Essays on real options: Triopoly dynamics, disconnected investment regions, and multiple investment options

The field of investment and strategic management is complex, especially when decision-makers face uncertainty. This uncertainty can manifest in various forms, including investment costs, future revenue streams, and technological advancements. Against this backdrop, options theory has become a key framework in both financial markets and corporate decision-making. Financial options give buyers the right but not the obligation to buy or sell a security at a predetermined price. Real options theory extends this concept to investment in tangible or intangible assets, providing firms with the flexibility to adjust operations based on market changes. This flexibility includes deferring, expanding, switching, or abandoning projects, similar to holding a financial option. This dissertation begins by introducing traditional real options models and eriving optimal investment timing and capacity size in a competitive triopoly market under uncertainty. Traditional real options models operate under certain assumptions, such as the idea that an increase in current demand increases the expected future demand. Additionally, these models focus on a single investment perspective where firms aim to determine the optimal time to undertake a lumpy investment. This dissertation then extends beyond these traditional models by exploring scenarios where an increase in demand at present could signify a decrease in demand that may occur in the future, and it investigates multiple lumpy investments taken sequentially, examining their strategic implications.

-

Het gebied van investeringen en strategisch management is complex, vooral wan- neer besluitvormers te maken hebben met onzekerheid, die zich in verschillende vormen kan manifesteren, waaronder investeringskosten, toekomstige inkomsten- stromen en technologische vooruitgang. Tegen deze achtergrond is de optiethe- orie een belangrijk raamwerk geworden voor zowel de financiële markten als de besluitvorming in bedrijven. Financiële opties geven kopers het recht maar niet de plicht om een waardepapier te kopen of te verkopen tegen een vooraf bepaalde prijs. De theorie van reële opties breidt dit concept uit naar investeringen in ma- teriële of immateriële activa, waardoor bedrijven de flexibiliteit hebben om hun activiteiten aan te passen op basis van veranderingen in de markt, zoals het uit- stellen, uitbreiden, omschakelen of stopzetten van projecten. Dit raamwerk be- nadrukt strategische flexibiliteit onder onzekerheid en overtreft het traditionele netto contante waarde (NCW) criterium. In tegenstelling tot NCW, dat invester- ingsprojecten behandelt als voorstellen van nu of nooit of uitgaat van 100% om- keerbaarheid, erkennen reële opties de waarde van flexibiliteit op basis van mark- tontwikkelingen en onzekerheden.
De meeste investeringsbeslissingen hebben de volgende fundamentele ken- merken gemeen: onomkeerbaarheid, onzekerheid, timing en capaciteitsgrootte, die elk een cruciale rol spelen bij het bepalen van de optimale investeringsbesliss- ing van het bedrijf. Onomkeerbaarheid verwijst naar het onvermogen om invester- ingskosten terug te verdienen nadat de beslissing is genomen, waardoor deze uit- gaven, in economische termen, verzonken kosten zijn. Onzekerheid, een inherent element van investeringsbeslissingen, heeft betrekking op het evalueren van po- tentiële toekomstige resultaten en de bijbehorende beloningen. Het timingaspect van investeringen verwijst naar de strategische flexibiliteit van bedrijven om on- middellijk te investeren of om de investering uit te stellen tot een later tijdstip. Ten slotte is de omvang van de capaciteit een strategisch instrument voor bedri
jven dat de concurrentiedynamiek beïnvloedt; als een bedrijf bijvoorbeeld kiest voor een grote initiële investeringscapaciteit, kan dit de aantrekkelijkheid van de markt voor concurrenten verminderen, waardoor zij mogelijk hun investeringen uitstellen of verminderen.
Uit de literatuur blijkt dat in een duopoliemarkt de onderneming met de laag- ste kosten het eerst investeert. Verrassend genoeg vindt Shibata (2016) dat in een triopoliemarkt het bedrijf met de op één na laagste kosten het eerst kan investeren als de capaciteitsgrootte vast is, maar hij geeft geen economische intuïtie voor dit resultaat. Het tweede hoofdstuk van dit proefschrift gaat in op de economische redenering door aan te tonen dat de tweede efficiënte onderneming het aantrekke- lijk vindt om als eerste te investeren vanwege de relatief late toetreding van de meest kostenefficiënte onderneming als tweede investeerder in de markt.
