Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,909

АНАЛИЗ ТРЕНДОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ И ВОЛНОВЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ СОВЕТСКОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

Мазуркин П.М.
Электроэнергетика была самой значимой и ведущей отраслью советского хозяйства по плану ГОЭЛРО. Поэтому важно понять, что в её развитии всё же были колебания. Это и является целью нашей статьи. Такой анализ важен в преддверии разработки и реализации национального проекта и фонда «Сколково», где одним из научных направлений в научной деятельности станет «анализ трендов технологического развития».
волновая динамика
мощность и продолжительность работы
выработка электроэнергии
Елохович А.С. Справочник по физике и технике: учебное пособие для учащихся. - 3-е изд., переаб. и доп. - М.: Просвещение, 1989. - 224 с.
Леонтьев В. Экономическое эссе. Теории исследования, факты и политика: пер. с англ. - М.: Политиздат, 1990. - 415 с.
Мазуркин П.М. Статистическое моделирование. Эвристико-математический подход. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2001. - 100 с.
Макашева Н.А. О понятиях статики, динамики и равновесия: Н.Д. Кондратьев и Й. Шумпетер // Тенденции и перспективы социокультурной динамики: материалы к междунар. смпозиуму. - М.: Межд. фонд Н.Д. Кондратьева, 1989. - С. 110-121.
Чижевский А.Л. Физические факторы исторического процесса. - Калуга, 1924. - 72 с.

Известна ленинская формула социализма как суммы советской власти и электрофикации всей страны. План ГОЭЛРО и его выполнение на десятилетия закрепили советскую доктрину неуклонного роста экономики СССР, причем развития без всяких возмущений.

Представители теорий цикличности и колебательных социально-экономических возмущений были ликвидированы (Н.Д. Кондратьев [4]) или же высланы за рубеж (В. Леонтьев [2] и др.). Творцы и последователи советских теорий социализма и научного коммунизма уверяли народ и особенно студентов в том, что в нашей стране не может быть колебаний, депрессий, кризисов и катаклизмов. Партия уверенно и неуклонно ведет страну
к коммунизму.

Электроэнергетика была самой значимой и ведущей многоотраслевой частью советского хозяйства. Поэтому важно понять, что в её развитии всё же были колебания и волнения.

Это и является целью нашей статьи. Такой анализ значим в преддверии разработки и реализации национального проекта и фонда «Сколково», когда избранные вузы нашей страны будут заниматься подготовкой творчески одаренных молодых кадров и одним из научных направлений в их научной деятельности станет «анализ трендов технологического развития».

Далее покажем, что даже при жестком администрировании сталинской бюрократии в приоритетном развитии объектов электроэнергетики происходили нелинейные процессы, которые мало имеют отношения к доктрине неуклонного роста по линейным моделям. Но нынешние российские экономисты до сих пор пользуются моделями линейной экстраполяции и главные причины этого кроются в двух основных факторах поведения (функционирования):

1) малый промежуток эволюции (всего 10 и чуть более лет) российского хозяйства, что опасно привлекает ученых и политиков к линейным моделям технологического
развития;

2) явная ложь советской статистики, скрывавшей ежегодные фактические данные, чтобы кому-то неповадно было доказывать нелинейность технологического и иного развития.

Однако, пока в российской статистике не будут сформированы добротные динамические ряды по ежегодно восстановленным статистическим выборкам и систематизировано далекое прошлое, ничего путного не будет. При этом нужно объединять российские и советские периоды технологического развития, исходя из того, что техника и технология не знают резких скачков. Переходы в типоразмерных рядах машин и оборудования исторически всегда плавные, хотя и будут волновыми. Для нашей страны мы нашли добротные данные в справочнике [1] для учащихся. Три издания, да еще и одного автора, вызвали полное доверие.

В табл. 1 приведены данные [1, с. 152], дополненные нами расчетным параметром.

Таблица 1

Рост мощности электростанций и производства электроэнергии в СССР [1, с. 152]

Годы учета

Время t, лет

Мощность электростанций N, ГВт

Выработка электроэнергии E, ТВт∙ч

Продолжительность работы 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

1987

74

-

1665,0

-

1988

75

-

1705,0

-

В табл. 1 средняя ежегодная продолжительность работы всех электростанций страны вычислена по простой формуле

 T = E/N. (1)

Тогда в динамике можно проанализировать три показателя - N, E и T.

