Прогнозные оценки масштабов применения новых технологий в угольной отрасли на период до 2040 года

Ю.А. Плакиткин, Л.С. Плакиткина, К.И. Дьяченко

Институт энергетических исследований Российской академии наук, г. Москва, Российская Федерация

Горная Промышленность №5 / 2019 стр.10-16

Резюме: На развитие угольной промышленности на период до 2040 г. будет оказывать большое воздействие реализуемая в настоящее время во многих странах мира четвертая промышленная революция и Программа «Цифровая экономика Российской Федерации». Основными направлениями этих проектов являются: цифровизация, создание в угольной отрасли сети промышленного Интернета, разработка безлюдных роботизированных технологий добычи и переработки угля, основанных на применении производственных киберфизических систем. В ходе проведения исследования разработаны методические положения по осуществлению прогнозной оценки масштабов применения новых технологий по процессам горного производства. Были проведены модельные расчеты, в результате которых построены зависимости для каждой из перспективных технологий, устанавливающих минимальные и максимальные границы масштабов их применения в прогнозном периоде для инновационного и консервативного сценарных вариантов. Исследованы такие процессы горного производства, как разведка запасов и планирование горных работ; добыча угля; переработка угля и отходов; транспортирование угля, породы и грузов. В качестве примера в данной статье представлена прогнозная динамика доли применения технологий открытой и подземной добычи в угольной отрасли России. Оценка прогнозных коридоров (доли добычи) применения новых технологий приведены в области добычи угля. Дана сравнительная характеристика масштабов использования технологий, составляющих «ядро» технологического развития угольной отрасли по основным процессам горного производства. Разработан прогноз роста производительности труда в угольной отрасли России в зависимости от масштабов применения новых технологий. Прогнозная динамика возможных масштабов использования отраслевых технологий, дифференцированных как по процессам горного производства, так и по сценарным вариантам технологического развития отрасли, позволяет формировать технологические «сигналы» для угольных компаний. Эти «сигналы» помогают угольному бизнесу и государственному регулятору контролировать скорость и направление необходимых технологических преобразований, соответствующих темпам и пропорциям глобального инновационного процесса.

Ключевые слова: уголь, добыча угля, переработка угля, прогнозный коридор, сценарный вариант, технологические сигналы, угольная промышленность, угольная отрасль, цифровизация, цифровая экономика, прогнозная динамика

Для цитирования: Плакиткин Ю.А., Плакиткина Л.С., Дьяченко К.И. Прогнозные оценки масштабов применения новых технологий в угольной отрасли на период до 2040 года. Горная промышленность. 2019;(5):10–16. DOI: 10.30686/1609-9192-2019-5-10-16.

Информация о статье

Поступила в редакцию: 27.05.2019
Одобрена рецензентами: 19.06.2019, 12.07.2019
Принята к публикации: 21.07.2019

Информация об авторах

Плакиткин Юрий Анатольевич – доктор экономических наук, профессор, академик АГН, академик РАЕН, руководитель Центра инновационного развития отраслей энергетики, Институт энергетических исследований Российской академии наук, г. Москва, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript., Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Плакиткина Людмила Семеновна – кандидат технических наук, член-корреспондент РАЕН, руководитель Центра исследований угольной промышленности мира и России, Институт энергетических исследований Российской академии наук, г. Москва, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Дьяченко Константин Игоревич – старший научный сотрудник Центра исследований угольной промышленности мира и России, Институт энергетических исследований Российской академии наук, г. Москва, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Введение

Прогнозы технологического развития угольной промышленности России на длительную перспективу, разработанные в Институте энергетических исследований РАН, согласно структуре проведенных исследований, предусматривали выполнение трех этапов.

Первые два из них включают:

• прогнозы добычи и цен угля в соответствии со сценарными уровнями мировой цены нефти на период до 2040 г. [1];
• разработку этапов технологического развития угольной промышленности России на период до 2040 г. [2].

