Анализ энергопотребления ведущих стран накануне глобальных изменений современного мира

Виктор АБРАМОВ
Профессор, д. э. н.,
Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ
Е-mail: viabramov@mephi.ru

Игорь АБРАМОВ
Аспирант, Национальный исследовательский ядерный
университет МИФИ
Е-mail: viabramov@mephi.ru

Александр ПУТИЛОВ
Декан факультета, профессор, д. т. н., Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ
Е-mail: avputilov@mephi.ru

Инесе ТРУШИНЯ
Докторант, Латвийский университет естественных наук и технологий
Е-mail: inese.trusina@aol.com

Введение

Применяемые в настоящее время методы оценки устойчивости развития социально-­экономических систем не дают объективной картины регионального и национального развития [1]. Используемая методология построения индикаторов устойчивого развития базируется на разнородных, несоразмерных мерах, а для осуществления операций используется процедура нормирования, но нормированные индикаторы также разнородны, так как за ними стоят разнородные величины, выраженные в несопоставимых измерителях-­мерах, что порождает ложные оценки и, как следствие, неэффективное управление [2]. Одним из важных факторов для обеспечения устойчивого развития является наличие необходимого количества устойчивых энергетических ресурсов. События 2022 г. показали резкий рост спроса на энергоресурсы во всем мире и как следствие наличие турбулентных эффектов в развитии экономик многих стран. Именно поэтому важен ретроспективный анализ энергопотребления ведущих стран накануне начала глобальных изменений.
Цель статьи провести анализ развития ведущих стран мира за период 1990–2019 гг. в контексте устойчивого развития в энергетических единицах мощности и оценить влияние факторов обеспеченности энергопотребления на рост ВВП. Представленный метод анализа позволит разработать новые подходы к прогнозированию устойчивого развития, учитывающие не только мировую энергетику (базовый показатель), но и политэкономические факторы (отказ от импорта, предельные цены на энергоносители и пр.). Для расчёта и первичной интерпретации показателей развития и индекс нормализованной мощности потребления электроэнергии были отобраны 16 стран по размеру ВВП и составляющие не менее 75 % всего мирового ВВП за 1990, 2005 и 2019 гг., предшествующие глобальным кризисам и переменам.

Текущая ситуация

ЕС выступил за декарбонизацию и обязался свести к нулю выбросы к 2050 г. в соответствии с требованиями Парижского соглашения 2015 г. [3]. Важные соглашения в этом плане были подписаны в ходе 26‑й конференции ООН по изменению климата в Глазго в ноябре 2021 г. [4]. Важно при этом понимать, что реализация многих программ развития требует необходимого обеспечения энергией и, в случае опережающих темпов сокращения потребления углеводородного топлива, возможно нарушение энергетического баланса.

Оценка развития на основе ВВП

Валовой внутренний продукт (ВВП) – наиболее популярный показатель, принятый в качестве основного критерия развития и роста экономики, измеряемый в деньгах. ВВП определяется как макроэкономический показатель, отражающий рыночную стоимость всех конечных товаров и услуг, произведённых за год во всех отраслях экономики на территории конкретного государства для потребления, экспорта и накопления, независимо от национальной принадлежности факторов производства. Можно сказать, что ВВП выражает масштаб экономики. Сегодня именно темпы роста ВВП считаются основным параметром экономического роста [5]. В результате мировое сообщество привыкло считать, что рост ВВП означает улучшение жизни простых граждан, а его падение, наоборот, означает спад или стагнацию. За последние десять лет экономисты столкнулись с большой критикой ВВП как показателя общественного благосостояния и развития [6]. Сегодня расчёт одного и того же параметра осуществляется по совершенно разным формулам, которые государство может определить само. Валовый внутренний продукт большинства стран, занимающих высшие строчки мирового лидерства, уже давно формируется не за счёт реального сектора, а за счёт ценовых спекуляций [7]. В ВВП ведущих стран – США, Франции, Германии – до 80 % приходится на услуги и 20–25 % на производство (таблица 1), в то же время 50 % ВВП развивающихся стран формируется по результатам производства реальной продукции, в том числе сельскохозяйственной.

Привлекательность аргумента о том, что человеческое общество может отделить экономический рост, определяемый как рост валового внутреннего продукта (ВВП), от роста воздействия на окружающую среду и использования материалов и энергии не подтверждается историческими фактами [9]. Таким образом, рост ВВП является сомнительной социальной целью. Возможность манипуляций при расчёте ВВП все острее ставит вопрос о поиске более устойчивых подходов, которые могли бы характеризовать рост и развитие экономики, повышение благосостояния и устойчивости социально-­экономической системы.

