Contract set optimization model (CUSTOM) for Turkish natural gas market

Abstract

Türkiye doğal gaz piyasası, Avrupa ve Amerika piyasalarını takiben, 2001'de yayınlanmış olan 4646 sayılı Doğal Gaz Piyasası Kanunu ile serbestleşme yoluna girmiştir.Türkiye, doğal gaz kaynakları bakımından çok şanslı bir konumda bulunmamasına rağmen, doğal gaz kaynaklarının kümelendiği Orta Doğu ve Hazar bölgeleri ile başlıca tüketici konumunda bulunan Avrupa ülkeleri arasındaki konumu ile doğal gaz boru hatları geçiş güzergahı açısından Dünya doğal gaz piyasasında önemli bir ülke durumundadır.Türkiye açısından doğal gazın sadece taşınan bir enerji kaynağından, ticareti yapılan, dolayısıyla kazanç elde edilen bir meta haline gelmesinin yolu, ülkedeki doğal gaz piyasasının gelişmesinden geçmektedir. Bu gelişim de bu konuda iş birliği yapacak uzmanların ortak çalışmalarıyla sağlanabilir.Bu tez, Türkiye doğal gaz sektöründe çalışmakta olan bir sektör uzmanı tarafından, bu konuda çalışmak isteyen sektör dışı kişilere bir kaynak olması amacıyla yazılmıştır. Ayrıca, sektöre yeni katılan uzman adayları için de bir el kitabı olması hedeflenmiştir.Doğal gaz piyasasında planlamalar yapılırken matematik, mühendislik, istatistik, hukuk gibi farklı disiplinlerin bir arada çalışması gerekmektedir. Bu gruplar arasında ortak bir dil oluşturulması kolay olmadığından, ortak bir dil geliştirebilmiş çalışma gruplarının, bu planlamalarda yardımcı olabilecek bir karar verme algoritması geliştirmelerine ihtiyaç vardır.Doğal gaz ticareti, özellikle serbestleşme sürecinin henüz başındaki piyasalarda, ancak o piyasaya has kurallar ile yürütülebildiğinden, başka bir piyasa için kurgulanmış matematiksel modellerin adapte edilmesi mümkün olmamaktadır. Farklı jeolojik, politik ve ekonomik koşullar altında, belli bir piyasa için oluşturulmuş hiçbir matematiksel model bir diğer piyasanın ihtiyaçlarını tam olarak giderememektedir.Bu tez çalışması ile Contract SeT Optimization Model (CUSTOM) for Turkish Natural Gas Market (Türkiye Doğal Gaz Piyasası için Sözleşme Seti Optimizasyon Modeli) adı verilen model adım adım kurgulanmış, bu esnada maliyetler ve nasıl oluştukları tanıtılmıştır. Matematik fonksiyonları kullanılarak, gaz ticareti ile ilgili maliyet kalemleri sektöre aşina olmayanlarca da çalışmalarda kullanılabilecek şekilde modellenmiştir.Türkiye doğal gaz ihtiyacının hemen hepsi ithal kaynaklardan sağlanmaktadır. Ayrıca, Türkiye'nin doğal gaz depolama kapasitesi de mevsimsel dalgalanmaları sönümleyebilecek kadar gelişmiş değildir. Bu iki kavramın bir araya gelmesiyle, doğal gaz ülkeye ithal edildiği birkaç gün içinde büyük oranda tüketilmek durumunda olan bir kaynak halini almıştır. İthalatçı şirketler tarafından ithal edilen doğal gazın toptan satış şirketleri ve dağıtım şirketleri aracılığıyla son tüketiciye ulaşması esnasında her el değişikliğinde imzalanan sözleşmeler doğal gaz piyasasında işleyişin temelidir.Doğal gaz piyasasında anlaşmalar yıllık olarak yapılmakta olup, BOTAS iletim hatlarını kullanabilmek için başvurulması gereken son tarih olan Eylül sonundan önce bir sonraki sene yürürlükte olacak tüm anlaşmalar aynı anda bağlanmaktadır. Bu sebepten tüm anlaşmalar birbirlerini etkilemekte olup, pek çok pazarlıklar sonucu gelinen anlaşma koşullarının hangilerinin bir sonraki sene karlı bir ticaret olacağı iyi hesaplanmak durumundadır.Bu tez çalışmasında esas olarak özel sektördeki şirketlerin operasyonları incelenmiştir. Devlet şirketi olan BOTAS'ın piyasadaki hakim durumu, boru hatlarının mülkiyetini ve kontrolünü elinde bulundurması, doğal gaz piyasası gerçeklerinden bağımsız biçimde fiyat belirleyebilme serbestisi sebebiyle BOTAS satış operasyonlarının matematiksel olarak modellenmesi anlamsızdır. 