Simulace.info - User contributions [en]

Vývoj sítě dobíjecích stanic

2023-06-12T21:55:17Z

Kott03:

{{DISPLAYTITLE: Vývoj sítě dobíjecích stanic (Vensim)}}
'''Název simulace:''' Vývoj sítě dobíjecích stanic pro elektromobily v ČR

'''Autor:''' Bc. Tomáš Koťara, kott03

'''Typ modelu:''' Systémová dynamika

'''Modelovací nástroj:''' [http://vensim.com/ Vensim]

=Definice problému=
V České republice roste počet elektromobilů. Ty je nutné dobíjet a i když počet dobíjecích stanice roste, díky legislativním brzdným silám, jenž způsobuje pomalé povolování staveb dobíjejích stanic, může nastat problém s nedostupností dobíjecích stanic. V souvislosti s rychlým nárůstem popularity elektromobilů se vyskytuje stále naléhavější problém efektivního a udržitelného nabíjení. Dobíjecí stanice pro elektromobily představují kritický prvek v infrastruktuře pro podporu těchto vozidel. Zatímco elektromobily jsou klíčové pro přechod k udržitelnějšímu dopravnímu systému, jejich rostoucí počet klade také nové nároky na elektrickou síť a spotřebu energie. Problém spočívá v identifikaci, jak faktory jako počet dobíjecích stanic, počet elektromobilů, rychlost nabíjení (kapacita baterií), marketingové akce a dostupnost energie (výkonu) ovlivňují spotřebu energie při nabíjení elektromobilů na veřejných dobíjecích stanicích. Tato problematika je složitá a dynamická, proto je její modelování a simulace náročná. Pomocí Vensimu lze tato problematika analyzovat a pochopit, jak jednotlivé faktory ovlivňují celkovou spotřebu energie. Simulace tak může poskytnout informace pro rozhodování o rozvoji infrastruktury pro dobíjení elektromobilů, plánování kapacity energie a strategiích pro řízení spotřeby energie.

=Metoda=
Cílem simulace je vytvořit zjednodušený model simulace, který bude ilustrovat poptávku a nabídku po dobíjecích stanicích v České republice. Podle nastavených parametrů lze sledovat budoucí vývoj a zjistit, kdy nastane nedostatek nabíjecích stanic. Jelikož budeme simulovat budoucí hodnotu, která je závislá na několika dalších proměnných byl pro implementaci zvolen nástroj Vensim, který je vhodný pro tento typ simulace.

=Model=
Model sleduje po hodinách období jednoho týdne, kdy se zpravidla uskuteční nabíjecí cyklus elektromobilu, alespoň jedenkrát.

Výchozí hodnoty o nabíjeích stanicích pochází z dat Ministerstvem průmyslu a obchodu. Data o elektromobilech pochází z portálu Čistá doprava od Centra dopravního výzkumu. Data jsou za rok 2022.

Diagram kauzálních smyček je následující.
[[File:kott03-kauzalni-smycky.png|thumb|center|850px||Obrázek 1: Diagram kauzálních smyček]]

Model kauzálních smyček byl následně přetvořen do stack and flow diagramu.
[[File:kott03-stack.png|thumb|center|850px||Obrázek 2: Stock and flow diagram]]

=Proměnné modelu=

Nastavení modelu je následující:

• '''Units for Time''' = Hour

• '''INITIAL TIME''' = 0

• '''FINAL TIME''' = 168

• '''TIME STEP''' = 1

Proměnné modelu jsou nastaveny následovně:

• '''Dobíjecí stanice ACDC''' = 49893 kW [https://www.mpo.cz/cz/energetika/statistika/statistika-a-evidence-cerpacich-a-dobijecich-stanic/seznam-verejnych-dobijecich-stanic-_-stav-k-31--12--2022--271957/ Zdroj]

