Vesivoima ja kilpailuongelmat pohjoismaisella sähkömarkkinalla
Olli Kauppi KTT, Lecturer
Nottingham School of Economics
* Tämä kirjoitus esittelee Helsingin kauppakorkeakoulussa 18.8.2009 tarkastetun väitöskirjani A model of imperfect dynamic competition in the Nordic power market. Väitös- kirjan esitarkastajat olivat Nils-Henrik von der Fehr (Oslo) ja Frank Wolak (Stanford). Vastaväittäjänä toimi Nils-Hen- rik von der Fehr ja kustoksena Matti Liski.
Johdanto
Pohjoismaisella sähkön tukkumarkkinalla on ristiriitainen maine. Talousuutisissa ja lehtien yleisöpalstoilla sähköpörssi Nord Pool näyttäy- tyy usein suurten energiayhtiöiden mielivaltai- sesti hallitsemana rahasampona. Erityisen epä- luuloisesti suhtaudutaan sähkön hinnan ja ve- sivarantojen väliseen kytkökseen. kansainväli- siä energiamarkkinoita seuraavien asiantunti- joiden keskuudessa pohjoismainen markkina on sen sijaan hyvässä maineessa. Miten kaksi näin päinvastaista näkemystä voi elää vuodesta toiseen rinnakkain? Yksi selitys on laajamittai- sen akateemisen tutkimuksen puute.
Tutkin väitöskirjassani nimenomaan kilpai- lua pohjoismaisella sähkön tukkumarkkinalla.
Tukkumarkkinoiden vapauttamisen ensisijai-
nen tavoite oli taloudellinen tehokkuus: kilpai- lun oletetaan saavan yritykset tavoittelemaan kustannussäästöjä sekä sähköntuotannossa että investoinneissa uuteen kapasiteettiin. kustan- nussäästöt kanavoituvat jälleenmyyntihintoihin ja hyödyttävät siten myös sähkön kuluttajia.
Sähköntuotannon avaaminen kilpailulle ei ole osoittautunut helpoksi tehtäväksi. kansain- välisten kokemusten perusteella sähkömarkki- nauudistusten keskeisin ongelma on markkina- voima. Yritys, jolla on markkinavoimaa, pystyy vaikuttamaan sähkön markkinahintaan voitto- jensa kasvattamiseksi. kilpailullisella markki- nalla kaikki tuottajat ovat niin pieniä, etteivät ne voi kannattavasti yksin manipuloida sähkön hintaa. Markkinavoimalla on siis selvästi yhteys omistuksen keskittymiseen, mutta pelkkä omis- tusrakenteen tarkastelu ei ole riittävä työkalu markkinavoimaongelmien analysoimiseen. Säh- kömarkkinat ovat nimittäin tavanomaista alt- tiimpia markkinavoiman harjoittamiselle: säh- kön tuotantorakenteesta johtuen pienikin tuo- tannonvähennys voi sopivasti ajoitettuna ai- heuttaa sähkön hinnan merkittävän nousun.
Markkinavoiman tunnistaminen ja mittaa- minen on ollut yksi empiirisen toimialan ta-
loustieteen keskeisistä tutkimuskysymyksistä viimeisen kolmenkymmenen vuoden aikana.
Sähkömarkkinat ovat olleet tutkijoiden erityi- sessä suosiossa.1Eräs syy tutkijoiden kiinnos- tukselle on ollut sähkön tuotannon kustannuk- siin liittyvän tilastoaineiston hyvä saatavuus.
Markkinoilla, joilla valtaosa tuotannosta on lämpövoimaa, sähköntuotannon rajakustan- nukset ovat tarkasti arvioitavissa voimaloiden hyötysuhteiden ja polttoainehintojen perusteel- la. Taloustieteilijät ovatkin kyenneet osoitta- maan vakuuttavasti, että sähköntuottajat tie- dostavat vaikutusmahdollisuutensa, ja että käytännössä kaikki vapaat sähkömarkkinat kär- sivät jossain määrin markkinavoimasta.
Pohjoismaista markkinaa ei ole kyetty tut- kimaan vastaavanlaisin menetelmin. Tämä joh- tuu siitä, että keskimäärin puolet pohjoismai- sesta sähköntuotannosta on vesivoimaa, jonka kustannuksista ei ole samanlaista tilastoaineis- toa kuin lämpövoiman kustannuksista.
