Masteroppgave i samfunnsøkonomi. Kraftmarkedet. Overvåkning av det norske kraftmarkedet. Thomas Wiik Tønnesen. August 2005

Masteroppgave i samfunnsøkonomi Kraftmarkedet Overvåkning av det norske kraftmarkedet Thomas Wiik Tønnesen August 2005 Department of Economics University of Oslo

ii Forord De siste årene har det vært stort fokus på situasjonen i det norske kraftmarkedet, og dette har gjort meg nysgjerrig på næringen. Kraftmarkedet er et spennende marked som har vært og fortsatt vil være i en stadig utvikling. Arbeidet med oppgaven har vært meget interessant og lærerikt, og det har gitt meg mye kunnskap om kraftmarkedet. Jeg vil takke professor Nils-Henrik von der Fehr for god veiledning. Jeg vil også takke Konkurransetilsynet og Norges vassdrags- og energidirektorat (NVE) for at de lot meg delta i deres arbeid med overvåkningen av kraftmarkedet, samt nyttige og lærerike møter og informasjon. Christopher Sjuve skal ha takk for korrekturlesingen. Til slutt vil jeg takke Nina som har støttet meg gjennom arbeidet med oppgaven. Oslo, august 2005 Thomas Wiik Tønnesen

iii Innhold Forord...ii Innledning... 1 1. Modellering av vannkraftsystemet... 3 1.1 Den grunnleggende vannkraftmodellen... 5 1.1.1 Vannkraft med magasinbegrensning... 6 1.1.2 Prisutviklingen med og uten begrensninger på overføringsnettet ved handel... 7 1.1.3 Varmekraftverk... 8 1.1.4 Sosialt optimum ved kombinasjon av vann- og varmekraft... 8 1.1.5 Tilpasningen ved fri konkurranse... 10 1.1.6 Monopol uten magasinbegrensninger... 12 1.1.7 Monopol med magasinbegrensninger... 13 1.1.8 Monopol med vann- og termiske kraftverk... 14 1.2 Markedsmakt i kraftsektoren... 15 1.2.1 Effektdimensjonen/ energidimensjonen... 17 1.2.2 Magasindimensjonen... 18 1.2.3 Spill av vann... 19 1.3 Særtrekk ved kraftmarkedet som gir muligheter for markedsmakt... 20 1.3.1 Etterspørselen etter kraft... 20 1.3.2 Eiermessige relasjoner... 20 1.3.3 Prissamarbeid... 21 1.3.4 Flaskehalser... 23 2. Modell for overvåking av kraftmarkedet... 26 2.1 Indikatorer på markedsmakt... 26 2.1.1 Konsentrasjonsindekser... 26 2.1.2 Lerner-indeksen... 27 2.2 Lerner-indeksen i et vannkraftsystem... 28 2.2.1 Vannverdi... 28 2.2.2 Estimering av vannverdi... 29 2.2.3 Kritikk til overvåkningssystemets bruk av begrepet vannverdi... 30 2.3 Beregning av Dagsindeks... 31 2.3.1 Kritisk verdi... 31 2.3.2 Justering av kritisk verdi... 32 2.4 Beregning av PP-indeks (Peak Price-indeks)... 32 2.5 Mulige grunner til utslag på indeksene... 33 2.5.1 Kapasitetsutnyttelse... 33 2.5.2 Korreksjon av indeksene for kapasitetsutnyttelse... 34 2.5.3 Flaskehalser og handel... 34 2.5.4 Ekstraordinære hendelser... 35 2.5.5 Hvor gode vil indeksberegningene være?... 35 2.6 Modellsimulering av vanndisponeringen... 35 2.6.1 Modellsimuleringen... 35 2.6.2 Kan modellsimuleringen antyde bruk av markedsmakt?... 36 3. En analyse av overvåkningssystemet... 38 3.1 Praktisk bruk av overvåkningssystemet... 38 3.2 Overvåkningssystemets treffsikkerhet og kritiske verdier... 39 3.3 Årsaker til utslag i indeksene... 40

3.3.1 Uregulert tilsig... 40 3.3.2 Uforutsette hendelser i markedet... 43 3.3.3 Usikkerhet og risiko... 45 3.3.4 Produksjon nær eller på kapasitetsgrensen... 45 3.3.5 Kapasitetsutnyttelsen... 47 3.3.6 Handelsmønstre og kapasitetsutnyttelse i overføringsforbindelsene... 48 3.4 Former for markedsmakt overvåkningssystemet ikke fanger opp... 48 3.4.1 Prissamarbeid... 48 3.4.2 Flytting av vann over tid... 49 3.4.3 Flaskehalser... 50 3.4.4 Spill av vann... 50 3.5 Undersøkelse av markedet ved utslag i indeksene... 51 3.5.1 Kapasitetsutnyttelse... 51 3.5.2 Spredningsdiagram... 52 3.6 En alternativ måte å undersøke markedet på... 55 3.7 Undersøkelser ved mistanke om markedsmakt... 56 Konklusjon... 58 Litteraturliste... 60 iv

