Тема 11. Прогнозування в енергетиці.

11.1. Основні поняття та етапи прогнозування.

11.3. Види енергетичних прогнозів.

11.4. Методи прогнозування.

11.1. Суспільне життя неможливе без передбачення майбутнього, без прогнозування перспектив його розвитку. Різні види прогнозів необхідні для визначення шляхів розвитку суспільства та економічних ресурсів, що забезпечують їх досягнення, для виявлення найбільш імовірних і економічно ефективних варіантів довгострокових, середньострокових і поточних планів, обґрунтування основних напрямків енергетичної, економічної і технічної політики, передбачення наслідків ухвалених рішень і здійснюваних у даний момент заходів. В умовах науково-технічного прогресу й удосконалення енергетичної системи держави прогнозування набуває значення одного з вирішальних наукових факторів формування стратегії і тактики енергетичного розвитку.

Таким чином, сучасні умови вимагають максимального розширення фронту прогнозування, подальшого вдосконалення методології і методики розробки енергетичних прогнозів. Чим вищий рівень прогнозування процесів енергетичного розвитку, тим ефективніше здійснюються планування й управління цими процесами в суспільстві.

Процес прогнозування складається з декількох етапів, кожний з яких вирішує певне завдання:

• постановлення завдання - уточнюється об'єкт прогнозу, формулюються мета і завдання, визначаються точність і час випередження прогнозу;

• формування об'єкта прогнозу відповідно до поставленого завдання - виявляється структура об'єкта, виділяються істо­тні фактори, установлюються їх співпідпорядкованість, ієрархічність, взаємозв'язок;

• збору ретроспективної інформації про об'єкт – визначаються джерела інформації, розробляється методика опрацювання і подання інформації, установлюються її необхідні обсяги;

• формалізації завдання - розробляється методика формалізо­ваного подання інформації та здійснюється вибір класу мо­делей для опису об'єкта прогнозу;

• вибору методів і алгоритму - серед відомих обирається най­більш придатний метод прогнозування, розробляється відпо­відний алгоритм і оцінюється точність прогнозу;

• моделювання на основі ретроспективних даних оцінки яко­сті моделі;

• видачі результатів прогнозу.

Наведемо декілька визначень основних понять у сфері прогнозування.

Прогноз - це науково обґрунтоване, імовірнісне судження про можливий стан об'єкта в майбутньому, про альтернативні шляхи і терміни його реалізації.

Процес розробки прогнозів називається прогнозуванням. Одним із важливих напрямків прогнозування суспільного розвитку є енергетичне прогнозування, оскільки стратегія розвитку цієї галузі значною мірою визначає напрямки розвитку інших галузей народного господарства країн та світу в цілому.

Енергетичне прогнозування — це процес розробки енергетичних прогнозів, який ґрунтується на наукових методах пізнання явищ в енергетиці і використанні всієї сукупності методів, засобів і способів прогностики.

Прогнозування, у тому числі енергетичне, співвідноситься з більш широким поняттям - передбаченням як випереджальним відображенням дійсності, яке ґрунтується на пізнанні законів природи, суспільства і мислення. Залежно від ступеня конкретності і характеру впливу на хід досліджуваних процесів розрізняють три форми передбачення: гіпотезу (загальнонаукове передбачення), прогноз, план.

Гіпотеза - судження, яке характеризує наукове передбачення на рівні загальної теорії. Це означає, що вихідну базу побудови гіпотези складають теорія та відкриті на її основі закономірності й причинно-наслідкові зв'язки функціонування і розвитку досліджуваних об'єктів. На рівні гіпотези дається якісна характеристика об'єктів, яка виражає загальні закономірності їх функціонування.

Прогноз порівняно з гіпотезою має більшу визначеність, оскільки ґрунтується не тільки на якісних, але й на кількісних параметрах і тому дозволяє характеризувати майбутній стан об'єкта також і кількісно. Таким чином, прогноз відрізняється від гіпотези більшою вірогідністю. Водночас зв'язки прогнозу з досліджуваним об'єктом, явищем не є фіксованими, однозначними - прогноз має ймовірний характер.