• '''Dobíjecí stanice DC''' = 9069 kW [https://www.mpo.cz/cz/energetika/statistika/statistika-a-evidence-cerpacich-a-dobijecich-stanic/seznam-verejnych-dobijecich-stanic-_-stav-k-31--12--2022--271957/ Zdroj]

• '''Dobíjecí stanice AC''' = 23689 kW [https://www.mpo.cz/cz/energetika/statistika/statistika-a-evidence-cerpacich-a-dobijecich-stanic/seznam-verejnych-dobijecich-stanic-_-stav-k-31--12--2022--271957/ Zdroj]

• '''Dostupný výkon veřejných dobíjecích stanic''' = (Dobíjecí stanice AC+Dobíjecí stanice ACDC+Dobíjecí stanice DC)/Marketingová akce (Dostupný výkon ze všech dobíjecích stanic ovlivněný marketingovou akcí, která dostupný výkon může snížit)

• '''Dostupná energie''' = Dostupný výkon veřejných dobíjecích stanic+IF THEN ELSE( Dobíjecí stanice>0 , Dobíjecí stanice*Přenesený výkon , 0 ) (Dostupná energie, ovlivněná přeneseným výkonem, jenž mohl nastat z minulého období, při nevyužití)

• '''Marketingová akce''' = RANDOM UNIFORM( 1 , 2 , 0.5 ) (Váha marketingové akce v intervalu od jedné do dvou)

• '''Účinnost dobíjecí stanice''' = RANDOM UNIFORM( 0.85 , 0.95 , 0.01 ) (Účinnost dobíjecí stanice, dle výrobců, se pohybuje v intervalu od 85% do 95%) [https://www.cistadoprava.cz/tiskove-zpravy/v-cesku-jezdi-14-316-osobnich-elektromobilu-77-je-registrovano-na-firmy/ Zdroj]

• '''Kapacita baterie''' = RANDOM UNIFORM( 17 , 123 , 10 ) (Kapacita baterie, kdy elektromobily v současné době mají nejmenší 17 kW a největší 123 kW) [https://www.cistadoprava.cz/tiskove-zpravy/v-cesku-jezdi-14-316-osobnich-elektromobilu-77-je-registrovano-na-firmy/ Zdroj]

• '''Nabíjení''' = (Kapacita baterie/Účinnost dobíjecí stanice)*Nutnost dobíjet (Kapacita baterie dělena účinností značí spotřebu energie násobenou nutností nabíjet během týdne)

• '''Počet elektromobilů''' = 14316 (Počet elektromobilů v ČR za rok 2022) [https://www.cistadoprava.cz/tiskove-zpravy/v-cesku-jezdi-14-316-osobnich-elektromobilu-77-je-registrovano-na-firmy/ Zdroj]

• '''Denní doba''' = RANDOM UNIFORM( 1 , 3 , 1 ) (Náhodná hodnota simulující denní dobu a tudíž obvyklý čas nabíjení elektromobilu)

• '''Nutnost dobíjet''' = Počet elektromobilů*RANDOM UNIFORM( 0.001 , 0.003 , 0.001 )*Denní doba*Marketingová akce (Simuluje nutnost dobíjet elektromobil, dle denní doby, marketingové akce a počtu elektromobilů)

• '''Nabíjení''' = (Kapacita baterie/Účinnost dobíjecí stanice)*Nutnost dobíjet (Zobrazuje celkovou spotřebu při nabíjení v závisloti na zdrojových proměnných)

• '''Odchozí energie''' = Nabíjení+IF THEN ELSE( Dobíjecí stanice<0 , ABS( Dobíjecí stanice*Přenesený výkon ) , 0 ) (Zobrazuje celkovou odchozí energii)

• '''Přenesený výkon''' = RANDOM UNIFORM( 0.01 , 0.05 , 0.01 ) (Udává procentuální hodnotu, jenž se přenese do dalšího období)

• '''Dobíjecí stanice''' = Dostupná energie-Odchozí energie (Udává bilanci mezi dostupnou a odebíranou el. enerigií)

=Výsledky=

Po spuštění simulace s výchozími hodnotami model zobrazuje nutnost dobíjet v čase u elektromobilů v intervalu od 20 do 220.

