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Risk management system for losses caused by trading electricity in whole sale market using weather derivatives

Research Project

Project/Area Number 19K22024
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 25:Social systems engineering, safety engineering, disaster prevention engineering, and related fields
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

山田 雄二  筑波大学, ビジネスサイエンス系, 教授 (50344859)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 倉橋 節也  筑波大学, ビジネスサイエンス系, 教授 (40431663)
牧本 直樹  筑波大学, ビジネスサイエンス系, 教授 (90242263)
松本 拓史  一般財団法人電力中央研究所, 社会経済研究所, 主任研究員 (60883163)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords気象予測誤差 / デリバティブ / 電力市場 / 市場取引 / シミュレーション / ファイナンス / 天候デリバティブ / 実証
Outline of Research at the Start

本研究は,気象条件によって変動が激しい風力や太陽光等再生可能エネルギー発電電力を,卸電力取引所において円滑に取引するための新たな損失リスクマネジメントツールとして,気象予測誤差デリバティブを活用する市場設計の枠組みと汎用化のための市場取引実行可能性を検証するものである.特に,連続的に更新される気象予測値を参照する先物の動的取引により,任意の支払関数構造をもつ気象予測誤差デリバティブが設計可能であることを示した上で,気象予測誤差デリバティブのための理論構築と数値予報データ利用の検討,モデル検証と実データに基づく実証,および模擬市場取引計算システムの設計とエージェントシミュレーションを実施する.

Outline of Annual Research Achievements

本年度は,昨年度に構築した基礎理論を発展させるにより,以下の研究成果等を得た.
①実務上の扱いやすさを考慮し,太陽光発電予測に関する提案手法の拡張を行った.具体的には,日付・時刻・日射量の3方向の平滑化条件を同時に加味する3次元テンソル積スプライン関数を用いたモデルの構築,およびその検証を実施した.また,複数の既往モデルと比較することで,提案手法の頑健性確保及び予測誤差低減における優位性を実証した.
②前年度構築したボリューム・価格の同時ヘッジ手法について,査読付き国際学術誌Energy Economics (IF: 5.203, SJR (Energy): 24/858) に投稿し,採択された.さらに,多種多様な事業者を想定し,各事業者にとって最適なデリバティブおよびその汎用化について検討した.また,これらの成果を,査読付き国際学術誌Energies (IF: 2.702, SJR (Energy) 特集号「Forecasting and Risk Management Techniques for Electricity Markets」へ投稿した.
③ノンパラメトリックな分布推定手法であるGAMLSSを用いてスポット価格の予測分布を推定する手法を新たに提案した.また,提案手法を適用し,JEPXスポット市場時間帯価格入札における予測誤差に伴う損失をヘッジするためのCapletというデリバティブを構築し,スポット市場に入札を行う事業者のヘッジ戦略を提案した.
④需給インバランスによって生じる価格高騰メカニズムを明らかにするために,インバランス料金単価の推定手法について,線形モデルおよび機械学習モデルを用いた検討を行った.
さらに,当該テーマを含む持続可能社会に関する国際ワークショップをオンラインで開催し,討論を実施するなど,結果の普及活動を行った.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

基礎となるモデル構築はほぼ完了し,実務での応用を見据えた拡張および汎用化も順調に進んでおり,研究目的については,②おおむね順調に進展している,といえる.

Strategy for Future Research Activity

本研究課題で提案するデリバティブを用いたヘッジモデルや予測誤差デリバティブの汎用化においては,予測モデルの精緻化と適用する回帰モデルの拡張が当面の課題であったが,予測モデルについては3次元テンソル積スプライン関数を用いて,回帰モデルについては分位回帰等を用いた拡張およびその検証をそれぞれ進めている.市場取引シミュレーションについては,気象予測誤差デリバティブの有無が取引戦略に与える影響分析,および電力需給インバランスをモデル化に取り組んでいる.今後は,インバランスが要因で起こる価格高騰に対するヘッジ手段や安定化のための方策として,前日のシステム価格や当日のSNS情報,取引量などを用いた予測シミュレーションモデルについて検討を行う.さらに,結果の普及のため,国内外での発表を積極的に行い,研究内容をさらに発展させていく予定である.

Report

(2 results)
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report

Research Products

(27 results)

All 2021 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (5 results) Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 5 results) Remarks (2 results) Funded Workshop (1 results)

  • [Int'l Joint Research] NUS(シンガポール)

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      2020 Research-status Report
  • [Int'l Joint Research] California State University, Fullerton(米国)

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  • [Int'l Joint Research] London Business School(英国)

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  • [Int'l Joint Research] MIT(米国)

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  • [Int'l Joint Research] National University of Singapore(シンガポール)

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  • [Journal Article] Simultaneous hedging strategy for price and volume risks in electricity businesses using energy and weather derivatives2021

    • Author(s)
      Takuji Matsumoto, Yuji Yamada
    • Journal Title

      Energy Economics

      Volume: 95 Pages: 1-16

    • DOI

      10.1016/j.eneco.2021.105101

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] IConstruction of Forecast Model for Power Demand and PV Power Generation Using Tensor Product Spline Function2021

    • Author(s)
      Takuji Matsumoto, Yuji Yamada
    • Journal Title

      Proceedings of the 2021 3rd International Conference on Clean Energy and Electrical Systems (published as a volume of IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (EES))