2013 başından beri dünya doğal gaz piyasasındaki tüm değişikliklere, ayrıca yurt içinde döviz kurundaki tüm dalgalanmalara rağmen BOTAS, Hükümetin kararıyla gaz fiyatında herhangi bir düzenlemeye gitmemiştir. Önümüzdeki günlerde de bir fiyat ayarlaması yapılıp yapılmayacağı tamamen politik bir karardır.Bu özellikleri ile BOTAS fiyatı tahmin edilemeyen bir yapıdadır. Ne var ki, doğal gaz ticaret şirketleri pazar paylarını artırmak için halihazırda BOTAS'tan alım yapan son tüketicilere muhtaçtır. Doğal gazın kalitesi veya teslim şartları tamamen BOTAS'ın işlettiği iletim hatları üzerinden gerçekleştirildiği için doğal gaz ticaret şirketlerinin tek enstrümanı fiyat rekabetidir. Bu, BOTAS-endeksli fiyat yapısının Türkiye doğal gaz piyasasında yaygınca kullanılması sonucuna yol açmıştır.BOTAS-endeksli fiyatlandırma sisteminde, BOTAS tarifelerinden (abone, serbest tüketici ve organize sanayi bölgesi) oluşturulan bir sepet referans fiyatı olarak alınmakta, bu sepet üzerinden indirim teklif edilmektedir. Yıl içinde BOTAS'ın zam veya indirim yapması durumunda bu değişiklik sözleşme fiyatına aynı şekliyle yansımaktadır. Gazın taşınması ile ilgili maliyetler bu tip kontratlarda genellikle satıcı tarafından karşılanmaktadır.Öte yandan ithalat sözleşmeleri petrol-endeksli olarak tanımlanmış olup, ithalatçı şirketler satışlarını bu fiyatın üzerine belirli bir kar koyarak yapma eğilimi gösterebilmektedirler. Böylece ithalatçı şirketler zarar etme riskinden kurtulmuş olmaktadırlar. Bu fiyat yapısı da, Türkiye doğal gaz piyasasında firmalar arasında yaygınca yer bulmuş durumdadır. Referans olarak belirlenmiş olan petrol ve petrol türevlerinin fiyatlarındaki dalgalanmalar, formül yapısına göre bazen birkaç ay gecikmeli olarak gaz fiyatına yansımaktadır. Bu tip kontratlarda gazın taşınması ile ilgili maliyetler de genellikle alıcıya yansıtılmaktadır.Bunlarla birlikte, bir de basit karşılaştırma açısından sabit dolar fiyatlı bir fiyat yapısı öngörülmüştür.Elbette pek çok farklı fiyat yapısı oluşturulabileceğinden tamamının bu tez çalışmasında değerlendirilmesi mümkün değildir. Bu çalışma kapsamında farklı karmaşıklık düzeyindeki bu üç fiyat yapısı yeterli görülmüştür. Gerçek bir operasyonda bu yapı esas alınarak sözleşme şartlarına uygun model kolaylıkla oluşturulabilir.Fiyatların karlı bir operasyon sağlayıp sağlamayacağı, aynı zamanda bu operasyonların gerçekleştirilip gerçekleştirilemeyeceğine de bağlıdır.İthalat anlaşmalarının belirli miktar şartları vardır. Bu şartlar çerçevesinde günlük belli bir miktara kadar gaz sağlanabilmekte olup bu miktarın üzerinde gaz arzı sağlanamamaktadır. Ayrıca, günlük alınabilecek minimum miktarlar da bu anlaşmalarda belirtilmiştir.Bununla birlikte yıllık alınabilecek maksimum miktar da belirlenmiştir. Bu miktar aşılamayacağı gibi, bu miktarın belirli bir yüzdesinin de satın alınması ilave olarak zorunlu kılınmıştır. Asgari yıllık miktar ve asgari yazlık miktar olarak adlandırılan bu miktarlar satın alınmadığı durumda alıcının ceza ödemesi söz konusu olmaktadır.Bu şartlar, her yapılan sözleşmeye küçük değişikliklerle silsile halinde aktarılmaktadır. Dolayısıyla bir şirket, alış ve satış kontratlarını hazırlarken bu şartlara uymak zorundadır.Bu çalışmada ele alınan kontratlar bir bütün olarak değerlendirilmektedir. Belirli bir yıllık dağılıma sahip gaz için fiyat formülü belirlendikten sonra kontrat parametreleri tamamlanmış olur ve diğer kontratlarla karşılaştırma bundan sonra başlar.Herhangi bir kontratı kısmen ya da yılın belirli dönemlerinde devreye almak gibi bir uygulama olmadığından bu gibi faaliyetler SPOT satış olarak tanımlanmıştır ve bu tezin kapsamında incelenmemiştir. Zira SPOT satışlar kısa dönemli olup zaten fiyatları ve kar beklentisi kesin olarak bilinmektedir. CUSTOM kullanarak bir sonraki yılın planlamasını yapmış bir firma, portföyünün müsaitliğine göre yıl içinde herhangi bir zaman herhangi bir ticarete girerek bütçelediği karının üzerine kazanç ekleyebilir.Bir