Essays on energy derivatives pricing and financial risk management

This thesis consists of an introductory chapter (essay I) and five more empirical essays on electricity markets and CO2 spot price behaviour, derivatives pricing analysis and hedging. Essay I presents the structure of the thesis and electricity markets functioning and characteristics, as well as the type of products traded, to be analyzed on the following essays. In the second essay we conduct an empirical study on co-movements in electricity markets resorting to wavelet analysis, discussing long-term dynamics and markets integration. Essay three is about hedging performance and multiscale relationships in the German electricity spot and futures markets, also using wavelet analysis. We concentrate the investigation on the relationship between coherence evolution and hedge ratio analysis, on a time-frequency-scale approach, between spot and futures which conditions the effectiveness of the hedging strategy. Essays four, five and six are interrelated between them and with the other two previous essays given the nature of the commodity analyzed, CO2 emission allowances, traded in electricity markets. Relationships between electricity prices, primary energy fuel prices and carbon dioxide permits are analyzed on essay four. The efficiency of the European market for allowances is examined taking into account markets heterogeneity. Essay five analyzes stylized statistical properties of the recent traded asset CO2 emission allowances, for spot and futures returns, examining also the relation linking convenience yield and risk premium, for the German European Energy Exchange (EEX) between October 2005 and October 2009. The study was conducted through empirical estimations of CO2 allowances risk premium, convenience yield, and their relation. Future prices from an ex-post perspective are examined to show evidence for significant negative risk premium, or else a positive forward premium. Finally, essay six analyzes emission allowances futures hedging effectiveness, providing evidence for utility gains increases with investor’s preference over risk. Deregulation of electricity markets has led to higher uncertainty in electricity prices and by presenting these essays we try to shed new lights about structuring, pricing and hedging in this type of markets.

Esta tese consiste num capítulo introdutório (ensaio I) e mais cinco ensaios empíricos sobre o comportamento dos preços spot nos mercados de electricidade e CO2, análise de preços de derivados e respectiva cobertura de risco. O primeiro ensaio apresenta a estrutura dos mercados de electricidade, seu funcionamento e o tipo de produtos comercializados, a serem analisados nos ensaios seguintes. No segundo ensaio realizamos um estudo empírico sobre co-movimentos nos mercados de electricidade recorrendo à análise wavelet, discutindo a dinâmica de preços entre estes mercados no longo prazo, bem como a integração dos mesmos. O ensaio três analisa o desempenho na cobertura de risco e as relações multiescala entre os preços spot e os futuros para o mercado de electricidade na Alemanha. O foco é colocado na análise sobre a relação existente entre a evolução da coerência e da análise “rácio de cobertura”, numa abordagem tempo-frequência-escala, entre preços spot e futuros, que condiciona a eficácia da estratégia de cobertura de risco. Os ensaios quatro, cinco e seis estão interligados entre si e com os outros dois ensaios anteriores, dada a natureza da mercadoria analisada, licenças de emissão de CO2, contratos esses negociados nos mercados da electricidade. As relações entre preços de electricidade, preços de fontes primárias de energia de base à produção de electricidade e preços de emissões de dióxido de carbono são analisados no ensaio quatro. A eficiência do mercado Europeu de licenças de emissão, transaccionadas em mercados de electricidade é examinada, tendo em consideração a heterogeneidade existente nos mercados. O ensaio cinco analisa as propriedades estatísticas do activo recentemente transaccionado, licenças de emissão de CO2, usando preços spot e de futuros, para examinar a relação que se estabelece entre a convenience yield e o prémio de risco, também para o mercado de electricidade alemão entre Outubro de 2005 e Outubro de 2009. Os preços dos futuros são analisados numa perspectiva, à posteriori, para mostrar que existe um prémio de risco negativo, ou seja, um prémio forward positivo. Finalmente, o ensaio seis analisa a eficácia na cobertura de risco dos contratos de futuros de licenças de emissão, fornecendo evidência de que existem ganhos de utilidade crescentes com o aumento das preferências do investidor sobre risco. A desregulamentação dos mercados de electricidade levou ao aumento da incerteza nos preços da electricidade e apresentando estes ensaios, tentamos lançar novas luzes sobre a estruturação, preço e cobertura de risco neste tipo de mercados.

Doutoramento em Economia