Учебник+
Настройки 🔍
Предыдущая страница Следующая страница

13.3. Примеры динамических моделей в эколого-экономических исследованиях

Реализация концепции устойчивого развития в учебных задачах: деловая игра Стратегема

Игра Стратегема разработана в середине 80-х гг. коллективом авторов во главе с Деннисом Медоузом для обучения государственных служащих, ответственных за энергетические и экологические программы, и студентов вузов – STRATEGEMS (Strategic Games for Educating Managers). В ее основе лежит системно-динамическая модель, отражающая взаимосвязи между ключевыми отраслями в экономике развивающейся страны1,2,3. Игра была переведена и адаптирована Крюковым М.М., Сидоренко В.Н. и другими сотрудниками кафедры экономики природопользования МГУ в 1992 г. и до настоящего времени включена в образовательный процесс кафедры экономики природопользования экономического факультета МГУ4,5,6.

На примере 145 решений игры Стратегема, принятых студентами 2–4 курса бакалавриата экономического факультета МГУ (с 2011 по 2020 гг.), посмотрим, как имитационное моделирование позволяет выбирать способы развития модельной экономики для достижения устойчивого развития и как этот процесс можно охарактеризовать количественно. А главное, посмотрим, как на практике реализуется кажущееся на первый взгляд неконкретным определение устойчивого развития: что значит, что экономика удовлетворяет потребности текущих поколений и не ставит под угрозу удовлетворение потребностей будущих поколений7 (см. Главу 2).

Правила игры

Команда из 5–15 студентов выступает в роли кабинета министров и в течение 50 лет (10 решений) управляет развитием промышленности, сельского хозяйства, энергетики, социальной сферы и сохранением окружающей среды в виртуальной стране с исходно низким уровнем развития. Цель игры – достижение экологической устойчивости при высоком экономическом и социальном развитии страны, необходимыми условиями которого является совершение демографического перехода и стабилизация численности населения.

Согласно первоначальным условиям, страна, которой будет управлять кабинет министров, богата возобновляемыми природными ресурсами, но вложений в их освоение сделано крайне мало. Страна еще не совершила демографический переход, рождаемость более чем в 2 раза превышает смертность (41 против 18‰), хотя и смертность находится на высоком уровне по сравнению с развитыми странами8. В игре необходимо достичь уровня смертности и рождаемости в 10‰, чтобы совершить демографический переход. Социальная сфера в стране на момент начала игры не развита. Окружающая среда интенсивно деградирует, что приводит к недополучению почти трети сельскохозяйственной продукции и росту смертности населения, но вложений в ее сохранение не производится. Международные отношения развиты слабо.

Таким образом, модель, заложенная в игре, представляет экономику с полной информацией. Игра позволяет гибко проверять гипотезы о значимости социальных, экономических и экологических решений для достижения устойчивого развития (УР) и тестировать разные стратегии развития страны.

Страна достигла УР, если она одновременно совершила демографический переход и стабилизировала численность населения9; у страны достаточно ресурсов всех видов, чтобы поддерживать уровень жизни населения и уровень развития всех отраслей экономики не ниже того, что был достигнут в последнем периоде; страна не имеет государственного долга (или у нее достаточно ресурсов, чтобы его выплатить в следующем периоде).

Дальше будем называть страны, достигшие устойчивого развития, устойчивыми странами, а страны, не достигшие, – неустойчивыми.

Количественные характеристики модельной экономики

Страна, представленная в игре, может достичь устойчивого развития с различными результирующими показателями. Развитие страны характеризуется следующими показателями:

  • экономические: ресурсоемкость производства (Costs, единиц затраченных ресурсов на 1 единицу произведенной продукции); уровень национального дохода (НД, Income, на 100 человек населения для сопоставимости);
  • экологические: индекс устойчивости (Sust_index, сумма истинных сбережений10 за 10 периодов в процентах к суммарному НД); качество окружающей среды (Environment, измеряется от 0 до 1, где 0 – полная деградация);
  • социальные и демографические: уровень жизни населения (Wellbeing, рассчитывается как среднее потребление товаров и продовольствия за 10 периодов); численность населения (Population, 200 человек в начале игры) и факт ее стабилизации; число периодов развития экономики за счет ограничения потребления населения (On_pop).