Прогнозные оценки масштабов применения новых технологий в угольной отрасли на период до 2040 г. явились третьим этапом исследований по прогнозам технологического развития угольной промышленности России на длительную перспективу, рассмотренным в настоящей статье. На развитие угольной промышленности России на период до 2040 г. будут оказывать большое воздействие осуществляемый ныне во многих странах мира проект четвертой промышленной революции и Программа «Цифровая экономика Российской Федерации» [3–5], основными направлениями которых для угольной промышленности являются:

• цифровизация;
• создание в угольной отрасли сети промышленного Интернета;
• разработка безлюдных роботизированных технологий добычи и переработки угля, основанных на применении производственных киберфизических систем.

Методические положения по осуществлению прогнозной оценки масштабов применения новых технологий по процессам горного производства

Прогнозные оценки применения новых технологий по процессам горного производства в угольной отрасли осуществлены для двух сценарных вариантов:

• инновационного;
• консервативного.

Рассматриваемые сценарии (см.: [1]) характеризуются существенным отличием по объемам добычи и использования инноваций.

В случае реализации инновационного сценарного варианта предусматриваются стабилизация и системное снижение объемов добычи угля. Согласно намеченным этапам технологического обновления отрасли до 2040 г. ожидается почти полная замена основных фондов на качественно иные – высокопроизводительные. В результате этого изменится парадигма динамики фондоотдачи отрасли: от многолетнего снижения она должна «перейти» к системному росту.

В консервативном сценарном варианте в связи с ростом цен на энергоносители, продолжится тенденция снижения эффективности капитальных вложений и основных фондов. В целом инновационный сценарий в отличие от консервативного соответствует намерениям государственного регулятора осуществить переход от экономики ресурсного типа к интеллектуальной инновационной экономике. При этом используемый в расчетах перечень новых технологий соответствовал технологиям, ранее приведенным в сформированных авторами статьи этапах технологического развития угольной отрасли (см.: [2; 6]).

Прогнозные масштабы применения новых технологий в период до 2040 г. получены с учетом реализации разработанной в ИНЭИ РАН экспертно-аналитической модели оценки технологического развития угольной промышленности («ЭКСАНуголь»).

Масштабы применения новых технологий оценивались в долях (процентах) от объемов добычи на каждый год прогнозного периода. Для технологий, используемых исключительно только при подземном (открытом) способах добычи угля, масштабы их применения оценивались относительно соответствующих объемов подземной или открытой добычи угля.

Масштабы применения новых технологий по основным процессам переработки угля и отходов оценивались, соответственно, относительно объемов переработки. Невозможность однозначных оценок объемов использования новых технологий, особенно на глубоких горизонтах прогнозного периода, обусловила в процессе проведения расчетов формирование так называемых прогнозных коридоров их возможных масштабов применения. Эти коридоры получены в виде экспертно сформированных интервальных значений.

В процессе оценок все технологии делились на две крупные группы:

• первая группа – базовые технологии реализации проекта «Индустрия 4.0», составляющие «ядро» технологического развития отрасли;
• вторая группа – «периферийные» технологии, дополняющие технологии, входящие в «ядро» технологического развития отрасли.

При этом часть «периферийных» технологий оценивались, как технологии, имеющие достаточно сильную связь с технологиями «ядра», другая часть – соответственно, как технологии, менее связанные с технологиями, входящими в «ядро».

В качестве базовых технологий проекта «Индустрия 4.0», составляющих «ядро» технологической трансформации отрасли, приняты:

• цифровизация;
• Интернет вещей;
• производственные киберфизические системы.

Динамика масштабов их внедрения в хозяйственную практику угольной отрасли соответствует ранее приведенным объемам базовых технологий, обуславливающих повышение показателей эффективности функционирования отрасли в прогнозном периоде. Оценка «периферийных» технологий увязывалась с динамикой масштабов применения базовых технологий, соответствующих консервативному и инновационному вариантам развития угольной отрасли.

