Вышла в свет книга Б.И.Нигматулина и В.А.Пивоварова «Реакторы с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. История трагедии и фарса». Подробнее 

Данная статья посвящена использованию МАИ, с помощью которого создаётся модель на базе второй группы из 22 критериев, поэтому подробности обработки слоёв рассмотрены не будут. 

Подобный сценарий может использовать различные методы MCDM, в частности, МАИ (на рис. 10 «Analytic Hierarch Process»). Для этого в выпадающем списке следует выбрать «Pairwise Comparison», то есть попарные сравнения, а в окне «MCDA Methods» следует выбрать «Analytic Hierarch Process», то есть МАИ. 

 

Рисунок 10 The GIS–MCDA интерфейс в среде ArcGIS

Этот инструмент (рис. 11) предоставляет менее удобный по сравнению с Expert Choice (рис. 14), но вполне понятный интерфейс для проведения попарных оценок. В данном случае приводится пример интерфейса с данными из уже упомянутой статьи «Implementation of GIS-Based Multicriteria Decision Analysis with VB in ArcGIS», поэтому наименования альтернатив (критериев) относятся к рассматриваемой в статье задаче.

Сразу после выполнения попарной оценки вычисляются веса (ранги) альтернатив (критериев), а также главное собственное значение (λ), коэффициент согласованности (CI) и отношение согласованности (CR). CR = 0,017 ≤ 0,1, что свидетельствует о согласованности попарных сравнений.

Рисунок 11 (а) создание матрицы попарного сравнения. (b) скриншот анализа Весов и согласованности при попарном сравнении.

Таким образом, мы видим, что для решения ответственных задач можно использовать несколько разных программных реализаций МАИ, которые доступны современным аналитикам.

Схема решения задачи по выбору площадки организована практически таким же образом, но используемые инструменты не интегрированы. Далее рассмотрим решение этой задачи, начиная с описания структуры решения и применения МАИ с помощью Expert Choice для ранжирования альтернатив (площадок-кандидатов) и критериев.

После предварительной обработки с помощью ГИС на основе ограничений и WLC были выделены пять зон, в разной степени подходящих для выделения площадок для АЭС. Красным цветом выделена абсолютно неподходящая зона. Желтым, коричневым, синим и зелёным отмечены зоны в порядке их привлекательности.

На карте цифрами от 1 до 4 отмечены зоны в порядке их привлекательности в соответствии с цветовым выделением.

Рисунок 12 Окончательная карта пригодности объекта АЭС с использованием инструмента WLC в ArcGIS 10.1

 

В лидирующей зоне, которая выделена зелёным цветом, расположены площадки-кандидаты (пронумерованы в соответствии с нумерацией на рис 12):

1.               Северо-западное побережье Средиземного моря;

2.               Северо-восточное побережье Средиземного моря;

3.               Озеро Карун;

4.               Красное море и Суэцкий залив.

Ограничения (критерии исключения) см. рис. 8 (слева направо), которые обрабатываются с помощью бинарного наложения (OR Function).

Рисунок 13 Ограничения в бинарной модели наложения в ArcGIS 

1.     Области, которые не обладают достаточным количеством охлаждающей воды.

2.     Районы, близкие к крупным населенным пунктам (в данном исследовании использовался порог численности населения в 100 000 жителей).

3.     Потенциал для смещения разлома на участке или вблизи него.

4.     Районы, содержащие обширные и важные ресурсы питьевой воды.

5.     Районы, которые содержат чувствительные и важные экологические среды обитания.

6.     Места, где чрезвычайные планы неосуществимы.

Далее, в процессе ранжирования отобранных на предыдущем этапе площадок-кандидатов была построена модель оценки на базе двадцати двух факторов[1], которые были распределены на группы критериев нескольких уровней. Эти факторы (критерии пригодности) организованы следующим образом:

Десять критериев (подразделенных на двадцать два субкритерия) были определены как факторы, оказывающие наибольшее влияние на процесс отбора, и сгруппированы в три основные категории.

