Московский энергетический институт (технический университет)
На встрече с проф. Кутявиным И. Д. и доц. Дульзоном Н. А. в декабре 1970 г. были обсуждены проблемы проектирования Сибирским Гипромезом электрической части металлургических объектов и согласовано проведение в марте 1971 г. конференции «Электрификация металлургических предприятий Сибири». Конференции стали ежегодными традиционными и очередная 40-я (XL) пройдёт в ноябре 2010 г. в Москве. Устойчивость разнообразия видов устанавливаемого и ремонтируемого электрооборудования на любом предприятии, обнаруженная в 1967 г. и доложенная в 1971 г., послужила основой электрики, технетики и, наконец, общей и прикладной ценологии.
Существование Российской Федерации (да и других стран) через 50–60 лет неразрывно связано с электрообеспечением и действием некоторых фундаментальных законов Природы, которые были замечены в начале прошлого века в физике, биологии, экономике и которыми стали активно руководствоваться со времени завершения индустриализации и исчерпания возможностей классического менеджмента. Речь идёт об инвариантах, подобных системе небесной механики И. Ньютона (1697). И если механика предсказывает затмение, то техноценологические представления дают возможность назвать инварианты электроэнергетики к концу этого века, включая области генерирования и распределения электрической энергии.
Период 60 лет взят не случайно и связан с цикличностью. Это и индустриализация, и земельно-экономические реформы, и нерешённость для РФ проблем Второй Мировой. Более 60 лет потребовало становление электротехники, электроэнергетики, электрики.
Обратимся к концептуальным положениям плана ГОЭЛРО, принятого в 1920-м и окончательно заменённого Законом 2003 года «Об электроэнергетике», когда постулат – всё в руках государства, был заменён оптимальным вариантом 1913 года – генерация частная. Какую бы положительную роль ни сыграло ГОЭЛРО в деле индустриализации России, его основные концепции устарели к 60-м годам. ВСТ И главное, что электрификация всей России не состоялась. Сегодня 2/3 территории – без света, 10-20 миллионов россиян без надёжного электроснабжения.
Теоретически рассмотрим произошедшее. В средине прошлого века цивилизация пошла по постиндустриальному пути, став обществом потребления. Техническая реальность стала всеобщей: техносфера вобрала в себя биосферу. Объективность её существования и эволюции позволила мне, вслед за Анаксимандром, утверждать, что всё материальное есть или мёртвое, или живое, или техническое. Причём, техническое принципиально подразделяется на техническое мёртвое, локально не противодействующее второму закону термодинамики; техническое живое, оперирующее с органикой и прочитанным генетическим текстом; технетическое, которое требует для своего функционирования энергетического, материального, информационного обеспечения и которое не может жить вне сообществ технических изделий – техноценозов.
Потребовалась наука о технической реальности, подобная физике и биологии. Среди множества определений технетики главным остаётся исследование техноценозов, активно развиваемое уже и американскими учёными.
Любое техническое изделие создаётся, конструируется на основании физических законов. В соответствии с первой научной картиной мира Ньютона–Максвелла для одних и тех же исходных данных результат строго однозначен. Тогда мы можем предсказать затмение вперёд (назад) на 1000 лет и рассчитать трансформатор. Далее, рассчитанное изделие по документации НИОКР нужно реально сделать. И оказывается, что всегда есть допуски по массе, габаритам, размерам (точно сделать нельзя, и ракета «Булава» летит не по точно рассчитанному). И это различие есть отражение второй вероятно-статистической картины мира Бора–Эйнштейна, где неточность описывается в пределе нормальным гауссовым распределением, которое для инженера не сильно меняет картину мира, потому что речь идёт о математическом ожидании и конечной ошибке (дисперсии). Однако автомобиль, попавший в техноценоз многочасовой пробки, расходует топливо не по Гауссу.
