[논문]확률변동성 모형을 적용한 해운산업의 벙커가격과 환율 리스크 추정

김현석

doi:10.38121/kpea.2018.03.34.1.99

확률변동성 모형을 적용한 해운산업의 벙커가격과 환율 리스크 추정
Application to the Stochastic Modelling of Risk Measurement in Bunker Price and Foreign Exchange Rate on the Maritime Industry 원문보기

한국항만경제학회지 = Journal of Korea Port Economic Association, v.34 no.1, 2018년, pp.99 - 110

초록
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본 연구는 해운기업의 주요 비용요인 벙커 가격과 환율의 불확실성으로 인한 재무적 리스크를 수치화하는 방법론을 2010년 1월 1일부터 2018년 1월 31일까지의 일별자료를 대상으로 적용한다. 기하브라운 운동 (Geometric Brownian Motion 이하 GBM)과 이를 확장한 조건부 이분산성(heteroskedasticity) 및 점프 확산 프로세스(jump diffusion process)에 의존하는 모형으로부터 추정한 현금 흐름 리스크 추정치는 다음 세 가지 학술적 기여로 요약할 수 있다. 첫째, 운임수익률과 같은 단일 변수에 의존한 리스크 분석을 벙커가격과 환율 수익률 변동성과 같이 복합요인으로부터 발생하는 영향으로 분석을 확장하였다. 둘째, 개별기업 수준에서 벙커가격과 환율 리크스 관리의 필요성을 민감도 분석을 통해 현금흐름수준으로 제시하였다. 마지막으로 분석결과가 제시하는 리스크 규모를 근거로 해운기업은 리스크 관리를 위한 수단으로 무엇이 적절한가를 고민해야 할 필요성이 있음을 제기한다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study empirically examines simple methodology to quantify the risk resulted from the uncertainty of bunker price and foreign exchange rate, which cause main resources of the cost in shipping industry during the periods between $1^{st}$ of January 2010 and $31^{st}$ of January 2018. To shed light on the risk measurement in cash flows we tested GBM(Geometric Brownian Motion) frameworks such as the model with conditional heteroskedasticity and jump diffusion process. The main contribution based on empirical results are summarized as following three: first, the risk analysis, which is dependent on a single variable such as freight yield, is extended to analyze the effects of multiple factors such as bunker price and exchange rate return volatility. Second, at the individual firm level, the need for risk management in bunker price and exchange rate is presented as cash flow. Finally, based on the scale of the risk presented by the analysis results, the shipping companies are required that there is a need to consider what is appropriate as a means of risk management.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이때, 기업이 리스크를 관리하지 않으면 현금흐름에 변동이 존재하고 이는 외부조달 자금의 변동이나 자체 투자재원의 변동을 의미한다. 따라서 본 연구는 글로벌 금융위기를 전후하여 급변하는 경제 상황에 대한 인식에 바탕을 두고, 해운기업의 비용측면에서 가장 큰 변동요인인 선박연료유 가격변화와 환율변동에 따른 리스크 분석이 엄밀하게 진행되었는가에 대한 의문을 밝히기 위해 다음 두 가지 측면에 초점을 둔다. 첫째, 벙커가격과 환율 변동성의 불확실성을 확률적 동태 모형화한다.
이후 개별모형에 대한 추정된 모수로부터 자산가격 변화를 예측하고 이에 따른 기업의 지출 규모를 가정한 현금흐름 리스크를 추정해야 한다. 따라서 본 연구는 해운기업의 비용측면에서 가장 큰 리스크 요인인 선박연료유 가격과 환율에 의한 비용측면의 리스크를 분석하고, 이를 통해 해운기업의 리스크관리 체계의 필요성을 제기하고 정책적 함의를 도출한다.
본 연구는 해운기업에 대한 가정을 보유선박 운용에서 발생하는 가장 큰 비용부문의 특성과 미래시점에 외화로 지불할 금액이 있다는 특성으로 단순화하여 리스크관리 규모를 분석하였다. 특히, 현실에서 개별기업 수준에서 리스크관리 강화의 필요성을 현금흐름으로 추정해서 제기하였다.
무엇보다도 우리나라의 해운기업의 리스크 관리는 주로 운임수익 변화에 집중되어 왔으며, 해운산업의 특성상 대외결제와 주된 비용부문인 선박연료유 벙커가격 변화에 따른 리스크에 대한 인식이 매우 부족했다. 이에 대해서 해운업의 특성상 크게 주목받지 않던 환율 변동성이 해운산업에 미치는 영향을 중심으로 변수간의 장기균형관계가 존재함을 규명하였다.