firma, bir sonraki yıl için planlamasını yaparken alış ve satış kontratlarını miktar açısından çakıştırmakta zorlanmaktadır. Firmanın, alış kontratlarında tanımlanmış günlük maksimum miktarı hiç aşmadan satış kontratlarını bağlaması halinde kendisinden istenen gazı her gün tam olarak teslim etmesi garantilenmiş olur. Öte yandan, yıl içinde müşterilerin minimum miktarlarda alım yaptığı durumda, bu firma alış kontratlarındaki minimum şartları sağlayamama riski ile karşı karşıya kalacaktır.Eğer firma, alış kontratlarındaki minimum miktarları satmayı garanti altına alacak şekilde satış kontratı bağlarsa da, müşterilerinin alabilecekleri miktarın tamamını almak istediği soğuk kış günlerinde bu talepleri karşılayamama ve onlara eksik yapacağı teslimattan dolayı tazminat ödeme riskiyle karşı karşıya kalabilir.CUSTOM, bu iki durumu da maliyet olarak hesaplayıp sonuca dahil etmektedir ve böylece miktar açısından hiç cezasız satış stratejisini yakalayamasa da, cezalar ve tazminatlar ödendikten sonra toplam karın en yüksek olduğu sonucu bulmaktadır.Tez çalışmasında, kontrat yapıları kadar kanunlar ve yönetmeliklerden doğan maliyetler de incelenmiştir. BOTAS boru hatları kullanıldığı için, Şebeke İşleyiş Düzenlemesi ve diğer yönetmelikler ile tarif edilen taşıma bedeli, kapasite bedeli, kapasite aşım bedeli, dengesizlik cezası gibi maliyetler matematiksel olarak tanımlanmıştır.Bir diğer maliyet kalemi olan damga vergisi de bu çalışma kapsamında dikkate alınmıştır. Damga vergisi imzalanan her anlaşmada doğmakta olup, bir sonraki yıla otomatik olarak uzayan anlaşmalarda doğmamaktadır. Bu maliyet kalemi, bazen bir anlaşmanın yenilenmesi ya da ilgili miktar için başka bir anlaşmanın imzalanması kararı verilirken etkili olabilecek kadar büyüktür.Miktar açısından birbirlerine denk gelen sözleşme setleri bu maliyetler de dahil edilerek kar zarar tablosu ortaya çıkarılmıştır.Sözleşme setleri oluşturulması aşaması piyasadaki hemen her şirket için kullanılabilecek şekilde tasarlanmıştır. Alış kontratları, satış kontratları ayrı ayrı tanımlanmış olup, her birinin dengesizlik karakterleri tarif edilmiş durumdadır. Eğer ki şirket bir ithalat lisansına sahipse, alış kontratı sabit tutulup diğer kontratlardan karşılayan setler incelenecektir. Benzer şekilde şirket veya bağlı bulunduğu holding bir dağıtım şirketi veya kombine çevrim santraline sahipse, bu sefer satış kontratları sabit tutulup alış kontratlarından ihtiyaçlarını karşılayan set oluşturulacaktır.Tez içinde örnek olması açısından tezin son bölümünde sunulan case study incelenmiş, alış kontratı sabit tutularak beş farklı müşteri seti alternatifi oluşturulmuştur. Birbirinden farklı miktar ve fiyat şartları bulunan toplamda 11 adet sözleşme arasından tespit edilen bu beş set, sekiz farklı geleceğe dönük fiyat beklentisi açısından incelenmiştir.Her sözleşmenin minimum ve maksimum alım miktarları farklı olabileceğinden ve bu sınırlar dahilinde müşterilerin nasıl hareket edeceği yıl öncesinde kestirilemeyeceğinden, dört farklı ekstrem davranış yapısı öngörülerek her durum için bu setlerin ayrı fiyat beklentilerine göre kar / zarar durumu yeniden hesaplanmıştır.Çalışmanın sonunda, sadece fiyatlara göre yapılan inceleme ile bir kar zarar tablosu çıkmıştır. Bu tablo, diğer tarif edilen maliyet kalemlerinden seçilen bazılarının eklenmesiyle tekrar değerlendirilmiş olup, bazı varsayımlara göre karlı görülen alternatiflerin aslında zarar etme ihtimali olduğu açığa çıkmıştır.Bu yaklaşım, hesaplamaların ne kadar kapsamlı ve detaylı yapılırsa gerçeğe o kadar yakın sonuç alınacağını ve sürprizlerle karşılaşma ihtimalinin azalacağını açıkça göstermektedir.