Сделаем следующий шаг, констатируя, что техническое начинает собираться вместе, образуя цех, завод, отрасль; квартиру, поселение, город, регион. Каждый из этих объектов можно рассматривать как систему и устанавливать вход, выход, прямые и обратные связи, но можно и как сообщество, где появление единичного не предсказуемо. Оказалось, что структура ценозов инвариантна. В любом и каждом ценозе существует вполне определённое разнообразие видов изделий и вполне определённое соотношение «крупное-мелкое». Инвариантность математически представима аппаратом гиперболических Н-распределений, не имеющих среднего и имеющих бесконечную дисперсию, т. е. здесь не действуют центральная предельная теорема и закон больших чисел. В пределе – увеличение выборки не снижает дисперсию (ошибку), но увеличивает её до бесконечности.
Эта закономерность описывается распределением простых чисел по повторяемости. Природа ввела дискретность чисел, сказав, в частности, что турбины, устанавливаемые в стране, должны соответствовать распределению простых чисел. Ценологическое распределение по разнообразию характеризуется тем, что 40–60 % всех видов, образующих все доменные печи, прокатные станы или турбины электростанций страны, электродвигатели и трансформаторы завода, уникальны (единичны). Но 5–10 % оставшихся видов (они охватывают 40–60 % штук-особей) являются массовыми, стандартными, унифицированными, повторяющимися.
Так мы пришли к трём научным картинам мира, причём для третьей ценологической не может быть предложена система отсчёта, позволяющая сравнить два ценоза. Например, Магнитка и Липецк имели одинаковую мощность – 800 МВт, одинаковый расход электроэнергии – 5 млрд кВтч и т. д., вплоть до одинаковости трансформаторных подстанций и ячеек. Однако эти заводы технологически совершенно различны. Более жизнен пример с обменом квартирами, где любое описание требует осмотра квартиры и окрестностей.
Подтвердим действенность третьей картины мира, опираясь на инвариантность структуры физических, биологических, технических, информационных, социальных ценозов.
Начнём с распределения галактик, по Хольцмарку, которое имеет характеристический показатель 1,5. Эта же цифра характеризует распределение химических элементов в земной коре, по Ферсману; космического мусора, имеющего более 15000 наименований (видов).
Для биоценозов, которые активно изучаются с начала прошлого века, это распределение подтверждено для растений, животных всех стран и континентов. Закономерно ли, что различие живых организмов по массе на 30 порядков, как и у космического мусора? Несомненно, что оба ценоза описываются одним математическим аппаратом, с одинаковыми численными значениями характеристического показателя.
Но вернёмся к техноценозам, где Н-распределение подтверждено более чем 1000 выборок, охватывающих 2,5 млн единиц штук-особей различного оборудования. Нагляднее пример по кранам НЛМК, где половина от всех наименований (видов) на заводе – в единственном экземпляре, что порождает проблемы ремонта и обслуживания. И лишь несколько видов многочисленны. Это же относится и к турбинам электростанций СССР и 2008 г., где в целом видовое Н-распределение имеет характеристический показатель 0,97 (по Колмогорову он должен быть меньше двух), и тоже развёрнуто – по отдельным регионам..
С начала прошлого века активно изучаются различные тексты, цитируемость, другие информценозы. У нас и за рубежом этим негауссовым феноменом занимается множество исследователей. Мною проверена гиперболичность на ряде информценозов и показано, что по разнообразию слов «Евгений Онегин» гениальнее, чем ценоз «электродвигатели Карметкомбината». Нами проверена инвариантность структуры на статьях и учебниках по электрике, содержащих свыше 2,5 млн слов, и подтверждена применимость ценологической теории.
Обращаясь к социоценозам, можно напомнить хорошо известное экономистам распределение Парето, представимое кривой Лоренца и коэффициентом Джини. Парето утверждает, что 10 % самых богатых не должны быть богаче более чем в 10 раз 10 % самых бедных (у нас это соотношение существенно нарушено). Устойчивость Н-распределения хорошо демонстрируется числом жителей по городам США за 140 лет.
