欧盟天然气市场开发

然而，由于缺乏将天然气从希腊-土耳其边境运输至大型欧盟消费市场的基础设施，第三条第三线不太可能在2022年之前建成。因此，我们在模拟中只包括一条线路（对应于项目中的第二条线路），并假设该线路将于2022年上线。我们将在第4.4节中讨论该假设的影响。运输成本来自Chyong&Hobbs【5】和Obser vatoire M’editerran’een de l’Energy ie【26】提供的欧盟境外管道信息。对于欧盟边界内的管道，我们根据Arthur D.Little[1]和运营商的网站，采用了国家输电系统运营商收取的平均塔利费。由于数量由传输系统运营商补偿，且成本包含在塔里费中，因此管道损耗为零。对于液化天然气链，我们做出了以下假设：对于液化，wefollowed Shively等人【27，第3节】，并分别考虑了燃料消耗和液化成本。对于液化天然气运输，我们假设容器完全使用沸腾气体运行，并将该数量分配为损失，这是从Heede获得的【18】。成本计算为船舶租金加上涵盖所有其他费用的费用，包括港口费和运河费；这些数据来自Timera Energy【31】。从Chyong&Hobbs【5】选择了Regasi fication cos ts，并且损失被设置为零，因为它们已经包含在设施收取的价格中，并且包含在相应国家的天然气余额中。2.5. 存储模型存储设施包括在模型中，以说明天然气消费的稳定性对市场的影响。

存储量以及最大注射和提取速率由ENTSO-G获得【15】。对于存储成本，我们遵循Egging等人[14]的方法，分别分配了成本和损失，因为存储运营商通常不会对损失进行补偿和收费，参见Fluxys Belgium SA[17]。2.6. 天然气贸易商和市场力量的运用我们假设每个天然气生产公司都有一个内部交易部门，负责天然气在国内和国外市场的分销，我们称这个交易部门为“贸易商”。每个贸易商以边际成本从其生产商处购买天然气，然后将其运输到目的地市场。除所有者外，其他贸易商不得进入欧盟边界以外的管道。这对于俄罗斯天然气运输网络尤其重要，因为俄罗斯天然气运输网络不能用于欧盟国家之间的天然气运输，尽管这在技术上是可行的。一旦天然气到达目的地节点，贸易商就会在批发市场上出售。交易者可以对消费者行使市场权力，这是基于一种推测变化的方法（【32，第12章】）建模的。市场功率参数θfnt的水平∈ [0，1]决定了市场中交易者的行为，并且对于每个交易者f、市场n和时间段都可能有所不同。如果θfnt=0，交易者f是预期市场和时间段中的价格接受者。对于θfnt>0，交易者f已知市场f和时间段t中消费者的价格弹性，并在最大化利润时考虑。θfntis在校准过程中确定，如下所述。2.7. 校准使用Baltensperger等人[2]提出的算法的早期版本对模型进行校准，该算法在下文中介绍。

该算法旨在将2013年所有节点n和时间段t的消费SCNT与报告值sC、数据相等，并保持每个市场n和时间段t中每个交易员f的销售量与相应报告值之间的差异较低（| qCfnt-qC，数据fnt |）。这些目标是相互联系的，因为消费等于交易员对特定市场的销售额之和：sCnt=Pf∈FqCfnt。为了实现这些目标，该算法在一定的范围内调整了三组参数：（i）消费者的支付意愿，λC0nt∈ [λC，datant·0.85，λC，datant·1.15]，（ii）消费者的价格弹性，ηC0nt∈ [最大值{- 1，ηC，数据-0.2}，最小值{-0.3，ηC，datant+0.2}），以及（iii）贸易商的市场功率参数θfnt∈ [0, 1]. 正如Baltensperger et a l.[2]所述，λc0nt和ηc0nt的紧界限与低界限之间存在权衡qCfnt- qC，数据FNT对于所有交易者而言，每个iod t的特定市场n和时间；建模人员应根据需要设置边界，以平衡这些目标。我们选择了符合C hyong&Hobbs【5】校准过程得出的ηC0nt范围的边界，并允许λC0nt的典型季节性波动。在运行校准过程之前，应调整贸易商的参考销售质量控制数据，使其与每个节点n和时间段t内的消费量c、数据n一致，并低于生产能力限制。调整后的参考销售质量控制数据*fntwere通过按比例减少qC、datafntsuch thatPf推导得出∈FqC，数据*fnt公司≤ sC，所有n、t和PN′的数据∈N（f）qC，数据*fn′t≤CAPPn*（f）t对于所有f∈ F（n），t，其中n*（f） 是traderf提取气体的节点。