План являє собою поставлення точно визначеної мети і передбачення конкретних, детальних подій розвитку досліджуваного об'єкта. У ньому фіксуються шляхи і засоби розвитку відповідно до поставлених завдань, упорядковуються ухвалені управлінські рішення. Його головна відмінність - визначеність і директивність завдань. Таким чином, у плані передбачення одержує найбільшу конкретність і визначеність.

Між прогнозом і планом існують певні розходження. Головне з них полягає в тому, що план має директивний, а прогноз - імовірний характер. План - це однозначне рішення, у тому числі й тоді, коли він розробляється на варіантній основі. Прогноз же за своєю природою має альтернативний, варіантний зміст. У цьому сенсі прогнозування являє собою дослідницьку базу планування, яка має, однак, власну методологічну і методичну основу, багато в чому відмінну від планування. Розробка прогнозів ґрунтується на прогностичних методах, тоді як планування спирається на більш суворі і точні методи балансових та інших розрахунків.

11.2. Прогнози можуть розрізнятися за метою, характером, обґрунтованістю (розрахунковою основою), тривалістю періоду, на який розробляється прогноз, залежністю і впливом об'єкта прогнозування на суміжні об'єкти й сфери. Для вирішення практичних завдань використовується така класифікація прогнозів (рис. 11.1):

1. За ступенем вірогідності (імовірності) розрізняють:

• гіпотетичні прогнози, основу яких становить вивчення загальних тенденцій розвитку науки і техніки та в складанні яких важливу роль відіграють експертні оцінки фахівців, отримані значною мірою за допомогою інтуїції, тобто передчуття, здогаду, проникливого передбачення, які, однак, ґрунтуються на знанні предмета;

Рис. 11.1. Класифікація прогнозів

• аналітично-розрахункові прогнози, які, на відміну від гіпотетичних, базуються на аналізі динаміки наявних статистичних показників і різних розрахунків, здійснюваних за допомогою екстраполяції, інтерполяції, обробки динаміки статистичних рядів показників, кореляційних залежностей, зіставлення показників прогнозованого об'єкта з іншими об'єктами спостережень;

• планово-розрахункові прогнози, найбільш типовим видом яких є прогнози виконання плану. Основу планово-розрахункових прогнозів, як правило, складають різні варіанти вихідних подій.

2. За тривалістю циклу прогнозування прогнози доцільно розподілити так:

• прогнози на дуже віддалену перспективу, наприклад, в енергомашинобудуванні на термін більше 30 років;

• довгострокові прогнози в електроенергетиці, переважно на термін більше 15 років;

• короткострокові прогнози на терміни переважно від 1 до 5 років.

3. За масштабністю прогнозування прогнози поділяються на сублокальні, локальні, суперлокальні, субглобальні і глобальні. Приклад сублокального прогнозу - прогноз роботи виробничої бригади щодо виконання плану. Приклад глобального прогнозу - визначення впливу науково-технічної революції на світову економіку. Стосовно енергетики доцільно використовувати таке групування прогнозів за розмірами, масштабністю:

• сублокальні - прогнози, що обмежуються даними розвитку одного енергетичного підприємства;

• локальні - ті, що передбачають прогнозування в межах енергетики;

• глобальні - прогнози, які охоплюють усі рівні прогнозування в електроенергетиці з урахуванням обопільного впливу цієї галузі і народного господарства;

4. Усі типи прогнозів утворюють три основні групи з огляду на методичні особливості розроблення та різну вихідну інформацію:

• прогнозування за допомогою статистичних методів: ґрунтується, як правило, на достовірних вихідних даних, наявній динаміці розвитку певної сфери досліджень, матеріального рівня виробництва, ресурсів тощо, виявленні кількісних тенденцій подальшого розвитку прогнозованого об'єкта шляхом застосування статистичних методів - екстраполяції з різними її модифікаціями, інтерполяції, експонентного аналізу та ін.;

• прогнози, здійснювані переважно на основі експертних оцінок фахівців, зокрема, за допомогою різних видів анкетування та їх подальшої обробки, головним чином, за допомогою математичної статистики;

• прогнози, розроблення яких ведеться одночасно статистичними й експертними методами (комбіновані) з використанням проектування моделей і застосування зворотного зв'язку для усунення можливих помилок у судженнях експертів.

11.3. На сучасному етапі, за оцінками вчених, існує понад 150 різних методів прогнозування. Однак на практиці використовуються як основні 15-20.