가설 설정

본 연구는 원양을 운항하는 handy size 선박이월 1,000 톤의 선박연료유 벙커를 사용한다고 가정할 때, 벙커가격과 환율의 불확실성에 따른 기업의 현금흐름에 대한 영향으로 추정한다. 선박연료유사용량에 대한 가정에 대해서 GBM - GARCH 모형에 대한 100,000회 시뮬레이션을 통해서 평균 벙커 가격과 평균 환율에 대한 예측치를 각각 5개씩 도출하였다.

제안 방법

둘째, 개별기업 수준에서 벙커가격과 환율 리크스 관리의 필요성을 민감도 분석을 통해 현금흐름 수준으로 제시하였다. 물론, 선종별로 다양한 벙커소비량을 가정할 수 있으며 이를 필요에 따라 반영한 분석이 가능하다.
특히, 확률모형 중에서 가장 널리 활용하는 기하브라운(Geometric Bro wn Motion 이하 GBM) 모형을 기초로 변동성 군집(volatility clustering)과 점프확산(jump diffusion)과정을 포함하는 모형으로 확장하여 추정한다. 둘째, 분석대상 기간의 선박연료유 가격과 환율에 적합한 모형으로 민감도 분석(sensitivity analysis)을 실시한다. 이를 통해 선반연료유 벙커가격과 환율로부터 발생할 수 있는 리스크를 현금흐름으로 나타내고 위험관리의 필요성을 제기한다.
마지막으로 본 연구의 실증분석 결과는 위험의 크기를 중심으로 분석하였다. 특히, 개별기업 수준에서 리스크 관리가 이루어지기 위해서는 어느 정도의 규모가 필요한가를 가늠할 수 있다.
본 연구는 벙커가격과 환율의 변동성 리스크를 현금흐름을 통해 추정하였다. 특히, 해운산업과 연관된 기존의 리스크 관련 연구가 주로 운임 리스크분석에 치중한 반면, 본 연구는 최근 국제유가의 변동성 증대로 선박연료유 가격변화에 대한 어려움과 널리 알려진 환율의 변동성 특성을 적절히 모형화 할 수 있는 GBM - GARCH 모형으로부터 추정된 현금흐름 리스크를 추정하였다.
본 연구는 원양을 운항하는 handy size 선박이월 1,000 톤의 선박연료유 벙커를 사용한다고 가정할 때, 벙커가격과 환율의 불확실성에 따른 기업의 현금흐름에 대한 영향으로 추정한다. 선박연료유사용량에 대한 가정에 대해서 GBM - GARCH 모형에 대한 100,000회 시뮬레이션을 통해서 평균 벙커 가격과 평균 환율에 대한 예측치를 각각 5개씩 도출하였다. 이때, 현금흐름 추정을 위한 예측치는 식(9)의 추정식으로부터 생성한다.
무엇보다도 기존의 해운산업 리스크와 관련된 연구가 선박연료유와 환율로부터 유발된 리스크의 중요성을 간과해 왔다는 점에서 현금흐름 리스크의 크기로 추정된 본 연구에서 제시하는 실증분석 결과는 다음 세 가지 측면에서 의의를 갖는다. 첫째, 운임수익률과 같은 단일 변수에 의존한 리스크 분석을 벙커가격과 환율 수익률 변동성과 같은 복합요인으로부터 발생하는 영향으로 분석을 확장하였다. 따라서 향후에는 해운산업에 존재하는 복합적인 요인들의 영향을 반영한 모형으로 확장한 분석이 가능함을 제시한다.
본 연구는 벙커가격과 환율의 변동성 리스크를 현금흐름을 통해 추정하였다. 특히, 해운산업과 연관된 기존의 리스크 관련 연구가 주로 운임 리스크분석에 치중한 반면, 본 연구는 최근 국제유가의 변동성 증대로 선박연료유 가격변화에 대한 어려움과 널리 알려진 환율의 변동성 특성을 적절히 모형화 할 수 있는 GBM - GARCH 모형으로부터 추정된 현금흐름 리스크를 추정하였다.
본 연구는 해운기업에 대한 가정을 보유선박 운용에서 발생하는 가장 큰 비용부문의 특성과 미래시점에 외화로 지불할 금액이 있다는 특성으로 단순화하여 리스크관리 규모를 분석하였다. 특히, 현실에서 개별기업 수준에서 리스크관리 강화의 필요성을 현금흐름으로 추정해서 제기하였다. 그러나 현실에서는 일정 규모 이하의 기업들이 리스크관리 체계를 갖추기가 힘들다는 한계가 있기 때문에 어려운 경영상황에 있는 해운산업에 존재하는 다양한 리스크를 분석해서 이를 최소화하기 위한 관리수단을 공공부문에서 제공하는 것이 필요하다.
첫째, 벙커가격과 환율 변동성의 불확실성을 확률적 동태 모형화한다. 특히, 확률모형 중에서 가장 널리 활용하는 기하브라운(Geometric Bro wn Motion 이하 GBM) 모형을 기초로 변동성 군집(volatility clustering)과 점프확산(jump diffusion)과정을 포함하는 모형으로 확장하여 추정한다. 둘째, 분석대상 기간의 선박연료유 가격과 환율에 적합한 모형으로 민감도 분석(sensitivity analysis)을 실시한다.

