<<
>>

3. Учет энергетических ограничений

Назначение модели

Модель предназначена для анализа и прогноза энергопотребления в мире и в наиболее крупных странах, а также для оценки влияния энергоэкологических ограничений на долгосрочную экономическую динамику.

Модель имеет агрегированный характер, основными рассчитываемыми показателями являются: E(t) - уровень энергопотребления, Y(t) - валовой внутренний продукт (ВВП) с учетом энергоэкологических ограничений.

Основные допущения модели и методы моделирования

Для расчета величины ВВП с учетом энергетических ограничений необходимо построить модель энергопотребления и его влияния на экономическую динамику. Энерго-потребление определяется потребностями экономики в топливно-энергетических ресурсах (ТЭР), обеспечивающих индустриальное развитие и производство продо-вольствия. Причем, сами потребности в ТЭР могут быть рассчитаны на перспекти-ву с использованием данных прогноза о населении.

Самым общим показателем, показывающим уровень потребления и потребностей, является потребление энергии на душу населения.

Без достижения некоторого критического уровня потребления энергии невозможно достижение требуемого развития производительных сил и экономического благосостояния. В работе [Акимов 2008] было показано, что уровень потребления энергии на человека (душевое энергопот-ребление) для развитых стран, достигнутый сегодня, станет нормативом на будущее. Например, для развитых стран Европы - это 5 т.у.т. (тонн условного топлива) на человека в год, на всем временном интервале до 2300 г. Такой уровень потребления характерен также для Японии. При этом есть небольшой разброс. Сильно отличается лишь энергопотребление в США - 10 т.у.т. на человека в год. Важно то, что указанные нормативы душевого энергопотребления скорее несколько завышают реальные потребности, нежели занижают их.
Одновременно с сокращением энергоемкости экономического роста в развитых странах, происходит стремительный рост потребления ТЭР в развивающихся и переходных экономиках, переживающих период индустриализации.

Причем для того, чтобы в условиях растущего мирового производства и энергопотребления обеспечить экологическую безопасность, необходимы огромные инвестиционные ресурсы, которые должны быть направлены на реализацию инновационных технологий по освоению альтернативных источников энергии, энергосберегающих и безотходных технологий, охрану и облагораживание окружающей среды. А это в свою очередь накладывает определенные ограничения на экономический рост.

Для проведения расчетов энергопотребления необходимо установление функциональной связи между величиной глобального потребления энергии и численностью населения мира. В [Holdren 1991] показано, что суммарное потребление энергии E в мире пропорционально квадрату численности населения Земли N:

E ~ N2.

Данная квадратичная зависимость потребления энергии была характерна для индустриальной эпохи, и 90% приходилось на промышленное потребление энергии во всех ее формах.

К началу XXI века произошла дифференциация стран по моделям и эффективности энергопотребления. Развитые страны, после энергетического кризиса 1970-х гг., резко повысили эффективность использования энергии путем широкомасштабного использования энергосберегающих технологий.

В [Плакиткин 2006] показано, что в XXI веке душевое потребление энергии в мире не будет увеличиваться, а стабилизируется на уровне 2,5 т.у.т. на человека. При этом будет иметь место существенная региональная дифференциация мирового энер-гопотребления. Например, для США - это 9,5 т.у.т. на человека в год, для ЕС - 5 т.у.т., для Китая - 1,2 т.у.т., а для Индии - 0,8 т.у.т. Очевидно, что Китай и Индия в XXI веке будут наращивать свое душевое энергопотребление. В целом, предполагается, что развивающиеся страны увеличат энергопотребление на душу населения до средне-мирового уровня в 2,5 т.у.т., а развитые страны, наоборот, должны снизить до уровня примерно в 5 т.у.т., как это планируется в ЕС.

Исходя из этого в [Плакиткин 2006] предложена модель энергопотребления для XXI века, которая представлена в графи-ческой форме на рис. 3.1.

