Boris Solier

Sujet de thèse: Une analyse économique et ex-post des effets du prix du carbone sur le secteur électrique européen

Directeur M. C. DE PERTHUIS - June 2014

Abstract

This thesis is an evaluation of the interaction between the European Union Emissions Trading Scheme and electricity markets over the period 2005-2012. It rests on econometric and modelling instruments to both explain the development of markets and draw lessons for the conduct of future policies. The ex-post analysis of the introduction of a carbon price into electricity markets in Europe unveils three types of interactions with: the formation of electricity prices; the technical and economic choices and CO2 emissions; the formation of electricity rents.

Empirical estimates show that the degree to which the carbon cost is passed on through electricity prices is generally not homogeneous but rather varies over both time and markets, contingent upon a combination of factors. The impacts of the carbon price on both the technological mix and the CO2 emissions from the power sector are estimated using the simulation model ZEPHYR-Elec, which aims at replicating the short-term equilibrium between electricity supply and demand. Emission reductions in the electricity sector induced by the European carbon market amount to between 3% and 5% of counterfactual emissions. From 2012 on, the carbon price has not been high enough to compensate for the gas-to-coal price differential in Europe. Distributional effects of the carbon price on the electricity sector are introduced into the ZEPHYR-Elec model using an analytical representation of the formation of rents. Estimates suggest that profits made by the electricity sector are generally higher with a carbon price in place, including when allowances are auctioned.

Keywords: EU ETS, electricity markets, pass-through, CO2 emissions, rents, energy-climate policies, Europe.

Résumé

Cette thèse évalue les interactions entre le système européen d’échange de quotas de CO2 et les marchés de l’électricité sur la période 2005-2012. Elle est réalisée à partir d’instruments économétriques et de modélisation, permettant d’expliquer les évolutions observées des marchés et de dégager des enseignements pour la conduite des politiques futures. L’analyse ex-post de l’introduction d’un prix du carbone sur les marchés électriques en Europe fait apparaître trois types d’interactions : sur la formation des prix de l’électricité ; sur les choix technico-économiques et les émissions de CO2 ; sur la formation des rentes électriques. Les estimations empiriques mettent en évidence que le degré de répercussion du prix du carbone sur les prix de l’électricité n’est généralement pas homogène mais varie selon les périodes et les marchés en fonction d’une combinaison de facteurs. Les impacts du prix du carbone sur le mix technologique et les émissions de CO2 du secteur électrique sont estimés à partir du modèle de simulation ZEPHYR-Elec, qui a pour objet de reproduire l’équilibre de court terme offre-demande d’électricité. Les réductions d’émissions de la production électrique induites par le marché européen des quotas représentent 3% à 5% des émissions contrefactuelles. Depuis 2012, le prix du carbone ne permet plus de compenser le différentiel de prix gaz-charbon en Europe. Les effets distributifs du prix du carbone sur le secteur électrique sont introduits dans le modèle ZEPHYR-Elec à partir d’une représentation analytique de la formation des rentes. Les estimations suggèrent que les profits du secteur électrique sont globalement plus élevés du fait du prix du carbone, y compris en cas d’allocation aux enchères des quotas.

Mots-clefs : EU ETS, marchés électriques, pass-through, émissions de CO2, rentes, politiques climat-énergie, Europe.

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