В выборке 104 страны не достигли устойчивого развития и 41 – его достигла (Sustainability, 0 – нет, 1 – да).

Экономики стран, достигших и не достигших устойчивости

Взглянем на экономики стран, сформировавшиеся по завершении игры (см. Рисунок 13.2):

  1. Численность населения в устойчивых странах в среднем на 67 человек (17%) меньше, чем в неустойчивых (различия статистически значимы). Странам с высокой численностью населения сложнее достичь устойчивого развития, т. к. на развитие социальной сферы и высокий уровень потребления (уровень жизни), т. е. совершение демографического перехода, требуется гораздо больше ресурсов (см. Рисунок 13.2, нижний график на диагонали).
  2. Для достижения устойчивости уровень жизни должен быть практически удвоен. При этом всем странам, как достигшим, так и не достигшим устойчивого развития, неизбежно приходится в определенные периоды (чаще в начале игры) развивать экономику за счет ограничений населения в потреблении. Устойчивые страны делают это примерно с одинаковой частотой (в 5–6 случаях из 20).
  3. Не всем странам с высоким уровнем жизни населения удается достичь устойчивости (правый верхний квадрат на Рисунке 13.2). Более глубокий взгляд на такие страны показывает, что в конце игры им не хватает ресурсов для поддержания «взятой планки», т. к. в погоне за высоким уровнем жизни слишком большая часть ресурсов оказалась потребленной населением (Рисунок 13.3, стратегия 3: уровень жизни резко начинает снижаться после 50-го года).
  4. Страны, достигшие устойчивого развития, как правило, характеризуются неплохим состоянием окружающей среды, хотя само по себе высокое качество окружающей среды не является критерием устойчивости. Устойчивые страны значимо превосходят по качеству окружающей среды и индексу устойчивости неустойчивые, при этом среди стран с высоким качеством окружающей среды немало неустойчивых.

Рисунок 13.2. На диагонали изображены графики распределения социальных (уровень жизни, численность населения), экологического (состояние окружающей среды) и экономических (ресурсоемкость производства и НД) показателей. Вне диагонали – точечные диаграммы попарных зависимостей указанных показателей. Оранжевым обозначены страны, достигшие устойчивого развития (Sustainability = 1), синим – не достигшие (Sustainability = 0)

  1. Достаточно богатые страны (с высоким НД) с эффективно функционирующим производством (параметр Costs) могу быть устойчивыми при среднем качестве среды. В то же время невозможно достичь устойчивости ни при каком уровне богатства, если допустить сильное снижение качества окружающей среды (второй диагональный график на Рисунке 13.2). Иными словами, скомпенсировать экологический компонент устойчивости социальным или экономическим можно лишь частично – экологические, экономические и социальные блага не полностью заменяемы.

\({{В_{i} - C_{i}} = {({\mathit{Вa}_{i} + \mathit{Вe}_{i} + \mathit{Вh}_{i}})}}–{{({C{a_{i} + C}{e_{i} + C}h_{i}})} > 0},\)

Рисунок 13.3. Динамика уровня жизни в странах, придерживающихся различных стратегий распределения ресурсов на потребление и производство

  1. Экономика страны должна быть достаточно ресурсоэффективной, чтобы страна достигла устойчивости. На единицу произведенной продукции в промышленности, энергетике и сельском хозяйстве в среднем не должно затрачиваться более 0,49 денежных единиц ресурсов. Более того, ресурсоемкость устойчивых стран значимо ниже ресурсоемкости неустойчивых.
  2. Для совершения демографического перехода необходимо достичь определенного уровня развития экономики. Эти средства необходимы для развития социальной сферы и повышения уровня жизни населения. При этом, высокий НД не гарантирует устойчивости. Это снова подтверждает низкий уровень взаимозаменяемости между экологическим, социальным и экономическим благополучием.