1900 1950 2000 2050 2100

> Развитые страны ¦ Мир в среднем * Развивающиеся страны

Рисунок 3.1 Прогноз душевого потребления энергии в развитых и развивающихся странах (т.у.т./чел.)

8 7 6 5 4 3 2 1 0 Для реализации энергопотребления по этой модели необходимо, чтобы эффек-тивность использования потребляемой энергии в XXI веке росла опережающими темпами. Ожидается, что коэффициент использования потребляемой энергии бу-дет увеличиваться по логистической кривой, как показано на рис. 3.2.

1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 I максимум ¦ средний вариант й минимум

Рисунок 3.2

Прогноз коэффициента использования энергии в развитых странах (%)

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Коэффициент использования энергии отражает уровень технологического развития в энергетике. Все это справедливо как для развитых, так и развивающихся стран с некоторыми временным сдвигом, который будет постепенно уменьшаться. Благодаря этому душевое потребление энергии стабилизируется на уровне 2,5 т.у.т., чего вполне достаточно для комфортного проживания современного человека.

В соответствии с вышесказанным сценарии энергопотребления для развитых и развивающихся стран в XXI веке можно описать логистическими кривыми:

а) динамика энергопотребления Ed развивающихся стран (Китай, Индия, Бразилия и другие страны) описывается восходящей логистической кривой:

E, = edNd(T) (3.1)

d d d 1 + pexp[-3(T -T0] ( )

где ed - душевое энергопотребление, в т.у.т.; Nd(T) - численность населения в момент Т; р и & - постоянные параметры. Учитывая, что emaxd = e(0)d(1+р)=2,5 т.у.т. и ef0 = 1 т.у.т., получаем: p=1,5 и &=0,044 T0=2000 г.;

б) для развитых стран (США, страны ЕС, Япония и др.) динамика энергопотребления Ehd описывается нисходящей логистической кривой:

E - emN (T)1 + p'2cxp0-S(T-T)] - 1} (3.2)

hd - hd hd(T 1 1 + pcxp 0- S(T -T0)] )

где ehd - душевое энергопотребление, в т.у.т.; Nhd(T) - численность населения в момент Т; p и & - постоянные параметры.

Если принять начальное условие T0=2000 г. и e0hd=7 т.у.т., тогда p=0,5 и &=0,044;

в) динамика энергопотребления Ew для мира в целом, учитывая его стабилизацию на уровне 2,5 т.у.т., может быть записана в виде:

Ew - 2,5Nw(T) (3.3)

где Nw(T) - численность населения Земли в момент Т.

Таким образом, мы видим изменение парадигмы потребления энергии. Если в ХХ веке суммарное потребление энергии росло как квадрат числа людей на Земле, то в XXI веке зависимость стала линейной.

Можно также оценить стоимость суммарного энергопотребления, если учесть, что 1,4 т.у.т.=1 т.н.э. (тонна нефтяного эквивалента). В соответствии с прогнозом Международного энергетического агентства [International Energy Agency 2007] средняя цена на сырую нефть в период с 2015 по 2030 гг. составит около 60 долл. США за баррель (в долларах 2006 г.). Если брать период до 2050 г. эта цифра составит примерно 67 долл. за баррель или 500 долл. за тонну сырой нефти. Следовательно, приближенная оценка стоимости мирового энергопотребления может быть подсчитана следующим образом:

Pw - 2,5 ¦ 500 N w (T) долл.

Увеличение стоимости энергопотребления является не единственной «платой» за экономическое развитие. Растущее энергопотребление и увеличивающиеся затраты ресурсов наносят ущерб экологии и требуют все возрастающего объема инвестиций в природоохранные меры IEE по поддержанию экологического баланса биосферы Земли или экосистемы страны на приемлемом уровне. Поскольку эффективность использования энергии в XXI веке будет возрастать по логистической кривой (см. рис. 3.2), можно также предположить, что для IEE подходящей является логистическая функция:

j _ r(0) 1 + h

Jee -JEE 1 + hcxp 0-S(t-T)] , (3.4)

где h, & - постоянные параметры логистической функции. Причем для T0=2010 г. I(0)ee=0,8 трлн долл. США для мира в целом.

