автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Анализ риска и механизмов возмещения ущерба от аварий на объектах энергетики

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ СИСТЕМ ЭНЕРГЕТИКИ им. Л.А. Мелентьева

620.9.001.57:614.8

■ -л-:... .. ' ...: ■

Лесных Валерий Витальевич

АНАЛИЗ РИСКА И МЕХАНИЗМОВ ВОЗМЕЩЕНИЯ УЩЕРБА ОТ АВАРИЙ НА ОБЪЕКТАХ ЭНЕРГЕТИКИ

специальность 05.13.16 - Применение вычислительной техники,

математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (энергетика)

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

ИРКУТСК 1998

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение ........................................................................................................................4

Глава 1. Постановка проблемы и обзор состояния работ 12

1.1. Общая характеристика проблемы................................................................12

1.2. Современное состояние работ по проблеме экономического

анализа риска и возмещения ущерба..................................................................20

Глава 2. Объекты энергетики и анализ отклонений от

нормальной эксплуатации...................................................................................27

2.1. Электрические и теплофикационные станции на органическом топливе............................................................................................................27

2.1.1. Общие сведения о типах станций.................................................27

2.1.2. Анализ аварий и их последствий на блочных ТЭС......................30

2.2. Гидроэлектростанции....................................................................................33

2.2.1. Типы плотин и состав оборудования.............................................33

2.2.2. Потенциальная опасность...............................................................34

2.2.3. Последствия от аварий....................................................................36

2.2.4. Крупные аварии...............................................................................40

2.3. Ядерные энергоустановки.............................................................................43

2.3.1. Типы энергоустановок с ядерным топливом................................43

2.3.2. Особенности аварийных ситуаций и международная

шкала событий...............................................................................44

2.4. Электрические сети.......................................................................................51

2.4.1. Краткая характеристика.................................................................51

2.4.2. Анализ статистических данных.....................................................52

2.4.3. Последствия от аварий...................................................................58

2.5. Тепловые сети................................................................................................63

2.5.1. Общая характеристика...................................................................63

2.5.2. Статистические данные по авариям.............................................64

2.6. Предприятия газовой промышленности.....................................................67

2.6.1. Бурение и эксплуатация скважин.................................................67

2.6.2. Магистральные газопроводы.......................................................69

2.6.3. Хранилища.....................................................................................74

2.6.4. Заводы по переработке природного газа.....................................76

2.7. Методы оценки экономического ущерба...................................................79

2.7.1. Классификация ущербов и некоторые методические

вопросы.........................................................................................79

2.7.2. Составляющие экономического ущерба......................................86

2.7.2.1. Население.........................................................................86

2.7.2.2. Компоненты природной среды......................................89

2.7.2.3. Потребители энергии......................................................91

2.7.2.4. Имущество и доход.........................................................93

2.7.2.5. Прочие затраты...............................................................94

Глава 3. Способы возмещения экономического ущерба.....................96

3. 1. Объектное резервирование и общества взаимного страхование...........97

3.2. Централизованные компенсационные фонды..........................................99

3.3. Страхование, перестрахование и страховые пулы................................107

3.4. Система возмещения ущерба при авариях на АЭС................................111

3.5. Страховой рынок России..........................................................................120

3.6. Общие положения концепции системы возмещения ущерба от аварий на объектах энергетики......................................................................130

Глава 4. Методы и модели для оценки эффективности

страхования,............................................................................................................134

4.1. Модели финансового состояния..............................................................134

4.2. Проблема оценки страховых тарифов.....................................................139

4.2.1 Общая постановка и основные принципы................................141

4.2.2 Аналитические методы...............................................................145

4.2.3 Имитационное моделирование..................................................149

4.3. Модели страхования.................................................................................152

4.4 .Критерии эффективности страхования..................... ...............................157

4.5. Модельные исследования эффективности страхования.......................160

Глава 5. Модельные исследования системы возмещения

ущерба........................................................................................................................167

5.1. Классификация и моделирование системы возмещения ущерба.........167

5.2. Программная реализация.........................................................................171

5.3. Модельные исследования для некоторых функций

распределения......................................................................................178

5.4. Исследование региональной системы экологического страхования ............................................................................................185

5.5. Постановки задачи стохастического программирования

и обзор методов............................................................................................195

Глава 6. Оценка эффективности страхования

оборудования ТЭЦ_............................................................................................203

6.1. Статистические данные по отказам и авариям.....................................203

6.2 Оценка эффективности страхования основного

оборудования...................................................................................................213

Глава 7. Возмещение ущерба при авариях на объектах газовой промышленности,...............................................................................................225

7.1 Анализ аварийности магистральных газопроводов.............................225

7.2 Расчет экономического ущерба и оценка эффективности страхования.....................................................................................................230

7.3 Учет финансового состояния владельца МГП.....................................240