Pohjoismainen markkina
Pohjoismaissa kulutetaan enemmän sähköä asukasta kohden kuin missään muualla maail- massa kanadaa lukuun ottamatta. korkeasta kulutuksesta huolimatta sähkö on Nord Poo- lissa keskimäärin melko edullista. Tämä johtuu erityisesti Norjan ja Ruotsin runsaista vesivoi- maresursseista, joista siis me suomalaisetkin pääsemme yhteismarkkinan välityksellä nautti- maan. Toisaalta vesivoimaan liittyy merkittävää epävarmuutta, mikä johtuu tulovirtaamien vaihtelusta. Sähköntuotannon kokonaiskustan- nukset vaihtelevat vuodesta toiseen kymmeniä prosentteja ja miljardeja euroja tulovirtaamista riippuen.
1 Ks. esimerkiksi Griffin ja Puller (toim.) 2005.
Vesivoiman varsinaiset muuttuvat kustan- nukset ovat erittäin alhaiset, koska tuotanto ei vaadi polttoainetta. Veden arvo ja sen käytön todelliset kustannukset perustuvatkin vesire- surssin niukkuuteen. kysymys on vaihtoehtois- kustannuksesta: vesivoimatuottajan peruson- gelma on, käyttääkö yksi lisäyksikkö vettä tuo- tantoon tänään, vai säästääkö se huomiseksi.
Veden varastointi seuraavalle ajanhetkelle kan- nattaa, jos tuottaja odottaa sähkön markkina- hinnan nousevan. Tästä syystä veden arvo pe- rustuu markkinatoimijoiden odotuksiin tule- vista markkinaolosuhteista. Näiden odotusten mittaaminen ei ole yhtä helppoa kuin lämpö- voimaloiden kustannusten estimoiminen. käy- tännössä veden arvon tai varjohinnan laskemi- seksi tarvitaan dynaaminen optimointimalli, joka ottaa huomioon sähkön hinnanmuodos- tukseen vaikuttavat markkinafundamentit.
Näitä perustekijöitä ovat muun muassa tulovir- taamien, kysynnän ja fossiilisten polttoaineiden hintojen todennäköisyysjakaumat.
kilpailullisten vesivoimatuottajien harjoit- tama kuvatun kaltainen hinta-arbitraasi johtaa yhteiskunnan kannalta ihanteelliseen tulemaan, jossa sähkönhinnan nykyarvo on tiettyjen reu- naehtojen vallitessa odotusarvoisesti vakio.
Vesivoima on muutenkin mainio hintoja tasaa- va säätövoiman lähde, sillä vesivoimalat pysty- vät muuttamaan tuotantoaan erittäin nopeasti ilman lisäkustannuksia.
Vesivoimaloiden altaisiin varastoidulla ve- dellä on siis yhteiskunnan kannalta merkittävä arvo, koska se sekä laskee yleistä sähkön hinta- tasoa että tasaa hinnanvaihteluita. Markkina- voimaa harjoittavalle vesivoimatuottajalle ve- dellä voi sen sijaan olla jopa negatiivinen arvo.
Toisin sanoen on mahdollista, että suuret vesi- voimatuottajat haluaisivat mieluummin hank- kiutua kokonaan eroon osasta vettään kuin
käyttää sitä sähkön tuottamiseen. Tämä saattaa kuulostaa yllättävältä. kysymys on kuitenkin aivan normaalista monopolikäyttäytymisestä:
hintoja nostaakseen yrityksen on vähennettävä tuotantoaan.
Tuotannon leikkaaminen ei ole kuitenkaan niin yksinkertaista kuin voisi kuvitella. Vesivoi- matuottajat eivät kykene tuhlaamaan vettä laa- jassa mittakaavassa ilman, että markkinoita säätelevät viranomaiset puuttuisivat asiaan.
Tästä syystä ainoa tapa hintamanipulaatioon on tuotannon vähentämisestä säästyneen veden käyttäminen tuotantoon jonain myöhempänä ajanhetkenä. kuten teoreettinen tutkimus on osoittanut (Crampes ja Moreaux 2001), strate- ginen vesivoimatuottaja leikkaa tuotantoa sil- loin, kun sen hintavaikutus on kaikkein suurin, eli kun yrityksen kohtaama residuaalikysyntä on mahdollisimman joustamatonta. Vastaavas- ti sen kannattaa lisätä tuotantoaan silloin, kun hinta ei juuri reagoi lisääntyneeseen tarjon- taan.
