Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,899

PREDICTION OF THE RUSSIAN ELECTRICITY: KEEP THE TREND AND/OR EXTINGUISH WAVE OSCILLATORY PERTURBATIONS

Mazurkin P.M.
1396 KB
Modern Russia has little time for the prehistory, so the article presents an analysis of the behavior of electricity (assuming the immutability of the system) for the future, the two time series from 1913: power of the USSR – Russia Federation and the RSFSR – Russian Federation on statistics.

Современная Россия имеет малую по времени предысторию, поэтому в статье предлагается анализ поведения электроэнергетики (при неизменности условий) на будущее при двух динамических рядах с 1913 года: СССР‒РФ и РСФСР‒РФ по данным [1, 6, 9].

У читателя может возникнуть методологический вопрос: можно ли выявлять закономерности динамики при столь резко изменившейся структуре и поведении социально-экономической системы? Отвечаем «да», если представить страну как космический корабль, движущийся во времени и отбрасывающий отработанные ступени ракетных двигателей.

Вначале немного теории из зарубежного опыта производства и потребления.

Мышление и маркетинг

Рассмотрим продвижение товара. Повторим слова представителей умного и прозорливого изготовителя продукции [7]: «... старались предугадать тенденции развития процессов функционирова­ния искомых машин и механизмов, обеспечить минимальные затраты на обслуживание и ремонт у потребителя, создать наилучшую ком­фортность в эксплуатации новых моделей машин, добиться высокой экономичности изготовления и последующей модернизации на собст­венных производствах».

Именно здесь решаются попутно и задачи энергосбережения. В отдельности технологий энергосбережения не бывает. При этом изучение спроса на искомые машины становит­ся первичным этапом предпроектного обоснования (аванпроектирования) [3].

Суть нового мышления в машиностроении весьма удачно опреде­лили сотрудники ИБМ [7]: «Нельзя забывать о коренном различии между сбытом и маркетингом. В первом случае вы пытаетесь заинте­ресовать покупателя тем, что уже имеете, во втором - стараетесь заиметь то, в чем покупатель уже заинтересован».

Таким образом, процессы машиностроения, в том числе и энергетического машиностроения, если руководство страны хочет возродить его и в условиях сложного и пестрого менталитета Российской Федерации, в историческом аспек­те [5], следует понимать двояко. С одной стороны, существуют общие за­кономерности возникновения, строения и развития любой машины и продукции в ее жиз­ненном цикле; с другой - появление новой продукции и период ее физического и мо­рального старения зависят, прежде всего, от интересов потребителя.

Закон маркетинга

Этот закон одинаков для изготовленного изделия или же для намеченного к производству макетного или опытного образца, или же даже конструктивно-параметрического облика существующего на бумаге или в памяти компьютера ожидаемого продукта. Если ожидания окажутся у потребителей, то закрутится карусель инновационного процесса. Новаторы начнут изобретать, проектировщики - создавать облики изделий, конструкторы - считать на прочность и параметры технической характеристики, а технологи - думать и решать, как изготовлять будущее изделие. Экономистам здесь пока нечего делать. Они подключатся потом, на стадиях освоения изделий и их внедрения в среде потребителей.

Затраты на эти процедуры с доведением до опытно-промышленного образца возрастают в 30 раз по сравнению с серийными изделиями, если изготовитель создает его впервые.

В СССР на отлаженных и не обновляющихся десятилетиями производствах, даже при малом изменении машины, стоимость образца возрастала в 10 раз. Ныне всем машиностроительным заводам нужно зачинать заново, поэтому нужно умножить коммерческую стоимость машины на 30. Например, только на проектно-конструкторскую разработку нового типа манипуляторной машины ЛП-19В многоотраслевого назначения для расчистки трасс ЛЭП и продуктопроводов, при нынешней стоимости в 5 млн рублей нужно выделять на три года не менее 30∙5 = 150 млн рублей. А на восстановление самого Йошкар-Олинского завода лесного машиностроения потребуется не менее 4-5 млрд рублей. Вот такой ныне оказалась цена научно непродуманной перестройки, при резком переходе на правильный поток честного капитала по формуле К. Маркса «товар - деньги - товар - ...».