2.     Критерии безопасности и гигиены труда. (Эта группа относится к природным элементам участка. Эта категория включает в себя десять критериев):

2.1.  Геология. Необходимо учитывать три субкритерия:

2.1.1.     Поверхностная геология; области, которые потенциально могут привести к смещению разломов на участке или вблизи него, отбраковываются. Предпочтение следует отдавать предпочтение участкам, расположенным на достаточном безопасном расстоянии от возможных неисправностей (по крайней мере, участок и окрестности объекта должны свидетельствовать об отсутствии возможных неисправностей) (МАГАТЭ, 1984 г.; Rodwell, 2002).

2.1.2.     Пригодность подповерхностного грунта; следует избегать участков со слоями грунта, которые потенциально могут иметь нежелательную реакцию на сейсмические воздействия. Следует избегать районов, которые могут содержать почвы, обладающие потенциалом разжижения или оседания, толстые слои мягкой почвы, аномальные почвенные условия, высокий уровень грунтовых вод, подземные полости (МАГАТЭ, 1984; Rodwell, 2002).

2.1.3.     Гидрогеология; районы, имеющие аквитард или аквиклюд, считаются более благоприятными, чем районы с высоким продуктивным водоносным горизонтом.

2.2.  Сейсмичность. Низкий геологический и сейсмический риск является критерием приемлемости. Районы, затронутые в прошлом интенсивностью землетрясений, превышающей заданное значение, которое было выбрано на основе технического суждения, должны быть отвергнуты (МАГАТЭ, 1984).

2.3.  Океанография. Океанография включает в себя следующие субкритерия:

2.3.1.     Наводнение; в региональном анализе отвергаются районы, подверженные высоким уровням наводнений. Потенциальные участки могут быть проверены на основе степени тяжести последствий наводнения. Обычно предпочтение отдается тем участкам-кандидатам, которые менее подвержены воздействию (МАГАТЭ, 1984).

2.3.2.     Глубина моря; чем больше глубина вблизи участка; тем лучше участок, так как легче черпать охлаждающую воду с глубины значительно ниже свободной поверхности, где осуществляется сброс воды (Hussein et al., 1987).

23.3.     Мутность; мутность воды является недостатком для правильного функционирования конденсатора. Высокие скорости осаждения создают трудности для морских установок, особенно когда побережье песчаное или в тех районах, где дно илистое (Hussein et al., 1987).

2.3.4.     Температура воды; более низкие температуры охлаждающей воды предпочтительны из-за большего температурного градиента, позволяющего более эффективно передавать тепло (Hussein et al., 1987).

2.4.  Метеорологическое явление. Низкий риск экстремальных погодных явлений и подходящие условия рассеивания загрязнений являются критериями приемлемости. Включает два субкритерия:

2.4.1.     Направление ветра; атмосферные разряды являются наиболее важными, поэтому необходимо учитывать размещение электростанции по отношению к доминирующим ветрам и сельскохозяйственным или городским районам.

2.4.2.     Осадки; область, где есть низкая норма осадков, предпочтительнее, чем та, где есть высокая норма осадков.

3.     Экологические и социальные критерии эта группа критериев включает в себя неблагоприятное воздействие растений на экологические системы. Она включает в себя:

3.1.  Экология. Эти критерии касаются воздействия атомной электростанции на окружающую среду. Они включают в себя:

3.1.1       Наибольшее воздействие на земную среду происходит при расчистке местности для строительства объектов наземной инфраструктуры (Keeney, 1987; Rodwell, 2002).

3.1.2       Водная среда; в той или иной степени водные организмы будут подвержены уносу, столкновению и повышению температуры и солености. Принимаются участки, представляющие минимальный риск для важных экологических зон (Keeney, 1987; Rodwell, 2002).

3.2.  Социология. Социальные критерии включают в себя следующее:

3.2.1       Туризм и археология; туристические направления должны быть как можно дальше от атомной электростанции. Принимаются объекты, представляющие минимальный риск для важных объектов культурного наследия (исторические, археологические районы).