1 Innledning Det norske kraftmarkedet har vært gjennom en rivende utvikling siden tidlig på 1990-tallet. I 1991 ble det norske kraftmarkedet deregulert, og den nye energiloven trådte i kraft. Hovedmålene for dereguleringen var å få en bedre balanse mellom produksjonskapasitet og etterspørsel av kraft, øke effektiviteten hos produsentene og redusere regionale prisforskjeller. Disse hovedmålene skulle oppnås gjennom økt konkurranse mellom leverandørene og produsentene i kraftmarkedet. Økt konkurranse har ført til at forbrukerne fritt kan velge kraftleverandør uansett geografisk lokalisering. Det har i lengre tid vært bekymring for konkurransesituasjonen i det norske kraftmarkedet. Denne bekymringen har oppstått blant annet på grunn av til tider høye priser og et generelt høyere prisnivå enn man har vært vant med i Norge. Oppkjøp og fusjoner har ført til at konsentrasjonen på eiersiden har økt og denne strukturendringen har ført til at konkurransemyndighetene har grepet inn ved oppkjøp i bransjen. Man fryktet at eierkonsentrasjonen skulle bli for høy og dermed svekke konkurranseforholdene i markedet. Det nordiske markedet har i perioder vært splittet i flere små markeder på grunn av flaskehalser i overføringsnettet. Aktører kan endre sin tilpasning til markedet i slike tilfeller, og kraftprisene kan øke i ly av flaskehalser. På grunn av bekymringene ønsker myndighetene å finne en metode som kan gi signaler ved eventuelle tilfeller av utøvelse av markedsmakt i kraftmarkedet. Det kan være vanskelig å påvise markedsmakt i kraftmarkedet på grunn av særtrekk ved markedet. Med dette som bakgrunn har Konkurransetilsynet og Norges vassdrags- og energidirektorat (NVE) bestilt en rapport fra ECON-analyse som tar for seg hvordan markedet kan overvåkes for å avdekke bruk av eventuell markedsmakt. Dette førte til rapporten Overvåkning av markedsmakt i kraftmarkedet, ECON-rapport nr. 2003-117. Jeg vil i min oppgave kikke nærmere på dette overvåkningssystemet. Før jeg ser på selve overvåkningssystemet vil jeg i kapittel 1 se på prisdannelsen i et vannkraftbasert kraftmarked. Her tar jeg for meg forskjellige markedsformer og begrensninger som er av betydning for prisdannelsen. Teorien er i hovedsak hentet fra Finn

2 Førsund (1994, 2004). Etterpå ser jeg nærmere på hvordan markedsmakt kan bli utøvd i kraftmarkedet og tar for meg spesielt tre tilfeller: effektdimensjonen/ energidimensjonen, magasindimensjonen og spill av vann. Tilslutt i kapittel 1 ser jeg på særtrekk ved kraftmarkedet som kan gi muligheter for utøvelse av markedsmakt og disse særtrekkene er etterspørselen etter kraft, eiermessige relasjoner, prissamarbeid og flaskehalser. I kapittel 2 ser jeg på overvåkningssystemet som er foreslått av ECON. Jeg ser på teorien som ligger til grunn for modellen og beskriver hvordan overvåkningssystemet er tiltenkt med Dagsindeks, PP-indeks og modellsimulering. I det avsluttende kapittelet analyserer jeg overvåkningssystemet foreslått av ECON. Jeg beskriver kort en periode som har blitt undersøkt og viser resultater fra dette. Jeg beskriver mulige årsaker til utslag i indeksene som i utgangspunktet ikke kommer fra utøvelse av markedsmakt. Det kan også være tilfeller av markedsmakt i kraftmarkedet som ikke fanges opp av overvåkningssystemet. Jeg beskriver disse og forklarer hvorfor de ikke fanges opp. Når det er utslag i indeksberegningene må man gjøre nærmere undersøkelser av markedet. Jeg beskriver hvilke undersøkelser som bør gjøres for å se om man finner en unormal utvikling i markedet. Jeg ser også på en alternativ overvåkning av markedet. Denne overvåkningen har ikke slike absolutte verdier for utslag som ECONs modell, men er basert på tolkning av markedsutviklingen ved hjelp av grafer og tabeller. Uansett hvilket overvåkningssystem man bruker, er det undersøkelsene etterpå som vil kunne avgjøre om det har blitt utøvd markedsmakt. Jeg er også innom hva man bør gjøre hvis det er konkret mistanke om markedsmakt og hvilken informasjon og hvilke data myndighetene er avhengig av for å avsløre dette.