Закон сбыта

Впервые, по-видимому, этот закон сбыта успешных изделий четко сформулировали и показали на многих простых примерах А. Уилсон и М. Уилсон [8, с. 14-19]. Приведем кратко эту концепцию, а на рис. 1 для пояснений даны три схемы.

  

а                                      б                                         в

сбыт успешного изделия  дополнительный рост сбыта  кривые поведения

Рис. 1. Графики различных проявлений закона сбыта изделий [8]

Зачастую кривая сбыта у отдельно взятого удачного изделия, являющегося результатом новой научно-технической идеи, бывает такой, как показано на рис. 1,а. Как показывает кривая, когда товар впервые поступает в продажу, вначале он не находит сбыта. Поэтому кривая сбыта начинается с нуля только с некоторого момента времени от начала отсчета. Затем происходит более или менее быстрый рост до максимума. Вслед за этим идет снижение сбыта товара как следствие насыщения рынка или воздействия конкуренции, что снижает цены и тем самым уменьшается прибыль.

На рис. 1,б поведение товара на рынке сложнее. На ранней стадии существования продукции кривая идентична предыдущему рисунку. Затем что-то изменяется, возможно, для товара находят новое применение. Сбыт снова начинает расти и он может даже превысить первый максимум. Но, в конце концов, спрос становится слабым и идет неизбежный спад.

Как подмечают авторы [8, с. 17], форма графика даже на рис. 1,а обусловливает возникновение сложнейшей управленческой задачи. После начала спада сбыта у руководства только один выход - искать новые научно-технические или иные решения. Приняв такую вполне закономерную линию поведения, руководство может попытаться создать ситуацию, показанную на рис. 1,в. Сбыт одного товара уменьшается, его заменяют новым изделием, который является результатом заранее организованного научно-технического творчества.

Но ясно, что всё это нужно делать упреждающе, намного ранее, а не ждать кризиса.

Исходные статистические данные СССР‒РФ. В таблице приведены эти сведения, которые были объединены из источников [1, 6, 9]. При этом по системе РСФСР‒РФ данных мало.

Показатели электроэнергетики СССР‒России

Годы

Время

t, лет

Мощность
электростанций N, ГВт

Выработка
электроэнергии E, ТВт∙ч

Продолжительность

работы в год T, ч

1913

0

1,1

2,0

1818,2

1921

8

1,2

0,5

416,7

1927

14

1,7

4,2

2470,6

1932

19

4,7

13,5

2872,3

1937

24

8,2

36,2

4414,6

1940

27

11,2

48,3

4312,5

1945

32

11,1

43,3

3900,9

1950

37

19,6

91,2

4653,1

1955

42

37,2

170,2

4575,3

1960

47

66,7

292,3

4382,3

1965

52

115,0

506,7

4406,1

1970

57

166,2

740,9

4457,9

1975

62

217,5

1038,6

4775,2

1980

67

266,7

1294,0

4851,9

1985

72

315,0

1544,0

4901,6

1990

77

213,3

1082,0

5297,0

1995

82

215,0

860,0

4144,0

1999

86

214,3

846,0

4056,0

2000

87

215,0

876,0

 

2001

88

215,3

 

 

2002

89

214,9

 

 

2003

90

216,0

 

 

2004

91

216,7

 

 

Средняя ежегодная продолжительность работы электростанций вычислена по формуле

 (1)

Тогда в динамике развития структурной системы «царская Россия‒СССР (1913‒1985) ‒ РФ (1990‒2004)» можно проанализировать три важнейших показателя энергетики - N, E и T.

Мощность электростанций. Тренд содержит три составляющие, из которых первые два члена дают предел роста [2] мощности электростанций, изменяется по модели (рис. 2) вида

 (2)

Из формулы (2) следует, что предел роста был равным 271,9 ГВт, а максимально достигнутый уровень 1985 года составляет, по данным таблицы, мощность в 315,0 ГВт. Тогда разность в 315,0 - 271,9 = 43,1 ГВт приходится на структурный разлом базы СССР.