在校准过程中，qC*Fntwe用作qCfnt上的下位键。这些调整使原始价值平均减少了32%，而这种变化发生在像比利时这样的稀土交易量较高的国家。这是因为再出口在统计上有记录，但在我们的框架中没有建模；相反，交易者在批发市场上出售天然气之前一直占有天然气（第2.6节）。最终，低质量控制数据*fn在校准过程中确定可行QCfn时，增加灵活性。由于我们的模型在欧盟地区增加了灵活性，无论怎样，这在现实中都越来越灵活，我们不希望调整会扭曲我们模拟结果的有效性，即使调整后的值与原始值之间的差异相对较大。表2.2 g概述了sC、datant、λC、datant、ηC、datant、datant和qC数据的sC0nt、λC0nt和ηC0nt以及QCFntf偏差*fnt。请注意，季节数据仅适用于sC、datantand和qC数据*fnt；对于λC、datan和ηC、datan，我们将年平均值作为参考。校准的市场力量参数值θfntar如表B.1所示。表2.2：校准变量和参数及其与报告值的偏差。对于qCf nt，仅显示负偏差值，因为可用数据仅提供了流量的下限。

这些数据分别以每天百万立方米（百万立方米/天）和每百万立方米千欧元（千欧元/百万立方米）为单位。参数/与报告值的偏差变量最大值、绝对最大值、相对平均值中值0.99mcm/d 2.38%-0.02mcm/d 0.00mcm/dλC0nt34.2ke/mcm 13.3%8.33ke/mcm 14.7ke/mcmηC0nt0.20 57.2%0.05 0.10qCf nt17.5mcm/d 100%-0.21mcm/d 0.00mcm/dAs表2.2显示，2013年所有节点n和时间段t的总消费量和每个交易者的销售额很好地符合报告数据，而价格λc0和弹性ηc0在其预定范围内。在最后一步中，我们根据2013年市场n和时间段t的校准参数，导出了反求需求函数的截距INTCNT和斜率SLPCntof。2014-2022年，我们将ENTSO-G【15】预测的消耗量分配给sC0nt，采用增长调整后的λC0nt，并假设校准的ηC0nt和θfntremain常数在模拟范围内。请注意，我们没有为任何长期合同建模，无论是液化天然气还是管道天然气，因为对pric e地层的影响很大程度上是由参数θfnt的影响捕获的。斯梅尔斯（Smeers）[2-8]认为，竞争主管部门认为，如果所有交易量都是s-po-t交易的，那么总体价格水平会更低，因为目前市场缺乏透明度和流动性，供应商可以利用这一点来要求高于边际成本的价格，而这正是θfnt的模型。长期合同中唯一不能用我们的方法开始的方面是时间的锁定效应：当新的基础设施投入运行时，模型结果会立即发生变化。事实上，新的基础设施确实给现有合同带来了压力，要求其按照新的标准调整价格，但在新合同实施之前，可能需要几年的时间。

有鉴于此，模型结果反映了市场长期共同聚集的均衡趋势，无法准确预测未来消费和价格。3、模拟运行为了评估欧盟天然气市场的发展，我们在未来每年都会进行一系列sof模拟。表3.1总结了我们在每次运行中如何改变参数，表4.1给出了2019年的示例。首先，确定了前一年（y-1）的天然气市场状况（Simulation SIMy，0）。然后，我们依次将参数切换到当年（y）的值，并评估诱发的变化：在SIMy，1中，我们将所有国家的需求和支付意愿设置为y年的水平，同时将所有其他参数值保持在（y-1）的水平。在SIMy，2中，我们将所有生产和液化能力设置为年水平，同时将所有其他参数保持在（y-1）水平。在SIMy，3中，我们评估了最新需求、支付意愿、生产和液化能力对市场的共同影响。表3.1：模拟运行中的参数设置。×：参数更新为y年级别。o：参数未更新，为上一年级别。电话：消费者行为：所有国家的假定需求水平和支付意愿。{P，L}所有：所有国家的生产和液化能力的扩大水平。{R，S，A}i，i∈ {1，ky}：再气化终端、储存设施和管道容量的扩展水平。ky：y年基础设施扩展的数量。基础设施运行的模拟状态调用{P，L}所有{R，S，A}。{R，S，A}kySIMy，0o o o o。oSIMy，1×o。oSIMy，2o×o。oSIMy，3××o。oSIMy，4×××o o。。。。。。。。。o、 。。。oSIMy，ky+3××o×SIMy，ky+4×××。

×对于y年剩余的KY模拟，分别更新了每个国家的再气化终端、存储设施和管道的容量。KY是y年计划的基础设施扩建数量，介于8到27之间。这些模拟标记为SIMy、ID、ID∈ {4，…，ky+3}。所有SIMy、IDalso模拟均包括需求、支付意愿、生产和液化能力的最新值。最终模拟SIMy，ky+4考虑了y年所有变化的影响，因此与SIMy+1,0相对应。我们通过比较成对的模拟结果来评估特定基础设施带来的变化：SIMy，1，SIMy，2和SIMy，3与SIMy，0进行比较，而y年的所有其他模拟与SIMy，3进行比较。注意，对于y=2013，我们仅计算了SIMy，ky+4，因为对于所有其他模拟，由于缺少数据，无法计算y=2012中的相应参考场景io。我们意识到，由于未考虑基础设施要素之间的互补和替代效应，因此该评估是不完整的。此外，该评估仅在特定时间点有效–如果参考情况发生变化（这在天然气市场中非常频繁），则需要更新评估。然而，这些缺陷只能通过详细分析每一个基础结构元素并随时间推移才能消除，这与我们捕捉欧洲市场大局的目标相矛盾。我们接受所选方法的局限性，并在分析结果时加以考虑。我们的研究共包括208次模拟运行。这些都是在一个3.4 GHz的四芯CP U上完成的，每一个都平均需要5秒完成（包括开销，使用MATLAB和路径解算器），因此总体模拟时间约为17分钟。4、结果4.1。