Динамика мощности электростанций. Тренд экспоненциального роста (рис. 1) мощности электростанций в СССР с 1913 по 1985 г. определяется формулой вида

f (2)

Из остатков на второй части рис. 1 видно, что до 1937 года (t = 24) уравнение (2) почти не дает погрешности, но с этого момента начинается сильное возмущение электроэнергетики по производственным мощностям.

pic

по экспоненциальному закону (1)

f

по остаткам от тренда (1)

Рис. 1. Графики динамики мощности советских электростанций (абсцисса - время t,
ордината - мощность N, в правом верхнем углу графика даны: S - сумма квадратов отклонений, r - коэффициент корреляции формулы (1) тренда)

Таким образом, предвоенные и военные годы возбудили в стране сильное колебательное возмущение (рис. 2) по формуле с переменными амплитудой и частотой. Поэтому, в отличие от Н.Д. Кондратьева, А.Л. Чижевского [5] и других, мы учитываем переменные циклы.

Многочисленными примерами моделирования нами было доказано, что волна колебательного возмущения является асимметричным вейвлет-сигналом, который нужно своевременно расшифровать, причем уже на первых проявлениях начала колебания по нарастающему ежегодно динамическому ряду статистических данных. Этого до сих пор не умеют делать как в макроэкономике, так и в микроэкономике и технологических исследованиях.

pic

Рис. 2. Волна возмущения по остаткам от тренда (1)

Запишем тренд и возмущение вместе (рис. 3) как двухчленное уравнение вида

f (2)

f

d

f

f

где A - амплитуда (половина) колебания, ГВт, p - полупериод возмущения, лет.

Первая составляющая остается законом экспоненциального роста мощности электростанций, а вторая показывает волновое возмущение (см. рис. 2) с убывающим значением коэффициента динамичности

f.

pic

по тренду и колебанию (2)

pic

по остаткам от модели (2)

Рис. 3. Графики динамики мощности электростанций России и СССР за период 1913-1985 гг.

Технологическое развитие не должно зависеть о политики, поэтому по формуле (2) вполне можем дать сослагательный (если бы был СССР) прогноз роста мощности электростанций: 1985 - 315; 2010 - 832; 2020 - 1220; 2030 - 1696; 2040 - 2263; 2050 - 3095 ГВт. За период 1985-2050 гг. в некой условной СССР мощность электростанций возросла бы в 10 раз.

Динамика выработки электроэнергии. По этому показателю тренд (рис. 4) характеризуется двучленным (закон экспоненциального роста и биотехнический закон) уравнением

f (3)

По остаткам от формулы (3) получились два колебательных процесса (рис. 5), в которых замечен эффект А.Л. Чижевского [5], влияния на социумы циклов солнечной активности.

Первое возмущение электроэнергетики по выработке продукции медленно нарастает по амплитуде и при этом резко возрастает частота колебания. Второе возмущение, хотя и убывает к моменту развала СССР, еще быстрее учащается по частоте (снижается полупериод колебания). В итоге четко видно, что не производственные мощности виноваты в развале экономики (рост производственных мощностей был значительным), а отсутствие их научно обоснованного применения и использования в экономической сфере с хорошей ритмикой обновления. Этого-то как раз и не было, а попытки не обоснованного на будущее так называемого «научно-технического прогресса» под руководством Аганбегяна быстро провалились.

pic

по двум устойчивым законам (3)

pic

по остаткам от тренда (3)

Рис. 4. Графики динамики выработки электроэнергии (абсцисса - время t за 1913-1987 гг., ордината - электроэнергия E, в правом верхнем углу графика даны:
S - сумма квадратов отклонений, r - коэффициент корреляции формулы (3) тренда)
 
 pic

первая волна возмущения выработки электроэнергии

pic

второе колебательное возмущение
электроэнергетики

Рис. 5. Графики волновой динамики производства электроэнергии
в России и СССР за период 1913-1988 гг.

В совокупности получилась (рис. 6) формула из фрагментов (табл. 2) вида

f (4)

f

f

f

f

f

f

f

f

Первая волна возмущения является кризисной. Первая составляющая остается законом экспоненциального роста производства электроэнергии, а вторая показывает стрессовое возбуждение системы с максимумом 692 ТВт∙ч в 1985 году. На естественный рост по закону экспоненты по первой составляющей формулы (4) в 1985 году приходилось 858 ТВт∙ч, тогда на два колебания приходится всего 1544 - 858 - 692 = 6 ТВт∙ч. Советская электроэнергетика испытывала чрезмерно слабые колебательные возмущения со значением коэффициента динамичности

f.

