Теоритическое обоснование основных показателей
Любая технология – это, прежде всего, открытая для потоков энергии система, которая обеспечивает с определенной эффективностью процесс преобразования потоков энергии на входе в потоки энергии (вещества и информации) на выходе системы, обладающие полезными потребительскими свойствами.
Потоки энергии на входе и выходе системы находятся под контролем фундаментального закона сохранения мощности, общего закона природы справедливого для открытых систем.
В соответствии с законом сохранения мощности (рис. 1.) полная мощность открытой системы (N) определяется как сумма полезной (активной) мощности (Р) и мощности потерь (G):
| P>0 полезная мощность |
| N>0 полная мощность |
мощность  >0
потерь
|
| [Введите цитату из документа или краткое описание интересного события. Надпись можно поместить в любое место документа. Для изменения форматирования надписи, содержащей броские цитаты, используйте вкладку "Работа с надписями".] ЭИР |
| КСТ |
N = P + G,
где N – полная мощность;
P – полезная мощность;
G – мощность потерь.
Рис. 1. Показатели закона сохранения мощности
Выделяются четыре группы базовых индикаторов, необходимых для оценки технологического развития. В их числе:
• полная мощность или потребление мощность (N);
• полезная мощность или производство мощности (Р);
• потери мощности или мощность потерь (G);
• обобщенный коэффициент совершенства технологий (КСТ).
Взаимосвязь базовых индикаторов технологической системы, находящейся во взаимодействии с обществом и природой, описывается тремя уравнениями (рис. 2.).
Рис. 2. Базовые индикаторы технологических возможностей в системе «общество – природа»
Уравнения:
1. Уравнение мощности на «входе» или полной мощности (N), выражающей потенциальную возможность технологической системы совершать работу в единицу времени:
N(t+1) = g·x·N(t),
где N(t) – суммарное потребление системой энергоресурсов в единицах мощности за период t;
N(t+1) –суммарное потребление системой энергоресурсов в единицах мощности за период t+1;
g(t) – обобщенный коэффициент совершенства технологий или КСТ (g >1);
x(t) – обобщенный коэффициент ресурсоотдачи или кажущийся КПД (x>1).
2. Уравнение мощности на «выходе» или полезной мощности Р, выражающей возможность технологической системы совершать внешнюю работу в единицу времени:
P(t+1)=g·N(t), где Р(t+1) – совокупное производство в единицах мощности за период t+1;
N(t) - суммарное потребление энергоресурсов в единицах мощности за период t;
g(t) – обобщенный коэффициент совершенства технологий (КСТ);
3. Уравнение мощности потерь как разности между полной и полезной мощностями технологической системы:
G(t) = N(t-1) – P(t),
где G(t) – мощность потерь за период t;
N(t-1) – суммарное потребление энергоресурсов в единицах мощности за период t-1;
P(t) – совокупное производство в единицах мощности за период t;
Рассмотрим базовые индикаторы подробнее.
Полная мощность (N)
Суммарное потребление энергоресурсов в единицах мощности или полная мощность (N) – мощность на входе или суммарное потребление энергоресурсов за определённое время (год, месяц, сутки), выраженное в единицах мощности (ватт (Вт) = Дж/сек), включая:
• топливо для машин, механизмов и технологических процессов (нефть, газ, уголь, атомная энергия, солнечная энергия и др.);
• электроэнергию;
• продукты питания.
Полная мощность системы вычисляется по формуле:
,
где 
- суммарное потребление j-го объекта управления;
Используемые переводные коэффициенты для расчета полной мощности (N)
Пересчет указанных единиц измерения статистических показателей в единицы мощности осуществляется с использованием переводных коэффициентов.
Полезная мощность (Р)
Годовой совокупный произведенный продукт (Р) вычисляется по формуле:
P(t)=Nтоплива(t)•топлива(t)+Nэлектроэнергии(t)•электроэнергии(t)+Nпродуктов питания(t)•продуктов питания(t)
где Nтоплива(t) – годовое потребление топлива в единицах мощности;
Nэлектроэнергии(t) – годовое потребление электроэнергии в единицах мощности;
Nпродуктов питания(t) – годовое потребление продуктов питания в единицах мощности.
Измеряется в единицах мощности (ГВт).
Используемые для расчета полезной мощности (Р) коэффициенты
Для расчета на начальный период используется среднее значение коэффициента полезного использования энергоресурсов : топливо (для машин и технологических процессов) – 0,25; электроэнергия (для машин и технологических процессов) – 0,8; продукты питания (для человека, растений и животных) – 0,05:
топлива(t0) = 0,25;
электроэнергии(t0) = 0,8;
продуктов питания(t0) = 0,05.
Мощность потерь (G)
Наличие полной (N) и полезной (Р) мощностей дает возможность определить мощность потерь.
Мощность потерь (G) – разность между полной мощностью и полезной мощностью системы, выраженная в единицах мощности (Вт - ватт).
Обобщенный коэффициент совершенства технологий (КСТ)
Коэффициент совершенства технологий (КСТ) - это отношение годового совокупного произведенного продукта в единицах мощности (полезной мощности – Р) к годовому суммарному потреблению энергоресурсов в единицах мощности (полной мощности – N) за тот же период:
Интегральные индикаторы
Интегральные индикаторы выводятся на основе базовых.
1. Время удвоения – показывает, за какое время при сложившихся темпах роста рассматриваемого показателя произойдет его удвоение.
Вычисляется по формуле:
tуд · DА 72,
где D Х – темпы роста рассматриваемого показателя А в процентах (%).
2. Совокупный уровень жизни (U) – это годовой совокупный произведенный продукт в единицах мощности на душу населения. Измеряется в кВт на человеках.