В работе [Ищенко 2008] показано, что в 2050 г. ImaxEE будет равно примерно 2,5 трлн долл. Отсюда для определения параметров h и & имеем уравнения: h - 0.1cxp(40$)

rma;

1 1 LEE— j

т-(0) 1 1 EE

-1 40

/

ln10 + ln В модели предполагается, что за 2050-м г.

этот уровень инвестиций сохранится, по крайней мере, до конца XXI века.

Можно приближенно подсчитать, к какому замедлению темпов экономического роста приведет отвлечение части инвестиционных ресурсов в природоохранные меры, связанные с энергоэкологическим развитием. Поскольку в прошедшем десятилетии средние темпы мирового экономического роста составили 3,3%, а на природоохранные меры в среднем по всему миру расходовалось I(0)EE=800 млрд долл. США, то можно составить следующее соотношение для темпов замедления экономического роста:

г(0)

qOE - Je| . 3.3 ¦ 1 0 2 (3.5)

JG

где /0)с- совокупный объем инвестиций, направляемых ежегодно на цели обеспечения экономического роста. Следовательно, динамику замедления темпов эконо-мического роста, вызванного стратегией энергоэкологического развития, можно записать с учетом (3.4) и (3.5) следующим образом:

(0) 1 + h

qEE - qEE 1 + h cxp 0- S(t - T0 )] (3 6)

Остается определить, как это учесть при расчете динамики экономического роста. Из эндогенной модели роста (2.3) следует, что:

qy - qA + q N (3.7)

где qY - темпы экономического роста, qN - темпы роста численности населения, qA - темпы технологического роста. Замедление темпов роста, обусловленное энергоэкологическим развитием, влияет на уменьшение qA, что можно учесть следующим образом:

— 0 , b _

qA - q A + q A qEE (3 8)

Методика моделирования

В соответствии с вышеизложенным модель прогноза энергопотребления включает в себя уравнения (3.1), (3.2) и (3.3). Модель оценки влияния энергоэкологических ограничений на долгосрочную экономическую динамику дополняет модель долгосрочной экономической динамики (см. раздел 2 Приложения 1) уравнениями (3.4)-(3.8).

Параметры модели задаются на основе эмпирических данных либо оцени-ваются на основе процедуры идентификации с использованием эмпирических данных.

Расчеты ведутся по следующей схеме.

На основе анализа эмпирических данных определяется временной интервал, для которого имеется надежная статистика, выбирается начальный момент времени t0 для проведения расчетов и соответствующие ему значения переменных модели.

Проводятся тестовые расчеты для выбранного временного интервала с целью определения и согласования значений параметров модели для рассматриваемых сценариев. После настройки модели проводятся расчеты величины ВВП на прогнозный период при выбранных значениях параметров.