3.2.2       Распределение населения; сравнение и ранжирование потенциальных объектов предварительно формируются на основе соответствующих факторов пригодности, причем наиболее сложные из них используются на заключительном этапе. Районы, близкие к крупным населенным пунктам с населением более 100 000 человек, отвергаются (МАГАТЭ, 1984, 2012).

3.3.  Землепользование. Использование земли в регионе может повлиять на выбор участка. Следует также учитывать возможные будущие события и региональное планирование (МАГАТЭ, 1984 год). Она включает в себя:

3.3.1       Сельскохозяйственные угодья; близость к сельскохозяйственной зоне, очевидно, является недостатком по сравнению с большинством других участков, которые находятся в пустынных районах. Необходимо учитывать влияние осаждения на сельскохозяйственные угодья (Hussein et al., 1987; Keeney and Nair, 1976).

3.3.2       Специальное землепользование; земли с особым использованием, например. Общественные земли, земли граждан и т. д.

4.     Инженерно-экономические критерии. Эти соображения касаются строительства и эксплуатации самой электростанции и ее функции по производству электроэнергии безопасным и эффективным способом.

4.1  Экономика. Экономика всегда является одним из факторов любого проекта, однако она имеет жизненно важное значение для бедных стран. Она включает в себя следующие критерии:

4.1.1       Топография участка; проблемы строительства возникают главным образом из-за рельефа и необходимости засыпки или удаления земли. С этой точки зрения преимущество имеют относительно ровные местности. Скалы и горы — это недостаток (МАГАТЭ, 2012).

4.1.2       Подключение к сетям; близость к соответствующей существующей инфраструктуре электроснабжения являются критерием приемлемости. Потенциальные компоненты затрат — это строительство трансмиссии (МАГАТЭ, 1984).

4.1.3        Близость к опасным объектам; достаточное расстояние до текущих и прогнозируемых районов разведки полезных ископаемых, нефти и газа является критерием приемлемости (МАГАТЭ, 1984).

4.2  Строительство. Наличие сырья и пресной воды во время строительства, а также рабочей силы является критерием приемлемости. Однако наиболее затронутым критерием в строительстве является:

4.2.1.      Наличие или близость транспортных путей (автодороги, железные дороги и аэропорты) являются критерием приемлемости, обусловленным облегчением перемещения заводского оборудования и других тяжелых отливок во время строительства (SOFRATOME, 1984).

4.3 .Эксплуатационные расходы. Эксплуатационные расходы завода состоят из двух основных статей:

4.3.1.      Близость к крупному центру нагрузки; атомные электростанции должны располагаться относительно близко к крупным центрам нагрузки (большое население, энергоемкие отрасли промышленности), чтобы минимизировать стоимость линий электропередачи и потери электроэнергии (МАГАТЭ, 1984).

4.3.2.      Безопасность; зоны вокруг аэропортов и военных объектов, имеющие радиус, равный значению расстояния досмотра, отклоняются. Объекты в горных пустынных районах в определенной степени уязвимы для террористических действий; с другой стороны, мысы гораздо легче защищать (МАГАТЭ, 1984, 2012).

Графическая модель оценки здесь не приводится в виду её понятности и, одновременно, громоздкости. Жирным шрифтом выделены критерии верхнего уровня, а критерии нижнего уровня выделены наклонным шрифтом.

Таким образом, 4 альтернативы (площадки-кандидаты) были проранжированы по трёхуровневой модели критериев. Пример попарной оценки альтернатив представлен на рис. 14, а вычисленные собственные векторы и рейтинг площадок на рис. 15.

Рисунок 14 Попарное сравнение площадок West Negila и East Negila по критерию Гидрогеология (Hydrogeology)

После проведения полной оценки модели четыре участка, расположенные на северо-западном побережье и в Красном море, с наиболее высокими оценками были выбраны в качестве предпочтительных участков-кандидатов после исключения участков с наименьшими оценками.

Веса и баллы были основаны на суждениях и предпочтениях авторов. Результаты процесса ранжирования показали, что участок Эль-Дабаа (участок – Сайт 3) превосходит другие участки из-за меньшей сейсмичности, меньшего воздействия на окружающую среду и близости к основным центрам нагрузки.