3 1. Modellering av vannkraftsystemet Modelleringen av vannkraftsystemet tar utgangspunkt i Finn Førsunds Driftsoptimalisering i vannkraftsystemet (1994) og hans forelesningsnotater (2004). Modelleringen vil blant annet forklare prisdannelsen i et vannkraftbasert kraftsystem. Ved modellering av vannkraftsystemet kan det være greit å se på forskjellene mellom vannkraftsystemer og varmekraftsystemer. I varmekraftsystemer kan driftsbeslutningen tas uavhengig av fremtidige priser, mens i vannkraft må fremtidig bruk av det lagrede vannet tas i betraktning ved løpende driftsbeslutninger. En realistisk forutsetning er at varmekraft kan produseres til kjente priser, og man trenger ikke ta hensyn til knapphet på energibærere. Vann til vannkraftproduksjonen er derimot en begrenset ressurs. Vannet til produksjonen kommer kun fra nedbør, som er en usikker størrelse. Vannet som lagres i magasiner får sin verdi ved skyggeprisberegninger, og den avledes fra verdien som bruken av vannet skaper i fremtiden. Et varmekraftverk vil dimensjoneres etter behov for maksimal effekt og vil således være effektbegrenset, gitt tilstrekkelig tilgang på energi i markedet. Et vannkraftsystem er som regel ikke effektbegrenset, men energibegrenset gjennom størrelsen på magasinene. Da elektrisk kraft ikke kan lagres, må produksjon og forbruk av kraft være like store for å være i likevekt. Systemet vil bryte sammen hvis etterspørselen er større enn tilbudet, og omvendt. Man kan dermed si at systemets likevekt er etterspørselsdrevet (Førsund, 2004). Det vil være begrensninger i overføringen av kraft fra der produksjonen skjer og der den konsumeres, og det kan være begrensninger i produksjonen av kraft og i effektkapasiteten i systemet. Tidsaspektet er viktig i modellering av vannkraft. Forbruket av kraft varierer over døgnet og mellom sesonger. Vi skiller mellom høylasttimer, hvor etterspørsel og produksjon er høy, og lavlasttimer hvor etterspørsel og produksjon er lav. I produksjon av kraft er tidshorisonten viktig med hensyn til hvordan man vil bruke vannet som er lagret i magasinene. Hvis man har mulighet til å lagre vann, kan man si at vann som blir brukt i dag alternativt kunne vært brukt i morgen, slik at vannet har en alternativverdi. Av dette kan man si at bruk av vannkraft er et dynamisk problem. Optimal utnytting av vannet illustreres derfor best i en toperiodemodell. Dette er i motsetning til produksjon i varmekraftverk hvor man vil avgjøre hvordan den gitte

4 produksjonskapasiteten kan utnyttes best fra periode til periode. Det er ofte vanskeligere å variere kraftproduksjonen i varmekraftverk enn i vannkraftverk med lagringskapasitet. Elvekraftverk vil ha tilsvarende problemer som varmekraftverkene. Et grunnleggende resultat er at vannet kun får en verdi hvis det blir knapphet i en periode. Uten knapphet kan man bruke så mye vann i kraftproduksjonen at betalingsviljen blir null i alle perioder. H I modellen angir R reservoar (vannmagasin), w er tilsig av vann og er elektrisitetsproduksjonen ved bruk av vannkraft. Små bokstaver refererer til at det er endring i perioden, og store bokstaver indikerer situasjonen i slutten av perioden. Det vil si at tilsig skjer gjennom perioden, mens som slippes ut i perioden t omgjøres til elektrisitet, refererer til vannet i magasinene i slutten av perioden. Vann, og måles i kwh i overensstemmelse med en fast transformasjonskoeffisient ved produksjon av vannet. Transformasjonskoeffisient påvirkes av tekniske faktorer som blant annet fallhøyde, turbinstørrelse, magasinstørrelse og konsesjonsbestemmelser som regulerer vanndisponeringen. Lagret og produsert vann kan oppgis i kwh, men jeg velger å oppgi det i elektrisitetsenheter, (Førsund 2004). t R t H e t t H e t e t, som i notatet til Førsund Dynamikken i vanndisponeringen er basert på fylling og tømming av vannmagasinene: H (1) R R 1 + w e, t T t t t t På venstre side av ulikhetstegnet er vannmengden i magasinet i periode t. Høyre side inneholder fyllingen i perioden før, dvs., tilsiget i perioden t, og produksjonen i periode t. R t 1 Streng ulikhet betyr at det er for mye vann og magasinet renner over. Tidshorisonten for vannfordelingen er sjelden mer enn ett år, men vi kan sette den til å være dager, uker, måneder eller år. På produksjons- og forbrukssiden har vi oftest høylast i vintermånedene og på dagen, da forbruket er størst da. Vi har oftest lavlast i sommermånedene og om natten. Her kan man se en syklus som går igjen over året og døgnet. Den totale kraftproduksjonen for alle perioder blir en funksjon av lagret vann og tilsig i perioden: t T H (2) = R + =W, et 0 t T w t hvor W er totalt tilgjengelig tilsig og R 0 er gjenværende vann fra perioden før.

