What about Coal?: Interactions between Climate Policies and the Global Steam Coal Market until 2030

Because of economic growth and a strong increase in global energy demand the demand for fossil fuels and therefore also greenhouse gas emissions are increasing, although climate policy should lead to the opposite effect. The coal market is of special relevance as coal is available in many countries and often their first choice to meet energy demand. In this paper we assess possible interactions between climate policies and the global steam coal market. Possible market adjustments between demand centers through market effects are investigated with a numerical model of the global steam coal market until 2030: the "COALMOD-World" model. The COALMOD-World model is an equilibrium model that computes future trade flows, infrastructure investments and prices until 2030. We investigate three specific designs of climate policy: a unilateral European climate policy, an Indonesian export-limiting policy and a carbon capture and storage (CCS) fast-roll out policy in the broader context of climate policy and market constraints. We find that market adjustment effects in the coal market can have significant positive and negative impacts on the effectiveness of climate policies.climate policy, future coal production, energy, numerical modeling, international trade

COALMOD-World: A Model to Assess International Coal Markets until 2030

Coal continues to be an important fuel in many countries' energy mix and, despite the climate change concerns, it is likely to maintain this position for the next decades. In this paper a numerical model is developed to investigate the evolution of the international market for steam coal, the coal type used for electricity generation. The main focus is on future trade ows and investments in production and transport infrastructure until 2030. "COALMOD-World" is an equilibrium model, formulated in the complementarity format. It includes all major steam coal exporting and importing countries and represents the international trade as one globalized market. Some suppliers of coal are at the same time major consumers, such as the USA and China. Therefore, domestic markets are also included in the model to analyze their interaction with the international market. Because of the different qualities of steam coal, we include different heating values depending on the origin of the coal. At the same time we observe the mass-specific constraints on production, transport and export capacity. The time horizon of our analysis is until 2030, in 5-year steps. Production costs change endogenously over time. Moreover, endogenous investments are included based on a net present value optimization approach and and the shadow prices of capacities constraints. Investments can be carried out in production, inland freight capacities (rail in most countries), and export terminals. The paper finishes with an application of the model to a base case scenario and suggestions for alternative scenarios.coal, energy, numerical modeling, investments, international trade

Moving towards a "COAL-PEC"?

Coal has for many years been considered as a resource of the past and as a result its importance has been underestimated. Yet coal still is the main pillar for generating electricity in most countries: A quarter of the worldwide primary energy consumption is provided by coal. While the world's largest coal producers, China, the USA and India, are at the same time the largest consumers of coal. Smaller producers and consumers of coal engage extensively in international trade. In particular the seaborne coal trade has increased significantly since the 1990's. In the past two years prices of import coal also have increased considerably. In September 2008, importers in Europe had to pay prices of more than 200 US dollars per ton, a price level many times higher than the historical average. In this context, fears have increasingly been voiced that the international coal market - analogous to the oil market which continues to be dominated by the OPEC-might witness the emergence of a supplier cartel, a "COAL-PEC". A strong tendency towards the concentration of companies has in fact been observed in the international coal market in the past years. Increased prices could have resulted from the use of market power. Drivers for the price increase were the strong rise in demand, in particular from China and India, capacity bottlenecks in production and shipment as well as a lack of investments. In the future a tight market and high coal prices have to be expected.Coal, Energy, Market structure, Simulation model

Auf dem Weg zu einer "COAL-PEC"?

Die Bedeutung von Kohle wird heute oft unterschätzt, da sie lange als eine Ressource der Vergangenheit galt. Dabei ist Kohle nach wie vor Grundpfeiler der Stromerzeugung in den meisten Ländern: Ein Viertel des weltweiten Primärenergieverbrauchs wird durch Kohle gedeckt. Während die größten Kohleproduzenten China, USA und Indien auch gleichzeitig die größten Konsumenten sind, beteiligen sich kleinere Kohleproduzenten und -verbraucher in umfangreichem Maße am internationalen Handel. Insbesondere der seewärtige Kohlehandel hat seit Anfang der 90er Jahre stark zugenommen. In den vergangenen zwei Jahren sind auch die Preise für Importkohle deutlich gestiegen. In den letzten Wochen mussten Importeure in Europa Spitzenpreise von über 200 US-Dollar pro Tonne zahlen, ein Vielfaches des langjährigen Durchschnitts. In diesem Zusammenhang wird zunehmend die Befürchtung laut, der internationale Kohlemarkt könne sich - analog zum Ölmarkt, welcher nach wie vor von der OPEC dominiert wird - in Richtung eines Anbieterkartells entwickeln, einer "COAL-PEC". Tatsächlich war in den vergangenen Jahren eine starke Tendenz der Unternehmenskonzentration auf dem internationalen Kohlemarkt zu beobachten. Die gestiegenen Preise könnten somit auch aus Marktmacht resultieren. Weitere Gründe für den Preisanstieg sind stark steigende Nachfrage, insbesondere aus China und Indien, Kapazitätsengpässe in der Produktion und der Verschiffung sowie mangelnde Investitionen. Auch in Zukunft ist mit einem engen Markt und hohen Kohlepreisen zu rechnen.Coal, Energy, Market structure, Simulation model

Indien: Entwicklung auf Kosten des Klimas

Der Pro-Kopf-Stromverbrauch in Indien, der heute noch zwölf Mal niedriger ist als in Deutschland, soll sich laut Prognosen der Internationalen Energie- Agentur bis 2030 verdreifachen. Die dringend erforderliche Elektrifizierung des Landes wird zum überwiegenden Teil mit Stromerzeugung aus Kohle betrieben. Trotz Reformstau im Strom- und Kohlesektor geht derzeit pro Monat ein neues Kohlekraftwerk ans Netz, und diese Entwicklung wird sich voraussichtlich noch beschleunigen. Erneuerbare Energien spielen zwar eine zunehmende Rolle, ihr Anteil an der Elektrizitätserzeugung ist jedoch gering und konzentriert sich auf bestehende Wasserkraftwerke. Indien befindet sich derzeit also auf einem Entwicklungspfad, der den globalen Zielen nachhaltiger Energieerzeugung und Verminderung des Ausstoßes klimaschädlicher Gase zuwiderläuft. Mit voraussichtlich 3,3 Milliarden Tonnen CO2- Ausstoß im Jahr 2030 gegenüber 1,15 Milliarden Tonnen im Jahr 2005 ist Indien auf dem Weg, der drittgrößte Emittent von Kohlendioxid zu werden. Bei den internationalen Klimaverhandlungen verteidigt Indien die Position der "Kohlenstoffgerechtigkeit". Langfristig wird aber auch Indien einen Beitrag zur Emissionsbeschränkung leisten müssen. Die Industriestaaten können dabei helfen mit Angeboten zu finanzieller Kompensation bei einem Beitritt zu einem globalen Klimaabkommen, mit der Intensivierung der technischen Zusammenarbeit und mit der glaubhaften Durchsetzung von Klimazielen im eigenen Land.Energy, Coal, Climate policy

Ökonomie des globalen Kesselkohlemarktes - Modellierung von Handel, Wettbewerb und Klimapolitiken

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