Estimating the impact of contracts for differences for renewable energy investments

Abstract

Markets are an organized system facilitating trade of a good. The trade enables the distribution and allocation of goods in an economy via price setting. According to economic theory, the resulting distribution and allocation are efficient, if the markets are perfectly competitive. Hence, if the market conditions deviate from perfect competition, policies can be used to influence the economic outcome.

Electricity is a socially significant commodity with a specific market structure. In the area of European Union, the prevailing market design reflects the idea of a free market complemented with regulatory processes to guarantee stability and reliability. The design relies on the dominant role of short-term markets and fossil-fuel based generation. However, it is seen that this structure does not reflect the future needs of an economy. Therefore, in 2023, European Commission makes a policy proposal to establish long-term two-way contracts for differences (CfDs) for investments in renewable energy sources (RES) supported with public funding. Such a contract involves a lower limit for the price of electricity creating a price insurance, but also an upper limit for the price constraining the profits.

In this thesis, the impact of contract parameter selection on distributions of risks and returns in CfDs is estimated empirically. The distribution of risks determines contract effectiveness whereas returns describe the possible costs and profits. To calculate the distributions, a set of counterfactual market clearing prices is formed using a simulation. In the simulation, counterfactual demand curves are generated by estimating the temperature dependence of demand.

The distributions of risks and returns are calculated for an example wind farm investment using hourly bid curves in Nordic day-ahead wholesale electricity markets in 2023. Based on the simulated results, contracting would not be inherently necessary but depend on the cost level of technology. The reallocation of risk reduces the uncertainty related to the future cash flows of the investment and therefore the cost of capital for the investment. Hence, CfDs can be effective in inducing investments in RES, but the additional costs to the government may be significant.

Markkinat ovat järjestelmiä, jotka mahdollistavat erilaisten hyödykkeiden vaihtamisen. Vaihdanta eli kaupankäynti asettaa hyödykkeelle hinnan, joka koordinoi resurssien jakoa ja allokaatiota yhteiskunnassa. Taloustieteen mukaan täydellisen kilpailun vallitessa markkinoiden tuottama allokaatio on tehokas. Markkinaympäristö voi kuitenkin poiketa täydellisestä kilpailusta, mikä oikeuttaa taloudelliseen ympäristöön vaikuttamisen poliittisilla periaateratkaisuilla.

Sähkö on yhteiskunnallisesti merkittävä hyödyke, jolla on erityinen markkinarakenteensa. Nykyinen markkinarakenne Euroopan Unionin alueella kuvastaa vapaiden markkinoiden ideaa, jota on täydennetty sääntelyllä vakauden ja luotettavuuden takaamiseksi. Tässä rakenteessa lyhyen aikavälin markkinoilla ja fossiilisella sähköntuotannolla on merkittävä rooli. Tämän ei nähdä tukevan riittävällä tavalla yhteiskunnan tulevaisuuden tarpeita. Siksi vuonna 2023 Euroopan komissio on esittänyt pitkän aikavälin kaksisuuntaisia hinnanerosopimuksia uusiutuviin energialähteisiin suunnatuille investoinneille, joita tuetaan julkisella rahoituksella. Sopimus sisältää sekä pohja- että kattohinnan tuotetulle energialle. Pohjahinta poistaa epävarmuutta investoinnin kustannusten takaisinmaksusta, kun taas kattohinta rajoittaa mahdollisia tuottoja.

Tässä työssä estimoidaan hinnanerosopimusten parametrien valinnan vaikutusta riskin ja tuloksen jakaumiin. Riskin jakauma määrittää sopimuksen tehokkuuden, kun taas tulos kuvastaa mahdollisia kuluja ja voittoja. Jakaumat estimoidaan simuloimalla kontrafaktuaalisia markkinahintoja. Nämä markkinahinnat lasketaan käyttäen kontrafaktuaalisia kysyntäkäyriä, jotka on tuotettu estimoimalla sähkön kysynnän lämpötilariippuvuus.

Tässä työssä riskin ja tuloksen jakaumat lasketaan käyttäen tuulivoimapuistoa Pohjoismaissa esimerkki-investointina. Simulaatiossa käytetään tunnittaisia day-ahead tukkumarkkinan hintatarjouskäyriä Pohjoismaissa vuonna 2023. Simulointimallin tuottamien hintarealisaatioiden perusteella sopimukset eivät ole välttämättömiä uusiutuville investoinneille vaan niiden tehokkuus riippuu kulutasosta. Siirtämällä riskiä investoijalta valtiolle epävarmuus tulevaisuuden kassavirroista vähenee ja siten investoinnin pääomakustannus pienenee. Hinnanerosopimukset voivat olla tehokkaita synnyttämään investointeja uusiutuviin energianlähteisiin, mutta valtiolle syntyvät lisäkustannukset voivat olla merkittäviä.