Vesivoimatuotannon mallintaminen Tarkastelen väitöskirjassani pohjoismaisen säh- kön tukkumarkkinan toimintaa vuosina 2000–
05. Tämä ajanjakso sisälsi sekä poikkeukselli- sen runsas- että vähävetisiä vuosia, joista erityi- sesti mainittakoon tulovirtaamaltaan ennätys- heikko vuosi 2002. Tutkimuksen ydinkysymys on, oliko vesivoimatuottajien veden käyttö te- hokasta tällä ajanjaksolla, ja mikäli näin ei ol- lut, voidaanko tehottomuus selittää markkina- voimalla.
Väitöskirjani neljännessä luvussa esitellään malli, joka vastaa siihen kysymykseen, kuinka vettä tulisi yhteiskunnan näkökulmasta käyttää.
Mallissa niin sanottu yhteiskunnallinen suun- nittelija päättää kullakin viikolla, kuinka paljon
vesivoimalla tuotetaan sähköä. Päätöstä tehdes- sään suunnittelija ei tiedä tulevia tulovirtaamia tai sähkön kysyntää, vaan hänen odotuksensa näistä tekijöistä pohjautuu historiallisiin tulo- virtaama- ja kysyntäsarjoihin. Tuotantopäätök- siä ohjailevat myös veden varastointiin ja tuo- tantokapasiteetteihin liittyvät rajoitteet. Vesi- voima riittää tyydyttämään vain osan sähkön kysynnästä, ja loput kysynnästä tuotetaan läm- pövoimalla, jonka rajakustannukset ovat nou- sevat. Yhteiskunnallisesti tehokas vedenkäyttö minimoi sähköntuotannon kokonaiskustan- nukset.
Mihin mallia sitten voidaan käyttää? Ensin- näkin mallilla voidaan tarkastella tehokkaan varastoinnin ominaispiirteitä. Tulokset ovat mielenkiintoisia: simulaatiot paljastavat, ettei pohjoismaisella markkinalla ole sellaisia raken- teellisia kokonaistason rajoitteita, jotka odo- tusarvoisesti estäisivät vesivoimatuottajia tasaa- masta nykyarvoisia hintoja. Toisin sanoen mal- lin mukaan hinnan odotusarvo kasvaa koron vauhdilla.
Noin puolet kaikista tulovirtaamista saa- daan loppukevään ja alkukesän aikana lumen ja jään sulaessa vesivoima-altaisiin. Lumien su- laminen alkaa yleensä noin viikolla 18, jota voidaan pitää pohjoismaisen vesivuoden alku- ajankohtana. Edellä mainitusta hintojen tasaa- mista koskevasta tuloksesta seuraa melko yllät- tävästi, että hinnan odotusarvo tippuu vesivuo- den vaihteessa koron suuruudella. Tässä mie- lessä markkina muistuttaa ehtyvän luonnonva- ran markkinaa. Simulointitulokset paljastavat lisäksi, että markkinalla on myös varastomark- kinoille tyypillisiä piirteitä, jotka ilmenevät ke- vätkuukausien hintajakaumien vinoutena.
Mallin tärkein käyttötarkoitus väitöskirjas- sani on kuitenkin se, että tehokas vedenkäyttö tarjoaa vertailukohdan markkinoilla todellisuu-
dessa havaitulle veden varastoinnille. Tulosten perusteella vesivoimatuotanto vuosina 2000–05 ei ollut yhteiskunnan kannalta tehokasta. Vesi- voiman tehoton hyödyntäminen johti lämpö- voiman kustannusten nousuun 7,2 prosentilla, mikä tarkoittaa noin 620 miljoonan euron hy- vinvointitappiota. Erityisesti tarkastelujakson runsasvetisellä alkupuolella varastojen taso oli liian alhainen, mikä johti osaltaan talven 2002–
03 runsaasti huomiota herättäneeseen hinta- kriisiin, jossa sähkön hinta moninkertaistui aiempaan tasoonsa nähden.