      Volume: ― Pages: 1-8

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 再生可能エネルギー電力取引のための気象予測誤差デリバティブ2020

    • Author(s)
      山田 雄二, 松本 拓史
    • Journal Title

      オペレーションズ・リサーチ

      Volume: 65-1 Pages: 12-19

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      2019 Research-status Report
    • Open Access
  • [Journal Article] Financial Contagion through Asset Price and Interbank Networks2020

    • Author(s)
      Jun Sakazaki, Naoki Makimoto
    • Journal Title

      Advanced Studies of Financial Technologies and Cryptocurrency Markets, Lukas Pichl et al. (eds.), Springer

      Volume: 印刷中

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      2019 Research-status Report
  • [Journal Article] Time Series Prediction with LSTM Networks and Its Application to Equity Investment2020

    • Author(s)
      Ken Matsumoto, Naoki Makimoto
    • Journal Title

      Advanced Studies of Financial Technologies and Cryptocurrency Markets, Lukas Pichl et al. (eds.), Springer

      Volume: 印刷中

    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Journal Article] Hedging strategies for solar power businesses in electricity market using weather derivatives2019

    • Author(s)
      Takuji Matsumoto, Yuji Yamada
    • Journal Title

      Proceedings of the 2019 IEEE 2nd International Conference on Renewable Energy and Power Engineering

      Volume: ― Pages: 1-5

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Research of Variable Selection Method within A Framework of Real-coded Genetic Algorithm2019

    • Author(s)
      Takahiro Obata, Setsuya Kurahashi
    • Journal Title

      Proceedings of the 2019 IEEE Congress on Evolutionary Computation (CEC)

      Volume: ― Pages: 3388-3395

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      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Construction of Forecast Model for Power Demand and PV Power Generation Using Tensor Product Spline Function2021

    • Author(s)
      Yuji Yamada
    • Organizer
      2021 3rd International Conference on Clean Energy and Electrical Systems
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      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hedging strategy for sustainable solar power generation businesses by creating market instruments2021

    • Author(s)
      Yuji Yamada
    • Organizer
      1st NUS-Tsukuba Joint-Online-Workshop on Sustainable Management and Data Sciences
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      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 3次元テンソル積スプライン関数を用いた太陽光発電出力の予測手法2021

    • Author(s)
      松本 拓史, 山田 雄二
    • Organizer
      日本オペレーションズリサーチ学会2020年度春季研究発表会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Simultaneous Hedging of Price and Volume for Electricity Trading Using Prediction Error Derivatives2020

    • Author(s)
      Yuji Yamada, Takuji Matsumoto
    • Organizer
      2020 INFORMS Annual Meeting
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Analytical Framework for Efficient Imbalance Settlement Mechanisms in the Japanese Electricity Market2020

    • Author(s)
      Takuji Matsumoto, Yuji Yamada
    • Organizer
      2020 INFORMS Annual Meeting
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      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Multi-period bond portfolio optimization by linear rebalancing strategy utilizing a stochastic interest rate model2020

    • Author(s)
      Yoshiyuki Shimai, Naoki Makimoto
    • Organizer
      14th International Conference on Computational and Financial Econometrics
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      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Creating prediction error insurance market for renewable energy trading2020

    • Author(s)
      Yuji Yamada
    • Organizer
      The 1st MIT-Tsukuba Joint-Workshop on Data Systems Science towards Social and Business Innovations
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Model-based Policy Making: Urban Dynamics, Health Policy, Electricity Market and Family Strategy2020

    • Author(s)
      Setsuya Kurahashi
    • Organizer
      The 1st MIT-Tsukuba Joint-Workshop on Data Systems Science towards Social and Business Innovations
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] ノンパラメトリック回帰を用いた卸電力市場ヘッジモデル2019

    • Author(s)
      山田 雄二
    • Organizer
      日本オペレーションズリサーチ学会・研究部会「エネルギーミックスの諸問題とOR」第14回研究会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Hedging strategies for solar power businesses in electricity market using weather derivatives2019

    • Author(s)
      Takuji Matsumoto, Yuji Yamada
    • Organizer
      2019 IEEE 2nd International Conference on Renewable Energy and Power Engineering
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] シミュレーション&ゲーミング手法によるエネルギー転換と電力先物市場の影響予測2019

    • Author(s)
      倉橋 節也
    • Organizer
      日本オペレーションズリサーチ学会・研究部会「エネルギーミックスの諸問題とOR」第15回研究会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] A Research of Variable Selection Method within A Framework of Real-coded Genetic Algorithm2019

    • Author(s)
      Takahiro Obata, Setsuya Kurahashi
    • Organizer
      2019 IEEE Congress on Evolutionary Computation (CEC)
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    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] Yuji Yamada's Homepage

    • URL

      http://www.u.tsukuba.ac.jp/~yamada.yuji.gn/

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  • [Remarks] Setsuya Kurahashi's Homepage

    • URL

      http://www.u.tsukuba.ac.jp/~kurahashi.setsuya.gf/

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  • [Funded Workshop] 1st NUS-Tsukuba Joint-Online-Workshop on Sustainable Management and Data Sciences2021

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Published: 2019-07-04   Modified: 2021-12-27  

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