 

Рисунок 15 Собственные векторы и рейтинг площадок

Итоговое ранжирование с помощью МАИ показано на рис. 8. Вычисления выполнены в среде ПО Expert Choice.

Рисунок 16 Итоговое ранжирование 1. Красное море и Суэцкий залив (Red Sea & Gulf of Suez): 0.2425; 2. Северо-восточное побережье Средиземного моря (North Eastern Mediterranean Coast): 0.2512; 3. Северо-западное побережье Средиземного моря − Эль Дабаа (North Western Mediterranean Coast, El- Daba'a Region): 0.3249; 4. Озеро Карун (Qaroun Lake (South Marsa Alam)): 0.2325

Самый высокий ранг получил участок на Северо-западном побережье Средиземного моря − Эль Дабаа: 0.3249. В итоге именно этот участок и был утверждён в качестве наилучшего для строительства АЭС.

Пример Метод использования МАИ и SWOT‑анализа стратегии компании

Использование МАИ предусматривает в первую очередь построение иерархической модели задачи. Для этого необходимо определить независимые критерии и альтернативы. Критерии можно разделить на несколько уровней и определить связи между разными уровнями. На нижнем уровне находятся альтернативы, в отношении которых проводится попарное многоуровневое ранжирование. Таким образом, приводя примеры различных моделей мы демонстрируют советующие им способы применения метода анализа иерархий (AHP) для решения задач MCDM в атомной энергетике.

Рассмотрим ещё один пример, представленный на сайте компании производителя СППР Expert Choice.

В данном случае в качестве альтернатив выступают три стратегии развития ядерной энергетики в США, актуальные в 90‑е годы прошлого века. В то время вырабатываемая АЭС доля электроэнергии составляла около 15% от общей. Сегодня этот показатель достигает почти 20%.

На тот период рассматривались три возможные стратегии в отношении ядерной энергетики:

Abandon nuclear power facilities	Отказ от атомной энергетики
Continue moratorium on new facilities	Продолжать мораторий на создание новых объектов
Encourage nuclear power production	Стимулирование производства атомной энергии

Критерии для оценки альтернатив организованы следующим образом

Рисунок 17 Иерархическая модель ранжирования стратегий развития атомной энергетики США с учётом многоуровневого набора критериев

В рамках этой модели целью является ранжирование (приоритезация) альтернатив для выбора наиболее подходящей стратегии развития атомной энергетики США (US Nuclear Power).

Перевод к рис. 17. Жирным шрифтом выделены критерии верхнего уровня.

Indigenous technological capability	Собственный технологический потенциал
Nuclear power production technology	Технология производства атомной энергии
Spillover effects of the nuclear technology	Последствия распространения ядерной технологии
Nuclear safety improvement R&D	НИОКР по повышению ядерной безопасности
Operation experience with the nuclear power plants	Опыт эксплуатации атомных электростанций
Economic consequences	Экономические последствия
Capital expenditures	Капитальные затраты
Job adjustments due to the changes in nuclear power policy	Корректировка рабочих мест в связи с изменениями в политике в области ядерной энергетики
Alternate sources development costs	Альтернативные источники затраты на разработку
R&D regulation expense	Расходы на регулирование НИОКР
Cost of electricity to the consumers	Стоимость электроэнергии для потребителей
Abundance of electricity supply	Изобилие электроснабжения
Availability of raw material	Доступность сырья
Safety and environmental considerations	Соображения безопасности и охраны окружающей среды
Pollution in the environment	Загрязнение окружающей среды
Nuclear waste disposal	Утилизация ядерных отходов
Facility malfunction risk	Риск неисправности объекта
Theft of sensitive material	Кража чувствительного материала
Relative experience in the loss of human life with nuclear power	Относительный опыт потерь человеческих жизней при использовании ядерной энергии
Socio-political impacts	Социально-политические последствия
Relative impact of the nuclear power decision on various regions	Относительное влияние решения по ядерной энергетике на различные регионы
International nuclear power safety cooperation	Международное сотрудничество в области ядерной безопасности
National energy independence	Национальная энергетическая независимость
Public anxiety regarding the risks of nuclear fallout	Общественное беспокойство по поводу рисков ядерных выпадений

