Мощность открытой системы. Интегральные индикаторы. Теоритическое обоснование основных показателей. Прогнозы развития в разных сценарных состояниях

1.  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):

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)•ηтоплива(t)+Nэлектроэнергии(t)•ηэлектроэнергии(t)+Nпродуктов питания(t)•ηпродуктов 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: