A Study on Integration of the World Crude Oil Markets Using Price Asymmetry Model

Jinsoo Kim, Sunah Oh, 허은녕 (2009) · Geosystem Engineering 12(1):1-4 · DOI ↗

세계 4 대 원유 spot 시장 (Dubai · Brent · WTI · Tapis) 의 통합도를 가격 상승과 하락의 비대칭 반응으로 측정한다. Bai-Perron (1998) 구조변화 검정으로 일관 표본 (Dubai 1차-2차 break 사이 1999.09-2004.12) 선정 후, ADF/PP 단위근 → Johansen cointegration → asymmetric-ecm 의 3 단계 framework 으로 분석. 6 쌍의 양방향 추정 (Dubai-Brent, Dubai-WTI, Dubai-Tapis, Brent-WTI, Brent-Tapis, WTI-Tapis) 결과 모두 cointegration 존재로 시장 통합 가설 지지하나, ECM 의 가격 상승 조정계수 $\theta^+$ 와 하락 조정계수 $\theta^-$ 가 5/6 쌍에서 통계적으로 다르게 추정 — 통합도가 가격 방향에 따라 비대칭임을 정량 확인.

• RQ: 세계 원유 시장의 통합도 (regionalization 부재) 를 가격 상승·하락의 비대칭 반응으로 측정하면 어떻게 다른가? 단일 ECM 의 통합도 추정이 가격 방향을 통합한 평균값이라면, 비대칭 분해는 어떤 추가 시사점을 주는가?
• 방법론: bai-perron-structural-break-test (구조변화 시점 식별 + 일관 표본 선정), augmented-dickey-fuller-test + phillips-perron-test (단위근 검정), johansen-cointegration (AIC 로 optimal lag, Osterwald-Lenum 1992 임계값), asymmetric-ecm (Borenstein-Cameron-Gilbert 1997 framework 의 양방향 적용, Oh-Heo 2005 의 정유제품 framework 을 원유 spot 간 관계로 변환), F-test for short-run / long-run / strong 비대칭
• 데이터: 4 spot 시장 — Dubai (중동) · Brent (북해) · WTI (미국) · Tapis (극동) 의 주별 가격 (KNOC), 1999.09-2004.12 (Dubai 의 1차-2차 break 사이). Log 변환
• 주요 발견: (i) Bai-Perron 으로 Dubai 2 break (1999.08, 2005.01), Brent 2 (1999.10, 2005.01), WTI 1 (2004.07), Tapis 0. (ii) 4 시장 모두 I(1), 6 쌍 모두 r=0 cointegration 기각 (Johansen, 1% 유의). (iii) ECM 의 $\theta^+ \neq \theta^-$ 가 5/6 쌍에서 F-test 10% 수준으로 통계적 차이 — Dubai-Brent, Dubai-WTI, Brent-WTI, Tapis-Brent, WTI-Tapis. (iv) Brent-Tapis 의 $\theta^+ = -0.4032$, $\theta^- = -0.2547$ — 가격 상승 시 long-run 조정 속도가 하락 시보다 1.6 배 빠름. (v) Dubai-Brent 의 $\theta^+ = -0.1759$ vs $\theta^- = -0.1002$ — 상승 시 1.8 배 빠른 조정
• 시사점: Gûlen (1999), Kim-Heo-Kim (2007) 의 세계 원유시장 통합 결론은 평균적으로 유효하나, 가격 방향별로 통합도가 비대칭. 정보 비대칭 (가격 상승 정보는 빨리 전파, 하락은 느림) 의 신호로 해석 가능. 단일 ECM 은 이 차이를 통합 평균값으로 가리며, 정책 simulation (예: 원유가 충격 전파) 에 비대칭성 고려 필요

요약

본 paper 는 허은녕 의 1·2기 전환기 (2008-2009) 에 위치한 crude-oil-markets 통합 / 비대칭 라인의 발전형. 자매 paper Estimating Long-Run Relationship among Crude Oil Spot Prices, U.S. Inventory, and OPEC Production: An Error Correction Model Approach 가 5 spot 시장 (Brent, WTI, Dubai, Oman, Minas) 과 OPEC 생산·US 재고의 cointegration·ECM 통합 검정을 한 후, 본 paper 는 spot 시장 쌍 사이 의 양방향 ECM 추정을 비대칭으로 확장. 동기는 두 갈래 — (i) 가격 비대칭 literature (Bacon 1991 Energy Economics, “rockets and feathers” 가격 반응 비대칭 시초; Borenstein-Cameron-Gilbert 1997 QJE 의 정유 가격 비대칭 ECM; Bachmeier-Griffin 2003 RES; Oh-Heo 2005 의 한국 정유 적용) 가 주로 raw material vs product 관계에 집중했으나, (ii) 본 paper 는 동일 raw material (crude oil) 의 시장 간 비대칭으로 framework 을 전환 — 정보 비대칭이 동일 상품의 지역 가격에 어떻게 비대칭 전파되는지 측정.

