The natural gas market and agent-based modeling

Posted on January 15, 2010

1


The EU’s natural gas supply and how the market for natural gas will develop are at the top of the EU’s agenda. It was last winter’s “gas war” between Russia and Ukraine that put the spotlight on the problems that exist. What matters to the EU’s residents are future gas prices and whether there will be sufficient natural gas. One can summarise the economists’ current methods for predicting price developments in the energy sector like this: the current price will probably be the price in the future. Reality shows something completely different. No good methods for modeling energy price developments have existed and when it comes to modeling aids today’s prognoses can be made with a ruler and pencil. During recent years modern computer methods have finally entered the picture as so called “agent-based modeling” has been developed.

Yesterday Menno van Benthem from the University of Groningen defended his thesis titled “Optimizing the structure of the natural gas market using an agent-based modeling framework”. It is now six months since I was asked whether I could consider participating in the “manuscript committee” and as one of the members of the “Doctorate board” that would approve the thesis. I accepted the challenge and am now in Groningen.

It is difficult to describe in a few lines a thesis of 200 pages but it can be interesting to look at the agents that act in the modeling. We can begin with those that have a need, the user agents, the ones that, ultimately, will pay something to satisfy their need. The delivery of gas is regulated by contract with an actor’s agent. At the other end we have those that will produce the gas, the resource agents that, in their turn, also have contracts with actors in the market, the actors’ agents. The market is also influenced by different institutions, institutions’ agents, that can affect the price through taxes and other decisions. In the system one must also have storage of natural gas so as to cope, in a simple manner, with local fluctuations in demand, the storage agents. These interact with the gas networks’ agents. A spot market with traders can also exist where the daily price is regulated. Each agent then acts on the basis of their own position and processes must be developed for these behaviours. Finally, everything must be coupled together in a computer program.

First one tests the program against history before modeling the future. Since one does not know exactly how the future may be one can develop various scenarios. For example, a government might study what happens if one introduces a carbon tax on natural gas. In the thesis the model was tested on the contemporary gas market in Holland and on three different future scenarios. Energy Delta Institute Energy Business School has printed the thesis as a book and those that are interested can contact them for a copy.

Now to yesterday’s “Doctorate Board”. Before the examination we gathered in a meeting where we discussed the thesis and the questions we wished to take up during the examination. I was able to borrow a traditional cloak with a frill and hat. Then we arranged ourselves into a procession that entered the “court” where we took our places. The defendant and his two stewards, all dressed in tails, were then brought in and the defendant took the place of the “accused”. The examination was to take exactly 45 minutes. When we sat down we could remove our hats but only to don them again when we stood up. Since our research at Uppsala concerns resource agents I used my seven minutes for questions on the behaviour of these agents. In total it was seven people that got to pose questions.

After 45 minutes the procession master came into to the room, banged his staff on the floor and declared that we must finish. We put on our hats, got up and processed out of the room to then meet to approve the thesis. For me it was not a difficult decision to make since I had already participated in the committee that has examined the text. The document was signed and then it was hats on and back to the disputation room. The Ph.D degree certificate was awarded, we processed out and then we all gathered together with the new doctor and his colleagues, family and friends. My Ph.D. student Kristofer is also working on agent-based modeling and I look forward to his thesis.

(Swedish)
EU:s naturgasförsörjning och hur marknaden för naturgas skall utvecklas står högt upp på EU:s agenda. Det var förra vinterns ”gaskrig” mellan Ryssland och Ukraina som satte strålkastaren på de problem som existerar. Betydelsefullt för EU:s invånare är framtidens pris på gas och om det kommer att finnas tillräckligt med naturgas. Vad det gäller ekonomers nuvarande metoder att förutsäga prisutvecklingar inom energisektorn kan de sammanfattas så här; nuvarande pris kommer att gälla även i framtiden. Verkligheten visar något helt annat. Det har inte funnits några bra metoder för modellering och vad det gäller hjälpmedel kan dagens prognoser göras med linjal och penna. Under senare år har modern datateknik äntligen kommit in i bilden genom att så kallad ”agentbaserad modellering” har utvecklats.

I går försvarar Menno van Benthem från universitetet i Groningens sin avhandling med titeln ”Optimizing the structure of natural gas market using an agent-based modeling framework”. Det är nu sex månader sedan som jag fick frågan om jag kunde tänka mig att vara med i ”manuskript kommittén” och som en av medlemmarna i ”doktorsstyrelsen” som skulle godkänna avhandlingen. Jag antog utmaningen och är nu i Groningen.

Det är svårt att med några få rader beskriva en avhandling på 150 sidor men det kan vara intressant att titta på de agenter som agerar under modelleringen. Vi kan börja med de som har ett behov, agenterna användare, de som i slutändan skall betala något för att täcka sitt behov. Leveransen av gas regleras genom något kontrakt med en aktörs agent. I andra ändan har vi de som skall som skall producera gasen, resurs agenterna, som i sin tur också har kontrakt med aktörer på marknaden, aktörsagenter. Marknaden påverkas också av olika institutioner, institutions agenter, som kan påverka priset genom skatter och andra bestämmelser. I systemet måste man också ha lager med naturgas för att på ett enkelt sätt ta hand om lokala fluktuationer vad det gäller efterfrågan, lageragenter, som agerar gentemot gasnätverksagenterna. Det kan också finnas en spotmarknad där priset för dagen regleras. Varje agent agerar sedan utifrån sin egen position och det måste utvecklas funktioner för dessa beteenden och till sist kopplar man samman allt i ett dataprogram.

Först testar man programmet gentemot historiska förlopp för att sedan modellera framtiden. Eftersom man inte vet exakt hur framtiden blir kan man utveckla olika scenarier och en regering kan till exempel studera vad som händer om man introducerar en koldioxidskatt på naturgas. I avhandlingen testades modellen på nuvarande gasmarknaden i Holland och tre olika framtidsscenarier. Energy Delta Institute Energy Busyness School har tryckt upp avhandlingen som en bok och intresserade kan vända sig dit.

Nu till gårdagens ”Doctorate Board”. Innan förhöret samlades vi i ett möte där avhandlingen diskuterades och vilka frågor som vi ville ta upp under förhöret. Jag fick låna traditionsenlig mantel med krås och hatt. Sedan blev det uppställning i led och vi tågade in i ”domstolen” där vi intog våra platser. Sedan fördes respondenten och hans två marshalkar in, alla klädda i frack, och respondenten intog den ”åtalades” plats. Förhöret skulle pågå i exakt 45 minuter. Då vi satt ner kunde vi ta av oss hatten men så for som vi stod upp var det hatt på. Eftersom vår forskning berör resursagenten ägnade jag mina 7 minuter till frågor om den agentens beteende. Totalt var vi sju stycken som fick ställa frågor.

Efter 45 minuter kom processionsmästaren in i salen och stötte med sin stav i golvet och förklarade att vi måste sluta. Vi tog på oss våra hatar och reste oss upp och tågade ut ur salen för att sedan sammanträda för att godkänna avhandlingen. För mig var det inget svårt beslut att fatta eftersom jag redan varit med i den kommitté som granskat texten. Dokument undertecknades, hatt på och tillbaka till disputationsrummet. Doktorsbeviset överlämnades, procession ut och sedan samlades vi alla tillsammans med den nye doktorn och hans kolleger, släkt och vänner. Min doktorand Kristofer jobbar också med agentbaserad modellering och jag ser nu fram mot hans avhandling.

Posted in: Dagsaktuellt