[[File:kott03-nutnost-dobijet.png|thumb|center|850px||Obrázek 3: Nutnost dobíjet]]

Graf zobrazuje celkovou energii potřebnou pro nabití v daném čase.

[[File:kott03-nabijeni.png|thumb|center|850px||Obrázek 4: Nabíjení]]

Graf zobrazuje celkovou energii potřebnou pro nabití v daném čase spolu s přeneseným výkonem.

[[File:kott03-clk-odchozi.png|thumb|center|850px||Obrázek 5: Celková odchozí energie]]

Graf zobrazuje celkový dostupný výkon poskytovaný dobíjecími stanicemi.

[[File:kott03-dostupny-vykon.png|thumb|center|850px||Obrázek 6: Dostupný výkon]]

Graf zobrazuje celkovou dostupnou energii poskytovanou dobíjecími stanicemi včetně přeneseného výkonu.

[[File:kott03-dost-energie.png|thumb|center|850px||Obrázek 7: Dostupná energie]]

Graf zobrazuje situaci na modelu, kdy v čase odchází a přichází el. energie. Nabíjecí stanice mají dostatečnou rezervu. Vzniká přebytková energie.

[[File:dobijeci-stanice.png|thumb|center|850px||Obrázek 8: Dobíjecí stanice]]

V případě změny hodnot na straně počtu elektromobiů. V modelu x10 na desetinásobek, v modelu x2 na dvojnásobek. V modelu x10 se počet dobíjecích stanic jeví v půlce týdne jako nedostatečný.

[[File:kott03-vyvoj-stanic.png|thumb|center|850px||Obrázek 9: Vývoj dobíjecích stanic v různých počtech el. automobilů]]

V případě snížení počtu dobíjecích stanic o polovinu dojde k mírnému snížení přebytkové energie.

[[File:vyvoj-dobijecek.png|thumb|center|850px||Obrázek 10: Vývoj dobíjecích stanic ve sníženém počtu dobíjecích stanic]]

Pokud manipulujeme se vstupními hodnotami, systém vykazuje nedostatky, při vyšších násobcích úvodních proměnných. Ve zkušebních simulacích se následně ukázalo, že model dokáže odbavit okolo 120 000 elektromobilů.

[[File:kott03-max-aut.png|thumb|center|850px||Obrázek 11: Maximum el. automobilů]]

=Závěr=
Po provedení naší detailní simulace v softwaru Vensim se ukázalo, že současná infrastruktura nabíjecích stanic v našem modelovaném regionu je schopna uspokojivě obsloužit cca 120 000 elektromobilů. Tento výsledek vychází z několika proměnných, včetně kapacity baterií, kapacity jednotlivých stanic a celkového počtu stanic v daném regionu. V porovnání s tím, že v ČR dnes jezdí okolo 6 000 000 [https://portal.sda-cia.cz/stat.php?v#str=vpp Zdroj] konvenčních automobilů bude nunté do budoucna zrychlit výstavbu dobícejích stanic.

Z naší simulace však vyplývá, že jakmile se počet elektromobilů přiblíží nebo překročí tuto hranici, dochází ke stále častějším situacím, kdy nabíjecí stanice nejsou schopny udržet krok s poptávkou. Toto může způsobovat značné nepříjemnosti pro uživatele elektromobilů, včetně delších čekacích dob a potenciálně i nedostatečného dojezdu.

Při současném trendu rychlého růstu počtu elektromobilů tedy doporučujeme zvýšit investice do infrastruktury nabíjecích stanic. Je důležité, aby kapacita infrastruktury rostla minimálně stejnou rychlostí jako počet elektromobilů. To by mělo zabránit vzniku problémů, které by mohly bránit dalšímu růstu a adopci elektromobility.

Tato simulace je pouze nástrojem k orientačnímu plánování a předpovědi. Je důležité si uvědomit, že skutečné výsledky se mohou lišit v závislosti na řadě faktorů, včetně rychlosti technologických inovací, změn v legislativě, ekonomických trendů a dalších. Proto doporučujeme pravidelně aktualizovat a přezkoumávat naše modely a předpovědi. Výsledky simulace jsou pouze ilustrativní a vycházejí z vypočítaných proměnných. Jelikož pracujeme se zjednodušeným modelem je nutné brát výsledky simulace jako hrubý odhad.

=Kód=
• [[File:Kott03Vensim.zip]]

=Zdroje=
• [https://www.cistadoprava.cz/tiskove-zpravy/v-cesku-jezdi-14-316-osobnich-elektromobilu-77-je-registrovano-na-firmy/ Čistá doprava]

• [https://www.mpo.cz/cz/energetika/statistika/statistika-a-evidence-cerpacich-a-dobijecich-stanic/seznam-verejnych-dobijecich-stanic-_-stav-k-31--12--2022--271957/ MPO]

• [https://portal.sda-cia.cz/stat.php?v#str=vpp SDA]

• [https://portal.sda-cia.cz/stat.php?v#str=vpp SDA]

SS 2022/2023/cs

2023-06-12T21:54:35Z

2023-06-12T20:43:44Z

Kott03:

File:Kott03-clk-odchozi.png

2023-06-12T20:39:37Z

Kott03: Celková odchozí energie ze soustavy

== Summary ==
Celková odchozí energie ze soustavy

File:Kott03-nabijeni.png

2023-06-12T20:36:50Z

Kott03: Nabíjení

== Summary ==
Nabíjení

Vývoj sítě dobíjecích stanic

2023-06-12T20:35:22Z

Kott03:

{{DISPLAYTITLE: Vývoj sítě dobíjecích stanic (Vensim)}}
'''Název simulace:''' Vývoj sítě dobíjecích stanic v ČR

'''Autor:''' Bc. Tomáš Koťara, kott03

'''Typ modelu:''' Systémová dynamika

'''Modelovací nástroj:''' [http://vensim.com/ Vensim]

=Definice problému=
V České republice roste počet elektromobilů. Ty je nutné dobíjet a i když počet dobíjecích stanice roste, díky legislativním brzdným silám, jenž způsobuje pomalé povolování staveb dobíjejích stanic, může nastat problém s nedostupností dobíjecích stanic. V souvislosti s rychlým nárůstem popularity elektromobilů se vyskytuje stále naléhavější problém efektivního a udržitelného nabíjení. Dobíjecí stanice pro elektromobily představují kritický prvek v infrastruktuře pro podporu těchto vozidel. Zatímco elektromobily jsou klíčové pro přechod k udržitelnějšímu dopravnímu systému, jejich rostoucí počet klade také nové nároky na elektrickou síť a spotřebu energie. Problém spočívá v identifikaci, jak faktory jako počet dobíjecích stanic, počet elektromobilů, rychlost nabíjení (kapacita baterií), marketingové akce a dostupnost energie (výkonu) ovlivňují spotřebu energie při nabíjení elektromobilů na veřejných dobíjecích stanicích. Tato problematika je složitá a dynamická, proto je její modelování a simulace náročná. Pomocí Vensimu lze tato problematika analyzovat a pochopit, jak jednotlivé faktory ovlivňují celkovou spotřebu energie. Simulace tak může poskytnout informace pro rozhodování o rozvoji infrastruktury pro dobíjení elektromobilů, plánování kapacity energie a strategiích pro řízení spotřeby energie.