Оба примера хорошо иллюстрируют слабость ценологической теории. Пусть рассчитано среднее (для конечной выборки это можно сделать). Но оно не определяет значение первой точки на гиперболе, которая может быть вообще из другого ценоза (как Абрамович и Москва). Сложно и с саранчёвым хвостом гиперболы, где элемент-штука то возникает, то исчезает (как малый бизнес). Выстроив гиперболу, отслеживают тренд каждой точки и их взаимную конкордацию, но некоторые объекты (штуки-особи, виды) приходится объединять в группы, а часть – в кластеры, где действует нормальное распределение, а весь аппарат кибернетики рассматривается как часть технетики.
Итак, мной показано, что любая из существующих на Земле материальных и идеальных реальностей образует со временем ценозы, структура которых инвариантна. Устойчивость Н-распределения как некоторая инвариантность применительно к технической реальности открыта мною с приоритетом 1973 г. (Томск, ТПИ). Что касается общей ценологии и математического аппарата, то мною сформулировано семь отличий от исследований других учёных, в частности Ципфа.
Фундаментальность инвариантности структуры ценозов объясняется фундаментальными законами отбора, специфичными для каждой реальности. Для физической – это вариационные принципы механики, минимизирующие усилия на совершение действия, осуществляя тем самым своеобразный энергетический отбор.
Для биоценозов инвариантность разнообразия и определённость соотношения «крупное-мелкое» определяется дарвиновскими представлениями. Естественный отбор Дарвина хотя и называется законом, но, строго говоря, является лишь гипотезой, оспариваемой с момента появления.
Для технической реальности мною предложена как открытие гипотеза информационного отбора, которая опирается и включает в себя понятийный аппарат теории естественного отбора. Отличие заключается в том, что для всех составляющих технетики (техника, технология, материалы, потребительная продукция, эковоздействие) обязательно существование документа на изготовление изделия, играющего роль генотипа. И этот ген-документ изменяется, порождая новое изделие.
Информационный отбор, определяющий техноэволюцию, можно представить схемой, восходящей к кибернетическим представлениям акад. Шмальгаузена и фиксирующей три узловые точки научно-технического прогресса. Во-первых, после озарения и рождения идеи у кого-то, необходимо провести НИОКР, изготовить изделие (желательно инновационное), отладить, выпустить в свет (продать). Во-вторых, осуществить инвестиционное проектирование установки, цеха; сооружения, города (создав из готовых изделий техноценоз). В-третьих, оценить каждую из составляющих технетики как изделие (например, штрих-кодом) на приемлемость функционирования в данном ценозе и оценить техноценоз в целом по экономическим, техническим, социальным и иным критериям. Обе оценки есть суть информационного отбора.
Заметим, что для каждой из реальностей существует свой отбор, имеющий специфику, а составляющие технетики, в свою очередь, взаимодействуют с каждой из реальностей по-своему.
Обращаясь к прогнозированию электропотребления, осуществляемому в стране с 20-х годов прошлого века, нельзя не констатировать большие ошибки, когда речь шла о периоде 10–20 и более лет. Госкомитет по науке и технике в 1960 г. на 1980-й определил потребность 2485 млрд кВтч. В 1979 г. ЭНИН им. Кржижановского сделал прогноз, определив по оптимальному варианту на 2000 г. величину 3200 млрд кВтч, на 2020 г. 6150 млрд кВтч. Величина 3 трлн кВтч какая-то мистическая: в 1960 г. её прогнозировали на 1980-й, в 1970-м – на 1990 г., в 80-м – на 2000 г. О ней говорил Чубайс во время подготовки закона об электроэнергетике, её называли и в первых стратегических разработках на 2020 г. Однако есть отличие утверждённой Государственной стратегии на 2030 г. от стратегии ГОЭЛРО. В первые пятилетки, когда американцы и немцы запроектировали 521 (571) предприятие и поставили основное технологическое оборудование, вопрос об электроснабжении решался опережающе. Сейчас электроэнергетика выделена как отрасль, особенно атомная, и её развитие рассматривается само по себе.