5 1.1 Den grunnleggende vannkraftmodellen Vi antar at det er ubegrenset mulighet til å allokere vann mellom perioder, gitt den totale mengden vann tilgjengelig som i likning (2). Vi kan anta at tidshorisonten er en sesongsyklus som tilsvarer et år eller et døgn. Energiforbruket for hver periode er gitt ved nyttefunksjonen. Denne kan sies å representere en konsument eller den kan fungere som en velferdsfunksjon. Vi ser bort fra diskontering, da vi antar at perioden er for kort til at det har betydning. Vi har gitt nyttefunksjonen: H H H (3) U ( ), U '( ) 0, U '( ) t e t t e t ' < 0, t T. t e t Vi antar at nyttefunksjonen er konkav. Vi definerer marginalnytten U og måler den i monetære størrelser som marginal betalingsvilje, elektrisitet blir: H (4) ( ) U t ' e t = p ( H t e t ), p t. Det vil si at etterspørselsfunksjonen for hvor p t vil bli referert til som prisen på elektrisitet. Det sosiale optimaliseringsproblemet, som er definert som nyttemaksimeringen av elektrisitetsproduksjonen, kan bli formulert som: H (5) Maks U t ( e t ) t T slik at e H t W Prisen for elektrisitet er konstant og lik for alle perioder hvis marginal betalingsvillighet er positiv for alle perioder. Vi har en bindende betingelse hvis marginal betalingsvillighet forblir positiv i alle perioder, og at den derfor er lik skyggeprisen på energibegrensningen 1. Vi kan vise denne løsningen for to perioder i et badekarsdiagram. Total mengde energi for de to periodene er gitt ved bredden i diagrammet. De marginale betalingsvillighetsfunksjonene for periodene er målt på hver sin vertikale akse i diagrammet. Den økonomiske tolkningen av dette allokeringsproblemet er at energi skal allokeres mellom periodene slik at skyggeprisen på energi er lik marginal nytte av energi i hver periode. Dette er i skjæringspunktet mellom de to etterspørselskurvene i figuren. I figur 1 kan periode 1 være sommer og periode 2 kan være vinter. Selv om marginal nytte av energikonsumet er større om vinteren enn om sommeren for ethvert konsumnivå, så skal ikke den marginale nytten være større på vinteren enn sommeren. 1 Se Førsund (2004) for løsning.

6 Figur 1 Optimal allokering av energi over to perioder Periode 1 Periode 2 ' U =ν U = ν ' 1 2 Totalt mengde energi Det kan være mange begrensninger i vannkraftsystemet. En begrensning er at mengden vann som lagres ikke kan overstige kapasiteten R, dvs. Rt som krever en viss minstefylling i magasinene, R t R. Det kan også være miljøhensyn R t, og at man vil regulere øvre og nedre vannføring i elver slik at vannmengden H e t som slippes ut, ligger mellom H t e og e H. t Effektkapasiteten i kraftstasjonene varierer med turbinenes størrelse, tykkelsen på vannrør til turbinene og fallhøyden. Effekten, H e t, må være mindre eller lik H e, som er maksimal effekt. 1.1.1 Vannkraft med magasinbegrensning I et system med magasinbegrensning må man fordele vannet i magasinene mellom perioder. Det lagrede vannet i magasinene vil ha en vannverdi, det vil si den prisen produsentene vil få ved å produsere i neste periode. Vår periode ender ved T, og vi må derfor ha at skyggeprisen i perioden etter T, T+1, skal være lik 0. For perioden T har vi to muligheter når det gjelder vannmagasinet; enten er det tomt, R = 0, eller det er vann igjen i magasinet ved periodens slutt, R T T >0. Jeg velger å se på situasjonen der vannverdien er positiv til siste dråpe, slik at R T = 0. Det betyr at vi vil ha knapphet i løpet av den siste perioden og knapphet gir økonomisk verdi til vannet. Siden vi ikke kan ha knapphet samtidig som magasinene er fylt helt opp, er skyggeprisen ved øvre skranke satt til 0. Alle periodene opp til T vil derfor ha en positiv vannverdi dersom øvre grense ikke nås i noen av periodene. Dette vil innebære at prisen på elektrisitet er positiv og