На основе дерева решений удалось установить, что факторами, определяющими устойчивость развития, является (в порядке приоритета) уровень НД, доля национального богатства, которое удается сохранить для будущих поколений, уровень жизни населения, ресурсоемкость производства и численность населения11.

Основную причину недостижения устойчивости можно охарактеризовать как дисбаланс в развитии секторов экономики. Данный дисбаланс многолик и может приобретать следующие формы:

  1. Энергетический кризис первого рода: создание значительных капиталов в производящих секторах, которые вовремя не были обеспечены энергией в силу инертности энергетического сектора и недостаточных вложений в энергосбережение. Далее данная ситуация превращается в энергетический кризис второго рода: значительные капиталы в производственных секторах не обеспечиваются энергией в силу исчерпания внутренних энергетических запасов и отсутствия средств для покупки нужного количества энергии на внешнем рынке. Таким странам стоило меньше ресурсов вкладывать в производственные капиталы, требующие энергии, и больше средств направлять на преодоление энергетического кризиса.
  2. Реализация стратегии 3, представленной на Рисунке 13.3: при такой стратегии страна не успевает достичь демографического перехода, т. к. большую часть времени вкладывает в производящие сектора, но ограничивает потребление населения. В конце игры правительство совершает отчаянную попытку наверстать упущенное и направляет на потребление населения чрезмерное количество ресурсов, так что оказывается не в состоянии поддерживать «взятую планку». В связи с этим после 50-го года (ухода кабинета министров в отставку) начинается спад уровня жизни населения.
  3. Ситуация в п. 2) может усугубляться запоздалыми вложениями в социальную сферу.
  4. Следствием 2) и 3) причин является высокая численность населения, поэтому стране часто просто не хватает ресурсов для обеспечения достаточного уровня жизни населения в перенаселенной стране. Как видно на Рисунке 13.2, странам с большой численностью населения редко удается стать устойчивыми, а при достижении определенного порогового значения это в принципе невозможно.
  5. Ошибки управления, связанные с нерациональным использованием ресурсов, нецелевым расходованием средств, недоучет текущих потребностей и приоритетов как населения, так и производящих секторов. Чрезмерно вложенные средства в капиталы пропадают (не обеспечиваются энергией и рабочей силой). Именно по этой причине на Рисунке 13.2 в третьем диагональном квадрате мы видим дополнительный пик высоких затрат ресурсов на единицу продукции (Costs) у стран оранжевого кластера.
  6. Невыплаченный внешний долг. В основном это происходит по причине неэффективного вложения (а часто просто проедания населением) взятых в долг средств.

Выводы, которые позволяет сделать игра

Модель экономики страны с полной информацией, заложенная в деловой игре Стратегема, позволяет на практике убедиться, как работает понятие УР.

При прочих равных странам с большими капиталами в производственных секторах чаще удается достичь УР, в то же время, далеко не все страны с высоким НД становятся устойчивыми. Ни при каком уровне богатства невозможно достичь устойчивости, если допустить сильное снижение качества окружающей среды. Странам, имеющим очень высокую численностью населения, сложнее достичь устойчивого развития; в странах, не совершивших демографический переход, устойчивость невозможна. Это связано с тем, что для совершения демографического перехода необходимо достижение определенного уровня жизни населения и развития социальной сферы.

Имитационное моделирование, заложенное в игре Стратегема, наглядно показывает низкий уровень взаимозаменяемости между экологическим, социальным и экономическим благополучием, а отсутствие устойчивости – не следствие недостаточной развитости, а следствие потери баланса и эффективности в использовании ресурсов.