Расчетные масштабы технологических преобразований угольной отрасли в предстоящем прогнозном периоде (до 2040 г.) были дифференцированы по основным процессам горного производства (см.: [2; 6]):

• разведка запасов и планирование горных работ;
• добыча угля;
• переработка угля и отходов;
• транспортирование угля, породы и грузов.

Оценка масштабов применения новых технологий, входящих как в группу «ядра», так и в группу «периферийных» технологий, проводилась по каждой из вышеприведенной совокупности основных производственных процессов. Экспертные оценки «коридоров» масштабов применения новых технологий в прогнозном периоде корректировались согласно установленным в данном случае логистическим кривым, аппроксимирующим динамику экспертных оценок, соответственно, на нижнем и верхнем уровнях расчетных диапазонов.

Результаты реализации вышеприведенных модельных расчетов для инновационного и консервативного вариантов представлены в табл. 1.

Для каждой из технологий, приведенных в инновационном и консервативном вариантах, построены зависимости, устанавливающие минимальные и максимальные границы масштабов их применения в прогнозном периоде. Эти зависимости имеют вид:

,

где у – доля технологий соответственно в общем объеме добычи открытым или подземным способом, а также в общем объеме переработки угля и транспортировании, %; t – время, соответствующее прогнозному году; r, f, q – расчетные коэффициенты полученной зависимости (приведены в табл. 1).

Прогнозная оценка масштабов применения новых технологий в угольной отрасли

Прогнозная оценка масштабов применения новых технологий в угольной отрасли в зависимости от вариантов развития была осуществлена по следующим основным процессам горного производства (см.: [2; 6]): разведка запасов и планирование горных работ; добыча угля; переработка угля и отходов; транспортирование угля, породы и грузов.

В данной статье в качестве примера, приведены результаты прогнозной оценки масштабов применения новых технологий в угольной отрасли только по добыче угля (табл. 1).

Таблица 1
Прогнозная оценка масштабов (доли от объемов добычи угля) применения новых технологий в угольной отрасли по инновационному (в числителе) и консервативному (в знаменателе) сценарным вариантам

Прогнозная динамика доли применения технологий открытой и подземной добычи в угольной отрасли РФ

Начальный прогноз технологического развития угольной отрасли базировался на оценке масштабов применения технологий открытой и подземной добычи угля. В соответствии с расчетами, доля подземных технологий в инновационном варианте к концу прогнозного периода (2040 г.) должна сократиться примерно в 5 раз (табл. 2).

Таблица 2
Прогнозная динамика доли применения технологий открытой и подземной добычи в угольной отрасли РФ, %

Это означает, что доля более производительного открытого способа добычи угля к 2040 г. может быть повышена до 95%. Открытый способ добычи угля обладает достаточно быстрой адаптацией к базовым технологиям «Индустрии 4.0», формирующим «ядро» технологического развития отрасли.

Консервативный вариант характеризуется, практически, «замороженными» пропорциями применения технологий открытой и подземной добычи. Он в меньшей степени нацелен на восприятие технологий, заявленных в «Индустрии 4.0», и опирается, в основном, на тиражирование действующих или «периферийных» технологий.

Оценка прогнозного коридора масштабов (доли добычи) применения новых технологий в угольной промышленности РФ в сфере «Добыча угля»

В соответствии с аналитическими исследованиями авторов дальнейшие модельные расчеты и установление прогнозных зависимостей масштабов применения новых технологий проводилось последовательно в рамках выделенных основных процессов горного производства.

Так, результаты расчетов по процессу «Добыча угля» свидетельствуют о значительных масштабах применения новых технологий по инновационному варианту (рис. 1).

Рис. 1
Оценка прогнозного коридора масштабов (доли добычи) применения новых технологий в угольной промышленности РФ в области «Добыча угля»

К 2025 г. объем применения новых технологий в угольной промышленности РФ по направлению «Добыча угля» может составить около 35–42%, и только к 2030 г. нижняя граница «коридора» оценки, по нашим расчетам, может подняться до 57%. Это свидетельствует о том, что технологии добычи угля, обеспечивающие на угольных предприятиях главные производственные процессы, являются достаточно «сложными» (особенно для шахт) с точки зрения внедрения в хозяйственную практику роботизации добычи и организации безлюдной отработки запасов угля.