방법론은 표준 3 단계 + 추가. (i) Bai-Perron (1998) 구조변화 검정으로 1991-2007 표본의 break 시점 식별 — Dubai 2 break (1999.08, 2005.01), Brent 2 (1999.10, 2005.01), WTI 1 (2004.07), Tapis 0 (no break, 안정 시장). 일관 표본은 Dubai 의 1차-2차 break 사이 1999.09-2004.12 채택 — 정보 비대칭은 급격한 가격 변동기에 잘 드러난다는 가정. (ii) ADF (Said-Dickey 1985) + PP (Phillips-Perron 1988) 단위근 검정에서 4 시장 모두 I(1) 확인 — level 비정상, 1차 차분 정상. (iii) Johansen (1991) cointegration 검정으로 6 쌍 모두 r=0 기각 — 시장 통합 ($\lambda_{\text{trace}}$ p < 0.01). (iv) asymmetric-ecm 양방향 추정 — 각 쌍 양방향 (예: Dubai → Brent 와 Brent → Dubai 분리), $\theta^+$ 는 가격 상승 시 long-run 조정 속도, $\theta^-$ 는 하락 시. (v) F-test 로 비대칭 유의성 검정 — short-run ($\beta_i^+ = \beta_i^-$), long-run ($\theta^+ = \theta^-$), strong (양자 동시).

결과는 일관되다 — 모든 쌍에서 cointegration 존재로 시장 통합 가설은 지지 (Kim-Heo-Kim 2007 환경자원경제연구 결과 재확인). 그러나 ECM 조정 계수는 가격 방향별로 비대칭. 가장 극적인 사례는 Brent-Tapis: $\theta^+ = -0.4032$ (상승 시 long-run 균형으로 40% 조정 / 주), $\theta^- = -0.2547$ (하락 시 25%) — 상승 정보가 1.6 배 빨리 전파. F-test 결과 6 쌍 중 5 쌍 (Dubai-Brent, Dubai-WTI, Brent-WTI, Tapis-Brent, WTI-Tapis) 이 10% 유의 수준에서 비대칭 유의. 본 연구의 한계: (i) Hsiao (1981) 의 asymmetric causality 미시 메커니즘 검정 미수행 — future work 으로 명시. (ii) 표본 6 년 (1999-2004) 으로 단기. (iii) 비대칭의 source (information lag, market power, 거래 비용) 분리 안 됨. 허은녕 의 원유 시장 시계열 분석 라인 의 최종 정점에 위치하며, 1기 (1998-2008) 에너지 시장 분석 도구의 완성을 보여주는 작업.

핵심 결과

Table 1. Bai-Perron 구조변화 검정 (1991.01-2007.06)

시장	Optimal # breaks	Break points
Dubai	2	1999.08, 2005.01
Brent	2	1999.10, 2005.01
WTI	1	2004.07
Tapis	0	None

표본 기간 선정: Dubai 1 차-2 차 break 사이 = 1999.09 ~ 2004.12 (가장 안정적 일관 표본).

Table 2. ADF + PP 단위근 검정 (Level, t-statistic): 4 시장 모두 비정상 (p > 0.10), 1 차 차분 정상 (p < 0.01). 모두 I(1).

Table 3. Johansen cointegration 검정 — 6 쌍 모두 r=0 기각 (1% 유의)

쌍	Eigenvalue	λ_trace	p-value
Dubai-Brent	0.0761	27.42	0.0035
Dubai-WTI	0.0807	25.51	0.0059
Dubai-Tapis	0.1067	32.79	0.0008
Brent-WTI	0.1146	35.07	0.0004
Brent-Tapis	0.1910	59.49	<0.0001
WTI-Tapis	0.0806	26.68	0.0043

Table 4-5. 비대칭 ECM 조정 계수 (양방향, $\theta^+$ vs $\theta^-$, p in parentheses)

쌍 (1→2)	$\theta^+$	$\theta^-$	$\bar{R}^2$
Dubai → Brent	−0.1759 (0.006)	−0.1002 (0.029)	0.796
Brent → Dubai	+0.2075 (0.005)	+0.1272 (0.014)	0.795
Dubai → WTI	−0.1294 (0.026)	−0.1644 (0.001)	0.715
WTI → Dubai	+0.0096 (0.141)	+0.1969 (0.001)	0.709
Dubai → Tapis	−0.1784 (0.002)	−0.1523 (0.004)	0.755
Tapis → Dubai	+0.1663 (0.004)	+0.1298 (0.013)	0.747
Brent → WTI	−0.2077 (0.001)	−0.2265 (<0.001)	0.794
Brent → Tapis	−0.4032 (<0.001)	−0.2547 (<0.001)	0.796
Tapis → Brent	+0.2895 (<0.001)	+0.1270 (0.030)	0.785
WTI → Tapis	−0.1990 (0.002)	−0.1639 (0.022)	0.713

Table 6-7. F-test 결과 (비대칭 유의성, * = 10% 유의): Dubai-Brent (short-run 0.062*, strong 0.098*), Dubai-WTI (short 0.097*), Brent-WTI (short 0.059), Tapis-Brent (long 0.081*), WTI-Tapis (short 0.063*). 6 쌍 중 5 쌍에서 비대칭 통계적 유의.

