Economics of the Global Steam Coal Market - Modeling Trade, Competition and Climate Policies ; Ökonomie des globalen Kesselkohlemarktes - Modellierung von Handel, Wettbewerb und Klimapolitiken

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Abstract

Kesselkohle ist ein wichtiger Pfeiler der weltweiten Stromversorgung, dessen Verbrauchswachstum hauptsächlich von der wirtschaftlichen Entwicklung Asiens getrieben wird. Seit den frühen 2000er Jahren befindet sich der globale Kesselkohlehandel im Umbruch. Die Handelsflüsse wachsen stetig und es hat ein Konzentrationsprozess auf der Anbieterseite stattgefunden. Dies hat Befürchtungen über eine oligopolistische Marktstruktur geweckt. Die weitere Nutzung von Kesselkohle verursacht zudem erhebliche Umweltexternalitäten, insbesondere auf das Klima durch den Ausstoß von Kohlendioxid. Diese wichtigen Einflussfaktoren des Kesselkohlemarktes werden in der vorliegenden Dissertation mithilfe von numerischen partiellen Gleichgewichtsmodellen analysiert. Zuerst wird der internationale Kesselkohlehandel in der Jahren 2005 und 2006 mit dem COALMOD-Trade-Modell untersucht. Zum Zeitpunkt der höchsten Anbieterkonzentration in diesen Jahren kann kein Anhaltspunkt für strategisches Verhalten gefunden werden. Die Handelsflüsse und Preise im globalen Markt werden durch ein wettbewerbliches Modell besser abgebildet. Im liquideren atlantischen Markt, der in einer genaueren Untersuchung von 2003 bis 2006 analysiert wird, gibt es zwar Anzeichen einer punktuellen Marktmachtausübung. Dennoch kann für die folgende Modellentwicklung davon ausgegangen werden, dass Marktmacht mittelfristig kein strukturelles Problem im globalen Kesselkohlemarkt darstellt. Das umfangreiche COALMOD-World-Modell simuliert daher jährliche Handelsflüsse bis 2030 für den internationalen Handel und einheimische Märkte mit endogenen Investitionen in Abbau- und Transportinfrastruktur. Das Modell kann die Handelsflüsse für das Basisjahr 2006 nachbilden. Im Fall eines weiteren globalen Nachfrageanstiegs jenseits von 2015 kann es zu Transportengpässen sowie steigenden Beschaffungskosten kommen. Dies ist auf den großen Investitionsbedarf zurückzuführen, der nur schwer der Nachfrageentwicklung folgen kann. COALMOD-World wird im Weiteren genutzt, um das Wechselspiel zwischen Klimapolitiken und globalem Kesselkohlemarkt zu untersuchen. Eines der Ergebnisse ist, dass die Effektivität von regionalen Politiken erheblich beeinträchtigt werden kann, falls es zur Verschiebung der Nachfrage in Länder, die weniger oder keine klimapolitischen Anstrengungen tätigen, kommt. Diese Dissertation trägt zur energieökonomischen Literatur in vielerlei Hinsicht bei. Es wird eine aktuelle Marktmachtanalyse des internationalen Kesselkohlemarktes durchgeführt. Die Methodenforschung wird durch einen Beitrag zur Anwendung von "conjectural variations" zur Abbildung strategischen Verhaltens bereichert. Diese Modelle können problematisch sein, da sie nicht in jedem Fall eine Nash-Lösung abbilden. Deswegen wird ein Alternative für die Modellierung von Oligopolen mit einem wettbewerblichen Rand vorgeschlagen. Des Weiteren beinhaltet COALMOD-World mehrere methodische Neuerungen, z.B. einen endogenen Kostenmechanismus. Zudem ermöglicht das Modell eine Quantifizierung des theoretisch viel erforschten "Carbon Leakage" Effekts, hier über den globalen Kesselkohlemarkt. ; Steam coal is one of the main pillars of global electricity generation and its consumption is increasing, mainly driven by the growing Asian economies. Since the early 2000s the global steam coal trade underwent some significant changes. The international seaborne trade flows are growing rapidly and on the supply side a process of mergers and acquisitions increased market concentration, fueling fears that an oligopolistic market structure would develop similarly to the other fossil fuel markets (oil and natural gas). Concerning environmental externalities, the continued use of coal poses a serious problem especially because of the high carbon dioxide emissions that exacerbate climate change. This thesis presents several numerical partial equilibrium models to analyze these main issues affecting the market. In a first step the international seaborne trade of steam coal in the years 2005 and 2006 is investigated using the COALMOD-Trade model. At the time when market concentration on the supply side was the highest, we find no evidence of non-cooperative strategic behavior. The international trade flows and prices are better represented by a competitive model. However, a further analysis of the more mature and liquid Atlantic sub-market between 2003 and 2006 finds some evidence of market power exertion in this region. Yet we conclude that there is no structural market power problem in the mid-term for the global steam coal market. The large scale COALMOD-World model is thus based on the assumption of perfect competition and computes yearly trade flows until 2030 including both international trade and domestic markets as well as endogenous investments in mining and transport infrastructure. This model replicates actual trade flows for the base year 2006. One main finding is that, if global demand continues to increase after 2015, global supply costs may rise due to the large need of investments. COALMOD-World is also used to analyze the interactions between climate policies and the global steam coal market. We find that the effectiveness of regional policies reducing coal demand can be undermined by demand shifting to countries with less stringent climate goals. This thesis contributes to the energy economics literature in several respects. An updated analysis of market power in the global steam coal market is performed. Furthermore, a contribution is made concerning the use of conjectural variations to represent strategic interactions on a market, especially how conjectural variations models may fail to represent Nash equilibria. Thus, an alternative for the modeling of oligopoly markets with a competitive fringe is proposed. The COALMOD-World model contains novelties such as an endogenous cost mechanism that have not yet been used in other energy and resources market models. Finally, while the mechanisms of carbon leakage through energy markets are well understood in theory, we are able to provide a quantification for the order of magnitude using the COALMOD-World model.