대상 데이터

글로벌 금융위기에 따른 영향이 다소 완화된 2010년 1월 4일부터 최근 2018년 1월 31일까지를 대상으로 벙커가격과 환율에 대한 전체 1,959일의 일별 자료로 실증분석을 실시한다. 벙커가격은 세계주요 항만의 개별가격을 가중평균한 BIX(Bunker Index)를 사용하며, 환율은 일별 원/달러 명목환율(Nominal Exchange Rate)을 각각 추정한다.
벙커가격은 세계주요 항만의 개별가격을 가중평균한 BIX(Bunker Index)를 사용하며, 환율은 일별 원/달러 명목환율(Nominal Exchange Rate)을 각각 추정한다. 실증분석을 위한 벙커가격자료는 Bunker Index(http://www.bunkerindex.com)의 자료이며, 일별 환율 자료는 서울외국환중개 고시 기준으로 한국은행 경제통계시스템(ECOS) DB로부터 각각 추출하였다.

이론/모형

글로벌 금융위기에 따른 영향이 다소 완화된 2010년 1월 4일부터 최근 2018년 1월 31일까지를 대상으로 벙커가격과 환율에 대한 전체 1,959일의 일별 자료로 실증분석을 실시한다. 벙커가격은 세계주요 항만의 개별가격을 가중평균한 BIX(Bunker Index)를 사용하며, 환율은 일별 원/달러 명목환율(Nominal Exchange Rate)을 각각 추정한다. 실증분석을 위한 벙커가격자료는 Bunker Index(http://www.
본 연구는 세 가지 확률과정의 모수, θ 추정에 활용되는 방법으로 우도함수(likelihood function)를 최대화하는 최우추정법(maximum likelihood method)으로 추정한다.

