Managing residential water demandan applied econometric analysis

Resumen

Resumen en inglés: This thesis is formed by three essays that carry out an comprehensive analysis of residential water demand and water demand management tools. It is a topic of critical importance as there is a growing need to analyze water demand due to the increasing water stress caused by economic activity, increasing population and climate change. The three essays of my thesis elaborate on: 1) the analysis of water demand under heterogeneous preferences to better understand the effectiveness of demand management policies; 2) a study of the relationship between the adoption of efficient water-using technologies and user habits corresponding to these technologies; and 3) a semiparametric study on efficiency in water consumption that allows us to compute potential water savings. The thesis exploits household-level panel data on residential water demand and consumers' characteristics obtained by combining information from a survey of 1,465 domestic users in the city of Granada and bimonthly price and consumption data supplied by this city's water supplier from the period 2009-2011. The essay entitled ¿Responses to changes in domestic water tariff structures: a Latent Class Analysis on household-level data from Granada (Spain)¿ studies heterogeneous residential water demand by implementing latent class models. Among the methodological issues addressed in this essay, we have dealt with price endogeneity in a nonlinear model, which has been treated using a Control Function approach. Four different residential water consumer profiles in Granada for the period 2009-2011 are identified based on the similarity of their unobservable preferences, rather than the common profile assumed by single equation approaches. Moreover, this estimation allowed us to observe four distinct price responses, implying that some groups of consumers are price insensitive so that non-pricing policies should be implemented in order to foster water conservation. The probability of belonging to each class is parameterized, allowing water regulators to characterize the households in each class in order to tailor water demand management policy to heterogeneous users. The second essay in this thesis named ¿Adoption and use of efficient technologies at residential level: a disaggregated analysis in the water sector¿ analyzes the determinants of the adoption of water-efficient appliances and habits, disaggregating each type of behavior since households may choose to purchase some of those efficient appliances or adopt habits because of the resulting energy savings, with water savings being a secondary consideration due to the lower price of water. When analyzing these decisions, the relationship between the adoption of water-efficient equipment and habits is also examined, as there could be an inappropriate use of the technologies that could lead to water efficiency losses. In order to do so, a recursive semi-ordered probit model is proposed to jointly model choices about the adoption of different technologies and water conservation habits. Our results show that there are differences in terms of the determinants of each decision. Furthermore, the relationship between efficient water-using technologies and habits differs depending on the type of technology. This relationship is found to be negative in the case of non-electrical efficient devices and the corresponding habits, implying that households with this type of technology are not making an appropriate use of it. Finally, the essay entitled ¿The impact of environmental behavior on the efficiency in residential water consumption¿ measures the level of efficiency in water demand and analyzes the effect of different environmental behaviors on efficiency in residential water consumption. In order to do so, a water demand frontier function is estimated using a semiparametric smooth-coefficient stochastic frontier model. This methodology allows us not only to analyze the effect of the environmental factors on the unobserved inefficiency term but also to include these variables into the main regression function. In doing so, the intercept and the slope coefficients are expressed as unknown functions of these environmental factors. This methodology allows us to compute potential water savings associated with different environmental behaviors. Despite obtaining high efficiency scores, there is still room for water savings, which may be enhanced by promoting water efficient appliances and water conservation habits. Resumen en castellano: Esta tesis está formada por tres ensayos que muestran un análisis integrado de la demanda de agua residencial y las herramientas de gestión de la misma. Este es un tema de gran interés debido a la creciente escasez de agua causada por la actividad económica, el crecimiento de la población y el cambio climático. Los tres ensayos en esta tesis se centran en: el análisis de la demanda de agua en presencia de preferencias heterogéneas para poder valorar la efectividad de las políticas de gestión de la demanda, un estudio sobre la relación entre la adopción de tecnologías eficientes de uso de agua y los hábitos correspondientes a las mismas, y un análisis semiparamétrico de la eficiencia en el consumo de agua que permite calcular los ahorros de agua potenciales. Esta tesis utiliza microdatos de panel relativos a la demanda residencial de agua y algunas características de los hogares. La base de datos ha sido obtenida al combinar información de una encuesta a 1.465 usuarios domésticos en la ciudad de Granada con datos sobre consumo bimensual y precios proporcionados por la empresa de abastecimiento de agua en esta ciudad para el periodo 2009-2011. En el primer capítulo ¿Respuestas al cambio en la estructura de tarifas de agua a nivel residencial: un análisis de clases latentes a nivel hogar en Granada¿ se modelizan las demandas heterogéneas de agua residencial utilizando modelos de clases latentes. Entre los problemas metodológicos abordados en este ensayo, destaca el de la endogeneidad del precio en un modelo no lineal, que se ha solucionado mediante el uso de un enfoque denominado función de control. Se han identificado cuatro perfiles distintos de consumidores de agua residencial en Granada para el periodo 2009-2011 en base a las similitudes de sus preferencias inobservables, en lugar del único perfil asumido por enfoques de una única ecuación. Además, esta estimación nos permitió observar cuatro reacciones distintas a cambios en los precios, implicando que algunos grupos de consumidores no son sensibles al precio, por lo que otros instrumentos alternativos al precio deberían ser utilizados a fin de promover la conservación del agua. La probabilidad de pertenencia a cada clase es parametrizada, permitiendo a los reguladores de agua caracterizar los distintos hogares para poder hacer un diseño de políticas de gestión de demanda adaptado a consumidores heterogéneos. El capítulo de esta tesis titulado ¿Adopción y uso de tecnologías eficientes a nivel residencial; análisis desagregado en el sector del agua¿ analiza los determinantes de la adopción de dispositivos eficientes en el uso de agua y los presencia de hábitos responsables en el uso de dichas tecnologías. En este sentido, se diferencia entre distintos tipos de tecnologías según necesiten energía eléctrica para su funcionamiento o no. Esta distinción se debe no solo a las diferencias en las características técnicas de los dispositivos analizados sino también a que estos han sido objeto de distintas políticas públicas. Al analizar estas decisiones, se estudia también la relación entre la adopción de tecnologías eficientes de agua y hábitos, ya que podría existir un mal uso de estas tecnologías que condujera a pérdidas de eficiencia en agua. Para llevar a cabo este análisis, se utiliza un probit recursivo semi-ordenado para modelizar conjuntamente la elección de cada tecnología y su hábito correspondiente. Los resultados muestran que existen diferencias en los determinantes de las decisiones estudiadas. Además, la relación entre tecnologías eficientes y hábitos también es distinta según el tipo de tecnología, existiendo una relación negativa entre dispositivos eficientes no eléctricos y los hábitos asociados a dichas tecnologías, es decir, los hogares que disponen de este tipo de tecnologías eficientes no están haciendo un uso adecuado de las mismas. Por último, el ensayo titulado ¿El impacto del comportamiento medioambiental en la eficiencia en el consumo residencial de agua¿, mide el nivel de eficiencia en el consumo de agua y analiza el efecto de distintos comportamientos medioambientales en el mismo. Para llevar a cabo este análisis, se estima una función frontera de demanda de agua usando un modelo semiparamétrico de frontera estocástica denominado smooth-coefficient stochastic frontier model. Esta metodología permite no solo analizar el efecto de estos factores medioambientales en el término de ineficiencia, pero también incluir estas variables en la función principal, es decir, los coeficientes estimados en la función principal también son funciones de los comportamientos medioambientales. Los resultados nos permiten apreciar que, a pesar de los elevados índices de eficiencia, los ahorros de agua pueden ser importantes si se aumenta el número de electrodomésticos eficientes en los hogares y mejoran los hábitos de ahorro de agua.