=Metoda=
Cílem simulace je vytvořit zjednodušený model simulace, který bude ilustrovat poptávku a nabídku po dobíjecích stanicích v České republice. Podle nastavených parametrů lze sledovat budoucí vývoj a zjistit, kdy nastane nedostatek nabíjecích stanic. Jelikož budeme simulovat budoucí hodnotu, která je závislá na několika dalších proměnných byl pro implementaci zvolen nástroj Vensim, který je vhodný pro tento typ simulace.

=Model=
Model sleduje po hodinách období jednoho týdne, kdy se zpravidla uskuteční nabíjecí cyklus elektromobilu, alespoň jedenkrát.

Výchozí hodnoty o nabíjeích stanicích pochází z dat Ministerstvem průmyslu a obchodu. Data o elektromobilech pochází z portálu Čistá doprava od Centra dopravního výzkumu. Data jsou za rok 2022.

Diagram kauzálních smyček je následující.
[[File:stej40_kauzalni_smycky.png|thumb|center|850px||Obrázek 1: Diagram kauzálních smyček]]

Model kauzálních smyček byl následně přetvořen do stack and flow diagramu.
[[File:stej40_stock_and_flow.png|thumb|center|850px||Obrázek 2: Stock and flow diagram]]

=Proměnné modelu=

Nastavení modelu je následující:

• '''Units for Time''' = Hour

• '''INITIAL TIME''' = 0

• '''FINAL TIME''' = 168

• '''TIME STEP''' = 1

Proměnné modelu jsou nastaveny následovně:

• '''Dobíjecí stanice ACDC''' = 49893 kW [https://www.mpo.cz/cz/energetika/statistika/statistika-a-evidence-cerpacich-a-dobijecich-stanic/seznam-verejnych-dobijecich-stanic-_-stav-k-31--12--2022--271957/ Zdroj]

• '''Dobíjecí stanice DC''' = 9069 kW [https://www.mpo.cz/cz/energetika/statistika/statistika-a-evidence-cerpacich-a-dobijecich-stanic/seznam-verejnych-dobijecich-stanic-_-stav-k-31--12--2022--271957/ Zdroj]

• '''Dobíjecí stanice AC''' = 23689 kW [https://www.mpo.cz/cz/energetika/statistika/statistika-a-evidence-cerpacich-a-dobijecich-stanic/seznam-verejnych-dobijecich-stanic-_-stav-k-31--12--2022--271957/ Zdroj]

• '''Dostupný výkon veřejných dobíjecích stanic''' = (Dobíjecí stanice AC+Dobíjecí stanice ACDC+Dobíjecí stanice DC)/Marketingová akce (Dostupný výkon ze všech dobíjecích stanic ovlivněný marketingovou akcí, která dostupný výkon může snížit)

• '''Dostupná energie''' = Dostupný výkon veřejných dobíjecích stanic+IF THEN ELSE( Dobíjecí stanice>0 , Dobíjecí stanice*Přenesený výkon , 0 ) (Dostupná energie, ovlivněná přeneseným výkonem, jenž mohl nastat z minulého období, při nevyužití)

• '''Marketingová akce''' = RANDOM UNIFORM( 1 , 2 , 0.5 ) (Váha marketingové akce v intervalu od jedné do dvou)

• '''Účinnost dobíjecí stanice''' = RANDOM UNIFORM( 0.85 , 0.95 , 0.01 ) (Účinnost dobíjecí stanice, dle výrobců, se pohybuje v intervalu od 85% do 95%) [https://www.cistadoprava.cz/tiskove-zpravy/v-cesku-jezdi-14-316-osobnich-elektromobilu-77-je-registrovano-na-firmy/ Zdroj]

• '''Kapacita baterie''' = RANDOM UNIFORM( 17 , 123 , 10 ) (Kapacita baterie, kdy elektromobily v současné době mají nejmenší 17 kW a největší 123 kW) [https://www.cistadoprava.cz/tiskove-zpravy/v-cesku-jezdi-14-316-osobnich-elektromobilu-77-je-registrovano-na-firmy/ Zdroj]