Результаты моделирования

Рисунок 3.3 Динамика мирового энергопотребления

Видно, что пик суммарного энергопотребления приходится на 2030-2040-е гг. и составляет около 20 млрд т.у.т., затем начинается постепенное снижение и стаПользуясь приведенными выше соотношениями и зная демографическую динамику как для мира в целом, так и для развитых и развивающихся стран в отдельности (см. раздел 1 Приложения 1), можно рассчитать динамику энергопотребления в XXI веке. Результаты расчета приведены на рис. 3.3. билизация на уровне 13-14 млрд т.у.т. к концу XXI века. Эти расчетные данные мирового энергопотребления неплохо согласуются с данными прогноза, приведенного А.Э.Конторовичем и А.Т.Коржубаевым (2008). Соответствующее сравнение представлено в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Сравнение результатов расчета мирового энергопотребления Год Мировое энергопотребление (млрд т.у.т.) Прогноз Конторовича и Коржубаева Результат для 1-го сценария динамики населения Результат для 2-го сценария динамики населения 2010 12,8 17,3 16,7 2015 13,6 17,9 17,4 2020 15,0 18,4 18,4 2025 16,4 18,9 19,5 2030 17,1 19,2 20,5 2050 22,5 18,3 22,0 На рис. 3.4 приведен прогноз энергопотребления развитых стран: США, Великобритании, Японии и Германии. На правой вертикальной оси графика приведен ценовой эквивалент в трлн долл. Пик энергопотребления приходится на 1950-1970 гг., для США он составляет 2,2 млрд т.у.т. Для других стран максимальное энергопотребление в 2-3 раза ниже, так, для Великобритании оно находится на уровне 0,6 млрд т.у.т., для Японии - 1,1 млрд т.у.т., для Германии - 0,8 млрд т.у.т. Постепенный спад и стабилизация энергопотребления развитых стран ожидаются после 2050 г. Энерго-потребление США будет составлять 1,3 млрд т.у.т., Великобритании - 0,25 млрд т.у.т., Японии - 0,6 млрд т.у.т., Германии - 0,3 млрд т.у.т.

США

Великобритания

Япония

Германия

Рисунок 3.4 Энергопотребление развитых стран

Млрд т.у.т. Трлн долл. 2-5 і 1 1 1 1 1 = 0.938

0.188

Существенный вклад в мировое энергопотребление вносят развивающиеся страны. Динамика энергопотребления наиболее крупных из них - Китая и Индии - приведена на рис. 3.5.

В соответствии с моделью максимум энергопотребления Китая будет достигнут в 2020 г. и составит 3,5 млрд т.у.т., далее после 2070 г. энергопотребление Китая снизится до асимптотического значения - 3 млрд т.у.т. Энергопотребление Индии носит колебательный характер, что во многом определяется прогнозом динамики численности населения (см. рис. 1.2). Пик энергопотребления Индии приходится, примерно, на 2050 г. и составляет 5 млрд т.у.т., после чего наступит спад, характеризующийся затухающими колебаниями.

Млрд т.у.т. Трлн долл.

1.875 1.688 1.500 1.313 1.125 0.938 0.750 0.563 0.375 0.188

1"950 2000 2050 2100 2150 2200 2250 2300 2350 2400 2450 2500

Рисунок 3.5

Потребление энергии в развивающихся странах Если теперь в модели экономического роста (2.3) динамику совокупной факторной производительности (технического прогресса) рассчитать с учетом энергоэкологических ограничений (3.8), то получим несколько замедленные траектории роста мирового ВВП (в постоянных ценах 1990 г.), представленные на рис. 3.6 и 3.7, на которых маркерами обозначены реальные данные.

Трлн долл. Сценарий 1

\ / / У

//У, ч

Сценарий 2 S е 6-і 1^00 " 1850 " 1900 1950 2000 2050 2100

Рисунок 3.6

ВВП мира до 2100 г. с учетом инвестиций в природоохранные меры (постоянные цены 1990 г.)

350

300 250 200 150 100 50 Трлн долл.

Рисунок 3.7

ВВП мира до 2050 г. с учетом инвестиций в природоохранные меры (постоянные цены 1990 г.)

Сравнение с прогнозом ВВП без учета инвестиций в природоохранные меры (см. рис. 1.6) показывает, что учет инвестиций в природоохранные меры приведет к сокращению роста ВВП вплоть до 1,5 раз к 2100 г. При осуществлении первого сценария динамики численности населения мира ВВП в 2100 г. составит около 300 трлн долл. (по сравнению с 460 трлн долл. без учета затрат на природоохранные меры). Аналогичный результат достигается и при реализации второго сценария динамики численности населения мира: ВВП в 2100 г. составит 210 трлн долл. (по сравнению с 320 трлн долл. без учета затрат на природоохранные меры).