 

Интерфейсы для попарных оценок выглядят следующим образом:

Рисунок 18 Оценка критериев первого уровня «Экономические последствия» и «Соображения безопасности и охраны окружающей среды» в отношении в отношении цели «Развитие атомной энергетики США»

Рисунок 19 Оценка критериев второго уровня «Технология производства атомной энергии» и «Последствия распространения ядерной технологии» в отношении критерия первого уровня «Собственный технологический потенциал»

В то же время для выбора наиболее подходящей альтернативы с помощью МАИ можно использовать модель, основанную на базе SWOT анализа.

МАГАТЭ представляет этот инструмент в документе TECDOC‑1212 «Strategic planning for research reactors[2]»: «После завершения фазы сбора данных начинается этап анализа. Этап можно начать со SWOT анализа с последующей оценкой ограничений, или стратегических вопросов, которые должны быть рассмотрены до определения основных целей и разработки последовательности работ или плана действий.

SWOT является аббревиатурой сильных, слабых сторон (Strengths, Weaknesses), возможностей и угроз (Opportunities and Threats), а также инструментом для оценки способности или необходимости организации к изменениям. Он основан на классификации функций или задач в результате мозгового штурма или типа оценки, описанной до сих пор. Сильные и слабые стороны характеризуют внутренние аспекты, а возможность контроля над ситуацией (opportunities and threats) будет уменьшается за счёт слабостей.

Возможности и угрозы, как правило, представляют внешние проблемы (но не только), при этом персонал, как правило, недостаточно способен управлять угрозами».

Большое количество примеров SWOT матриц функционирующих по всему миру АЭС приведено в работе «The Recent Overview and Prospects of Nuclear Power Policy and Industrial Strategies in the UK, Italy and Sweden»; Tomoko Murakami, Yuji Matsuo, Yu Nagatomi; IEEJ: July 2009. Много примеров матриц SWOT представлено в документе «Strengths, Weaknesses, Opportunities and Threats in Energy Research»[3].

Рисунок 20 Матрица SWOT шведской компании Studsvik

«Studsvik − это инжиниринговая компания, основанная в 1947 году шведским правительством, которая внесла свой вклад в превосходную работу атомных электростанций в Швеции и ее окрестностях посредством химического контроля воды, анализа материалов, анализа поведения топлива в активной зоне и других услуг, а также разработки соответствующего программного обеспечения, утилизации и переработки ядерных отходов. Бизнес-шансы Studsvik возрастут по мере того, как Европа, США и Япония будут строить новые атомные электростанции и заменять оборудование на устаревших заводах. Поскольку в последние годы все большее число старых атомных электростанций в Европе заменяют свои парогенераторы, насосы первичного контура и внутренние части корпуса реактора, все большее значение приобретает химический анализ материалов, контроль воды и другие услуги для эксплуатации атомных станций. Вследствие этого Studsvik обладающий сильными позициями в области захоронения крупных низкоактивных радиоактивных отходов, химии воды и анализа материалов окажется в более сложном положении».

Рисунок 21 матрица SWOT итальянской компании ENSA

«ENSA (Equipos Nucleares. S.A.) − испанская компания, входящая в группу компаний SEPI (Sociedad Estatal de Participaciones Industriales), национальной стратегической промышленной фирмы. Таким образом, финансовая база ENSA полностью принадлежит государству. Сильные стороны ENSA как глобального производителя ядерного оборудования подразумевает обильные заказы, которые она получает со всего мира на парогенераторы, сосуды высокого давления ядерных реакторов, герметизаторы, внутренние реакторные сосуды высокого давления реакторов, герметизаторы. внутренние части реактора и первичная труба. Ожидается, что деловые шансы ENSA возрастут по мере того, как глобальные шаги по расширению рынков атомных электростанций будут расти вместе с повышением уровня энергетической безопасности и глобальным потеплением».

 

Продолжение следует