• '''Nabíjení''' = (Kapacita baterie/Účinnost dobíjecí stanice)*Nutnost dobíjet (Kapacita baterie dělena účinností značí spotřebu energie násobenou nutností nabíjet během týdne)

• '''Počet elektromobilů''' = 14316 (Počet elektromobilů v ČR za rok 2022) [https://www.cistadoprava.cz/tiskove-zpravy/v-cesku-jezdi-14-316-osobnich-elektromobilu-77-je-registrovano-na-firmy/ Zdroj]

• '''Denní doba''' = RANDOM UNIFORM( 1 , 3 , 1 ) (Náhodná hodnota simulující denní dobu a tudíž obvyklý čas nabíjení elektromobilu)

• '''Nutnost dobíjet''' = Počet elektromobilů*RANDOM UNIFORM( 0.001 , 0.003 , 0.001 )*Denní doba*Marketingová akce (Simuluje nutnost dobíjet elektromobil, dle denní doby, marketingové akce a počtu elektromobilů)

• '''Nabíjení''' = (Kapacita baterie/Účinnost dobíjecí stanice)*Nutnost dobíjet (Zobrazuje celkovou spotřebu při nabíjení v závisloti na zdrojových proměnných)

• '''Odchozí energie''' = Nabíjení+IF THEN ELSE( Dobíjecí stanice<0 , ABS( Dobíjecí stanice*Přenesený výkon ) , 0 ) (Zobrazuje celkovou odchozí energii)

• '''Přenesený výkon''' = RANDOM UNIFORM( 0.01 , 0.05 , 0.01 ) (Udává procentuální hodnotu, jenž se přenese do dalšího období)

• '''Dobíjecí stanice''' = Dostupná energie-Odchozí energie (Udává bilanci mezi dostupnou a odebíranou el. enerigií)

=Výsledky=
Po spuštění simulace s výchozími hodnotami model zobrazuje nutnost dobíjet v čase u elektromobilů v intervalu od 20 do 220.
[[File:kott03-nutnost-dobijet.png|thumb|center|850px||Obrázek 3: Nutnost dobíjet]]]

Při spuštění simulace s výchozími hodnotami vypadá model následovně. Za první měsíc Česká republika vyprodukuje celkem 10,77 mil tun CO₂. Zlomový měsíc, kdy se ČR zavázalo, že sníží svoje emise o 40 % je měsíc číslo 96 (rok 2030). Při pohledu na graf vidíme, že svůj slib ČR splnila, jelikož svoje emise v 96. měsíci snížila přibližně o 50 %.

Na grafu produkce CO₂ můžeme vidět, že s výchozím poměrem investice přijde razantní změna v produkci mezi 48-50. měsíci (za cca 4-4,2 roku)

Při pohledu na rok 2050 (324. měsíc) už tak optimistické výsledky nedostáváme, protože se produkce oxidu uhličitého nijak víc nesnížila a množství CO₂ v atmosféře se zvyšuje. Slib nulové produkce do roku 2050 tedy Česká republika nesplnila.

[[File:stej40_prvni_vysledky_simulace.png|thumb|center|850px||Obrázek 3: Výsledky první simulace s výchozími hodnotami]]

Pokud bychom chtěli model upravit tak, aby vyhovoval podmínkám Pařížské dohody musíme více investovat do přeměny k obnovitelným zdrojům.

Ještě předtím ale zkusíme zvýšit výsadbu nových lesů a snížit jejich kácení. Uvědomuji si, že těžba dřeva je důležitá proto si ji snížíme z původní hodnoty na 2800 ha měsíčne. Poměr výsadby nových stromů zvýšíme na maximální hodnotu 2500 (obnova po kůrovcové kalamitě). Tím se sníží produkce CO₂ ze zemské půdy a zároveň se díky tomu zvýší podíl fotosyntézy.