По трехчленному тренду (2)

По остаткам от тренда (2)

Рис. 2. Графики динамики мощности генерации электроэнергии (абсцисса - время t, ордината - мощность N, в верхнем правом углу первого графика: S - сумма квадратов отклонений, r - коэффициент корреляции)

Этот технологический разлом значим и поэтому были получены две волны (рис. 3).

После объединения трендов с двумя волнами (рис. 3) была получена общая модель

 (3)

 

 

 

По первой кризисной волне возмущения

По второму кризисному колебанию

Рис. 3. Волновая динамика колебаний мощности электростанций СССР и постсоветской России

Оба колебания имеют отрицательный знак, поэтому они кризисные. При этом первый кризис начался еще в самом СССР с 1937 г., а второй кризис - с 1970 г. (развал СССР).

Остатки после модели (3) по рис. 4 составляют погрешность боле 5 %, что позволяет идентифицировать асимметричный вейвлет-сигнал дальше (рис. 5).

Третья волна является позитивной по знаку и медленно убывает по амплитуде, что, по нашему мнению, показывает учащающийся по частоте тремор начинаний Кржижановского с группой царских энергетиков над проектированием первых в царской России электростанций, электрифицированных железных дорог, электрификации трамвайных городских сетей.

Четвертая кризисная волна возмущения показывает на весь советский период с переходом и на XXI век, вплоть до 2030 г. колебаний так называемого «планового» хозяйства.

По остаткам заметны еще и другие волны возмущения, однако для их достоверного анализа по динамике значений мощности нужны ежегодные данные за период 1913-2010 гг.

СССР‒РФ - выработка электроэнергии. Тренд (рис. 6) изменяется по двухчленной закономерности, содержащей закон гибели и закон позитивного возбуждения, по формуле

 (4)

График общей пятичленной модели (3)

Остатки после модели (3)

Рис. 4. Динамика мощности электростанций СССР и постсоветской России

По третьей позитивной волне возмущения

По четвертому кризисному колебанию планового СССР

Рис. 5. Волновая динамика колебаний мощности электростанций СССР и постсоветской России

 

По двухчленному тренду (4)

По остаткам от тренда (4)

Рис. 6. Динамика выработки электроэнергии электростанциями (абсцисса – время t, ордината – энергия E)

Переход СССР к РФ по выработке электроэнергии произошел плавно по сравнению с мощностью электростанций. Но колебательное возмущение (рис. 7) также значительное.

Рис. 7. Колебание производства электроэнергии в системе СССР‒РФ

Причина более плавного кризиса проста. Росстат перешел от натурального к денежному исчислению [6, 9] производства электроэнергии и других видов топлива, газа, нефти и нефтепродуктов.

Переходя только на денежную оценку и поднимая ежегодно тарифы на 15 %, можно электроэнергетике преуспевать в темпах роста даже выше Китая, но давно достигнув пределов роста по мощностям.

Общая модель динамики производства электроэнергии имеет вид (рис. 8) формулы

 (5)

График общей трехчленной модели (5) 

Остатки после модели (5)

Рис. 8. Динамика производства электроэнергии в СССР и затем в постсоветской России

Электростанции стареют и уже произошло несколько крупнейших аварий. Поэтому волей неволей чиновникам придется дополнить денежные счета и натуральными данными.

Можно моделировать для историографического анализа дальше. Но последующие волны на будущее российской электроэнергетики почти не влияют.

СССР‒РФ - продолжительность работы в году. Этот показатель не зависит от структурной перестройки и показывает параметр надежности гидроэлектро- станций.

По данным таблицы, была получена (рис. 9) закономерность предела роста вида

 (6)

Предел роста всех электростанций по годичной наработке составляет 4878,3 ч.

Две волны возмущения показаны на рис. 10. Они расположены по концам ряда.

Ещё одно колебание в показателе надежности электростанций (рис. 11) возникло в военные года производства электроэнергии. В итоге показатель T оказался очень чувствительным и динамичным параметром, характеризующим поведение электроэнергетики страны.

