A hybrid economic econometric model of crude oil prices for PSE/CAPE applications under historical fluctuations and market uncertainties

The main driver for this thesis was to model and forecast the quotations of crude oil (CO), which is the reference component in most if not all chemical supply chains. In order to understand the forces that cause price fluctuations, the work analyzes some historical events that in last decade influenced CO market. After a presentation of the state-of-the-art, some existing models are simulated and evaluated in terms of time-granularity, forecast horizon, and type of explanation provided on quotation trend (i.e. econometric vs economic models). One of the most important remarks in the Sections dedicated to econometric and economic models is that the implementation of economic models over long-time horizons presents some problematic issues, such as the need for supply-and-demand variable forecast. Conversely, the econometric models do not care of the forces that cause price fluctuations. Hence, the thesis proposes a revised economic model (called “OPEC based model”) to forecast quarterly prices of CO over short- and medium-term horizons so to take into account recent variations of both Brent and WTI quotations. The new economic model is credited by its own power to include the contributions from both CO producers and consumers, which are clustered into OPEC and OECD organizations. In addition, this model considers also supply-and-demand variables. The obtained results are useful for Dynamic Conceptual Design problems (e.g. design of chemical plants under market uncertainty and similarly production/allocation planning/scheduling). These problems call for the creation of possible future scenarios according to stochastic variations of markets, country economic development, political/economic decisions at international level. The OPEC based model can be manipulated in order to create future scenarios with an overall bullish or bearish trend. Finally, the thesis shows and simulates a hybrid model that combines the OPEC based quarterly model with a monthly econometric model. The thesis focuses on the dynamic evolution of raw material prices as a function of the real market demand, global supply, geographical localization, market uncertainties, and historical background.

L’obiettivo della presente tesi è stato la modellazione e la previsione dei prezzi del greggio, precursore di riferimento dell’industria chimica. Al fine di individuare le cause delle sue fluttuazioni, la tesi analizza alcuni eventi che hanno influenzato il mercato petrolifero nell’ultimo decennio. Dopo aver presentato lo stato dell’arte, alcuni modelli sono stati simulati e valutati in termini di granularità e orizzonte temporale e del tipo di spiegazione fornita per l’andamento delle quotazioni (modelli econometrici ed economici). Una delle osservazioni più importanti fatte nelle Sezioni dedicate ai modelli economici ed econometrici è che i primi presentano alcune problematiche su lunghi orizzonti temporali, come la necessità di prevedere le variabili che si riferiscono alla domanda e all’offerta. Al contrario, i modelli econometrici non si preoccupano delle cause delle oscillazioni dei prezzi. La tesi propone quindi una rivisitazione di un modello economico (noto come modello OPEC) per la previsione dei prezzi trimestrali del greggio su orizzonti temporali medio-brevi, al fine di tenere in considerazione i recenti andamenti di Brent e WTI. Il nuovo modello economico è accreditato dalla sua capacità di comprendere sia i produttori sia i consumatori, raggruppati in modo semplificato nelle organizzazioni OPEC e OECD, e le variabili relative a domanda e offerta. I risultati ottenuti sono utili per il Dynamic Conceptual Design (e.g., per valutazioni economiche soggette alle incertezze di mercato o scheduling/planning). Questi problemi hanno richiesto la creazione di possibili scenari futuri basati su variazioni stocastiche o su decisioni politiche/economiche internazionali. Il modello OPEC può essere manipolato al fine di creare scenari rialzisti o ribassisti. Infine, la tesi presenta e simula un modello ibrido, nato dalla combinazione del modello OPEC con un nuovo modello econometrico che lavora con quotazioni mensili e in media mobile. La tesi continua gli studi sull’evoluzione dinamica dei prezzi di materie prime quali funzioni della reale domanda di mercato, l’offerta globale, la posizione geografica, le incertezze di mercato e il panorama storico.