Hranice splnění obou podmínek – tedy do roku 2030 snížení emisí o 40 % a do roku 2050 nulový oxid uhličitý nastává při hodnotě investic 0.74. Zvýšením investice se nám sníží i doba přechodu k obnovitelným zdrojům a tím i samotná produkce CO₂.

[[File:vysledky_druhe_simulace.png|thumb|center|850px||Obrázek 4: Výsledky simulace pro splnění podmínek Pařížské dohody]]

=Závěr=
Pokud Česká republika chce dodržet svůj závazek vůči Pařížské dohodě, musí podporovat a investovat více úsilí a financí do oblasti obnovitelných zdrojů energie. Vlivem kůrovcové kalamity musí zároveň více investovat i do výsadby lesů a zkvalitnit tak zemskou půdu, která se bude podílet na fotosyntéze.

Zároveň je potřeba dbát důraz na rychlý přechod k obnovitelným zdrojům, jelikož rok 2030 se nezadržitelně blíží.

Výsledky simulace jsou pouze ilustrativní a vycházejí z vypočítaných proměnných. Jelikož pracujeme se zjednodušeným modelem je nutné brát výsledky simulace jako hrubý odhad.

=Kód=
• [[File:Stej40 model kod.zip]]

=Zdroje=
• [https://faktaoklimatu.cz/infografiky/emise-cr-detail Fakta o klimatu ČR]

• [https://ekolist.cz/cz/zpravodajstvi/zpravy/lesy-cr-loni-s-ustupem-kurovce-snizily-tezbu-dreva-o-petinu Navýšení těžby dřeva kvůli kůrovci]

• [https://vesmir.cz/cz/casopis/archiv-casopisu/2001/cislo-3/puda-bilance-co-2-ovzdusi.html CO2 v zemské půdě]

• [https://is.muni.cz/th/y083r/reserse_BP_Brodecky.pdf Hmotové toky CO2 z půd do venkovní atmosféry - Bakalářská práce]

• [https://www.academia.cz/uploads/media/preview/0001/04/245d428abe01ecf96ef19656e8763b50caa481f2.pdf Degradace půdy a emise skleníkových plynů z půd]

• [https://euractiv.cz/section/energetika/news/cesko-chce-miliardy-na-snizovani-emisi-nad-ramec-koheznich-fondu-eu/ Investice do obnovitelných zdrojů]

• [https://www.kurzy.cz/pdf/eagri.cz/public/web/file/658215/Zprava_o_stavu_lesa_a_lesniho_hospodarstvi_Ceske_republiky_v_roce_2019.pdf Zpráva o stavu lesa za rok 2019]

• [https://www.mzp.cz/cz/parizska_dohoda Pařížská dohoda]

Vývoj sítě dobíjecích stanic

2023-06-12T20:34:23Z

Kott03:

{{DISPLAYTITLE: Vývoj sítě dobíjecích stanic (Vensim)}}
'''Název simulace:''' Vývoj sítě dobíjecích stanic v ČR

'''Autor:''' Bc. Tomáš Koťara, kott03

'''Typ modelu:''' Systémová dynamika

'''Modelovací nástroj:''' [http://vensim.com/ Vensim]