供应商消费和市场份额的发展图4.1描述了模拟期内的消费发展以及各欧盟成员国主要供应商的市场份额。首先，我们注意到，在未来十年内，大多数国家和欧盟的消费都将增长，葡萄牙、斯洛文尼亚、捷克共和国、波兰和保加利亚的消费率尤其高（>40%）。消费增长遵循ENTSO-G[15]对大多数国家的预测值；这并不奇怪，因为ENTSO-G值定义了我们模型中的反向需求函数，反过来又推动了消费增长。因此，有趣的案例包括立陶宛，其中ENTSO-G【15】预测消费下降，而我们的模拟显示消费增加，以及拉特维亚、爱沙尼亚、芬兰、希腊、保加利亚和克罗地亚，我们的计算表明，其增长率比ENTSO-G【15】预测的增长率要大。这些偏差源于我们对基础设施发展对价格和消费影响的更详细描述：我们的模型显示了新的或更好地连接到天然气来源的地区的价格立即下降和消费增加，而在TYNDP，大多数国家的消费发展是基于GDP和人口增长数据，它们对特定基础设施扩展的响应性大大降低。

总体而言，o urresults表明，欧盟范围内的消费量增长了1.45亿桶/日或11%（附录C），远远超过了ENTSO-G[15]从2016年起的预测，2020年的峰值为+2.9%（相对于2013年的总消费量）。条形图：相对于2013年的总消费量和供应商市场份额[%]红色标记：相对于2013年的ENTSO-G消费预测[%]黑色/白色标记：赫芬达尔-赫希曼指数（HHI）除以1000 20 40 60 100 120 140 160 180 200 EUUnitedKingdomswitzerlandsweedenspainportugalnetherlandsluxembourgitalyirelandgermanyfracedenmarkbelgiumaustriasloveniaslovakaromaniapolandlithuanialattviahungaryfreecefinlandestoniaczech republiccratiaccoratiabugariadomesdor.DenmarkUnited Kingdomnetherlandsnorwayrussiaalgarialybiaazerbajian随着贸易商的市场份额的增加，我们可以观察到多个重大发展。首先，除爱尔兰、瑞典、斯洛伐克和保加利亚外，所有国家的国内生产份额都在下降。这主要是由生产能力的增长率驱动的，与预测的需求变化类似，这与模型无关，对于大多数图4.1来说是负面的：随着时间的推移，每个国家和欧盟供应商的天然气消耗量和市场份额为w孔（从SIMy，ky+4，y获得∈ {2013, . . . , 2022}.对于每个国家，从上到下显示一组10巴s，代表2013-2022年的天然气消耗量。钢筋宽度标准化为2013年的消耗量。每个条形图最多分为10个部分，每个部分代表一个国家和年份的供应商份额。对于欧盟，“国内产量”表示在同一国家生产和消费的天然气份额，而丹麦、英国和荷兰的份额表示在国外（但仍在欧盟内）消费的国家的天然气份额。

因此，欧盟总产量的份额是国内、丹麦、英国和荷兰总产量的总和。红色标记表示ENTSO-G【15】预测的水平面上的需求，该水平面被视为反向需求函数的校准点。黑/白标记表示赫芬达尔-赫希曼指数（HHI）除以100。欧盟国家。这导致了第二个主要趋势：来自非欧盟国家的进口显著增加，尤其是来自俄罗斯和液化天然气贸易商的进口，2019年后来自阿塞拜疆的进口，以弥补消费的增长和国内产量的下降。第三个主要目的是一些高风险国家的供应商多元化：波罗的海国家、芬兰和保加利亚。从2015年开始，波罗的海国家和保加利亚通过增加从其他供应商的进口来减少对俄罗斯g的依赖；Finland从2019年开始采用s ame路径。为了量化这一趋势，我们计算了赫芬达尔-赫希曼指数（HHI），该指数定义为供应商在市场中市场份额的平方和，是市场集中度的衡量标准。虽然波罗的海国家和芬兰的HHI低于6000，保加利亚的HHI约为3000，但这些市场仍然高度集中。其他东欧国家，如罗马尼亚、斯洛伐克和波兰，经历了供应商多样性的收缩，主要是因为消费和生产之间的巨大差距被之前已经很高的额外俄罗斯港口所覆盖，并且在2022年前是市场集中度最高的国家之一。最后，请注意，作为一个整体，欧盟的HHI大致保持在中等水平，这意味着供应商的多元化是第一部分c e.4.2中的一个区域问题。