Однако даже в этом случае темпы внедрения новых технологий в инновационном варианте будут соответствовать программным рубежам четвертой промышленной революции (2025–2030 гг.). Так, уже к 2035 г. около 83% от всего объема добычи угля, по нашим расчетам, будет обеспечиваться новыми технологиями.

Консервативный вариант характеризуется более умеренными темпами технологических преобразований: рубеж, соответствующий 45–52%-ному применению новых технологий будет достигнут, по нашим расчетам, не ранее 2035 г., что свидетельствует о примерно 7–10-летнем отставании этого сценарного варианта от скорости преобразований по сравнению с инновационным вариантом.

Результаты оценки масштабов освоения новых технологий в области «Добыча угля», дифференцированных по расчетным вариантам, представлены в табл. 1.

Оценка прогнозного коридора масштабов (доли от объема переработки) применения новых технологий в угольной промышленности РФ в области «Переработка угля и отходов»

Прогнозная динамика масштабов технологических преобразований в области «Переработка угля и отходов» (рис. 2), в основном, аналогична динамике преобразований в области «Добыча угля».

Рис. 2
Оценка прогнозного коридора масштабов (доли от объема переработки) применения новых технологий в угольной промышленности РФ в области «Переработка угля и отходов»

К 2030 г. новые технологии по инновационному варианту, по нашим расчетам, будут занимать около 50–62% от всего объема переработки угля, а к 2040 г. охват новыми технологиями может составить примерно 70–80%. Такая динамика технологического обновления соответствует программным рубежам реализации четвертой промышленной революции (2025–2030 гг.).

Консервативный вариант, напротив, демонстрирует существенное отставание в технологическом обновлении отрасли по процессам «Переработки угля и отходов». Так, новыми технологиями в этом варианте к 2040 г. будет охвачено не более 50% от объема переработки угля и отходов. В целом, технологические преобразования в консервативном варианте будут отставать от аналогичных преобразований, заявленных в инновационном варианте, минимум на 10 лет.

Скорость технологических преобразований в угольной отрасли по исследуемым вариантам зависит прежде всего от динамики объемов освоения технологий, составляющих «ядро» технологических преобразований (выделены в табл. 1). Такими технологиями, входящими в «ядро» основных процессов горного производства, будут базовые технологии, обеспечивающие реализацию проекта «Индустрия 4.0» (цифровизация, Интернет вещей, производственные киберфизические системы).

Сравнительная характеристика масштабов использования технологий, составляющих «ядро» технологического развития угольной отрасли по основным процессам горного производства

Прогнозная динамика масштабов использования технологий, составляющих «ядро» технологического развития угольной отрасли по основным процессам горного производства, представлена в табл. 3.

Таблица 3
Сравнительная характеристика масштабов использования технологий, составляющих «ядро» технологического развития угольной отрасли по основным процессам горного производства, %

Приведенные результаты расчетов иллюстрируют принципиальное отличие, существующее между консервативным и инновационным вариантами развития угольной отрасли. Так, по всем основным процессам горного производства скорость роста масштабов использования технологий, входящих в «ядро», в консервативном варианте, примерно, в два раза ниже, чем в инновационном варианте. При этом общая скорость роста масштабов использования всей совокупности технологий в инновационном варианте соизмерима со скоростью расширения масштабов применения технологий, входящих в «ядро». Это означает, что рост масштабов «периферийных» технологий, в основном, соответствует росту масштабов технологий, входящих в «ядро».