From the well to the end consumer, natural gas follows a long route owing to the valuable efforts of numerous professionals. Exploration, production, transmission and consumption of natural gas are well studied for ages and could be considered as mature professions those use proven techniques of several engineering disciplines.On the other hand, trading of natural gas is a profession which could only be developed specifically for a certain country, especially if the market is just at the beginning of liberalization process. Under different geologic, political and economic conditions, none of the mathematical models structured for a specific market would fit perfectly for another one.For Turkish natural gas market, the urgent need is that a mathematical model of the market to be structured, hence new improvements could be adopted and simulated during the legislation procedure. Many academic studies on energy planning which are focused on demand or price forecasting are only useful if there exists a mature, predictable market structure.In this thesis study, Turkish natural gas market is overviewed to give the reader an insight about the market structure.First interesting information about the Turkish gas market is, almost all of the natural gas agreements are signed by trading companies at the same time in a yearly basis, in order to access natural gas grid according to the regular schedule. It means that, by negotiations conducted between companies before the capacity reservation date, a company has information of many sales and purchase contracts ready to be signed. On the decision week, a professional has to decide on and purchase contracts to sign among the negotiated ones. Comparison of different contract sets are used to maximize the expected profit of the company for the upcoming year.It is a fact that BOTAS has the vast majority of Turkish natural gas market and hence the BOTAS sales price practically acts as a reference price. On the other hand, since almost all of the demand is satisfied by imported natural gas, oil-indexed import agreement prices are also another reference for the market. Finally, as the third price structure, fixed price contract is included in the thesis study.With the changes in the BOTAS tariff, reference oil product prices and exchange rate throughout the year, every price equation result in different prices for each month. Eight different estimations are offered in order to see the profitability of each contract set at the end of the year under different assumptions.Gas volume definitions are stated in contracts in detail. The maximum amounts those could be withdrawn by buyer in a particular day and for the whole year are written explicitly in contracts. Moreover, minimum amounts those buyer has to take in summer time and during the whole year are also defined. These upper and lower boundaries allow buyer to fluctuate in a wide range without harming the contract conditions. A company has to consider the boundaries of sales and purchase contracts together to decide on the contracts to be signed among negotiated ones. Hence, four different extreme consumption case calculation methods are defined and applied to each contract.For the purpose of maximizing the profit at the end of the year, Contract SeT Optimization Model (CUSTOM) is structured to generate a profitability matrix.Comparisons of contracts are not enough to decide without including other costs and expenses arising from regulations and legislations. Every cost item is defined clearly by mathematical functions.Combining the results, an overall profitability matrix is generated which summarizes the profit and loss situations for the decision maker.CUSTOM intends to transform sector know-how into a mathematical functions set in order to let professionals who are out of the sector to study and improve the Turkish natural gas market.For demonstration purpose, CUSTOM is applied to a fictional case study by using excel and the results of that study are presented in the last section of this thesis study.