7 konstant for alle perioder, inkludert den siste perioden T, hvis magasinet kun tømmes i siste periode og øvre grense på magasinet aldri nås (Førsund, 2004). Hvis man får en periode med knapphet på lagringskapasitet, men det ikke renner over, vil man få forskjellige priser på kraften mellom periodene med knapphet på lagringskapasitet. Det vil være høyere priser mellom to perioder med lagringsknapphet (Førsund 2004). Denne situasjonen med to perioder kan illustreres ved hjelp av et badekarsdiagram som i figur 2. I første periode har vi et tilsig tilsvarerende AC, og i den andre perioden CD, slik at totalt tilsig er AD. Lagringskapasiteten er avstanden BC. Den optimale allokeringen blir da å lagre maksimalt, tilsvarende BC i periode 1 og konsumere AB i periode 1, da dette ikke kan lagres. I andre periode konsumeres alt vannet som er spart fra periode 1, tilsvarende BC, og tilsiget denne perioden CD, slik at det er tomt etter denne perioden. Vi ser at prisene blir forskjellig i de to periodene, og. Prisforskjellen mellom periodene blirγ. p1 p2 1 Figur 2 Sosialt optimum med magasinbegrensninger Pris periode 1 Periode 1 Periode 2 γ 1 Pris periode 2 p 2 p 1 Totalt tilsig A B C D 1.1.2 Prisutviklingen med og uten begrensninger på overføringsnettet ved handel Handel fører til en utjevning av priser mellom områder. Kraftflyten går fra områdene med lav pris til områdene med høy pris. Hvis det ikke er begrensning på overføringskapasiteten mellom to områder, eller man ikke utnytter overføringskapasiteten fullt ut, vil vi få en tilpasning til det utenlandske eller tilstøtende områders kraftpris, og prisene blir like i begge

8 områdene. Hvis overføringskapasiteten utnyttes fullt ut, vil prisen bli konstant i alle perioder, men den vil være forskjellig fra prisen i de tilstøtende områder. Jeg vil komme nærmere inn på tilfeller med flaskehalser og produsentenes tilpasning senere i oppgaven. Hvis kapasiteten utnyttes maksimalt, kan vi dele periodene inn i eksport- eller importperioder. Hjemmeprisen kan ikke bli lavere enn importprisen i perioder med import. En hjemmepris lik importprisen impliserer at importen vil bli mindre enn maksimal kapasitet. I eksportperioder vil ikke hjemmeprisen bli høyere enn eksportprisen. En hjemmepris lik eksportprisen vil gi en eksport mindre en maksimal kapasitet. 1.1.3 Varmekraftverk Varmekraftverk kan ha forskjellige kostnadsprofiler som blant annet avhenger av hvilken type T energi de bruker. Hvert kraftverk har en øvre grense for produksjonskapasitet,. Produksjonskapasitet kan kun endres ved investeringer i produksjonskapasitet. Kostnadsfunksjonen endres mellom perioder når brenselprisene varierer og kraftverkene kan ha de laveste marginalkostnadene nær produksjonsmaksimum. Det vil være ekstra kostnader ved å øke og senke produksjonen, spesielt ved starten av produksjonen. En fase med fallende marginalkostnad kan indikere at det er en ekstra oppstartskostnad. Slike oppstartskostnader er små i vannkraft. Vi aggregerer varmekraftverkene slik at de ansees som en varmekraftsektor med aggregerte kostnadsprofiler og som produserer tilstrekkelig med energi i hver periode. e it Ved hvert totale produksjonsnivå vil det være noen som ikke produserer på grunn av for høye grensekostnader. Hvis marginalkostnaden varierer tilstrekkelig lite, vil alle bortsett fra den siste produsenten med høyest grensekostnad produsere for fullt. Vi får da en marginal produsent som ikke blir fullt nyttegjort. Vi kan også lage en rangert rekkefølge over de aktive produsentene med en trappetrinnskurve som viser gjennomsnittelig kostnadskurve ved full kapasitet. Man kan også fremstille sektoren slik at de individuelle kostnadskurvene forenkles til en jevn kostnadsfunksjon. 1.1.4 Sosialt optimum ved kombinasjon av vann- og varmekraft. Her bruker jeg hydromodellen (5) uten begrensninger på magasinene, men med en begrensning på den totale mengden vann. Optimaliseringsproblemet blir:

9 (6) Slik at: e t T hvor ( ) T Maks [ U t ( xt ) c( et )] x t H T H = +, e W, e t e t t T t T et e T, c er kostnaden i varmekraftverket. Vi må i hver periode enten aktivere vannkraft, varmekraft eller begge former for kraft. Varmekraft vil ikke brukes i perioder hvor marginalkostnaden ved produksjon i varmekraftverket overstiger vannverdien til vannkraftverkene. Man vil ikke produsere vannkraft hvis grensekostnaden i varmekraftverk er mindre enn vannverdien. Til slutt gjelder at begge former for kraft vil bli brukt i perioder hvor vannverdien er lik grensekostnaden til varmekraftverket. I et system med både varmekraft og vannkraft, det blir brukt vannkraft i alle perioder, og det ikke er begrensninger i lagring av vannet, vil prisen bli konstant for alle perioder. Hvis maksimal kapasitet for varmekraftproduksjonen ikke benyttes, vil det være en konstant mengde termisk produksjon som basis i alle perioder med både vannkraft og termisk produksjon. I figur 3 illustreres tilpasningen mellom vannkraft og termisk produksjon. Figur 3 Sosialt optimum med vann- og termisk kraft p A c B C b B T e T e H e x Marginalkostnadskurven, c, for termisk kapasitet starter i C og ender ved full kapasitet tilsvarende T e. Hvis vi antar at bb er lik den tilgjengelige mengden vann, så er den optimale løsningen en pris på nivå B, som er lik skyggeprisen til vannet. Vi får da en termisk T H produksjon tilsvarende Bb= e og en vannkraftproduksjon tilsvarende bb = x. Figur 3 representerer kun én periode, og det vil være interessant å se på to tilfeller med forskjellig

10 vannverdi, tilsvarende A og C. For en vannverdi tilsvarende A vil hele den termiske kapasitet benyttes fullt ut. For vannverdi over A vil kun termisk produksjon benyttes. For vannverdi som er lavere enn C vil ikke noe termisk kapasitet benyttes. I en situasjon med flere perioder, identisk etterspørsel og gjennomsnittlig vanntilsig tilsvarende bb, så vil denne figurens løsning repeteres hver periode. Man kan bruke et badekarsdiagram for å illustrere allokeringen av de to typene kraft over to perioder. I figur 4 er lengden av diagrammet forlenget med en del i hver ende som illustrer termisk kraft. Tilgjengeligheten av termisk kraft er identisk i begge perioder og tilsvarer a-b i periode 1 og d-e i periode 2. Likevekten er i punkt c, med allokeringen a-b termisk kraft og b- c hydrologisk kraft i periode 1 og c-d hydrologisk kraft og d-e termisk kraft i periode 2. Figur 4 Badekarsdiagram med vann- og termisk kraft Periode 1 1 Periode 2 2 Ettersp ørsel 1 Etterspør sel 2 c c a b c d e Vannkraft Vannkraft pluss termisk kraft 1.1.5 Tilpasningen ved fri konkurranse Vi har sett på vannkrafttilbudet som en aggregert enhet og sett på de sosialt optimale tilpasningene. For å få konkurranse i markedet, er det nå flere tilbydere som selger kraft på kraftmarkedet hver periode. Det er ingen usikkerhet i denne modellen, så prisen er kjent og kapasiteten til hver produsent er gitt. Jeg vil komme tilbake til hvilken påvirkning usikkerhet

11 kan ha på tilpasningen. Man vil i en slik situasjon, der det ikke er begrensninger på eget magasin, ønske å tilby all sin elektrisitet i den perioden med høyest pris for å maksimere profitten. For å få produksjon i alle perioder, må derfor prisen være lik i alle perioder i likevektsløsningen. Allokeringen av kraft over perioder er derfor etterspørselsdrevet. Ved å innføre en begrensning på magasinene, vil produsentene stå ovenfor en profittmaksimerende funksjon tilsvarende: H Maks pt e t (7) Slik at t t T R R 1 + w - e H, R R, t T t t t t Vi antar at det er en positiv markedspris i hver periode. Produsenten vil ikke tilby elektrisitet hvis vannverdien i neste periode er høyere enn markedsprisen nå. I den perioden produsenten tilbyr elektrisitet, vil prisen i markedet være lik hans vannverdi. Produsenten vil ønske å tilby sin kraft når prisen er høyest, men han kan bli forhindret på grunn av begrenset lagringskapasitet. Når produsenten trues av oversvømmelse, vil hans vannverdi synke, og han er villig til å selge til lavere pris nå, fremfor å få høyere pris neste periode. Hvis prisen er rett, vil han ønske å selge i en tidligere periode for å unngå fremtidig oversvømmelse. I den siste perioden vil produsentens strategi være å produsere og selge alt vannet i magasinet. Skyggeprisen vil da bli lik for alle produsentene. Hvis prisen i periode T-1 er høyere enn prisen i periode T, vil alle produsentene kun selge tilsiget i periode T. Dette kan kun bli likevekt hvis summen av tilsig i periode T er lik etterspørselen i periode T. Vi kan bruke figur 2 for å se hvordan løsningen i et konkurransemarked kan fungere. I første periode vil trusselen om oversvømmelse implisere at prisen blir lavere i periode 1 enn i periode 2. Produsenter med tilstrekkelig lagringskapasitet vil holde tilbake vann i den første perioden og selge alt i den andre perioden. Deres vannverdi er høyere enn prisen i periode 1. Det vil være produsenter som er tvunget til å selge i periode 1 på grunn av flomtrusselen. For produsenter som selger i periode 1, vil prisen være lik vannverdien, som impliserer at vannverdien til alle produsenter som trues av flom og produserer i den første perioden vil ha lik vannverdi. Produsentene som selger i første periode vil selge det de har i magasinene i andre periode. Vi vet at i prinsippet er likevekten i fullkommen konkurranse forenlig med markedsprisen, som er lik vannverdien i løsningen med sosialt optimum. Allokeringen som fører til at