Pelkän tehokkaan vedenkäytön mallin avul- la ei voida kuitenkaan vielä sanoa, että arvioitu vedenkäytön tehottomuus johtuisi nimen- omaan markkinavoimasta. Väitöskirjani keskei- sin lisäys olemassa olevaan tutkimukseen onkin viidennen luvun malli epätäydellisestä kilpai- lusta. Markkinavoimamallissa tietty prosentti- osuus vesivoimakapasiteetista on suuren, mark- kinavoimaa harjoittavan yrityksen hallussa, ja loppukapasiteetti kuuluu pienille kilpailullisil- le vesivoimatuottajille. Tämän markkinaraken- teen ei ole tarkoitus kuvata markkinan todel- lista omistusrakennetta, jossa suuria vesivoima- tuottajia on lukuisia, sillä markkinan yksityis- kohtainen kuvaaminen tekisi mallista lasken- nallisesti mahdottoman. Valitsemani mallinta- mistavan etu on, että se sallii markkinavoiman eri asteiden tarkastelun vain yhtä parametria muuttamalla.
Markkinavoimamalli on kuvaus markkinan perustekijöistä – tulovirtaamista, kysynnästä, lämpövoiman tarjonnasta ja tuotannon rajoit- teista – sekä markkinarakenteesta erilaisiksi markkinatulemiksi: hinnoiksi, tuotannoiksi ja varastotasoiksi. Vertaamalla näitä simuloituja aikasarjoja historialliseen markkinadataan voi- daan estimoida markkinarakenne, joka kuvaa havaittua käytöstä parhaiten. Tulosten perus-
teella malli, jossa kolmekymmentä prosenttia vesivoimakapasiteetista on yksittäisen tuottajan hallussa, kykenee toistamaan havaitun käytök- sen varsin tarkasti. Tämä tulos tukee käsitystä, jonka mukaan pohjoismainen markkina kärsii vesivoimatuottajien harjoittamasta markkina- voimasta.
Vesivoimatuottajien harjoittama markkina- voima nostaa sekä keskimääräistä hintatasoa että hintariskiä. Lisäksi markkinavoima johtaa järjestelmällisesti vääriin veden varastotasoihin.
Tyypillisessä markkinatilanteessa markkinavoi- man hintavaikutukset ja hyvinvointitappio ovat kuitenkin pieniä. Vaikka markkinavoiman vää- ristämät allastasot poikkeavat kilpailullisesta tasostaan, epätäydellinen kilpailu johtaa odo- tusarvoisesti hieman alle kaksi prosenttia suu- rempiin sähköntuotannon kokonaiskustannuk- siin. Tämän tuloksen valossa voidaan sanoa, että markkina ei nykymuodossaan ole erityisen herkkä suurten vesivoimatuottajien harjoitta- malle markkinavoimalle. Poikkeuksellisissa markkinaolosuhteissa omistuksen keskittymi- nen voi kuitenkin ilmetä hetkellisinä hintapiik- keinä.
Tarkastelen väitöskirjassani myös sitä mah- dollisuutta, että havaitulle varastointikäytöksel- le olisi myös muita selityksiä kuin markkinavoi- ma. Erityisesti varastointiin liittyvät kapasiteet- tirajoitteet saattaisivat periaatteessa johtaa sa- mankaltaisiin tuloksiin kuin markkinavoima.
Myös tulovirtaamiin ja kysyntään liittyvät odo- tukset voivat väärin mallinnettuina johtaa vir- heelliseen markkinavoimatulkintaan. Estimoin- titulosteni valossa vaikuttaa kuitenkin hyvin epätodennäköiseltä, että mikään realistinen yhdistelmä edellä mainittuja tekijöitä voisi tuottaa markkinavoimamallin veroisen kuvauk- sen markkinan toiminnasta.
Johtopäätökset
Minkälaisia käytännön johtopäätöksiä väitös- kirjani tulosten perusteella voidaan tehdä? En- sinnäkin voidaan sanoa, että markkinan järjes- telmällinen ohjailu vesivarantojen avulla on yksittäiselle yritykselle hyvin vaikeaa, koska edes 30 prosentin omistusosuus kaikesta vesi- voimasta ei johda kovin suuriin monopolivoit- toihin. Toisaalta kolme suurinta pohjoismaista vesivoimatuottajaa (Statkraft, Vattenfall ja For- tum) omistavat noin puolet kaikesta vesivoima- kapasiteetista. Tutkimustulosteni mukaan ny- kyinen markkinavoiman aste on lähellä sitä kipukynnystä, jonka ylittyessä hyvinvointitap- pio markkinan keskittymisestä alkaa kasvaa nopeasti. Tässä mielessä vaikuttaa toivottaval- ta, ettei suurten vesivoimatuottajien tulisi mer- kittävästi antaa kasvattaa omistuksiaan vesivoi- maa omistavissa yhtiöissä.