해석: (i) Brent-Tapis 의 $\theta^+/\theta^- = 0.40/0.25 = 1.6$ — 가격 상승 시 long-run 조정이 1.6 배 빠름 (정보 비대칭의 가장 명확한 사례). (ii) WTI → Dubai 의 $\theta^+ = 0.0096$ (비유의) — 미국 시장 가격 상승이 중동 가격에 거의 영향 없음. (iii) Tapis → Brent 의 $\theta^+ = 0.29$, $\theta^- = 0.13$ — 극동 시장 가격 상승이 북해 시장에 빠르게 전달.

방법론 노트

핵심 통찰은 동일 상품 (crude oil) 의 지역 spot 가격 간 통합도가 평균값으로 측정될 때 가격 상승·하락의 비대칭이 가려진다는 점, 그리고 정보 비대칭 (가격 상승 정보는 빨리 전파, 하락 정보는 느림) 이 ECM 의 long-run 조정계수 비대칭으로 드러난다는 점.

핵심 식 — Oh-Heo (2005) 의 정유제품 framework 을 원유 spot 간 양방향 적용:

$$\Delta P_{1t} = c + \sum_{j=1}^{m} \gamma_j \Delta P_{1,t-j} + \sum_{i=0}^{n}\!\left(\beta_i^+ \Delta P_{2,t-i}^+ + \beta_i^- \Delta P_{2,t-i}^-\right) + \theta^+\!\left(P_{1,t-1}^+ - \phi_0^+ - \phi_1^+ P_{2,t-1}^+\right) + \theta^-\!\left(P_{1,t-1}^- - \phi_0^- - \phi_1^- P_{2,t-1}^-\right) + \varepsilon_t$$

여기서 $\Delta P^+_t = \max(\Delta P_t, 0)$, $\Delta P^-_t = \min(\Delta P_t, 0)$. $\theta^+ \neq \theta^-$ 면 long-run 조정이 가격 방향별로 비대칭. $\beta^+, \beta^-$ 의 차이는 단기 transmission 비대칭. $\phi_0^+, \phi_1^+, \phi_0^-, \phi_1^-$ 는 각 방향별 cointegrating vector — 가격 상승과 하락의 장기 균형 관계가 다를 수 있음을 허용.

식별 전략: (i) Bai-Perron 구조변화 검정으로 안정 표본 확보 — break 시점을 endogenous 식별, 외환위기 / 9·11 / 이라크전 등 외생 shock 의 ECM 추정 오염 회피. (ii) 비대칭 분해는 $\Delta P^+, \Delta P^-$ 의 deterministic 분리 — 추가 가정 불필요. (iii) 양방향 추정 (예: Dubai → Brent + Brent → Dubai) 으로 causality 방향 차이까지 진단. (iv) F-test 의 3 형태 (short-run = $\beta^+ = \beta^-$, long-run = $\theta^+ = \theta^-$, strong = 양자 동시) 로 비대칭의 채널 식별. 한계는 (i) 비대칭의 source (information lag vs market power vs transaction cost) 미분리, (ii) Hsiao (1981) 의 asymmetric causality 미실시 (future work), (iii) Johansen 의 single cointegration vector 가정.

연구 계보

본 paper 는 (i) Bacon (1991 Energy Economics) 의 “rockets and feathers” 가격 비대칭 시초 + Karrenbrock (1991 FRBSL Review), Borenstein-Cameron-Gilbert (1997 QJE), Godby-Lintner-Stengos-Wandschneider (2000 Energy Economics), Bachmeier-Griffin (2003 RES), Grasso-Manera (2007 Energy Policy) 의 정유 가격 비대칭 literature, (ii) Oh-Heo (2005 J. Korean Soc. Geosys. Eng.) 의 한국 정유 비대칭 분석 — 본 paper 의 직접 framework 출처. 시계열 도구는 Said-Dickey (1985 JASA) ADF, Phillips-Perron (1988 Biometrika), Johansen (1991 Econometrica) cointegration, Bai-Perron (1998) 구조변화, Osterwald-Lenum (1992 OBES) 임계값, Pantula-Gonzalez-Farias-Fuller (1994 JBES) lag selection. 시장 통합 literature 는 Gûlen (1999 Energy Journal) 과 Kim-Heo-Kim (2007 환경자원경제연구) 의 통합 가설 — 본 paper 는 이를 비대칭으로 확장.

허은녕 의 author page 분류상 1·2기 전환기 (2008-2010) 의 원유 시장 시계열 분석 라인 최종 정점이며, 자매 paper Estimating Long-Run Relationship among Crude Oil Spot Prices, U.S. Inventory, and OPEC Production: An Error Correction Model Approach (5 시장 통합 ECM) 과 Price and inventory dynamics in petroleum product markets (가격-재고 구조모형) 의 연장선. 본 paper 의 비대칭 framework 은 후속 허은녕 의 2 기 (2009-2017) 재생에너지·기술 가치 평가 작업 이전 시장 분석 도구 의 완성형.

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