Но она не получала импульсов к модернизации.

По остаткам от модели (4) можно идентифицировать биотехническую закономерность [3] в виде убывающего по амплитуде колебания, но она не будет влиять на прогнозы и поэтому может быть использована при историографическом анализе советской электроэнергетики.

Функционирование электроэнергетики СССР было весьма впечатляющим, то есть технологическая база была антикризисной, и нужно было только верно ею воспользоваться. По формуле (4) сослагательный прогноз роста количества электроэнергии такой: 1985 - 1544; 2010 - 4122; 2020 - 6980; 2030 - 12008 ТВт∙ч. К 2035 г., при научно-технократическом руководстве народным хозяйством СССР, достигнут был бы 10-кратный рост (15750 ТВт∙ч).

pic

по четырехчленной модели (4)

pic

по остаткам от общей модели (4)

Рис. 6. Графики динамики выработки электроэнергии в царской России и бывшем СССР

Динамика продолжительности работы электростанций страны. Этот показатель характеризует внутренние возможности электроэнергетической системы. Одновременно он дает оценку надежности (долговечности, ремонтопригодности и др.) электростанций.

Тренд (рис. 7) также получил двухчленное (табл. 2) математическое выражение вида

f (5)

pic

по двум устойчивым законам (5)

pic

по остаткам от тренда (5)

Рис. 7. Графики динамики продолжительности выработки электроэнергии в году
(абсцисса - время t за 1913-1985 гг., ордината - продолжительность T,
в правом верхнем углу графика даны: S - сумма квадратов отклонений,
r - коэффициент корреляции формулы (3) тренда)

По остаткам на рис. 7 видно, что наибольшие колебания в надежности электростанций наблюдались до 1950 года. Максимум продолжительности работы приходится по второй части формулы (5) на годы Великой Отечественной войны. К 1970 году произошло даже снижение годичной наработки генерирующей энергосистемы.

Графики волновой динамики показаны на рис. 8.

Как видно, оба колебания имеют уменьшающуюся амплитуду возмущения.

Общая модель (рис. 9) получила вид биотехнической закономерности

f (6)

f

f

f

f

f

f

f

f

Первая составляющая остается законом экспоненциального роста в упрощенной форме (табл. 2), то есть законом Мандельброта (в физике), Парето (в экономике) или Ципфа (в биологии). Второй член модели (6) показывает стрессовое возбуждение системы с максимумом 3317 ч в 1945 году. На естественный рост по первой составляющей формулы (6) в 1945 году приходилось только 1060 ч, а на два колебания приходится в годы кризиса всего 536 ч. Остатки от формулы (6) в 1945 году равны 59 ч. Поэтому баланс годичной наработки будет равен 3900 = 1060 + 3317 - 536 + 59 часов. Советская электроэнергетика по технологическому мониторингу испытывала значимые (100∙536/3900 = 13,74 %) возмущения. Но с 1960 г. коэффициент динамичности

f

очень мал, поэтому началась технологическая стагнация, без достойных импульсных воздействий к модернизации оборудования.

pic

первая волна возмущения наработки

pic

второе колебательное возмущение
электроэнергетики

Рис. 8. Графики волновой динамики продолжительности работы
в году электростанций за период 1913-1985 гг.

pic

по четырехчленной модели (6)

pic

по остаткам от общей модели (6)

Рис. 9. Графики динамики годичной наработки электростанций в царской России и бывшем СССР

Максимальная относительная погрешность формулы (6) равна 7,43 % по состоянию на 1921 год. Поэтому по остаткам от модели (6) идентифицировали еще три волны колебательного возмущения, показанные графически на рис. 10. Всего были значимыми пять волн.

Внутреннее состояние электроэнергетики бывшей СССР, несмотря на сильное влияние трех войн, было даже чрезмерно стабильным, но с нарастающими на будущее возмущениями. Сослагательный прогноз наработки электростанций: 1985 - 4902; 2010 - 9400 (1 турбина - предел 8760 ч); 2020 - 12800; 2030 - 17700; 2040 - 24500; 2050 - 33900 часов.

