Зависимость неопределенности динамики цен и спроса на энергоресурсы от горизонта прогнозирования

ЗАВИСИМОСТЬ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ДИНАМИКИ ЦЕН И СПРОСА НА ЭНЕРГОРЕСУРСЫ ОТ ГОРИЗОНТА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ*

В статье анализируются российские и зарубежные прогнозы развития энергетики, выполненные в разные годы на перспективу до 20-25 лет. Исследуются величина и характер изменения во времени диапазонов неопределенности прогнозируемых показателей в России и в мире (динамики изменения цен на энергоресурсы, производства и потребления электроэнергии, топлива и др.). Приводятся результаты расчетов и строятся зависимости интервалов неопределенности разных показателей от изменения рассматриваемой перспективы.

Важная цель прогнозов развития энергетики в перспективе состоит в выявлении возможных проблем в энергоснабжении страны, топливно-энергетическом комплексе (ТЭК) и определении способов их своевременного решения [1; 2]. Эта цель не зависит от типа экономики, поэтому разработка национальных энергетических программ осуществляется практически во всех странах мира [см., напр. 3].

Развитие ТЭК происходит в условиях усложнения его внешних и внутренних взаимосвязей, ресурсной глобализации, усиления ценовой политики, принципиальных изменений в характере и структуре экономики, ускорения научно-технического прогресса. Эти и другие факторы увеличивают неопределенность будущих условий развития экономики и энергетики, неоднозначность перспективных стоимостных оценок и спроса на энергоресурсы. Все более актуальными становятся требования учета в прогнозных исследованиях таких факторов, как влияние конъюнктуры мировых энергетических рынков на стоимость энергоресурсов в России, зависимость спроса на энергоносители от их стоимости и т. д.

Наиболее распространенным способом снижения неопределенности будущих условий является соответствие прогнозов развития энергетики сценариям развития экономики и конъюнктуры мировых энергетических рынков. В мировой практике прогнозных исследований наблюдается тенденция увеличения количества используемых сценариев. Для учета неопределенности проводятся многовариантные расчеты, позволяющие анализировать чувствительность структуры энергетики к изменению исходных данных каждого сценария и оценивать влияние различных факторов (в частности, динамику цен и спроса на энергоносители) [4]. Так, в первых прогнозах, разрабатываемых Министерством энергетики США с 1979 г., рассматривались только три сценария на перспективу не более 15 лет, а в последние годы их количество увеличилось до тридцати при горизонте прогнозирования 20-25 лет. Очевидно, что и прогнозы развития ТЭК России могут повысить свою обоснованность при значительном увеличении количества рассматриваемых сценариев (сейчас практически используется не более трех-четырех сценариев).

Одним из способов уменьшения неопределенности развития энергетики в прогнозных исследованиях является использование метода международных сравнений, основанного на изучении и применении объективно существующих закономерностей и тенденций в странах, опережающих Россию в экономическом развитии и по уровню жизни. Этот метод способствует пониманию происходящих процессов и изменений во взаимосвязях между темпами развития экономики и энергетики и учитывает особенности разных стран мира. В [5; 6] для сужения области не-

* Исследование выполнено при частичной финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (Проекты № 16-06-00091-а, № 17-06-00102-а).

определенности при долгосрочном прогнозировании спроса на топливо и энергию в России проводится анализ долгосрочных глобальных тенденций и объективно существующих закономерностей энергопотребления.

Важную роль в уменьшении неопределенности играют разработка и применение специальных математических методов и моделей. При проведении многовариантных расчетов, как правило, используются детерминированные оптимизационные модели. Однако они не позволяют учесть взаимозависимость (корреляцию) между такими ключевыми факторами, как спрос и цены на топливо и энергию, а также характер неопределенности исходных данных. Согласно [7-9], преодоление этой проблемы возможно при совместном использовании в одной модели методов оптимизации и стохастического анализа, базирующегося на методе Монте-Карло. Такой подход позволяет формировать неограниченное количество вариантов с различными сочетаниями предполагаемых условий и анализировать силу влияния различных факторов.