In de Japanse telecommunicatiesector domineren drie bedrijven meer dan 95% van het marktaandeel. Het is verrassend dat DOCOMO, het meest efficiënte bedrijf, niet altijd als eerste investeert als de kostenasymmetrie klein is, zoals Shi- bata (2016) opmerkt. Dit voorbeeld gaat echter voorbij aan het kritieke punt van de capaciteitsgrootte. Exploitanten kiezen hun capaciteitsgrootte vaak strategisch door specifieke frequentiebanden van het elektromagnetische spectrum te verw- erven. Van Damme (2002) legt uit dat tijdens de Europese UMTS-veilingen het 60 MHz-spectrum werd verdeeld in porties van 5 MHz. Bedrijven die meer de- len verwierven, hadden grotere capaciteitsgroottes, waaruit de cruciale rol van capaciteitskeuze bij investeringsbeslissingen blijkt.
Dit proefschrift laat zien dat wanneer bedrijven ook beslissen over capaciteits- grootte in een triopoliemarkt, ze investeren in oplopende volgorde van hun in- vesteringskosten, waarbij het meest kostenefficiënte bedrijf als eerste instapt. Een meer technische bijdrage van het tweede hoofdstuk is het nieuw ontworpen al- goritme. In het bijzonder wordt de bisectiemethode gebruikt in verschillende al- goritmestappen om het optimale investeringstijdstip en de optimale capaciteitsg- rootte van de bedrijven in de triopoliemarkt te bepalen. Het algoritme is toepas- baar voor nog complexere modellen, zoals het verhogen van het aantal bedrijven tot boven de drie en/of het toestaan dat bedrijven meer dan één keer investeren. Standaard reële optiemodellen evalueren een enkel investeringsproject onder onzekerheid, met als doel de optimale timing voor investering te bepalen bin- nen een oneindig continu tijdskader. Deze modellen steunen op twee belangri- jke veronderstellingen: monotoniciteit, wat betekent dat de waarde van wachten om te investeren een monotone functie is van de onderliggende toestandsvariabele, en positieve persistentie van onzekerheid (PPU), wat betekent dat de cumu- latieve waarschijnlijkheidsverdeling van toekomstige vraagwaarden uniform naar rechts verschuift wanneer de huidige vraag toeneemt. Deze veronderstellingen gelden voor verschillende stochastische processen en leiden, wanneer eraan wordt voldaan, tot een uniek drempelgedrag voor investeringen. In sommige gevallen kan de PPU-aanname echter worden geschonden, vooral wanneer schokken in voorkeuren onzekerheid veroorzaken. Dit laatste is duidelijk in voorbeelden zoals spinners en de Spectacles van Snap Inc., waar de aanvankelijke pieken in de vraag niet leidden tot aanhoudende belangstelling in de toekomst.
Wanneer de PPU-aanname faalt, is de uniciteit van de optimale investerings- drempel niet langer gegarandeerd. De resultaten tonen aan dat in dergelijke gevallen de investeringsstrategie van een bedrijf losgekoppelde investeringsregio’s kan vertonen, wat betekent dat het bedrijf zou kunnen beslissen om te investeren bij een bepaald vraagniveau, maar ervoor kiest om niet te investeren wanneer de vraag marginaal toeneemt. Het investeringsprobleem wordt geformuleerd door een discrete-tijd en discrete-ruimte Markov beslissingsproces (MDP). Het MDP wordt opgelost met behulp van waardetiteratie, een modelgebaseerd algoritme voor reinforcement learning (RL) dat niet afhankelijk is van de PPU-aanname.
Dit proefschrift behandelt ook het probleem van een bedrijf dat wordt gecon- fronteerd met meerdere opeenvolgende, onregelmatige investeringen, waarbij elke beslissing afhankelijk is van de vorige, wat een padafhankelijk karakter creëert in investeringsbeslissingen. Door de cumulatieve impact van deze investeringen te bekijken, biedt het model waardevolle inzichten in strategische besluitvorming en laat het zien hoe meerdere kansen de initiële investeringsstrategie van een bedrijf beïnvloeden. In de elektriciteitscentralesector bijvoorbeeld wordt een exploitant die van plan is een nieuwe faciliteit te bouwen om aan de stedelijke vraag te vol- doen, geconfronteerd met andere substantiële, kapitaalintensieve investeringen, zoals de bouw van zonne- en windmolenparken, de modernisering van bestaande faciliteiten of de uitbreiding naar regio’s met een grote vraag. Elke investering vereist een nauwkeurige timing en een zorgvuldige waardering.
Standaard reële optiemodellen vinden dat de onomkeerbaarheid van kosten en onzekerheid in inkomsten bedrijven stimuleren om hun investeringen uit te stellen. Deze waarde van wachten neemt toe naarmate de economische omgeving onzekerder wordt. De resultaten van dit proefschrift laten zien dat het overwegen van meerdere investeringsmogelijkheden de waarde van wachten verlaagt, wat aanzet tot eerdere investeringen. De bevindingen geven aan dat het over het hoofd zien van extra investeringsmogelijkheden kan resulteren in een substantieel verlies aan potentiële waardestijgingen, die bereikt hadden kunnen worden als deze mogelijkheden wel waren overwogen.