К середине XXI века, при своевременном обновлении технологического оснащения электростанций, могли достигнуть семикратного роста надежности по годичной наработке.

pic  pic

pic

Рис. 10. Графики дополнительной динамики продолжительности работы электростанций

Биотехнический закон и его фрагменты. По схеме «от простой к сложной конструкции» в табл. 2 даны устойчивые законы, применяемые для построения формулы биотехнических закономерностей (электроэнергетика также полностью подчиняется через поведение людей им). Формула, показанная выше, вместе с исходными данными, запускается в программную среду CurveExpert для идентификации связей между количественно измеренными факторами. Совместно с ПЭВМ исследователь выполняет полуавтоматический поиск значений параметров исходно заданной общей модели.

Такой процесс поиска называется - структурно-параметрическая идентификация.

Таблица 2

Математические конструкты для построения статистической модели

Фрагменты без предыстории изучаемого
явления или процесса

Фрагменты с предысторией изучаемого
явления или процесса

y = ax - закон линейного роста или спада (при отрицательном знаке перед правой стороной приведенной формулы)

y = a - закон невлияния принятой переменной на показатель, который имеет предысторию значений до периода измерений

y = axb - закон показательного роста (закон показательной гибели y = ax-b не является устойчивым, из-за бесконечности при нулевом значении объясняющей переменной

f - закон Лапласа в математике (Ципфа в биологии, Парето в экономике, Мандельброта в физике) экспоненциального роста или гибели, относительно которого Лаплас создал метод операторных исчислений

f - биотехнический закон (закон мастерства жизни) в упрощенной форме

f - закон экспоненциального роста или гибели (П.М. Мазуркин)

f - биотехнический закон, предложенный проф. П.М. Мазуркиным

Примечание. Жирным шрифтом выделены полные конструкции устойчивых законов.

Уровни коэффициента корреляции. В законе Дарвина о коррелятивной вариации свойство связности (корреляции) измеряется показателем тесноты связи.

Этот статистический критерий давно известен как коэффициент корреляции. Вначале нужно определиться с понятием «уровень коэффициента корреляции». Как известно, грубая классификация уровней коэффициента корреляции следующая: до 0,3 - нет связи между факторами; от 0,3 до 0,7 - есть слабая связь между двумя факторами; выше 0,7 - имеется сильная связь между переменными факторами.

Для возможности оценки всей картины факторных связей нами была предложена (табл. 3) подробная классификация значений коэффициента корреляции.

Таблица 3

Коэффициент корреляции между факторами

Интервал коэффициента
корреляции r

Характер тесноты связи

Существующая классификация

Предлагаемая классификация

1

Сильная связь

Однозначная

0,9...1,0

Сильнейшая

0,7...0,9

Сильная

0,5...0,7

Слабая связь

Средняя

0,3...0,5

Слабоватая

0,1...0,3

Нет связи

Слабая

0,0...0,1

Слабейшая

0

Нет связи

Коэффициент корреляции может изменяться от нуля до единицы.

При условии r = 0 отсутствует коррелятивная связь между двумя параметрами (параметр - это показатель, характеризующий систему, а показатель - количественно измеренный фактор).

Условие r = 1 дает функционально однозначную связь. Электроэнергетика СССР развивалась по закономерностям (2), (4) и (6) с сверхсильными факторными связями (по табл. 3) при коэффициентах корреляции более 0,99.

Выводы

План ГОЭЛРО реализовывался по вводу новых генерирующих мощностей электростанций весьма тщательно. Но выработка электроэнергии получила две волны возмущения с нарастающей частотой колебания, что указывает на отсутствие методологии ретроспективного анализа. При этом на динамику годичной наработки электростанций, как важнейшего показателя надежности всей электроэнергетической системы страны, почти не обращалось внимания. В итоге медленно внутри самой отрасли назревал технологический кризис. Но в электроэнергетике он очень долговременный, поэтому вплоть до 2050 года, если бы существовал СССР, основным трендом технологического развития оставался бы общеизвестный закон экспоненциального роста.

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


Библиографическая ссылка

Мазуркин П.М. АНАЛИЗ ТРЕНДОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ И ВОЛНОВЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ СОВЕТСКОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ // Современные наукоемкие технологии. – 2011. – № 6. – С. 53-60;
URL: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=29378 (дата обращения: 18.01.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074