12 skyggeprisen i sosialt optimum blir til markedsprisen vil endre seg når magasinene og tilsiget er forskjellig. 1.1.6 Monopol uten magasinbegrensninger H Vi antar at monopolisten står overfor en etterspørselfunksjon lik p = p ( e ), t T. Monopolistens optimeringsproblem i basismodellen blir: (8) H Max p ( e ) e st.. t T e H t t T W H t t t t t t I uttrykket for marginalinntekten har man en etterspørselsfleksibilitet som er negativ (den inverse etterspørselselastisitet). Monopoltilpasningen uten magasintilpasning kan illustreres som i figur 5. Figur 5 Det grunnleggende monopoltilfellet med forskjellig etterspørselselastisitet. Periode 1 Periode 2 p 2 M p 1 S p 1 M p 2 S Total mengde vann De stiplede linjene er marginalinntektskurvene til produsentene. Vi ser at marginalinntektskurvene krysser hverandre for en positiv verdi, og det vil si at det ikke er gunstig for monopolisten å la noe vann gå til spille. Denne verdien er skyggeprisen på vannet i figuren. Dette resultatet avhenger av etterspørselsfunksjonen. Hvis det er optimalt å la vann gå til spille, er vannverdien 0. Vi ser av figuren at vannverdien er lavere i monopoltilfellet enn

13 i det sosiale optimum illustrert i figur 1. Fra krysset mellom marginalinntektskurvene går vi opp til etterspørselskurvene og finner monopolprisen for de to periodene. Et viktig resultat er at i tilfellet med monopol, så vil prisene bli forskjellige i de to periodene hvis etterspørselselastisiteten er forskjellig. I perioden med mest uelastisk etterspørsel vil prisen bli høyere enn i sosialt optimum, og i den mest elastiske perioden vil prisen bli mindre. Vi har derfor en situasjon hvor det vil være et skift i nytten av vannet fra perioder med relativt uelastisk etterspørsel til perioder med relativ elastisk etterspørsel. Er elastisiteten lik i begge perioder blir tilpasningen lik sosialt optimum. 1.1.7 Monopol med magasinbegrensninger Hvis monopolisten har begrensninger i sin lagringskapasitet, vil tilpasningen bli noe annerledes enn uten slike begrensninger. Av figur 6 kan vi se at i en situasjon med monopol med magasinbegrensninger får vi en tilnærmet lik situasjon som i figur 2. Figur 6 Monopol med magasinbegrensninger. Periode 1 Periode 2 p 2 M p 1 M A B C D Forskjellen er at prisen i perioden med relativt mest elastisk etterspørsel blir lavere enn i sosialt optimum, fordi man produserer mer denne perioden. Monopolprisen i perioden med relativt uelastisk etterspørsel blir høyere enn i sosialt optimum, fordi man produserer mindre. Igjen ser vi at allokeringen skjer fra perioder med relativt uelastisk etterspørsel til perioder med relativt elastisk etterspørsel i tilfellet med markedsmakt, og det er akkurat slik

14 produsenter kan bruke markedsmakt ved flytting av vann, som jeg kommer tilbake til i kapittel 1.2.2. 1.1.8 Monopol med vann- og termiske kraftverk I en situasjon hvor produsenten har kontroll på både hydrologisk og termisk kapasitet vil han ha ekstra mulighet til å omdisponere sine ressurser. Etterspørselsfunksjonen etter kraft er gitt ved p ( x ). Optimeringsproblemet blir da: (9) t t T Max [( pt( xt) xt c( et )] s. t. t T H T H T x = e + e, e W, e e t t t t t t T T Vi ser på perioder der begge former for kraftproduksjon benyttes og vi erstatter marginal betalingsvillighet fra sosialt optimum med marginalinntekt. Monopoltilpasningen kan illustreres som i figur 7. Figur 7 Monopolløsningen med hydrologisk- og termisk produksjon. M p c P(.) b B B O T e H e x Hvis monopolistens vannverdi er OB i en periode, så vil både termisk og hydrologisk kapasitet bli brukt. Den termiske produksjon vil bli Oe T og den hydrologiske kapasiteten (Oe H - Oe T ). c -kurven er marginalkostnaden for den termiske produksjon og B tilsvarer vannverdien i systemet. Vi ser av figuren at man vil bruke mindre vannkraft i den samlede produksjonen enn i sosialt optimum. Man produserer der marginalinntekten ved vannproduksjon er lik skyggeprisen for vannet, tilsvarende B. I den løsningen ser vi at den termiske produksjonen er som før, men at man produserer mindre vannkraft, tilsvarende H e i