Известно, что расширение горизонта прогнозирования увеличивает неопределенность условий развития энергетики и снижает качество долгосрочных прогнозов, которое определяется достоверностью и точностью. Поэтому результаты прогнозных исследований даются в виде расширяющейся во времени области (конуса) неопределенности прогнозируемых показателей. Сужение этой зоны и повышение качества прогнозов - важная и сложная методическая проблема [10]. Достоверность прогноза характеризуется вероятностью, с которой оцениваемые параметры окажутся в предсказанном интервале [11]. Точность прогноза определяется величиной доверительного интервала, в котором могут колебаться прогнозируемые параметры системы [12]. Она зависит, прежде всего, от достоверности исходной информации, используемых подходов и моделей прогнозирования и т. д.

Неопределенность прогноза может быть охарактеризована интервалом (диапазоном) неопределенности (различие в процентах между максимальным и минимальным значениями прогнозируемого показателя). Оценка неопределенности прогноза на разной временной перспективе позволяет более обоснованно подходить к проблеме снижения неопределенности вероятных условий развития энергетики, учитывая при этом прогнозные оценки на разную перспективу.

Исследование величины и характера изменения во времени интервала неопределенности прогнозируемых показателей развития энергетики на основе анализа российских и зарубежных энергетических прогнозов выполнено в разные периоды времени. В результате оцениваются наиболее важные функциональные зависимости динамики цен на энергоресурсы, спроса на электроэнергию и другие энергоресурсы, производства топлива и т. д. для разных стран (в том числе для России), которые меняются под влиянием структурных трансформаций, научно-технического прогресса, мировой конъюнктуры и других факторов.

Интервал неопределенности прогнозов мировых цен на энергоресурсы. Долгосрочные прогнозы динамики цен на топливо и энергию служат важным ориентиром для принятия инвестиционных решений в ТЭК и разработки энергетической политики [13].

В перспективе в России можно ожидать усиления зависимости спроса на энергоресурсы от их стоимости, учитывая тесную связь российской энергетики с мировыми энергетическими рынками, продолжающийся рост экспорта энергоресурсов и развитие рыночных механизмов. При этом определяющей является динамика мировых цен на нефть. Цены на нефть формируются на мировых энергетических рынках под влиянием большого количества факторов (экономических, политических, технологических и др.) и подвержены сильным колебаниям, поэтому прогнозы их динамики постоянно пересматриваются.

Прогнозы развития мировой энергетики содержат достаточно широкий диапазон ожидаемых цен на нефть. В прогнозе ОПЕК предполагается, что номинальная

средняя цена нефти в краткосрочной перспективе составит 80 долл./барр. (в 2020 г.), а в долгосрочной - соответственно 160 долл./барр. (2030-2040 гг.) [14]. Департамент энергетики США оценивает цену нефти в 2030-2040 гг. в интервале 95-230 долл./барр. [15]. Министерство экономического развития РФ (МЭР) при разработке сценариев развития российской экономики на перспективу до 2030 г. прогнозирует изменение цены на нефть в диапазоне 74-161 долл./барр. [16]. На рис. 1 показаны варианты ожидаемой динамики изменения мировых цен на нефть по российским и зарубежным прогнозам, демонстрирующие масштабы объективной неопределенности (анализ данных [16; 17]).

Сценарии США и Европы различаются большим разбросом прогнозных значений цен на природный газ. Так, согласно прогнозу Международного энергетического агентства (МЭА) [17] в США импортные цены на природный газ будут ниже на 160-180 долл./тыс. куб. м, чем в Европе, но будут увеличиваться с ростом горизонта прогнозирования в США с 94 долл./тыс. куб. м в 2015 г. до 193-285 долл./тыс. куб. м к 2040 г., а в Европе - соответственно с 250 долл./тыс. куб. м до 354-465 долл./тыс. куб. м. В сценариях МЭР РФ ожидаемые цены на природный газ, экспортируемый в дальнее зарубежье, будут возрастать с 330 долл./тыс. куб. м в 2011 г. до 372 долл./тыс. куб. м к 2030 г. с возможностью их изменения в крайних сценариях до 250-544 долл./тыс. куб. м. [16].

