote EE 44 Tableau 5 Comparaison des primes pour PJM NYISO et la Nouvelle Angleterre 45 Tableau 6 Comparaison des volatilit s d estimation des prix RT et des prix DA pour PJM NYISO et KR E M 47 Tableau A1 Statistiques des prix RT accompagn es des coefficients d auto r gression pour chacune des heures au niveau de l eastern hub entre juin 2000 et novembre 2002 par Longstatf et Wang 2004 s osi adsunt Gastos patei eg 32 Tableau A2 R plication des statistiques des prix RT accompagn es des coeffi
67. u A19 R sultats des R de l auto r gression vectorielle sur les prix RT la charge et le revenu entre janvier 2003 et d cembre 2013 sur le march NYISO Volatilit des changements dans Heures real time DIRES D Fa t stats Volatilit des changements ahead l esp rance du prix dans le prix day Diff rence des volatilit s Ratio des volatilit s Tableau A20 Comparaison des volatilit s des s ries des prix DA et des anticipations des prix RT et valeur du t test entre janvier 2003 et d cembre 2013 sur le march NYISO 67 ISONE mars 2003 d cembre 2013 Coefficients Heures Moyenne Ecart Type Minimum Maximum d Auto R gression 1 46 90 312 35 2 44 86 284 67 3 42 37 293 39 4 4044 28246 5 41 32 247 23 6 44 17 341 84 7 52 89 362 89 8 56 66 527 48 9 59 99 447 05 10 63 98 629 69 11 66 93 393 44 12 67 20 447 68 13 66 09 691 77 14 66 65 1057 10 15 64 34 1010 10 16 64 88 1052 10 17 71 68 1051 80 18 76 00 1274 10 19 71 66 937 10 20 68 09 703 57 21 65 95 390 05 22 57 98 290 88 23 49 61 252 27 24 46 66 239 49 Moyenne 35 88 12 65 49 96 1274 10 Tableau A21 Statistiques des prix RT accompagn es des coefficients d auto r gression pour chacune des heures au niveau du connecticut hub dans ISONE entre mars 2003 et d cembre 2013 Coefficients Heures Moyenne Ecart Type Minimum M diane Maximum d Auto R gression 1 240 33 2 230 99 3 212 37 4 214
68. ubs D finition 8 Locational marginal price Pour un n ud donn le locational marginal price not LMP est d fini comme le co t du dernier m gawattheure d lectricit produit Le LMP est la r sultante des co ts de production de congestion et de transmission et est donn en MWh Les transactions des march s RT et DA sont r gl es au LMP D finition 9 M gawattheure et gigawattheure Un m gawattheure est la quantit d lectricit mise pendant une heure par un g n rateur de capacit d un m gawatt Un gigawattheure repr sente mille m gawattheures D finition 10 P riodes creuse et pleine Dans les march s RT et DA les heures de 7h 19h correspondent la p riode pleine tandis que les heures allant de 20h 6h d finissent la p riode creuse 17 I Introduction 1 1 Contexte nerg tique Le rapport du National Intelligence Council concernant les projections de tendance pour 2030 d montre l importance grandissante du secteur de l nergie dans les ann es venir D apr s leur pr vision la demande en nourriture en eau et en nergie va augmenter respectivement d environ 35 40 et 50 cette tendance est due une augmentation de la population mondiale et des modes de consommation de la classe moyenne qui est en pleine croissance En 2012 l Office National de l Energie du Canada ONE publie galement une estimation de la production et de la consommation du pays en 2
69. ue du spread 14 Exemple 2 Imaginons qu un participant virtuel prenne une position Jong pour une quantit q de MWh pour l heure 5 tape 1 jour j 1 mise en place d une position long d une quantit q de MWh pour l heure 5 sur le march day ahead q prixDAs j 1 S5 prixDAs prixRTs Le participant prend une telle position car il estime que le prix DA actuel est inf rieur son estimation du prix RT Le fait d acheter une quantit sur le march day ahead augmente son prix Par cons quent le nouveau prix du DA not prixDAs peut s crire comme la somme du prix pr c dent et d une quantit positive not e prixDAs prixDAs gt 0 De plus le nouveau spread not Ss entre les prix day ahead et le real time s crit comme suit 55 prixDAs prixRTs 55 prixDAs 4 prixRT j 0 Ss prixDAs 4 prixRTs gt 0 Bei 55 E gt 0 tape 2 jour j r glement de la situation deux cas sont possibles Cas 1 prixDAsj 1 gt prixRTs q prixDA 1 prixRTs I1 0 S5 prixDAs prixRTs lt 0 15 55 55 el lt Ssjl 20 Le participant a diminu la valeur absolue du spread entre le DA et le RT il a donc aid la convergence entre les prix DA et RT Cas 2 prixRTs lt _1 9 prixRT prixDAsj 1 II lt 0 55 prixDAs prixRT j gt 0 55 2 Ss e gt
70. water and energy will grow by approximately 35 40 and 50 percent respectively owing to an increase in the global population and the consumption patterns of an expanding middle class 2 Offre et demande nerg tiques l horizon 2035 ONE 4 restructuration des march s de l lectricit un portrait de la situation mondiale Doucet R gie de l Energie 18 1997 Hydro Qu bec a pu obtenir une licence de l ONE afin de pouvoir exporter et tirer profit des changes d lectricit avec les tats Unis Le march de l lectricit est divis en quatre cat gories principales la production la transmission la distribution et les services aux consommateurs La premi re concerne les divers moyens de g n rer de l lectricit On peut citer les barrages hydro lectriques les oliennes ou les panneaux solaires comme des moyens de g n rer l lectricit de fa on renouvelable Au contraire les centrales gaz charbon et nucl aires diminuent les ressources existantes disponibles La seconde est en rapport avec le transport de l lectricit travers des zones tendues Afin de diminuer les pertes lors de l acheminement les lignes des transmissions envoient une tension tr s lev e La distribution permet d acheminer l lectricit sur une zone plus courte entre la fin du r seau de transmission et le consommateur La derni re cat gorie d signe les services rendus aux clients R parations tarifications et r
71. y E0 Il faut noter qu en faisant l hypoth se que les vendeurs sont averses au risque les auteurs d montrent que l a de l quation pr c dente EO est n gatif Dans le cas o le coefficient de dissym trie du real time est faible on remarque que la prime forward est faible voire n gative Les auteurs mettent en place un mod le bas sur les hypoth ses suivantes la prime d quilibre forward diminue avec la variance anticip e des prix du real time elle augmente avec le coefficient de dissym trie anticip e des prix du real time elle diminue puis augmente vis vis de la variabilit de la demande enfin elle augmente avec la demande anticip e Malgr la faible quantit de donn es leur disposition les auteurs testent leur mod le sur le march PJM Ils montrent que la prime forward existe durant la p riode d t cela est en accord avec le fait que le coefficient de dissym trie de l lectricit soit plus lev en t Par ailleurs ils trouvent que la prime d quilibre forward augmente avec la demande anticip e N anmoins leurs r sultats ne sont pas significatifs vis vis de la variabilit de la demande 28 Les seuls acteurs du mod le sont les industriels Il aurait t int ressant de rajouter des sp culateurs neutres au risque En effet les changes boursiers virtuels se sont d velopp s ces r centes ann es Les co ts de transmission sont consid r s comme nuls dans leur mod l

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