Під методом прогнозування слід розуміти сукупність прийомів і способів мислення, що дозволяють на основі аналізу ретроспективних даних, екзогенних (зовнішніх) і ендогенних (внутрішніх) зв'язків об'єкта прогнозування, а також їх вимірів у межах розглянутого явища або процесу сформувати судження певної вірогідності відносно його (об'єкта) майбутнього розвитку.

Однією з найбільш важливих класифікаційних ознак прогнозування є ступінь формалізації, що досить повно охоплює прогностичні методи. Другою класифікаційною ознакою можна вважати загальний принцип дії методів прогнозування, третьою - спосіб одержання прогнозованої інформації. Розглянемо більш детально класифікацію методів прогнозування за першою класифікаційною ознакою.

За ступенем формалізації методи економічного прогнозування можна розподілити на інтуїтивні і формалізовані (рис. 11.2).

Рис. 11.2. Класифікація методів прогнозування за ступенем формалізації.

Інтуїтивні методи прогнозування використовуються в тих випадках, коли неможливо врахувати вплив багатьох факторів через значну складність об'єкта прогнозування. У цьому випадку використовуються оцінки експертів. При цьому розрізняють індивідуальні і колективні експертні оцінки.

До індивідуальних експертних оцінок належать:

• метод «інтерв'ю», при якому здійснюється безпосередній контакт експерта з фахівцем за схемою «питання - відповідь»;

• аналітичний метод, при якому здійснюється логічний ана­ліз певної прогнозованої ситуації, складаються аналітичні доповідні записки;

• метод розробки сценаріїв, що ґрунтується на визначенні логіки процесу або явища в часі за різних умов.

Метод колективних експертних оцінок містить:

• метод «комісій»;

• «колективної генерації ідей» («мозкова атака»);

• метод «Дельфі»;

• матричний метод.

Ця група методів ґрунтується на тому, що при колективному мисленні, по-перше, вища точність результату прогнозу і, по-друге, при обробці індивідуальних незалежних оцінок, що виносяться експертами, виникають продуктивні ідеї та оптимальні рішення.

До групи формалізованих методів належать дві підгрупи: екстраполяції і моделювання. До першої підгрупи належать: методи найменших квадратів, експоненційного згладжування, змінних середніх, адаптивного згладжування. До другої - структурне, мережне, матричне та імітаційне моделювання.

Екстраполяція в тій чи іншій формі широко використовується при прогнозуванні тенденцій розвитку енергетики. При формуванні прогнозів за допомогою екстраполяції звичайно виходять з тенденцій зміни тих чи інших кількісних характеристик об'єкта, які складаються статистично. Екстраполюються оцінні функціональні системні й структурні характеристики. Екстраполяційні методи є одними з найпоширеніших і найбільш розроблених серед усієї сукупності методів прогнозування.

За допомогою цих методів екстраполюються кількісні параметри великих енергетичних систем, кількісні характеристики економічного, наукового, виробничого потенціалу, дані про результативність науково-технічного прогресу, характеристики співвідношення окремих підсистем, блоків, елементів у системі показників складних систем та ін. Однак ступінь реальності такого роду прогнозів і відповідно довіра до них значною мірою обумовлюються аргументованістю вибору меж екстраполяції і стабільністю відповідності «вимірників» стосовно сутності розглянутого явища. Варто звернути увагу на те, що складні об'єкти, як правило, не можуть бути охарактеризовані одним параметром. Для підвищення точності екстраполяції використовуються різні прийоми. Один із них полягає, наприклад, у тому, щоб частину загальної кривої розвитку (тренда), що екстраполюється, корегувати з урахуванням реального досвіду розвитку галузі - об'єкта або аналога досліджень, які випереджають у своєму розвитку прогнозований об'єкт. При розробці моделей прогнозування тренд виявляється основною складовою прогнозованого часового ряду, на яку накладаються інші складові. Результат при цьому пов'язується винятково з плином часу. Передбачається, що через час можна виразити вплив усіх основних факторів.

Аналіз показує, що жоден з існуючих методів не може дати достатньої точності прогнозів на 20-25 років. Застосовуваний у прогнозуванні метод екстраполяції не дає точних результатів на тривалий термін прогнозу, тому що даний метод виходить з минулого і сьогодення і тим самим накопичує похибку. Цей метод дає позитивні результати на найближчу перспективу прогнозування тих чи інших об'єктів - на 5-7 років.