Раз

Рис. 1. Варианты прогноза динамики цен на нефть на мировых рынках (кратность роста к 2010 г.): -МЭР; — МЭА

Разрыв в ценах на уголь и природный газ увеличивается, в частности, из-за возрастающих требований к качеству топлива и стремления снизить выбросы и уменьшить загрязнение окружающей среды. В 2015 г. цена импортного энергетического угля для стран ОЭСР составляла 64 долл./т. Согласно прогнозу МЭА, она возрастет в 2030-2040 гг. на 36-56% в двух сценариях и снизится на 12% в третьем [17].

Ниже приводятся результаты исследования интервала неопределенности мировых цен на топливо в зависимости от рассматриваемой перспективы. Использованы ежегодные прогнозы развития мировой энергетики, разработанные МЭА [17] на перспективу до 2030-2040 гг. и опубликованные за последние шесть лет (2010-2016 гг.). Прогнозный горизонт составляет от 5 до 25 лет, рассматриваются три сценария мировых цен на нефть.

Анализ прогнозов МЭА показывает неуклонный рост неопределенности прогнозов цен на нефть, природный газ и уголь с увеличением рассматриваемой перспективы. Так, диапазон неопределенности прогноза цен на нефть для стран Орга-

низации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) возрастает с 5-8% для временного интервала 5 лет, до 19-33% для среднесрочной перспективы на 10-15 лет и до 31-58% для долгосрочной перспективы на 20-25 лет (рис. 2).

%

80 -

60 -

40 -

20 -

0 — 0

Нефть

%

100 -| 90 -80 70 60 50 40 -30 -20 -10 -0

Уголь

5 10 15 20 25

0

10 15 20 25

5

Рис. 2. Зависимость величины интервала неопределенности прогнозов цен на энергоресурсы от горизонта прогнозирования

Существенно больший разброс значений в сценариях МЭА наблюдается в прогнозах цен в странах ОЭСР на уголь: на перспективу до 10 лет - 22-45%, а на 20-25 лет -70-85%. Такой разброс объясняется в основном экологической политикой, направленной на сокращение вредных выбросов и замещение энергетического угля более чистыми источниками энергии.

Интервал неопределенности прогнозов производства и потребления энергоресурсов. Прогнозирование динамики производства и потребления энергоресурсов является необходимым и первоочередным этапом разработки энергетической стратегии страны, программ развития отраслей ТЭК и энергетических компаний. Оценка динамика спроса и цен на энергоресурсы позволяет получить представление об эффективности вариантов развития энергетики.

В мировой энергетике прослеживается тенденция замедления спроса на фоне бурного роста предложения углеводородов и существенного снижения цен на нефть, которая ведет к началу глубокой трансформации мировой энергетики в долгосрочной перспективе [18]. Так, по прогнозу МЭА [17] на перспективу до 2040 г. ожидается:

- мировое потребление нефти увеличится на 10-20%, а добыча нефти в большинстве стран, не входящих в ОПЕК, начнет падать в связи с исчерпанием дешевой части запасов; доля нефти в структуре конечного энергопотребления снизится с 40% в 2014 г. до 30-35% к 2040 г.;

- доля угля будет снижаться, уступая возобновляемым источникам энергии (ВИЭ) статус ведущего мирового энергоресурса для электрогенерации (снижение доли угля с 48% в 2014 г. до 11-34% к 2040 г. в зависимости от сценария);

- суммарная доля новых ВИЭ - солнечной, ветровой, геотермальной и биоэнергии - в мировой генерации будет увеличиваться с 13% в 2014 г. до 18-33% к 2040 г. в зависимости от сценария);

- в мировой структуре конечного энергопотребления доля электроэнергии как самого прогрессивного, удобного и экологичного энергоносителя, будет увеличиваться во всех регионах мира и опережать потребление нефтепродуктов (ее доля в структуре конечного энергопотребления возрастет с 18 до 23-24 % к 2040 г.);

- мировое потребление энергии на основе ВИЭ увеличится почти в 2 раза.