Энергетические показатели экономического развития

В рамках концепции экологической экономики [10] и с учётом выводов энергетической теории стоимости [11] с целью формализации задач разработана методология управления устойчивым развитием, использующая подход анализа изменения мощности потоков энергии [12] в открытых динамических социально-­экономических системах. Анализ социально-­экономических систем основывается на законе сохранения мощности потока энергии [13] во времени, необходимого для развития и обеспечения всех процессов социально-­экономической системы – поток энергии (полная мощность) N(t), поступающий в систему за период Δ t, равен сумме выходного потока полезной энергии (мощности) P(t) и потерь мощности G(t), согласно формуле 1:

N (t) = P (t) + G (t) (1)

В соответствии с формулировкой закона, устойчивое развитие представляет собой непрерывный процесс повышения способности удовлетворения текущих потребностей существующей социально-­экономической системы в единицах мощности без снижения уровня произведённой полезной энергии, как способности удовлетворения потребностей будущих поколений, при одновременном повышении эффективности использования полной мощности системы, в условиях негативных внешних и внутренних воздействий [14]. Из закона сохранения мощности определяется модель потоков энергии (мощности) социально-­экономической системы.
Введение инвариантной меры «мощность» в управление устойчивым развитием позволяет установить измеримую связь между потребностями и возможностями, построить систему показателей и критериев устойчивого развития в соответствии с инвариантом прогнозируемого класса системы «человек-­общество-природа» [15].
Поток потребляемой обществом энергии или полная мощность N(t) включает в себя все виды энергоресурсов, необходимых для обеспечения жизнедеятельности, производственных, технологических и других процессов. Эта сумма всех потоков потребления определяет потребности или потенциальные возможности общества [14]. Важной частью полной мощности потребления является мощность конечного потребления электричества Е(t). Уровень и изменение мощности потребления электроэнергии, а также доля в общей мощности потребления системы определяет технологический уровень развития экономики и общества в целом [16]. Результаты исследований [17] показали, что существует однонаправленная причинно-­следственная связь от потребления электроэнергии к ВВП, как показателю экономического роста. В некоторых работах по исследованию данных США отмечалось, что рост потребления электроэнергии шёл параллельно росту ВВП начиная с 1973 г. до середины 1990‑х гг., и в последствии эта связь была нарушена [18]. Очевидно, что необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять причину расхождение корреляции в середине 1990‑х годов и то, о чем может данный факт сигнализировать.

Оценка энергопотребления и ВВП

В соответствии с теоретическим обоснованием и описанной выше методологией, рост и развитие экономики стран можно описывать как с помощью показателя ВВП, так и как открытые социально-­экономические системы, используя показатели в энергетических единицах мощности. При этом необходимо подчеркнуть, что человечество является производителем всей мировой электроэнергии и одновременно ее потребителем. Из этого следует, что сбалансированное развитие будет иметь место тогда и только тогда, когда, с одной стороны, есть все возможности для производства продуктов и услуг, а с другой стороны, чтобы была возможность их приобретать и потреблять. Понятно, что в первом случае должны быть выполнены необходимые условия производства, т. е. наличие энергии и других видов ресурсов, а во втором случае должны быть выполнены достаточные условия – возможность приобретения и потребления [19]. В рамках мировой экономики в целом система замкнута, поэтому производство и потребление должны быть сбалансированы. В качестве показателей сбалансированности развития социально-­экономической системы, как мировой системы в целом, так и отдельного государства, определяется показатели полной мощности потребления энергии, индекс нормализованной мощности потребления полной энергии и индекс нормализованный мощности потребления электроэнергии.
В данной работе энергетический показатель NW(t) определяется как отношение полной потреблённой мощности энергоресурсов N(t), выраженной в энергетических единицах мощности (Ватт), к сумме годового валового продукта GDP (t), выраженные в денежных единицах за один и тот же период времени по формуле 2:

NW(t) = N (t) / GDP (t) (2)
Энергетический показатель NW(t) позволяет определить, насколько национальная валюта обеспечена потреблённой мощностью.
Аналогично рассчитывается энергетический показатель ЕW(t) для потреблённой мощности электричества по формуле 3:

ЕW(t)= N (t) / GDP (t) (3)

Для определения параметров баланса или индекса нормализованной мощности потребления энергоресурсов разработана следующая методика. Нормализованное значение ВВП, где GDP(t) – общий прирост мирового ВВП, а GDPi (t) – прирост ВВП i-й страны рассчитывается по формуле 4:

GDPNi (t) = GDPi (t)/ GDP (t) (4)

Аналогично рассчитывается нормализованное значение для полной мощности потребления N(t) и мощности потребления электричества Е(t) – соответственно NNi(t), ЕNi(t) для i-й страны, по формулам 5 и 6:

ЕNi (t) = Еi (t)/ Е (t) (5)

NNi (t) = Ni (t)/ N (t) (6)

Используя выше определённые значения, индекс нормализованный мощности потребления полной энергии WNi(t) отдельной i-й страны определяется по формуле 7:

WNi(t)= NNi (t) / GDPNi (t) (7)

Аналогичным образом для мощности электропотребления Е(t) рассчитывается индекс нормализованный мощности потребления электроэнергии отдельной i-й страны – соответственно WEi (t), по формуле 8:

WEi(t)= ENi (t) / GDPNi (t) (8)

Уникальность этого подхода заключается в том, что по данным нормализованным индексам можно определять энергетическую сбалансированность экономического развития отдельных стран и регионов, и индексы являются важными показателями для прогнозирования устойчивого развития.

Источники информации и данные

Необходимая статистическая информация и данные были получены из источников, указанных в таблице 2. Показатели рассчитаны с использованием данных за период с 1990 по 2019 гг.
Для расчёта и первичной интерпретации показателей развития и индексов нормализованный мощности потребления энергии были выбраны ведущие страны мира по размеру ВВП и составляющие не менее 75 % всего мирового ВВП за 1990, 2005 и 2019 гг. (таблица 3).

В выборку вошли первые 16 стран по объёму ВВП. Выбранные точки анализа – 1990, 2005 и 2019 гг. – годы, предшествующие глобальным кризисам и переменам: 1990 г. – накануне ликвидации Советского Союза; 2005 г. – накануне мирового кризиса 2008–2009 гг.; 2019 г. – накануне глобальной пандемии.

Представленные данные соотнесены по величине к мировому ВВП (GDP) и отражают долю экономики конкретной страны в общей мировой экономике (GDPN).

Результаты и выводы

Показатели роста и развития ведущих стран мира. Базовые показатели устойчивого развития, в том числе общее энергопотребление (мощность потребления или валовая мощность) в энергетических единицах рассчитаны для США, Китая, ЕС, России и Индии. Ключевые параметры для выбора стран:

• Мировые лидеры по объёму ВВП;
• Структурные различия в ВВП.

Рост ВВП в долларах США на рис. 1, за период 1990–2019 гг., для США и ЕС имеет линейный характер (корреляция 0,9916 и 0.9798 соответственно). Рост ВВП Китая в долл. США с 2002 г. также имеет линейный характер (корреляция 0,983) и увеличение по итогам 2019 г. в 6 раз.

Рост ВВП в долларах США за период 1992–2019 гг. для России имеет явно выраженный нелинейный, нерегулярный, нехроноцелостный характер с перепадами в 2009 г. и в 2015–2016 гг. В то же время, рост ВВП в долл. США за период 2001–2019 гг. для Индии имеет явно выраженный линейный характер (корреляция 0,989).
Представленные графики ВВП показывают:

• линейное увеличение ВВП для ведущих стран США, ЕС и, начиная с 2002 г., для Китая и с 2001 г. для Индии;
• отличную картину изменения ВВП на разных графиках за один и тот же период 2001–2019 гг. для России.

Переход к инвариантной системе координат в энергетических единицах для США, Китая, ЕС, Индии и России показан на рис. 2. – кривые изменения полной мощности, измеренной в ГВт, за период 1990–2019 гг.

Изменение полной мощности США за период до 2005 г. носит нелинейный замедляющий характер с постепенным выходом на плато. После 2005 г. до 2019 г. полная мощность (в результате деятельности и создания национального продукта) не изменялась в пределах погрешности 5 %. Изменение полной мощности ЕС на плато вышло до 1990 г. и после 2007–2008 гг. имеет тенденцию к снижению. Изменение полной мощности Китая с 2005 г. имеет линейный характер и увеличилось в 2,7 раза за период до 2019 г. После 2005 года значение мощности Китая превысило уровень ЕС, а после 2011 г. – уровень США. Последние три года развитие Китая имеет небольшую тенденцию к замедлению.
Графики, представленные на рис. 2, показывают различную динамику изменения мощности конечного потребления для США это выход на плато с 2007 г., для Европейского союза некоторый спад с 2007 г., для Китая ускорение роста начиная с 2002 г.: для Индии тоже ускорение роста с 2005 г. и у России постепенный незначительный рост с конца 1990‑х гг. Изменения полной мощности конечного потребления для США, Китая, России, Европейского союза и Индии за период 1990–2019 гг. имеют аналогичные тенденции, как и изменения полной мощности потребления энергии электричества.
Изменение полной мощности конечного потребления электричества на 1 жителя для США, Китая, России, Европейского союза и Индии представлены на рис. 3. Из графиков видно, что у США был рост до 2006 г., а потом начался спад. Аналогичная тенденция у Европейского союза. У России был спад до 1998 г., потом начался рост, который продолжался до 2008 г. и затем рост фактически прекратился.