Электропотребление было и до 2050 г. будет корреляционно связано с промышленностью. Мы имеем дело с постоянной времени цикла технической реальности, изменения которой сравнимы или превышают время наблюдения с соответствующими неопределённостями. Поэтому, говоря о прогнозе электропотребления на 30–50 и более лет, что неизбежно связано с общественным развитием, ошибочно опираться на традиционные математические и иные модели, отталкивающиеся от предыдущей истории. Говоря о стратегии до конца века, правильнее руководствоваться инвариантностью структуры и цикличностью, анализируя большие промежутки времени, рассматривая, что было и что стало.
Наш опыт прогнозирования с начала 60-х годов электропотребления чёрной металлургии экстраполяционными методами, а с 70-х – опираясь на инвариантность структуры, показал, что в сентябре месяце года, предшествующего планируемому, три года удавалось обеспечивать точность прогноза с ошибкой 0,9 %, на 5 лет – 3 %. Публикация в «Социалистической индустрии» 10.04.1983 г. и защита ЦК уберегли меня от последствий такого вызова системе.
Для определённых целей возможно прогнозирование, оперирующее некоторыми средними удельными расходами, характеризующими всю отрасль. С ценологической же точки зрения, нельзя руководствоваться средним, поскольку отношение минимума к максимуму, например, по чугуну более чем в 10 раз, а по прокату – без малого 100. Ценологическая разница проявляется, если перейти к отдельным агрегатам, что следует учитывать при решении задач энергосбережения, но излишне при стратегическом прогнозе.
Теперь перейдём к осуществляемому реальному прогнозу. По генеральной совокупности заводов, на основании созданного мною банка «Черметэлектро» (1995), строились гиперболические зависимости. Определялись «выбросы» на кривой Н-распределения, которые и анализировались. Принципиальны случаи: 1) стандартными методами удаётся спрогнозировать электропотребление и 2) математически прогноз не может быть представлен из-за скачка, определяемого пуском нового крупного объекта.
Перенесём изложенные теоретические и практические построения на структурно-топологическую динамику электропотребления регионов России за 20 лет (1990–2009 гг.). На каждой из гипербол каждый регион изображён последовательно перемещающейся точкой. Особенностью перемещения является то, что как будто бы независимое поведение отдельного региона на самом деле некоторым коэффициентом конкордации привязано к поведению других регионов. Это означает, что единый ресурс, который возможен на данный год, ценологически делится между всеми регионами. Для нас важна устойчивость характеристического показателя, чрезмерный рост первой точки (Московской области) и уменьшение доли регионов, мало потребляющих электрическую энергию. Здесь должно действовать, но не действует распределение Парето. Существуют регрессионные регионы, так что соотношение становится не 1:10, а иным, грубо 1:40, и это означает большой перекос в электропотреблении, который приводит к деградации малоразвитых регионов России и их фактическому вымиранию.
Сделанный далее прогноз на 60 лет исходит из того, что и характеристический показатель, и соотношение децилей улучшится, а первая точка – Москва уменьшит свои людоедские аппетиты. Если же существующие тенденции сохранятся, то вполне реальна угроза потери Дальнего Востока, Тувы, кулундинских и барабинских степей, Татарстана, Башкирии, Северного Кавказа, Калининграда, Карелии.