7.4. Взаимосвязь показателей надежности и эффективности страхования....................................................................................................245

Глава 8. Эффективность системы возмещения ущерба при

авариях на АЭС ...............................................................................................252

8.1. Проблема статистических данных и результаты вероятностного анализа риска..................................................................252

8.2. Оценка страховых тарифов...................................................................255

8.3. Оценка мощности ядерного страхового пула.....................................257

8.4. Эффективность возмещения для АЭС без

катастрофических последствий..................................................................261

Заключение ........................................................................................................268

Литература .........................................................................................................271

ВВЕДЕНИЕ

Энергетика является системообразующей отраслью экономики. Устойчивое развитие энергетики в значительной степени определяет устойчивое развитие промышленного производства и общества в целом. С переходом к рыночной системе хозяйствования, развитием законодательной базы новых социально-экономических отношений возрастают требования к условиям функционирования объектов энергетики (ОЭ). Вместе с тем, анализ показывает, что постоянно возрастает число аварий на объектах энергетики и одновременно увеличиваются масштабы последствий.

Несмотря на важность данной проблемы относительно мало работ по исследованию механизмов возмещения ущерба, вызванного авариями на объектах энергетики. Затраты на организацию возмещения ущерба необходимо оценивать и учитывать при принятии решения о строительстве, развитии и функционировании объектов энергетики. Возможность эффективного возмещения ущерба прежде всего связана с показателями надежности и безопасности и с определенной долей условности может быть выделена в самостоятельное свойство, поскольку отражает дополнительную сторону взаимодействия объектов энергетики между собой и с внешними системами. Учет данного свойства при оценке вариантов ОЭ позволит не только более объективно принять решение, но и повысить их экономическую устойчивость.

В методическом плане проблема возмещения ущерба может рассматриваться как подход к снижению доли случайной составляющей в структуре эксплуатационных затрат. Регуляризация происходит за счет перехода от компенсации ущерба, величина и время проявления которого имеют случайную природу, к детерминированным взносам по возмещаемой части ущерба. В данном случае речь идет о той части ущерба, которая может быть оценена в денежном выражении.

Исследование свойств и эффективности различных механизмов возмещения ущерба от аварий на объектах энергетики является сложной междисциплинарной проблемой. В методологическом плане ее решение опирается на системный подход, который получил свое развитие применительно к энергетике в работах Мелентьева J1.A., Макарова A.A., Беляева J1.C., Попырина JI.C. и др. Вопросы сопоставления вариантов структуры, развития и эффективности подробно исследовались Браиловым В.П., Денисовым В., Лифшицом В.Н. Рассматриваемые в работе проблемы в значительной мере связаны и опираются на результаты исследования надежности, безопасности и живучести объектов энергетики (Легасов В.А., Шевелев Я.В., Руденко Ю.Н., Розанов М.Н., Криворуцкий Л.Д и др.), а также методы оценки экономических последствий от аварий на промышленных объектах (Эдельман В.И., Хильчевская Р.И., Лемешев М.Я., Балацкий О.Ф., Кархов А.Н. и др.). Общая идеология построения математических моделей для прогнозирования финансового состояния объектов энергетики и различных механизмов возмещения ущерба опирается на отдельные результаты математической теория страхования (Лундберг Ф., Крамер Г., Борх К., Эмбрехтс П., Пантекайнен Т., Ротарь В.И., Ширяев А.Н.). Некоторые

положения концепции системы возмещения ущерба применительно к проблеме экологического и ядерного страхования рассматривались в работах Кунройтера X. и Вуда В. Вместе с тем выполненные ранее исследования рассматривали лишь отдельные аспекты комплексной проблемы возмещения ущерба.

В последние годы активно развиваются различные механизмы возмещения ущерба. Отсутствие или недостаточность работ по анализу проблемы возмещения делают необходимым изучение и систематизацию различные механизмы возмещения, а также оценку целесообразности их использования применительно к объектам энергетики. Определение эффективности любого механизма возмещения невозможна без информации о частоте аварийных ситуаций и их последствиям, включая экономический ущерб, поэтому специального изучения требуют статистические данные и результаты вероятностного анализа риска основных типов объектов энергетики.

Учитывая сложность рассматриваемых объектов, многообразие возможных последствий аварий, а также их стохастическую природу, изучение перчисленных выше проблем практически невозможно без разработки, развития и применения различных методов математического моделирования.