 

 

По двухчленному тренду (6)

 По остаткам от тренда (6)

Рис. 9. Динамика продолжительности работы в году электростанций

(абсцисса - время t, ордината - время T)

По позитивной волне возмущения от царской России

По позитивному колебанию при переходе СССР‒РФ

 Рис. 10. Волновая динамика колебаний годичной наработки электростанций в СССР и постсоветской России

Общая пятичленная модель по статистическим данным таблицы имеет вид

 (7)

  

 

 

 

 

График третьей волны возмущения надежности

График общей пятичленной модели (7)

Рис. 11. Динамика производства электроэнергии в СССР и затем в постсоветской России

Продолжительность работы электростанции в году, кроме модели (7), изменяется еще (рис. 12) по трем дополнительным волновым возмущениям.

Сравнение графиков колебаний показывает, что первая, третья, пятая и шестая волны имеют только историографический [5] характер, а вторая и четвертая волны влияют на будущее и должны быть включены в конструкцию прогнозной модели.

                    

По позитивной 4-й волне                     По кризисной 5-й волне

По позитивной 6-й волне

Рис. 12. Волновая динамика колебаний годичной наработки электростанций после общей модели (7)

На рис. 13 показана седьмая волна колебательного возмущения системы электроэнергетики СССР‒РФ по показателю продолжительности работы электростанций за год. После параметрической идентификации по остаткам от шестой волны была получена формула

 (8)

По остаткам на рис. 13 можно идентифицировать и другие микро волны возмущения у показателя средней продолжительности работы электростанций в году.

Выводы

Распад СССР сильно повлиял на качественное развитие и количественный рост электроэнергетики нашей страны. Электроэнергетика началась с реализации знаменитого плана ГОЭЛРО. В итоге, из-за высокой преемственности межотраслевой важнейшей части технологической базы страны, удалось получить четкие и высокоадекватные модели функционирования электроэнергетики с 1913 года. На структурные изменения, чаще всего, повлияли неосознанные и стихийные воздействия на всемирно значимую энергосистему «царская Россия - СССР - Российская Фе- дерация».

Предложенный подход позволит составлять добротные прогнозные модели до конца XXI века, но при условии, что будут нам предоставлены ежегодные статистические данные.

График по седьмой позитивной волне возмущения

Остатки после всех девяти членов общей модели

Рис. 13. Динамика продолжительности работы в году электростанций по девятому члену общей модели

Список литературы

  1. Елохович А.С. Справочник по физике и технике: учебное пособие для учащихся. - 3-е изд., переаб. и доп. - М.: Просвещение, 1989. - 224 с.
  2. Мазуркин П.М. Идентификация социально-экономической закономерности // Успехи современного естествознания. - 2008. - № 8. - С. 46-50.
  3.  Мазуркин П.М. Манипуляторные машины: учебное пособие. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2001. - 354 с.
  4.  Мазуркин П.М., Филонов А.С. Математическое моделирование. Идентификация однофакторных статистических закономерностей: учебное пособие. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2006. - 292 с.
  5.  Мазуркин П.М. Прошлое, современное состояние и перспективы лесоаграрной Рос- сии // Современные проблемы науки и образования. - 2009. - № 4. - С. 93-112.
  6.  Развитие электроэнергетики России: проблематика и перспективы. - URL: http://www.sibai.ru /content/view/428/542.
  7.  Роджерс Ф.Дж., Шук Р. ИБМ: Взгляд изнутри // Энергия. - 1989. - № 10. - С. 54-57.
  8. Уилсон А., Уилсон М. Управление и творчество при проектировании систем: пер. с англ. - М.: Советское радио, 1976. - 256 с.
  9. Электроэнергетика России, ее современное состояние и проблемы. - URL: http://www.libertarium.ru/l_energy_kr_02.

Подробнее о моделировании: набрать в Google «Мазуркин Петр Матвеевич» Статья подготовлена и опубликована при поддержке гранта 3.2.3/12032 МОН РФ.