Отметим: 1) Закон о потребителе электрической энергии (только) «пробить» никак не удаётся; 2) ликвидация 860 тысяч мельниц в 30-е годы, 6500 электростанций до 5 МВт в 60-е, выстраивание ценологического ряда генерирования обществом до сих пор не восприняты; 3) развитие электрических сетей закрепляет существующую монополизацию. Холдинг МРСК в ближайшие 8–10 лет собирается потратить на обновление сетей 2,8 трлн руб. Проект линии 1150 (1500) кВ из Сибири отчуждением земли, экологической опасностью, неизбежными отключениями, стоимостью вызывает неприятие. Линия 1150 кВ «Казахстан – Урал» (510 км) имела аварийные (главным образом грозовые) отключения 3–4 раза в год, что требовало немедленной компенсации 4–5 млн кВт.
Рассмотрим подробнее предлагаемый мной Государственный план рыночной электрификации России (ГОРЭЛ), который ставит целью электрифицировать всю Россию, охватить инфраструктурой и услугами глубинку, довести средний класс до 60 % и концептуально предлагает:
* От энергетического придатка цивилизации и неизбежной деградации из-за заброшенности глубинки немедленно перейти не к мобилизационной, а к эволюционной модели модернизации, которая не удаётся в течение 90 лет из-за антисоциального характера государства. Для России актуальна задача новой индустриализации, а отнюдь не постиндустриальное развитие.
* Россия живёт в мире имперских снов, 20 лет не удивляя мир ни в сфере вещей, ни в сфере идей, ни в сфере технологий. Отказаться от критериев военной устрашающей мощности и опираться на экономические и морально-политические достоинства; не пугать, восстановить дружбу с соседями; ликвидировать давление ВПК на экономику. При втором месте в мире по продажам вооружений и миллиардерам, у нас 97-е по доходам на душу, 62-е по уровню технологического развития, 27-е по качеству образования, а ещё был и Ванкувер (спорт нельзя отделить от общества). Необходимо сократить в 1,5 раза силовые структуры, армию, чиновничество за счёт исключения не обязательных для государства функций, отмены части отчётности, запрета на постоянное изменение форм регистрации, разрешений, деклараций. Высвободившиеся средства направить на массовое жильё в городах, на строительство до двух миллионов деревянных домов-усадеб в глубинке; на развитие инфраструктуры, включая связь. на обеспечение социального минимума. (с 2000 по 2008 гг. в РФ дорог с твёрдым покрытием построено 2000 км, в Китае ежегодно сооружается около 50 тыс. км).
* Возвратиться к кондратьевским установкам НЭП (частная торговля, аренда земли, госкапитализм); опыту 1946 г., реформам Хрущёва, задумкам 90-х; создать гибкий, благоприятствующий бизнесу инвестиционный, инновационный налоговый режимы, обеспечить независимый суд, защиту прав собственности, включая интеллектуальную, обеспечить политические свободы и свободу СМИ, отказ от «особого пути» и стратегической изоляции
* Провести, наконец, полноценную земельную реформу, восходящую к Наполеону, Александру II, Столыпину. Восстановить кулачество как класс, содействовать фермерству и малому предпринимательству на отдалённых и необжитых территориях. Разрешить скрытое ношение оружия, фермерству – нарезное; малую авиацию (число аэропортов сократилось до 300, в 1992 г. их было 1302), беспошлинную и свободную продажу продукции за рубеж.
* Человечество не может выйти на американский уровень потребления. На планете просто нет таких ресурсов. Во всех приоритетных направлениях всегда есть энергоэффективность и энергосбережение, но здесь мало прорывных НИОКР. К 2050 г. в Европе 90 % электроэнергии намечают от ВИЭ. В 2009 г. мощность ВЭУ в США уже 35,2 млн кВт, в Германии 25,8 млн, а в России – 15 тыс. кВт. Стратегия – комбинированная ВИЭ (речушка, ветер, солнце, биогаз, геотерм) каждой семье.
Заканчивая, можно сказать о замеченном предельном числе видов, характеризующих каждую из реальностей. При переходе от одной к другой реальности, ею и порождённой, Природа почему-то удваивает степень. Что касается технетики, то в середине прошлого века технические виды ещё каталогизировались. Сейчас их практически бесконечное число, и появление Линнея уже невозможно.