Tutkimuksessani käsitellään nimenomaan vesivoiman käytön tehokkuutta pitkällä aikavä- lillä ja koko markkinan tasolla. Väitöskirjani ei vastaa esimerkiksi kysymykseen siitä, käyte- täänkö vesivoimaa markkinavoiman välineenä Suomen aluemarkkinalla. Suomen ja Ruotsin välisen siirtoyhteyden ruuhkautuessa Suomi nimittäin muodostaa oman hinta-alueensa, jol- loin yksittäisillä tuottajilla on enemmän valtaa kuin silloin, kun kilpakenttänä on koko poh- joismainen markkina-alue. Tutkimuksessa ei myöskään tarkastella lyhyen aikavälin, kuten päivänsisäisen sähkökaupan, markkinavoimaa.
Lämpövoimalaitosten käynnistämiseen ja alas- ajoon liittyvät kustannukset voivat näet mah- dollistaa hetkittäisen hintamanipulaation, joka voi olla lähes riippumaton veden pitkän aika- välin varastointistrategiasta.
Lisäksi tutkimuksessani ei oteta kantaa sii- hen, käytetäänkö myös lämpövoimaresursseja
markkinavoiman välineenä. Tämän ja monen muun tarpeellisen lisäkysymyksen selvittämi- nen edellyttäisi sellaisen tilastoaineiston saata- vuutta, joka tällä hetkellä nähdään pohjois- maissa sähköntuottajien yksityisomaisuutena.
Markkinan tehokkuuden analysoimiseksi sekä tutkijoiden että markkinaa säätelevien virasto- jen tiedon saantia olisi kohennettava. Tässä asiassa Pohjoismaat ja erityisesti Suomi tulevat selvästi monia muita sähkömarkkinamaita jäl- jessä.
Pohjoismainen markkina on tällä hetkellä uusien, merkittävien haasteiden edessä. kysyn- nän kasvu, fossiilisten polttoaineiden hinnan- nousu ja tiukentuvat päästörajoitteet tulevat johtamaan sekä korkeampiin hintoihin että hintavaihteluun. Tämä ei ainakaan helpota markkinavoimaongelmia. Päästörajoitteet tule- vat lisäksi vaikuttamaan voimakkaasti siihen, minkä tyyppistä kapasiteettia markkinalle ra- kennetaan ja kuinka vanha kapasiteetti poistuu tuotannosta. Uusiutuvien energialähteiden osuuden kasvu tulee sekin vaikuttamaan eri tuotantolähteiden väliseen työnjakoon.
Potentiaalisesti kaikkein suurin muutos tu- lee kuitenkin olemaan sekä pohjoismaisten siirtoyhtiöiden että suurten sähköntuottajien ajama integraatio keskieurooppalaisten sähkö- markkinoiden kanssa. kivihiileen ja maakaa- suun turvautuvassa keski-Euroopassa sähkön hinta on sekä korkeampi että vaihtelevampi kuin Pohjoismaissa, minkä vuoksi siirtoyhteyk- sien lisääminen Eurooppaan tulee hyödyttä- mään ensisijaisesti pohjoismaisia tuottajia ja keskieurooppalaisia kuluttajia. Muutos tulee myös vaikuttamaan vesivoiman rooliin pohjois- maisella sähkömarkkinalla.
Luettelemani muutokset kietoutuvat moni- mutkaiseksi vyyhdeksi, jonka vaikutuksia on mahdotonta arvioida ilman yksityiskohtaista
taloustieteellistä mallia. Väitöskirjassani esittä- määni mallia voidaan melko pienin muutoksin soveltaa myös pohjoismaisen markkinan tule- van kehityksen analysoinnissa.
Kirjallisuus
Crampes, C. ja Moreaux, M. (2001), ”Water Re- source and Power Generation”, International
Journal of Industrial Organization, 19, 975–
997.
Griffin, J. ja Puller, S. (toim.) (2005), Electricity de- regulation: Choices and Challenges, The Univer- sity of Chicago Press, Chicago.