15 figuren. Den totale kraftproduksjonen er redusert fra tilfellet med sosialt optimum og prisen blir høyere, tilsvarende M p, og monopolistens profitt øker. For to perioder kan vi benytte oss av et badekarsdiagram for å illustrere allokeringen av de to typene kraft mellom to perioder. I figur 8 er lengden av badekaret (bd) utvidet i hver ende med en identisk termisk produksjon. Likevektspunktet finner vi i punkt c, med en allokering lik ab og bc i periode 1 og cd og de i periode 2. Vi ser at man tilpasser seg etter marginalinntekten, og at man produserer mer elektrisitet med vannkraft i første periode, og at prisen da faller i denne perioden. Det medfører at det blir mindre vann i magasinene, og vannverdien stiger i neste periode. Dette fører til at prisen blir høyere i periode 2 enn i periode 1. Teorien sier at optimal allokering skal føre til utjevning av prisene. I tilfelle med monopol eller markedsmakt kan det føre til prisforskjeller. Figur 8 To perioder med monopol, hydrologisk og termisk produksjon Period Period Periode 1 Periode 2 M p 2 2 M p 1 1 c c a b c d e Vannkraft Termisk Vi har nå sett hvordan allokeringen av kraft og prisdannelsen er i markedet ved forskjellige former for begrensninger i markedet og markedsformer. Hvordan produsenter kan utøve markedsmakt kommer jeg inn på i neste kapittel. 1.2 Markedsmakt i kraftsektoren Ut fra det som finnes av analyser, er det følgelig ikke belegg for å hevde at manipulering av prisene så langt har vært et problem, hverken i det nordiske eller i avgrensede geografiske markeder (Bye et al, 2003, s 63). Det betyr ikke at markedsmakt ikke er et viktig tema for

16 kraftmarkedet. Strukturelle endringer ved oppkjøp og fusjoner kan skape nye situasjoner med endrede konkurranseforhold. Vannkraftproduksjonen er en bransje det i liten grad er mulig å oppnå konkurransefortrinn gjennom produksjonstekniske forsprang eller overlegen produktkvalitet. Teknologien er allmenn kjent, så ulike produksjonskostnader skyldes ofte naturgitte forhold. Elektrisk strøm kan også regnes som et homogent produkt. Mulighetene og incentivene til å utøve markedsmakt i kraftproduksjonen i Norge er nært knyttet til å flytte vann mellom perioder. Optimal vanndisponering under fri konkurranse fører til at prisene jevnes ut over tid, bortsett fra ved kapasitetsbegrensninger. Vi kan anta at produsenter med markedsmakt vil utnytte muligheten til å flytte vann ved å produsere mindre i perioder når det gir en høyere pris i markedet, og mer i perioder når det gir ingen eller en mindre prisreduksjon. Det medfører at man kan forvente større prisvariasjon både over døgnet og mellom sesonger når noen har markedsmakt, enn i et konkurrerende marked. Høye priser i seg selv er ikke et uttrykk for at markedet ikke fungerer. Det er viktig å skille suksess og utnyttelse av markedsmakt. Det må også legges til at det kan være stor usikkerhet og risiko tilknyttet forskjellige strategier. Det vil være usikkerhet rundt tilsig og nedbør, slik at en strategi kan slå feil og gi andre resultater enn man hadde planlagt. Det er risiko tilknyttet å holde for lenge på vannet, da man ikke kjenner fremtidig tilsig. Et annet risikomoment for vannkraftprodusentene er fremtidig prisnivå som påvirker produsentens allokering av vannet. Usikkerheten kan medføre at en aktør som er risikoavers sparer mindre vann enn en aktør som ikke er risikoavers. Misbruk av makt kan være farlig, fordi det kan være vanskelig å gjenvinne tillit. Selv om man skulle være i en situasjon der man kunne utøvd markedsmakt i det norske markedet, så hevdes det at aktører vil være forsiktige med å gjøre det, på grunn av langsiktige strategier for å styrke seg i både Norge og Europa. Statkraft må for eksempel ha forståelse hos sine eiere og ikke legge seg ut med konkurransemyndighetene unødvendig (Bye et al, 2003). Markedsmakt i kraftmarkedet kan i prinsippet gi tre utslag på produsentenes vanndisponering, effekt-/ energidimensjonen, magasindimensjonen eller spill av vann.