Климатический симулятор En-ROADS

Симулятор En-ROADS12 – это глобальный климатический симулятор – модель, основанная на принципах системной динамики, которая позволяет оценить результаты мер по сдерживанию антропогенного воздействия на климат. Эффекты различных мер выражаются в изменении множества показателей, один из основных – средняя температура на Земле к 2100 г.

Симулятор разработан специалистами из Climate Interactive, MIT и Ventana System с использованием актуальных данных научной литературы по энергетике, землепользованию и социо-экономическим трендам. С помощью симулятора En-ROADS возможно смоделировать эффект от нескольких десятков различных мер, среди которых цена на углерод, налоги на ископаемое топливо, субсидии для возобновляемых источников энергии и электромобилей, повышение энергоэффективности, ограничение выбросов метана, сохранение и восстановление лесов, развитие технологий улавливания и хранения углерода. Пользователи могут увидеть, как каждая из этих мер влияет на глобальные выбросы парниковых газов, глобальную температуру, повышение уровня моря, стоимость энергии, качество воздуха и более 100 других параметров.

На Рисунке 13.4 показано, как изменятся глобальное потребление энергии, выбросы парниковых газов, температура, потребление угля и нефти, а также уровень загрязнения воздуха при повышении энергоэффективности зданий и промышленности на 5% в год.

Для более детального анализа драйверов выбросов парниковых газов в энергетическом секторе можно использовать графики Кая. Они отражают влияние численности населения Земли, уровня подушевого ВВП, энергоемкости ВВП и углеродоемкости энергии (т. е. объема выбросов парниковых газов, сопряженных с производством энергии) (см. Рисунок 13.5).

Глобальные выбросы СО2 от энергетики можно рассчитать по формуле:

[Выбросы СО2 от энергетики] = [Численность населения Земли] х [ВВП на душу населения] х [Энергоемкость ВВП] х [Углеродоемкость энергии]

Рисунок 13.4. Симулятор En-ROADS: глобальное потребление энергии, выбросы парниковых газов, температура, потребление угля и нефти, а также уровень загрязнения воздуха при повышении энергоэффективности новых зданий и промышленности на 1,2% в год (базовый сценарий, черная линия) и на 5% в год (голубая линия)

 

Таким образом, моделируя введение той или иной меры с помощью симулятора En-ROADS, можно увидеть, на какой из драйверов роста выбросов парниковых газов воздействует эта мера.

На Рисунке 13.5 представлены графики Кая для сценария, в котором глобальная цена на углерод установлена на уровне 50 долларов США за тонну СО2. Можно заметить, что введение цены на углерод снижает не только углеродоемкость энергетики, но и энергоемкость ВВП за счет повышения цен на энергию и появления дополнительных стимулов для экономии энергии. В результате глобальные выбросы СО2 от энергетики снижаются.

Рисунок 13.5. Симулятор En-ROADS: графики Кая в базовом сценарии (черная линия) и при моделировании глобального налога на углерод в размере 50 долларов США за тонну СО2 (голубая линия)

Симулятор En-ROADS позволяет построить сценарий будущего, в котором человечество добилось целей, установленных Парижским соглашением 2015 г.: ограничить рост глобальной температуры 2⁰С Цельсия и стремиться к 1,5⁰С. В процессе построения сценария пользователи смогут понять, какие из имеющихся в симуляторе мер наиболее эффективны для сокращения выбросов парниковых газов, а также смогут проследить возможные негативные последствия от реализации таких мер. К таким негативным последствиям, например, относится рост цен на энергию при введении налогов на ископаемое топливо или конкуренция за земельные ресурсы между сельским хозяйством и проектами по улавливанию углерода.

Важной особенностью симулятора En-ROADS является возможность моделирования экономического ущерба от глобального потепления и связанных с ним опасных природных явлений: наводнений, засух, волн жары и т. д. (см. Рисунок 13.6). Функции зависимости снижения валового внутреннего продукта от роста глобальной температуры взяты из научных работ экономистов13.