Тем временем у Китая и Индии наблюдается рост с 1990 г. Он ускорился с 2003 г., причем у Китая значительно выше, чем у Индии. Следует при этом отметить, что в России уровень мощности конечного потребления электричества на одного человека в 2014 г. приблизился к уровню потребления в Европейском союзе.
Показатели нормализованной мощности потребления электричества. Результаты расчётов полной мощности (N), нормализованной полной мощности (NN), мощности потребления электричества (Е) и нормализованной мощности потребления электричества (ЕN) за 1990, 2005 и 2019 гг. для ведущих экономик мира, рассчитанные по формулам (5) и (6), представлены в таблице 4.

Очевидно, что мощность потребления электричества в мировом хозяйстве за год равна всей созданной мощности электричества человечеством. Поэтому логично сравнить доли мощности потребления электричества ведущих экономик мира и созданного за этот период ВВП. Для этого были рассчитаны индексы нормализованной мощности потребления энергоресурсов WN и электричества WE по формулам (6) и (7) для мировых лидеров за 2019, 2005 и 1990 гг., результаты расчетов представлены на рис. 4 и 5.

По результатам полученных данных индекса нормализованной мощности потребления электричества WЕ можно сформулировать типологию стран по энергетическому балансу экономического развития (рис. 5).

Сбалансированное развитие в 2019 г. – индекс равен или находится около единицы. Это Бразилия и Канада, только с разной динамикой развития. У США в 1990 г. индекс был около единицы, но затем постепенно снижался. У Евросоюза уже в 1990 г. этот индекс был ниже единицы и в результате снижения в 2019 г. приблизился к 0,5. Обратный тренд у Японии, у которой был незначительный рост и в 2019 г. индекс был незначительно выше, чем в Евросоюзе. Сильный спад индекса от 1 до 0,6 произошел в Австралии. Сильно выделяются на этом фоне три страны – Китай, Индия и Россия, у которых индекс WE выше единицы и в 2019 г. был равен приблизительно 1,5, но динамика изменений у каждой страны своя. Особенно выделяется Россия, у которой в 1990 г. индекс был выше 3 и постепенно снижался до 1,5.
В условиях изменений измерение эффективности экономик в денежных единицах носит субъективный характер, поскольку определяется биржевым способом и масштаб единицы измерения экономического развития стран меняется со временем. Поэтому измерение эконмического развития стран в энергетических единицах, масштаб которых инвариантен к изменениям внешней среды представляется необходимым инструментом для сбалансированного устойчивого развития. Необходимо учитывать неоднородность экономик рассматриваемых стран и факторы, которые, в том числе, влияют на индекс WE это: 1. энергоэффективность, которая определяется уровнем технологического развития страны; 2. структура экономики, то есть соотношение производства и услуг; 3. завышенные курсы валют. Их влияние на индекс нормализованной мощности потребления электричества требует дополнительного изучения.
Вместе с тем, если проанализировать гистограмму на рис. 6 и взять США за эталон по первым двум факторам, то Евросоюз и Япония все равно ниже этого уровня и, как следствие, можно утверждать, что указанные страны имеют завышенные курсы валют, то есть происходит обмен необеспеченных денег на энергоносители. При прогнозировании экономического развития и ценообразования на энергоносители следует учитывать полученные результаты.

Заключение

Аналитическое исследование сложившейся ситуации в мировой энергетике может стать базой и точкой отсчета для прогноза новых реалий, связанных с политэкономическими факторами. Результаты исследования показали, что анализ экономического развития стран в инвариантных энергетических единицах свидетельствует о росте субъективности расчетов в денежных единицах ВВП, начиная с 2006 г., которые не отражают реального экономического развития. Возможность манипуляций при расчёте ВВП все острее ставит вопрос о поиске более устойчивых подходов, которые могли бы характеризовать реальный рост и развитие экономики, повышение благосостояния и устойчивости социально-­экономической системы.
В качестве показателей сбалансированности развития социально-­экономической системы, как мировой системы в целом, так и отдельного государства, определены: 1. показатели полной мощности потребления энергии и электричества; 2. индекс нормализованной мощности потребления полной энергии; 3. индекс нормализованной мощности потребления электроэнергии. Результаты исследования показали, что накануне глобальных изменений по итогам 2019 г. существовала значительная несбалансированность между ВВП ведущих развитых стран и электро- и энергопотреблением в этих странах.