성능/효과

그러나, 점프확산과정을 모형화하여 추정된 모형에서 변동성의 점프확산과 관련된 추정모수들(λ, μy, σy)이 모두 유의하지 않는 것으로 드러났다.
즉, 대형 선종의 경우 하루 400톤 이상의 선박연료유를 소비할 수 도 있으며, 월평균 1000톤의 선박연료유를 소비하는 선종을 15~20척 보유한 중견선사의 경우 현재 추정된 금액의 선박보유수 만큼 현금 리스크를 현실에서 매월 가질 수 있다. 따라서 본 연구의 실증분석 결과는 최근 벙커가격과 환율 변동성으로부터 리스크 관리 규모를 파악할 수 있음을 제시하는 유의미한 분석 결과다.
벙커가격 수익률과 마찬가지로 환율 수익률에 대한 확률과정 모형으로부터 추정된 모수의 유의성을 살펴보면, 벙커가격의 변화율과 마찬가지로 GBM 모형과 GBM-GARCH로 추정된 모수는 모두 통계적으로 유의한 것으로 나타났으나, 점프확산과정을 모형화하여 추정된 모형에서 변동성의 점프확산과 관련된 추정모수들(λ, μy, σy)이 모두 유의하지 않다.
벙커가격의 변화율에 대한 확률과정에 적합한 모형 선택을 위해 모형별 추정된 모수의 유의성을 살펴보면 GBM 모형과 GBM-GARCH로 추정된 모수는 모두 통계적으로 유의한 것으로 나타난다. 그러나, 점프확산과정을 모형화하여 추정된 모형에서 변동성의 점프확산과 관련된 추정모수들(λ, μ_y, σ_y)이 모두 유의하지 않는 것으로 드러났다.
. 시뮬레이션을 통한 벙커 가격의 변동성에 대한 결과에서 나타난 변동성 폭도 GBM 모형보다는 GBM-GARCH 모형이 다소 작은 것으로 드러났다.
즉, 초기에는 점차 감소하다가 1,173₩/$ 까지 변화하는 것으로 추정되었다. 이상의 시뮬레이션 결과로부터 추정된 월평균 현금흐름과 월별 최대 현금흐름으로부터 추정된 현금흐름 최대 리스크는 5,972,311원으로 추정된다. 즉, 벙커가격 변화와 환율변화로부터 발생할 수 있는 최대 리스크 크기의 현금이 해운기업에 더 필요할 수 있음을 의미한다.
이상의 환율 수익률에 대한 결과는 벙커가격 변화율과 마찬가지로 기존의 금융시계열 자료에 대한 GBM류의 분석에서 점프확산과정을 모형화하는 것을 중요하게 다루고 있으나, 본 연구의 분석대상 기간의 환율 자료는 점프확산과정보다는 변동성 모형이 보다 적합함을 의미한다.
따라서 본 연구는 글로벌 금융위기를 전후하여 급변하는 경제 상황에 대한 인식에 바탕을 두고, 해운기업의 비용측면에서 가장 큰 변동요인인 선박연료유 가격변화와 환율변동에 따른 리스크 분석이 엄밀하게 진행되었는가에 대한 의문을 밝히기 위해 다음 두 가지 측면에 초점을 둔다. 첫째, 벙커가격과 환율 변동성의 불확실성을 확률적 동태 모형화한다. 특히, 확률모형 중에서 가장 널리 활용하는 기하브라운(Geometric Bro wn Motion 이하 GBM) 모형을 기초로 변동성 군집(volatility clustering)과 점프확산(jump diffusion)과정을 포함하는 모형으로 확장하여 추정한다.