Вычисляется по формуле:
где Р(t) – совокупный произведенный продукт в единицах мощности (Ватт) на время t;
М(t) – численность населения на время t.
где Р(t) – совокупный произведенный продукт в единицах мощности (Ватт) на время t;
М(t) – численность населения на время t.
3. Качество окружающей природной среды (q) – отношение мощностей потерь текущего и предыдущего года:
| качество улучшается, | |
| качество сохраняется, | ||
| качество ухудшается. |
где G(t-1) – годовые потери мощности предыдущего периода ( t-1);
G(t) – годовые потери текущего периода (за время t).
4. Качество жизни в единицах мощности (КЖ) — прямое произведение средней нормированной продолжительности жизни (ТА), совокупного уровня жизни (U) и качества окружающей природной среды (q). Измеряется в кВт на человека.
Вычисляется по формуле:
КЖ(t)=ТА(t)•U(t)•q(t),
где ТА(t) – средняя нормированная на 100 лет продолжительность жизни на время t;
U(t) – совокупный уровень жизни на время t;
q(t) – качество окружающей природной среды на время t.
Оценка новых тенденций в мировом технологическом развитии
Классификатор возможных тенденций технологического развития
Выявление и оценка новых тенденций осуществляется с использованием расчетов базовых индикаторов, а также классификатора типов тенденций технологического развития.
Классификатор типов тенденций технологического развития строится на основе базовых индикаторов и включает в себя все практически значимые и логически возможные типы тенденций технологического развития.
Суть классификатора в том, что все возможные технологические тенденции делятся на три связанных между собой активных зоны:
А Зона развития технологической системы;
Б Зона стагнации технологической системы:
В Зона деградации технологической системы.
А Зона развития включает в себя следующие типы технологических тенденций.
Тип А.1. – Экстенсивный или энергосырьевой рост.
Этот тип тенденции проявляется в увеличении мощности на входе системы в основном за счет роста энергопотребления из внешней среды (социальной и природной), а не за счет увеличения КСТ и эффективности использования имеющихся внутренних ресурсов страны.
Граничные условия экстенсивного роста:
• рост полной мощности: N>0;
• обобщенный коэффициент совершенства технологий не изменяется:
=0 и 0,25 – 0,3;
Тип А.2. – Интенсивный рост или развитие.
Второй тип тенденции проявляется в росте полезной мощности на выходе системы в основном за счет повышения КСТ и эффективности использования внутренних ресурсов, а не за счет потребления энергоресурсов.
Граничные условия интенсивного роста или развития:
• повышение обобщенного коэффициента совершенства технологий:
>0 и >0,3;
• неувеличение темпов роста потребляемой мощности N = const;
• увеличение роста полезной мощности: Р>0;
Тип А.3. – Инновационное развитие.
Это развитие в кратко и среднесрочной перспективе (5 – 10 лет) в основном за счет повышения энергоэффективности посредством реализации более совершенных технологий, приносящих бóльший доход «здесь и сейчас».
Этот тип развития не обеспечивает устойчивость инновационного развития в долгосрочной перспективе.
Граничные условия инновационного развития:
• повышение обобщенного коэффициента совершенства технологий:
>0 и 0,3 < 0,45;
• рост полезной мощности в кратко и среднесрочной перспективе:
Р > 0,
где Р – изменение полезной мощности за время t;
t – шаг масштабирования (для страны t= 3 года).
Тип А.4. – Устойчивое инновационное развитие.
Этот тип тенденции технологического развития обеспечивает устойчивость инновационного развития в долгосрочной перспективе за счет воспроизводства неубывающих темпов роста КСТ, реализации прорывных технологий, повышения качества управления, уменьшения потерь мощности и. как следствие, увеличения темпов роста полезной мощности в долгосрочной перспективе с сохранением развития в условиях негативных внешних и внутренних воздействий.
Граничные условия устойчивого инновационного развития:
• воспроизводство инновационного развития в долгосрочной перспективе за счет реализации прорывных технологий:
= 0 + •t + 2•t2 + 3•t3 + … 0,
где – изменение КСТ;
• t - изменение КСТ за 3 года;
2 • t2 - скорость изменения КСТ за 9 лет;
3 • t3 - ускорение изменения КСТ за 27 лет;
• увеличение темпов роста полезной мощности в долгосрочной перспективе:
Р = Р0 + Р•t + 2Р•t2 + 3Р•t3 + … 0,
где Р – изменение полезной мощности;
Р • t - изменение полезной мощности за 3 года;
2Р • t2 - скорость изменения полезной мощности за 9 лет;
3Р • t3 - ускорение изменения полезной мощности за 27 лет;
Б Зона стагнации или переходная зона включает в себя два типа тенденций.
Тип Б.1. – Переход от развития технологической системы к деградации.
Тип Б.2. – Переход от деградации к развитию с риском возврата к деградации.
В зоне стагнации имеет место нулевой рост полезной мощности: Р = 0.
В Зона деградации технологической системы включает в себя два типа тенденций.
Тип В.1. – Спад.
Этот тип тенденции характеризуется уменьшением роста полезной мощности на выходе системы за счет уменьшения роста потребляемой мощности на входе системы с сохранением КСТ системы.
Граничные условия спада:
• уменьшение темпов роста полезной мощности: Р<0;
• уменьшение темпов роста полной мощности: N<0;
• сохранение КСТ: =0;
Тип В.2. – Деградация.
Этот тип тенденции характеризуется уменьшением роста полезной мощности на выходе системы в течение длительного времени в основном за счет уменьшения эффективности использования потребляемых ресурсов.
Граничные условия деградации:
• уменьшение темпов роста полезной мощности: Р•t + 2Р•t2 <0;
• уменьшение темпов роста КСТ: •t + 2•t2<0;
• сохранение темпов роста полной мощности: N<0;