Для знаходження параметрів наближених залежностей між двома чи кількома прогнозованими величинами за їх емпіричними значеннями застосовується метод найменших квадратів. Його сутність полягає в мінімізації суми квадратичних відхилень між величинами, за якими спостерігають, і відповідними оцінками (розрахунковими величинами), обчисленими за підібраним рівнянням зв'язку. Цей метод краще за інші відповідає ідеї усереднення як одиничного впливу врахованих факторів, так і загального впливу неврахованих. Розглянемо його детальніше.

Якщо позначити через Y спостережні значення, а через прогнозовані значення часового ряду, то сума квадратів відхилень між Y і запишеться як

. (11.1)

Лінія регресії може бути подана рівнянням , де а і b - параметри оцінки, а t – номер періоду. Отже,

. (11.2)

Узявши часткові похідні функції D відносно a і b і прирівнявши їх до нуля, одержимо такі рівняння:

; (11.3)

,

де t - кількість спостережень.

Щоб знайти значення параметрів а і b, розв'яжемо цю систему рівнянь:

; (11.4)

.

Отримана при цьому лінія регресії вказує часовий тренд даних. Оцінки трендів більш надійні, якщо вони ґрунтуються на даних, вільних від сезонних ефектів.

Поширеною методикою опису тих чи інших процесів і явищ є моделювання. Воно вважається досить ефективним інструментом прогнозування можливої появи нових або майбутніх технічних засобів і рішень в енергетиці. Модель конструюється суб'єктом дослідження так, щоб операції відображали характеристики об'єкта (взаємозв'язки, структурні і функціональні параметри і т.ін.), які є суттєвими для мети дослідження. Тому питання про якість такого відображення - адекватності моделі об'єктові - правомірно вирішувати лише щодо визначеної мети. Конструювання моделі на основі попереднього вивчення об'єкта і виділення його суттєвих характеристик, експериментальний і теоретичний аналіз моделі, зіставлення результатів з даними об'єкта, корегування моделі складають зміст методу моделювання. Метод моделювання, розробка якого при прогнозуванні науково-технічного прогресу в енергетичній галузі стикається із серйозними труднощами, вимагає до себе особливої уваги. Труднощі застосування методу моделювання в прогнозуванні розвитку енергетичних об'єктів зумовлюються складністю структури технічного розвитку і тому змушують користуватися не однією моделлю, а системою методів і моделей, яка характеризується певною ієрархією і послідовністю.

Така система передбачає чергування використання моделей для цілей складання комплексного прогнозу. Під економіко-математичною моделлю розуміють методику доведення до повного, вичерпного опису процесу одержання й обробки вихід­ної інформації і правил розв'язання розглянутої задачі в досить широкому класі конкретних випадків.

Використання математичного апарату для опису моделей (включаючи алгоритми та їх дії) пов'язане з перевагами математичного підходу до багатостадійних процесів обробки інформації, використанням ідентичних засобів формування завдань, пошуку методів їх розв'язання, фіксації цих методів та їх перетворення в програми, розраховані на застосування засобів обчислювальної техніки.

Розробка системи моделей прогнозування здійснюється в три етапи. На першому етапі розробки локальних методик прогнозування створюються окремі моделі і підсистеми моделей прогнозування. Розроблені моделі повинні бути взаємопов'язаними і утворювати єдину систему для цілей прогнозування, яка забезпечує взаємодію окремих моделей відповідно до визначених вимог.

На другому етапі розробки локальних методик прогнозування розвитку енергетичних об'єктів створюється система взаємодіючих моделей прогнозування, уточнюються й узгоджуються підсистеми моделей, перевіряється їх взаємодія, визначається послідовність використання окремих моделей, а також прийомів оцінки і методів перевірки одержуваних комплексних прогнозів. На цьому етапі також мають бути складені відповідні програми для розв'язання завдань на електронних обчислювальних машинах.

Третій етап створення системи моделей прогнозування в основному пов'язаний з уточненням і розвитком окремих локальних систем і методик у ході практичного їх використання для цілей комплексного прогнозування розвитку енергетичних об'єктів.