Рисунок 13.6. Симулятор En-ROADS: зависимость сокращения мирового ВВП от роста глобальной температуры, согласно работам экономистов Burke (красная и бирюзовая линия), Ditz and Stern (желтая линия), Howard and Sterner (фиолетовая линия). В базовый сценарий En-ROADS (голубая линия) включены данные из работы Burke (2018)

Симулятор En-ROADS находится в свободном доступе на сайте некоммерческой организации Climate Interactive, запускается в современных браузерах и доступен на русском языке по ссылке: https://www.climateinteractive.org/en-roads/. Чтобы изучение симулятора было более увлекательным, можно проводить деловую игру Climate Action Simulation. Более глубоко изучить симулятор поможет бесплатный курс Mastering En-ROADS на сайте разработчика: https://learn.climateinteractive.org/course/mastering-en-roads.

  1. Sterman J.D., Meadows D. STRATAGEM-2: A Microcomputer Simulation Game of the Kondratiev Cycle // Simulation & Games. 1985. № 2. pp. 174–202.↩︎

  2. Meadows D.L., Biesiot W., Benders R.M.J., et al. STRATAGEM. A personal computer-based management training game on energy-environment interactions. Version 4.0, Groningen, IVEM research report nr. 105, 2000.↩︎

  3. Meadows D.L. World3 and Strategem: History, Goals, Assumption, Implications // Integrated Global Models of Sustainable Development – Vol. 1. EOLSS Publisher/UNESCO, 2009. pp. 104-123. ↩︎

  4. Крюков М.М. Имитационная игра стратегема-1: анализ результатов проведения на базе балансовой модели // Вестник Чувашского университета. 2008. № 3. C. 398–410.↩︎

  5. Крюков М.М. Эколого-экономическое игровое имитационное моделирование в науке и образовании. М.: ТЕИС, 2009. 199 с.↩︎

  6. Яковлева Е.Ю., Солодова М.А., Крюков М.М. Анализ устойчивости принимаемых решений в деловой имитационной игре Стратегема // Научные исследования экономического факультета. Электронный журнал. 2022. Том 14. Выпуск 1. С. 19–39. DOI: 10.38050/2078-3809-2022-14-1-19-39.↩︎

  7. Brundtland G.H. Our Common Future: Report of the World Commission on Environment and Development. Geneva, UN-Dokument A/42/427, 1987. URL: http://www.un-documents.net/ocf-ov.htm↩︎

  8. В ЕC последние 40 лет данный показатель колеблется в районе 10–10,5‰, в США – около 8–8,5‰ The world bank. URL: https://data.worldbank.org/indicator/SP.DYN.CDRT.IN?end=2019&locations=US-EU&start=1980. ↩︎

  9. Более подробно о демографическом переходе и других демографических аспектах перехода к устойчивому развитию можно узнать в интерактивном цифровом учебнике «Демография» (Калабихина И.Е. и др., 2022 г.) https://books.econ.msu.ru/Demography↩︎

  10. Adjusted net savings, including particulate emission damage (% of GNI), World Bank Metadata Glossary. URL: https://databank.worldbank.org/metadataglossary/world-development-indicators/series/NY.ADJ.SVNG.GN.ZS↩︎

  11. Более подробно см. в статье Яковлева Е.Ю., Солодова М.А., Крюков М.М. Анализ устойчивости принимаемых решений в деловой имитационной игре Стратегема // Научные исследования экономического факультета. Электронный журнал. 2022. Том 14. Выпуск 1. С. 19–39. DOI: 10.38050/2078-3809-2022-14-1-19-39.↩︎

  12. The En-ROADS Climate Solutions Simulator. URL: https://www.climateinteractive.org/en-roads/↩︎

  13. Работа Burke, M., Davis, W.M. & Diffenbaugh, N.S. Large potential reduction in economic damages under UN mitigation targets. Nature 557, 549–553 (2018). https://doi.org/10.1038/s41586-018-0071-9 и другие, полный перечень можно найти на сайте симулятора в разделе Simulation -> Assumptions (блок Economy).↩︎