В консервативном же варианте достаточно низкая скорость внедрения технологий, входящих в «ядро», приводящая, фактически, к срыву своевременного достижения программных рубежей четвертой промышленной революции, «заставляет» замещать авангардные технологии «ядра» технологиями «периферийного» уровня, причем, по всем основным процессам горного производства. Следует иметь в виду, что именно технологии «ядра» определяют качественный прорыв в технологическом развитии угольной отрасли, приводящий к повышению эффективности ее функционирования в прогнозном периоде.

Прогноз роста производительности труда в угольной отрасли РФ в зависимости от масштабов применения новых технологий

Более чем пятикратное повышение к 2040 г. (относительно 2017 г.) производительности труда в инновационном варианте в угольной отрасли обеспечивается высоким уровнем (до 85%) технологического обновления угольной отрасли, достигаемым, прежде всего, за счет технологий, входящих в «ядро» (рис. 3).

Рис. 3
Прогноз роста производительности труда в угольной отрасли РФ в зависимости от масштабов применения новых технологий

Их недостаточно большие масштабы применения в консервативном варианте, даже при 59- процентном уровне масштабов обновления другими технологиями, обеспечивают к 2040 г. лишь двукратное повышение производительности труда.

Заключение

Прогнозная динамика возможных масштабов использования отраслевых технологий, дифференцированных как по процессам горного производства, так и по сценарным вариантам технологического развития отрасли (см. табл. 1 и 2), формирует для угольных компаний технологические «сигналы». Эти «сигналы» позволяют угольному бизнесу и государственному регулятору контролировать скорость и направление необходимых технологических преобразований, соответствующих темпам и пропорциям глобального инновационного процесса.

Список литературы

1. Плакиткин Ю.А., Плакиткина Л.С., Дьяченко К.И. Прогнозы технологического развития угольной промышленности России на период до 2040 г. Часть. 1. Прогнозы добычи и цен угля в соответствии со сценарными уровнями мировой цены нефти на период до 2040 г. Горный журнал. 2019;(7):55–59. DOI: 10.17580/gzh.2019.07.01

2. Плакиткин Ю.А., Плакиткина Л.С., Дьяченко К.И. Прогнозы технологического развития угольной промышленности России на период до 2040 г. Часть. 2. Этапы технологического развития угольной промышленности России на период до 2040 г. Горный журнал. 2019;(8):11–18. DOI: 10.17580/gzh.2019.08.02

3. Хиллер Б. Индустрия 4.0 умное производство будущего Опыт «цифровизации» Германии [Презентация]. В: Информационное моделирование для инфраструктурных проектов и развития бизнесов Большой Евразии: 6-й Международном форум, г. Москва, 7 июня 2017 г. Режим доступа: http://3d-conf.ru/pdf-2017/hiller.pdf [Дата обращения: 29.04.2019].

4. Плакиткин Ю.А., Плакиткина Л.С. Мировой инновационный проект «Индустрия-4.0» – возможности применения в угольной отрасли России. 1. Программа «Индустрия-4.0» – новые подходы и решения. Уголь. 2017;(10):44–50. DOI: 10.18796/0041-5790-2017-10-44-50.

5. Плакиткин Ю.А., Плакиткина Л.С. Программы «Индустрия-4.0» и «Цифровая экономика Российской Федерации» – возможности и перспективы в угольной промышленности. Горная промышленность. 2018;(1):22–28. DOI: 10.30686/1609-9192-2018-1-137-22-28.

6. Таразанов И. Г. Итоги работы угольной промышленной промышленности России за январь-декабрь 2018 года. Уголь. 2019;(3):64–79. DOI: 10.18796/0041-5790-2019-3-64-79.

7. Плакиткина Л.С. От цифровизации к мировым проектам «Индустрия-4.0» и «Общество 5.0» – возможности технологической адаптации отрасли, состояние и прогнозы развития угольной промышленности мира и России [Лекция в Центре стратегического менеджмента и конъюнктуры сырьевых рынков НИТУ МИСиС (МГГУ) для слушателей программы MBA Международной школы бизнеса]. Режим доступа: http://youtu.be/xCmtOAYpMf4 [Дата обращения: 29.04.2019].