В связи с этим, целями данной работы явились:

- анализ состояния существующих подходов к обоснованию вариантов структуры и развития объектов энергетики с учетом последствий аварий;

- разработка методических основ, модельных и алгоритмических подходов к исследованию проблемы возмещения ущерба от аварий на объектах энергетики;

- в рамках разработанных методических подходов, проведение анализа статистических данных и результатов вероятностного анализа частоты и последствий аварий на объектах энергетики для всего диапазона возможных событий;

- разработка математических моделей, позволяющих учитывать последствия отклонений от режима нормальной эксплуатации объектов энергетики и исследовать свойства различных механизмов компенсации ущерба;

- проведение исследований по оценке свойств различных механизмов возмещения ущерба, определение границ эффективности страхования, предельных страховых тарифов и других показателей применительно к основным типам объектов энергетики

Научная новизна. Впервые поставлена проблема комплексного изучения механизмов возмещения ущербов от аварий на объектах энергетики. Впервые предложена концепция, выполнена классификация и моделирование системы возмещения ущерба. Разработан подход к учету последствий аварий при моделировании финансового состояния объектов энергетики и различных механизмов возмещения ущерба. Впервые сделана постановка задачи стохастического программирования для оценки оптимальной структуры системы возмещения ущерба. Обнаружен и объяснен эффект возрастания вероятности разорения при увеличении числа объектов риска. Показано проявление эффекта как для дискретных, так и распределенных объектов энергетики. Исследована взаимосвязь между уровнем надежности и эффективностью страхования на примере МГП. Впервые выполнены исследования по оценке границ эффективности страхования и предельных страховых тарифов для основных типов объектов энергетики. На защиту выносятся:

1. Постановка проблемы исследования механизмов возмещения ущерба от аварий на объектах энергетики.

2. Основные положения концепции системы возмещения ущерба и методические основы оценки вариантов структуры и стратегий развития объектов энергетики с учетом аварийных последствий.

3. Результаты анализа статистических данных, а также функции распределения материальных и экономических последствий от аварий на объектах энергетики.

4. Математические модели для изучения свойств и обоснования рациональной структуры системы возмещения ущерба, включающей различные механизмы компенсации последствий аварий, в зависимости от типа объекта энергетики, показателей его надежности, безопасности и состояния внешних систем .

5. Результаты исследования свойств различных механизмов возмещения ущерба, позволивших выявить эффект возрастания вероятности разорения при страховании дискретных и протяженных объектов энергетики и получить численные оценки предельных затрат в систему возмещения ущерба.

6. Результаты анализа последствий отказов и аварий, результаты обоснования рационального перераспределения риска возмещения ущерба, границ эффективности страхования и предельных страховых тарифов для различных типов объектов энергетики (ТЭЦ, магистральные газопроводы, АЭС). Практическая ценность. Разработанные методы и модели позволяют сравнивать варианты структуры и стратегий развития объектов энергетики с учетом последствий от аварий. Получены функции распределения материальных последствий и ущерба для некоторых типов объектов энергетики, которые могут быть использованы в различных задачах энергетических исследований, включая проблему энергетической безопасности.

Разработанные модели страхования и системы возмещения ущерба реализованы в виде комплексов программ, которые легко адаптируются для различных объектов риска. Программный комплекс, реализующий модель страхования в течении нескольких лет используется в практической деятельности страховых компаний для обоснования тарифов, финансовых резервов и других показателей.

Предложенная концепция системы возмещения ущерба нашла свое отражение в разработке системы и механизма экологического страхования на территории Иркутской области.

Отдельные результаты работы в области моделирования и исследования эффективности страхования использованы при подготовке курса лекций "Страховое дело и актуарные расчеты" в Иркутском государственном университете.

Разработанные методы, модели, программные комплексы и результаты исследований могут применяться при решении аналогичных проблем применительно к другим потенциально опасным промышленным объектам. Аппробация работы. Основные положения работы докладывались на международных конференциях: Ядерные технологии (1992, Карлсруэ, 1993, Кельн, 1994, Штуттгарт, 1995, Нюрнберг), ежегодной конференции Европейского общества по анализу риска (1995, Людвигсбург, 1996. Сюррей), "Производство электроэнергии в странах бывшего Советского Союза " ( 1995 , Вена), 1СЕЕ (1995, Шанхай), 14 конференции по многовариантному анализу (1995, Варшава), конференция международного общества по управлению в

чрезвычайных ситуациях (1997, Копенгаген), научных семинарах Юлихского исследовательского центра (1992, 1993, 1994, ФРГ); всероссийских симпозиумах и семинарах с международным участием: "Риск и страхование " (1992, 1994, 1997, Иркутск), "Энергетика России в переходный период: проблемы и научные основы развития и управления" (1996, Иркутск), "Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики (1996, Мурманск, 1997, Санкт-Петербург); Всероссийских семинарах и конференциях: "Имитационное моделирование" (1992, Иркутск), "Энергетика: экология, надежность, безопасность" (1994, Томск), " Теория и практика экологического страхования" (1996, Москва), совещании "Совершенствование системы управления качеством продукции в РАО Газпром (1996, Москва), Публикации. Содержащиеся в диссертации положения опубликованы в 30 работах и 11 научных отчетах, в том �