Putting a Price on Carbon – Econometric Essays on the European Union Emissions Trading Scheme and its Impacts

Abstract

This dissertation examines the main instrument of the European Union climate policy, the emissions trading scheme (EU ETS) during its first years. Emission trading provides a cost-efficient way to reduce emissions. It creates a price on carbon dioxide and thereby incentives for cleaner production. The four empirical studies in this dissertation provide new information on the price determination in the emissions trading market, market efficiency and market interactions with the electricity markets. This information is useful for many purposes. It benefits the market participants who make choice between trading of emission allowances in the market and abatement of emissions. For the authorities and policy planners the price signal and the efficiency of the markets reveal unique real-time information on marginal abatement costs, impacts of policy decisions and impacts of institutional design of this policy instrument.

To be a well-functioning policy instrument the EU ETS should create a credible price signal and efficient markets for trading allowances. The objective of this dissertation is to analyze the EU ETS markets and the price of the European Union emissions allowance, EUA, with econometric time series models. A large data set on market fundamentals is used to analyze the price series. The results of this dissertation reveal that EU ETS is functions well. Carbon has a price that reflects to a large extent the market fundamentals in the study period. The markets are maturing even if not fully informational efficient yet. Interactions with electricity markets are close. The impact of price of carbon on the price of electricity is positive but spatially uneven. In the long run, also climate change affects the electricity bill.

The first study of this dissertation investigates the price determination in the market. The empirical results based on years 2005–2011 show that the price of the EUA is largely determined by the market fundamentals. Especially the price of coal, gas, oil and the price of German electricity are reflected in the price of EUA. In the second study we build up forecasting models and use a trading simulation to study the informational efficiency of the market. Results reveal that the market is not fully efficient but maturing. There might have been possibilities to make economic profit during the second period in the EU ETS market.

The last two papers focus on the interaction of emissions trading with electricity markets. The third study looks at the impact of EUA price on the integrating European electricity markets. The electricity markets are integrating but the positive impact of carbon price on the electricity price is uneven depending on the fuel mix in regional electricity markets. The last study analyses the impact of increasing mean temperature due to climate change and the EUA price on the electricity bill in the EU. Warming climate affect the electricity bill unevenly: in the southern European countries the bill is expected to increase due to the increased demand for cooling, whereas the northern and central parts of the continent may face decreasing costs as the winters get warmer.

Väitöskirjassa tutkitaan Euroopan unionin ilmastopolitiikan keskeisen ohjauskeinon, päästöoikeuskaupan toimintaa ekonometrisin menetelmin. Päästökauppa on kustannustehokas tapa vähentää päästöjä. Se luo hiilidioksidille hinnan ja kannustaa siirtymään puhtaampiin tuotantomuotoihin. Väitöskirja tuottaa uutta tietoa päästökauppamarkkinoiden toiminnasta ja tehokkuudesta. Päästökaupan toiminnan tunteminen ja markkinoiden tehokkuuden arvioiminen on tärkeää. Se auttaa markkinatoimijoita valitsemaan päästöoikeuksien ostamisen ja oman tuotannon päästöjen puhdistamisen välillä. Viranomaisille ja ympäristöpolitiikan säätäjille se paljastaa ainutkertaista informaatiota puhdistamisen rajakustannuksista, joka muutoin on yritysten yksityistä tietoa.

Jotta päästökauppa toimisi halutulla tavalla, markkinoiden tuottaman hintasignaalin tulee olla luotettava ja markkinoiden tehokkaat. Väitöskirjan tulokset osoittavat, että tutkimusperiodin 2005–2011 aikana EU:n päästökauppamarkkinat toimivat hyvin. Ensimmäisessä esseessä tarkastellaan hinnan määräytymistä markkinoilla. Työssä osoitetaan, että päästöoikeuden hinta heijastelee markkinafundamentteja. Empiiriset tulokset vuosilta 2005–2011 osoittavat, että fundamenttitekijät, kuten sähkön ja polttoaineiden hinnat selittävät merkittävän osan päästöoikeuden hinnan vaihteluista. Toisessa esseessä tutkitaan päästöoikeusmarkkinoiden tehokkuutta kaupankäyntisimulaation avulla. Tulokset osoittavat, että päästöoikeusmarkkinoilla olisi ollut mahdollista tehdä taloudellista voittoa toisella kauppakaudella. Tämä viittaa siihen, että kehittyvät päästökauppamarkkinat eivät olisi vielä toimineet täysin informaatiotehokkaasti.

Kolmannessa esseessä keskitytään tarkastelemaan eurooppalaisten sähkömarkkinoiden integraatiota ja arvioimaan, kuinka päästökaupan mukaantulo on vaikuttanut siihen. Hintasarjojen integroituvuutta tutkimalla todetaan, että alueellisten sähkön hintojen välille löytyy pitkän aikavälin tasapainorelaatioita eli yhtenäisten sähkömarkkinoiden luominen on kehittynyt. Päästökaupan vaikutus sähkömarkkinoihin kuitenkin vaihtelee. Pääasiallinen vaikutus päästökaupasta sähkön hintaan tulee sähköntuotannon hiilidioksidipitoisuuden kautta: mitä hiiliintensiivisempää tuotanto on, sen suurempi on päästöoikeuden hinnan vaikutus myös sähkön hintaan. Päästökaupan mukaantulo voi siten aluksi jopa eriyttää sähkönhintoja.

Ilmastonmuutoksen myötä sähkönkulutuksessa tapahtuu alueellisia muutoksia ja sähkön kysyntä muuttuu niin ilmastoinnin kuin lämmitystarpeenkin osalta. Työn viimeisessä osajulkaisussa osoitetaan, että ottamalla huomioon ilmastonmuutosskenaarioiden mukainen ilmaston lämpeneminen sekä päästökaupan vaikutus sähkön hintaan, sähkölasku tulisi nousemaan Etelä-Euroopassa kun taas Pohjois-Eurooppa voisi säästää leudontuvien talvien ansiosta lämmityskuluissa, jos viilennystarve ei nouse liian suureksi.