후속연구

김우환·김주현(2010)은 자산수익률 리스크에 대한 전통적 추정 모형을 수익률이 기하브라운 (Geometric Brown Motion 이하 GBM)을 따른다고 가정하는 확률모형으로 유가의 충격에 따른 CFaR(cash flow at risk)을 추정하였다. 그러나, 선박연료유가 아니라 원유가격을 분석하였으며, 리스크 요인을 유가하나만을 가정하고 환율을 주어진 것으로 추정하였다는 점에서 한계가 있다.
첫째, 운임수익률과 같은 단일 변수에 의존한 리스크 분석을 벙커가격과 환율 수익률 변동성과 같은 복합요인으로부터 발생하는 영향으로 분석을 확장하였다. 따라서 향후에는 해운산업에 존재하는 복합적인 요인들의 영향을 반영한 모형으로 확장한 분석이 가능함을 제시한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	경제충격은 기업의 무엇을 악화시키는가?	국내외적으로도 경제상황에 대한 불확실성의 수준이 과거 금융위기 이전과는 비교할 수 없는 수준으로 높아지고 있는 현실에서 해운산업도 국제금융시장 통합, 유가변동, 글로벌 금융위기 등의 충격에서 나타난 바와 같이 국내외 실물과 자본시장 변화의 영향을 크게 받는 것으로 드러났다. 무엇보다도 1997년 외환위기와 최근 2008년 미국발 경제위기와 유가변동 등에서 드러난 바와 같이 기업은 경제충격에 대하여 매우 민감하게 반응하고 있으며 이는 기업의 혁신역량, 성장잠재력을 약화시켰다. 특히, 국가 간 자본 및 경상거래 증가로 환율과 관련된 기업 활동을 재무적 리스크를 중심으로 국제적 맥락에서 이해하는 것은 기업 자체뿐만 아니라 국민경제 전체의 리스크관리 차원에서도 매우 중요하며, 변화하는 국제 환경에서 해운기업의 경영성과에 비용측면의 가장 큰 요인인 선박연료유가격과 환율변동이 어떤 영향을 미치게 될지를 판단하고 이에 따라 위험을 관리하는 것이 필요하다.
	기업의 리스크 관리가 이루어지지 않을 때의 상황은?	즉, 내부 재원에 비하여 외부로부터 재원을 조달하는 경우가 보다 많은 비용이 수반되는 상황이라면 기업은 헤징(hedging) 유인이 존재한다는 측면에서 리스크 관리를 위한 분석체계를 제시한다. 이때, 기업이 리스크를 관리하지 않으면 현금흐름에 변동이 존재하고 이는 외부조달 자금의 변동이나 자체 투자재원의 변동을 의미한다. 따라서 본 연구는 글로벌 금융위기를 전후하여 급변하는 경제 상황에 대한 인식에 바탕을 두고, 해운기업의 비용측면에서 가장 큰 변동요인인 선박연료유 가격변화와 환율변동에 따른 리스크 분석이 엄밀하게 진행되었는가에 대한 의문을 밝히기 위해 다음 두 가지 측면에 초점을 둔다.
	환율과 관련된 기업 활동을 재무적 리스크를 중심으로 국제적 맥락에서 이해하는 것이 중요한 이유는?	무엇보다도 1997년 외환위기와 최근 2008년 미국발 경제위기와 유가변동 등에서 드러난 바와 같이 기업은 경제충격에 대하여 매우 민감하게 반응하고 있으며 이는 기업의 혁신역량, 성장잠재력을 약화시켰다. 특히, 국가 간 자본 및 경상거래 증가로 환율과 관련된 기업 활동을 재무적 리스크를 중심으로 국제적 맥락에서 이해하는 것은 기업 자체뿐만 아니라 국민경제 전체의 리스크관리 차원에서도 매우 중요하며, 변화하는 국제 환경에서 해운기업의 경영성과에 비용측면의 가장 큰 요인인 선박연료유가격과 환율변동이 어떤 영향을 미치게 될지를 판단하고 이에 따라 위험을 관리하는 것이 필요하다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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