Прогнозируемые изменения в структуре мирового энергопотребления определяют результаты проведенного исследования. Они демонстрируют устойчивое повышение диапазона неопределенности спроса на энергоресурсы в зависимости от увеличения горизонта прогноза (рис. 3).

100 80 60 40 20 0

Нефть

%

%

100 80 -60 40 -20 0

Природный газ

у = 0,030е°,°: Я = 0,85

Лет

Лет

Электроэнергия

Конечное энергопотребление

%

100 80

60 -40 -20 -0

у=0,026е Я = 0,63

10

%

100

80 -60 -40 -20 -0

у=0,022е Я2 = 0,85

20

30

Рис. 3. Зависимость величины интервала неопределенности прогнозов спроса на энергоресурсы в странах ОЭСР от горизонта прогнозирования

Анализ российских прогнозов развития энергетики, выполненных в разные периоды времени [19-22], и полученная обобщенная оценка представлены в таблице, согласно которой величина и диапазон интервала неопределенности существенно различаются по прогнозируемым показателям и временной перспективе. Очевидно, что в зависимости от горизонта прогнозирования меняются не только диапазон неопределенности оценки показателей, но и их практическая ценность.

Функциональная зависимость неопределенности прогнозов производства и потребления энергоресурсов I от горизонта прогнозирования t (для российских условий) может быть приближенно описана следующими уравнениями:

- для потребления первичной энергии I = 2,0е 0,1 1

- для потребления электроэнергии I = 1,4е 01 1

- для производства первичной энергии I = 2,3е 01 1

Как видно из приведенных уравнений, величина достоверности аппроксимации весьма велика.

Таблица

Зависимость неопределенности прогнозируемых показателей от рассматриваемой перспективы (для российских условий), %

Показатель Период прогнозирования, лет

5-10 10-15 20-25

Потребление электроэнергии 2-4 5-14 9-24

Потребление ПЭР* 3-5 7-15 10-32

Производство ПЭР 2-8 8-13 10-19

Производство нефти 2-17 2-23 7-35

Производство природного газа 1-4 5-11 9-24

Производство угля 1-12 4-15 10-42

* Первичные энергоресурсы.

* * *

Долгосрочное прогнозирование энергетики невозможно без учета изменений во взаимосвязях экономики и энергетики и неопределенности перспективного развития. Объективная неоднозначность и изменчивость факторов, в том числе и ценовых, влияющих на масштабы и структуру производства и потребления энергоресурсов, снижают надежность прогнозных оценок. Важную роль в прогнозных исследованиях играет оценка приемлемой «точности» или «неопределенности» прогноза на разной временной перспективе. Одним из шагов в этом направлении может быть анализ диапазонов возможных значений прогнозируемых показателей.

Проведенное исследование позволило оценить изменение неопределенности динамики цен на нефть, уголь, природный газ, объемов производства и потребления электроэнергии и разных видов топлива, первичных энергоресурсов в некоторых прогнозах развития энергетики России и мира на разных временных этапах.

Анализ российских и зарубежных прогнозов демонстрирует нелинейный рост интервала неопределенности прогнозируемых показателей с увеличением горизонта прогнозирования. Так, неопределенность спроса на электроэнергию в прогнозах на 20-25 лет в странах ОЭСР возрастает с 3-15% при горизонте 10-15 лет до 20-27%. Эти значения оказались достаточно близкими к оценкам, полученным для России.

Полученные результаты исследования могут использоваться при долгосрочном прогнозировании динамики цен на энергоносители и оценке перспективных уровней производства и потребления разных видов топлива и энергии в целях увеличения эффективности стратегических решений развития ТЭК.

Литература

1. Воропай Н.И., Подковальников С.В., Труфанов В.В. и др. Обоснование развития электроэнергетических систем: методология, модели, методы, их использование. Новосибирск: Наука, 2015. 448 с.

