Modeling, pricing and hedging derivatives on natural gas : an analysis of the influence of the underlying physical market

Abstract

En un entorno energético cambiante marcado por estrictas políticas regulatorias y por una preocupación generalizada por la garantía de suministro energético, el gas natural ha logrado posicionarse como la fuente de energía primaria con mayor potencial de crecimiento. Este posicionamiento es debido a las bajas emisiones de carbono por unidad de energía producida y al aumento de la producción como consecuencia del desarrollo de nuevas tecnologías de exploración y producción de hidrocarburos. El importante papel que desempeña el gas natural en el panorama energético global ha traído como consecuencia un proceso de transformación desde la vinculación a barriles de referencia mediante contratos a largo plazo, hacia la generación de precios en mercados organizados, donde los precios responden a principios a corto plazo. Con este proceso de transformación surge la necesidad de redefinir un marco de análisis que demuestre ser coherente con los nuevos principios del mercado. Este Proyecto ofrece un profundo análisis de estos mercados en Norteamérica y Europa, con el objetivo de comprender los fundamentos que originan los precios y la volatilidad de los mismos. Tras un profundo análisis del impacto que tiene el mercado físico subyacente, es preciso representar esta influencia en un modelo coherente que pueda ser posteriormente implantado a través de una metodología fiable. La metodología que propongo es la de un Análisis Mensual por Componentes Principales, la cual logra representar fielmente la estacionalidad del producto a través de un modelo multifactorial de volatilidad. El enfoque propuesto y la metodología desarrollada en este Proyecto han demostrado cumplir los objetivos iniciales y puede ser considerada de útil aplicación como herramienta de gestión de riesgos para los distintos agentes del mercado. Además, dada su robustez y versatilidad, puede ser a su vez extrapolable a otras materias primas cuyos precios estén determinados por procesos estacionales.

In a changing global energy environment marked by tougher than ever regulatory policies and a generalized concern about security of energy supply, natural gas has made its way through to become the fastest growing primary source of energy due to its low carbon emissions per unit of energy produced and the development of new production technologies that have dramatically increased the volume of economically viable natural gas reserves. This relevant role that natural gas plays today in many developed countries has caused a departure from the traditional long-term oil price indexation approach towards the use of increasingly liquid natural gas price references through the creation of local spot and forward wholesale markets where prices are based on short-term fundamentals. This change in the price reference has created the need to redefine a robust modelling framework which proves to be consistent with the new market drivers and fundamentals. Hence, the first objective of this project is to provide a profound fundamental analysis of the American and European natural gas markets in order to understand their price drivers and sources of volatility. Having addressed the influence of the underlying physical market, it will then be necessary to represent it through a consistent pricing model and develop a reliable valuation methodology. Regarding the latter, the pricing methodology that I propose is based on both a Seasonal and a Monthly Principal Component Analysis which has proven to cope with seasonality in running time, and a Multi-Factor volatility function to fit volatility in time to maturity. The valuation methodology that I suggest fulfils these basic goals and should be useful as a risk management tool for all participants along the natural gas value chain, from the wellhead to the final consumer. Given its trustworthiness and versatility, the proposed methodology could be further used for other seasonal commodities and energy products, by simply calibrating the volatility functions with the corresponding product’s historical time series. This broadens the scope of the project to all players with exposure or interests in energy markets, from power generators and oil companies, to financial institutions seeking to deliver tailored solutions to their specific client’s needs.