geograsim/App/src/sims/sim-09-energiemix/logic.ts

/**
 * SIM-09: Energiemix-Simulator — LOGIK
 *
 * Modell:
 * - Schüler*innen stellen einen Energiemix zusammen
 * - Drei Zielgrößen: CO₂-Ausstoß, Kosten, Versorgungssicherheit
 * - Jede Energiequelle hat spezifische Werte für alle drei Dimensionen
 * - Zielkonflikt sichtbar machen: billiger = dreckiger, sauber = teurer/unsicherer
 *
 * Didaktik:
 * - Keine "richtige" Antwort — es geht um das Abwägen
 * - Urteilskompetenz: verschiedene Perspektiven einnehmen
 * - Gamification: Highscore für besten Kompromiss
 */

import { Simulation, SimulationMeta } from '@core/simulation'

const META: SimulationMeta = {
  id: 'sim-09',
  name: 'Energiemix-Simulator',
  educationLevels: [5, 6, 7, 8, 9, 10],
  primaryLevel: 6,
  kompetenzbereich: 'Nachhaltiger Umgang mit Energie und Ressourcen',
  lernziele: [
    'Erneuerbare und nicht erneuerbare Energieträger vergleichen',
    'Zielkonflikte zwischen Kosten, Umwelt und Versorgungssicherheit erkennen',
    'Eigene Position zu Energiepolitik bilden und begründen',
  ],
  basiskonzepte: ['Leistungserstellung und Nachhaltigkeit', 'Ökonomische Prinzipien und Entscheidungsfindung'],
  dpiMinuten: 25,
  typ: 'sachsimulation',
  tier: 1,
  requiresReading: true,
}

export interface EnergySource {
  id: string
  name: string
  emoji: string
  color: string
  co2PerGWh: number       // Tonnen CO₂ pro GWh (Lifecycle)
  costPerMWh: number      // EUR pro MWh
  reliability: number     // 0-1 (1 = immer verfügbar)
  maxShare: number        // maximaler realistischer Anteil (0-1)
  renewable: boolean
  description: string
}

export const ENERGY_SOURCES: EnergySource[] = [
  {
    id: 'coal',     name: 'Kohle',      emoji: '🪨', color: '#4a4a4a',
    co2PerGWh: 820, costPerMWh: 65,     reliability: 0.85,  maxShare: 1,
    renewable: false, description: 'Billig aber sehr CO₂-intensiv'
  },
  {
    id: 'gas',      name: 'Erdgas',     emoji: '🔥', color: '#c4a35a',
    co2PerGWh: 490, costPerMWh: 55,     reliability: 0.87,  maxShare: 0.8,
    renewable: false, description: 'Hälfte des CO₂ von Kohle, flexibel'
  },
  {
    id: 'nuclear',  name: 'Atomkraft',  emoji: '⚛️', color: '#8a5caa',
    co2PerGWh: 12,  costPerMWh: 90,     reliability: 0.92,  maxShare: 0.6,
    renewable: false, description: 'Kaum CO₂, aber teuer und Atommüll'
  },
  {
    id: 'wind',     name: 'Windkraft',  emoji: '🌬️', color: '#5a9aaa',
    co2PerGWh: 11,  costPerMWh: 45,     reliability: 0.35,  maxShare: 0.5,
    renewable: true, description: 'Günstig und sauber, aber wetterabhängig'
  },
  {
    id: 'solar',    name: 'Solarenergie', emoji: '☀️', color: '#e8c84a',
    co2PerGWh: 45,  costPerMWh: 40,     reliability: 0.25,  maxShare: 0.4,
    renewable: true, description: 'Billigste Quelle, aber nur tagsüber'
  },
  {
    id: 'hydro',    name: 'Wasserkraft', emoji: '💧', color: '#4a7c8a',
    co2PerGWh: 24,  costPerMWh: 50,     reliability: 0.55,  maxShare: 0.3,
    renewable: true, description: 'Zuverlässig, aber Standort-begrenzt'
  },
]

export interface MixResult {
  totalCO2: number          // Tonnen CO₂ pro GWh (gewichteter Durchschnitt)
  totalCost: number         // EUR pro MWh
  totalReliability: number  // 0-1
  renewableShare: number    // 0-100%
  score: number             // Gesamtbewertung 0-100
  rating: string            // z.B. "Gut balanciert"
}

/**
 * Berechnet die Ergebnisse eines Energiemixes
 * @param mix Map von SourceID → Anteil (0-100, Summe sollte 100 sein)
 */
export function computeMixResult(mix: Record<string, number>): MixResult {
  let totalCO2 = 0
  let totalCost = 0
  let totalReliability = 0
  let renewableShare = 0
  let totalShare = 0

  for (const source of ENERGY_SOURCES) {
    const share = (mix[source.id] || 0) / 100
    totalShare += share
    totalCO2 += source.co2PerGWh * share
    totalCost += source.costPerMWh * share
    totalReliability += source.reliability * share
    if (source.renewable) renewableShare += share * 100
  }

  // Normalisieren falls Summe ≠ 100
  if (totalShare > 0 && Math.abs(totalShare - 1) > 0.01) {
    totalCO2 /= totalShare
    totalCost /= totalShare
    totalReliability /= totalShare
    renewableShare /= totalShare
  }

  // Score: Multi-Kriterien-Bewertung
  const co2Score = Math.max(0, 100 - totalCO2 / 8)        // 0 CO₂ = 100, 800 = 0
  const costScore = Math.max(0, 100 - (totalCost - 30) / 0.7) // 30€ = 100, 100€ = 0
  const reliScore = totalReliability * 100
  const score = Math.round((co2Score * 0.4 + costScore * 0.3 + reliScore * 0.3))

  let rating = 'Experimentell'
  if (score >= 80) rating = 'Exzellent! 🌟'
  else if (score >= 65) rating = 'Gut balanciert 👍'
  else if (score >= 50) rating = 'Solide Basis'
  else if (score >= 35) rating = 'Verbesserungswürdig'

  return {
    totalCO2: Math.round(totalCO2),
    totalCost: Math.round(totalCost),
    totalReliability: Math.round(totalReliability * 100) / 100,
    renewableShare: Math.round(renewableShare),
    score,
    rating,
  }
}

export class EnergiemixSimulation extends Simulation {
  constructor() {
    super(META)
    // Startwerte: aktueller europäischer Mix (circa)
    this.state.variables = {
      coal: 15, gas: 20, nuclear: 20,
      wind: 18, solar: 12, hydro: 15,
    }
  }

  getVariableRanges() {
    const ranges: Record<string, { min: number; max: number; default: number; unit: string; label: string }> = {}
    for (const source of ENERGY_SOURCES) {
      ranges[source.id] = {
        min: 0,
        max: Math.round(source.maxShare * 100),
        default: this.state.variables[source.id] || 0,
        unit: '%',
        label: `${source.emoji} ${source.name}`,
      }
    }
    return ranges
  }

  /** Normalisiert den Mix auf 100% */
  normalizeMix(): void {
    const total = ENERGY_SOURCES.reduce((s, src) => s + this.getVariable(src.id), 0)
    if (total > 0) {
      for (const src of ENERGY_SOURCES) {
        this.state.variables[src.id] = Math.round(this.getVariable(src.id) / total * 100)
      }
    }
  }

  compute() {
    const mix: Record<string, number> = {}
    for (const src of ENERGY_SOURCES) {
      mix[src.id] = this.getVariable(src.id)
    }
    const result = computeMixResult(mix)
    this.state.results = result
    return result as unknown as Record<string, number>
  }

  protected onVariableChange(): void {
    this.compute()
  }
}