2. Синяк Ю.В., Некрасов А.С., Воронина С.А., Семикашев В.В., Колпаков А.Ю. Топливно-энергетический комплекс России: возможности и перспективы //Проблемы прогнозирования. 2013. № 1. С.4-21.

3. Annual Energy Outlook 2017 with Projections to 2050. US Energy Information Administration. Washington, September 2017. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.eia.gov/outlooks/aeo/

4. National Energy Modeling System: An Overview 2009. US Energy Information Administration. Washington, October 2009. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.ewp.rpi.edu/hartford/~ernesto/F2014/ MMEES/Papers/ENERGY/1EnergySystemsModeling/DoE-NEMS2009.pdf

5. Гальперова Е.В. Энергопотребление населения и сферы услуг России на фоне мировых тенденций // Проблемы прогнозирования. 2011. № 3. С. 93-99.

6. Гальперова Е.В., Мазурова О.В. Долгосрочные тенденции электропотребления в экономике и ее основных секторах в России и мире // Энергетическая политика. 2014. № 1. С. 39-48.

7. Кононов Д.Ю., Кононов Ю.Д. Рациональное агрегирование территории при долгосрочном прогнозировании цен на электроэнергию //Проблемы прогнозирования. 2016. № 6. С. 61-69.

8. Мазурова О.В., Гальперова Е.В. Учет неопределенности экономических параметров при оценке рыночного спроса на энергоресурсы в регионе // Экономика региона. 2017. Т. 13. Вып. 2. С. 465-476.

9. Кононов Ю.Д. Пути повышения обоснованности долгосрочных прогнозов развития ТЭК. Новосибирск: Наука, 2015. 147 с.

10. Беляев Л.С. Учет неопределенности информации в системных энергетических исследованиях. Системные исследования в энергетике: Ретроспектива научных направлений СЭИ — ИСЭМ / Отв. ред. Н.И. Во-ропай. Новосибирск: Наука, 2010. С. 42-51.

11. Кононов Ю.Д. Поэтапный подход к повышению обоснованности долгосрочных прогнозов развития ТЭК и к оценке стратегических угроз //Известия РАН: Энергетика. 2014. № 2. С. 61-69.

12. Yager R., Liu. L. Classic Works of the Dempster-Shafer Theory of Belief Functions. Norwalk, Conn: Springer, 2007. 806p.

13. Коссов В.В. Обоснование прогнозируемой цены спроса на электроэнергию для промышленности России до 2020 г. //Проблемы прогнозирования. 2016. № 1. С. 36-49.

14. Ban J., Arellano J.L., Aguilera R.F., Tallett M. World Oil Outlook. Vienna, Austria. 2015. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.slideshare.net/MarcellusDN/opecs-2015-world-oil-outlook

15. International Energy Outlook 2017 / US Energy Information Administration, Washington, September 2017. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.eia.gov/outlooks/ieo/

16. Прогноз долгосрочного социально-экономического развития РФ на период до 2030 г. Министерство экономического развития РФ. Режим доступа: http://government.ru/media/files/41d457592e04b76338b7.pdf

17. World Energy Outlook 2016 / International Energy Agency OECD/IEA. Paris, 2016. 670 p.

18. Прогноз развития энергетики мира и России до 2040 года. М.: ИНЭИ РАН, 2016. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.eriras.ru/files/forecast_2040.pdf

19. Энергетическая стратегия России на период до 2020 года. Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 28 августа 2003 г. № 1234-р [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.energystrategy.ru/editions/es-28_8_2003-ies.htm

20. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года. Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 19 ноября 2009 г. № 1715-р. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://minenergo.gov.ru/activity/energostrategy

21. Генеральная схема размещения объектов электроэнергетики в РФ до 2030 года. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.e-apbe.ru/scheme

22. Энергетическая стратегия России на период до 2035. Основные положения. Министерство энергетики РФ. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.energystrategy.ru/projects/docs/OP_ES-2035.doc