К 2050 г. замедление составит порядка 15-20%. По первому сценарию динамики численности населения мира ВВП в 2050 г. составит около 180 трлн долл. (по сравнению с 220 трлн долл. без учета затрат на природоохранные меры). По второму сценарию динамики численности населения мира ВВП в 2050 г. составит 140 трлн долл. (по сравнению с 160 трлн долл. без учета затрат на природоохранные меры).

Расчеты экспертов [см. Плакиткин 2006]), связанные с анализом динамики добычи нефти, показывают, что мировая добыча нефти достигнет максимума в 4,4 млрд т в год примерно в 2020-2025 гг., а затем начнется экспоненциальный спад. Следовательно, начиная с 2020-х гг. наиболее вероятный спрос будет опережать возможное предложение мировой нефти. К 2030 г. этот не покрываемый разрыв может составить около 2,2 млрд т в год [Плакиткин 2006]. Этот дефицит весьма существен и означает, что через 15-20 лет, т.е. к 2045-2050-м гг., нефть уже не сможет больше покрывать все увеличивающуюся мировую потребность в энергии, а значит, можно говорить об окончании «эры нефти» как доминирующего энергоносителя в мировой экономике. Итак, пики добычи нефти и потребления энергии в мире по сценарию устойчивого развития отстоят друг от друга на 15-20 лет, что ставит острейшую проблему своевременной смены энергетического уклада, перехода на другие энергоресурсы, такие, как водород, термоядерная энергия, а также возобнов-ляемые источники. Однако удастся ли это сделать за столь короткий промежуток времени? Вполне вероятно, что в ближайшем будущем человечество столкнется с первым масштабным кризисом, связанным с нехваткой энергии.

<< | >>
Источник: В.А.Садовничий, А.А.Акаев, А.В.Коротаев, С.Ю.Малков. Моделирование и прогнозирование мировой динамики. 2012

Еще по теме 3. Учет энергетических ограничений:

  1. Топливно-энергетический комплекс
  2. 9.4 Повышение эффективности использования топливно- энергетических ресурсов
  3. 9.3 Роль топливно-энергетических ресурсов в развитии промышленности и экономики народного хозяйства
  4. Глава 3.Ограничение дееспособности гражданина, признание гражданина недееспособным, ограничение или лишение несовершеннолетнего в возрасте от 14 до 18 лет права самостоятельно распоряжаться своими доходами
  5. ПРАВИЛА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРИСОЕДИНЕНИЯ ЭНЕРГОПРИНИМАЮЩИХ УСТРОЙСТВ (ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК) ЮРИДИЧЕСКИХ И ФИЗИЧЕСКИХ ЛИЦ К ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СЕТЯМ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ
  6. ПРАВИЛА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРИСОЕДИНЕНИЯ ЭНЕРГОПРИНИМАЮЩИХ УСТРОЙСТВ (ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК) ЮРИДИЧЕСКИХ И ФИЗИЧЕСКИХ ЛИЦ К ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СЕТЯМ
  7. 4.2. Учет затрат по займами операций в иностранной валюте.Учет затрат по займам
  8. ОГРАНИЧЕНИЕ ПОЗИЦИЙ
  9. Ограничения на ресурсы
  10. Ограничения, налагаемые на нераспределенную прибыль
  11. 3.2. Бюджетные ограничения
  12. 3.2. Бюджетные ограничения
  13. 5.5. ОБЩЕСТВА С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ
  14. 2. Аналитический учет материалов. Учет материалов на складе. Сальдовый метод учета материалов
  15. 13.7. Входные ограничения
  16. 13,7. Входные ограничения
  17. общества с ограниченной и дополнительной ответственностью
  18. 5.5. Ограничение родительских прав
  19. 4. Ограниченная материальная ответственность
  20. § 2. ОГРАНИЧЕННАЯ ВМЕНЯЕМОСТЬ (СТ. 22 УК)