=Definice problému=
V České republice roste počet elektromobilů. Ty je nutné dobíjet a i když počet dobíjecích stanice roste, díky legislativním brzdným silám, jenž způsobuje pomalé povolování staveb dobíjejích stanic, může nastat problém s nedostupností dobíjecích stanic. V souvislosti s rychlým nárůstem popularity elektromobilů se vyskytuje stále naléhavější problém efektivního a udržitelného nabíjení. Dobíjecí stanice pro elektromobily představují kritický prvek v infrastruktuře pro podporu těchto vozidel. Zatímco elektromobily jsou klíčové pro přechod k udržitelnějšímu dopravnímu systému, jejich rostoucí počet klade také nové nároky na elektrickou síť a spotřebu energie. Problém spočívá v identifikaci, jak faktory jako počet dobíjecích stanic, počet elektromobilů, rychlost nabíjení (kapacita baterií), marketingové akce a dostupnost energie (výkonu) ovlivňují spotřebu energie při nabíjení elektromobilů na veřejných dobíjecích stanicích. Tato problematika je složitá a dynamická, proto je její modelování a simulace náročná. Pomocí Vensimu lze tato problematika analyzovat a pochopit, jak jednotlivé faktory ovlivňují celkovou spotřebu energie. Simulace tak může poskytnout informace pro rozhodování o rozvoji infrastruktury pro dobíjení elektromobilů, plánování kapacity energie a strategiích pro řízení spotřeby energie.

=Metoda=
Cílem simulace je vytvořit zjednodušený model simulace, který bude ilustrovat poptávku a nabídku po dobíjecích stanicích v České republice. Podle nastavených parametrů lze sledovat budoucí vývoj a zjistit, kdy nastane nedostatek nabíjecích stanic. Jelikož budeme simulovat budoucí hodnotu, která je závislá na několika dalších proměnných byl pro implementaci zvolen nástroj Vensim, který je vhodný pro tento typ simulace.

=Model=
Model sleduje po hodinách období jednoho týdne, kdy se zpravidla uskuteční nabíjecí cyklus elektromobilu, alespoň jedenkrát.

Výchozí hodnoty o nabíjeích stanicích pochází z dat Ministerstvem průmyslu a obchodu. Data o elektromobilech pochází z portálu Čistá doprava od Centra dopravního výzkumu. Data jsou za rok 2022.

Diagram kauzálních smyček je následující.
[[File:stej40_kauzalni_smycky.png|thumb|center|850px||Obrázek 1: Diagram kauzálních smyček]]

Model kauzálních smyček byl následně přetvořen do stack and flow diagramu.
[[File:stej40_stock_and_flow.png|thumb|center|850px||Obrázek 2: Stock and flow diagram]]

=Proměnné modelu=

Nastavení modelu je následující:

• '''Units for Time''' = Hour

• '''INITIAL TIME''' = 0

• '''FINAL TIME''' = 168

• '''TIME STEP''' = 1

Proměnné modelu jsou nastaveny následovně:

• '''Dobíjecí stanice ACDC''' = 49893 kW [https://www.mpo.cz/cz/energetika/statistika/statistika-a-evidence-cerpacich-a-dobijecich-stanic/seznam-verejnych-dobijecich-stanic-_-stav-k-31--12--2022--271957/ Zdroj]

• '''Dobíjecí stanice DC''' = 9069 kW [https://www.mpo.cz/cz/energetika/statistika/statistika-a-evidence-cerpacich-a-dobijecich-stanic/seznam-verejnych-dobijecich-stanic-_-stav-k-31--12--2022--271957/ Zdroj]

• '''Dobíjecí stanice AC''' = 23689 kW [https://www.mpo.cz/cz/energetika/statistika/statistika-a-evidence-cerpacich-a-dobijecich-stanic/seznam-verejnych-dobijecich-stanic-_-stav-k-31--12--2022--271957/ Zdroj]

• '''Dostupný výkon veřejných dobíjecích stanic''' = (Dobíjecí stanice AC+Dobíjecí stanice ACDC+Dobíjecí stanice DC)/Marketingová akce (Dostupný výkon ze všech dobíjecích stanic ovlivněný marketingovou akcí, která dostupný výkon může snížit)

• '''Dostupná energie''' = Dostupný výkon veřejných dobíjecích stanic+IF THEN ELSE( Dobíjecí stanice>0 , Dobíjecí stanice*Přenesený výkon , 0 ) (Dostupná energie, ovlivněná přeneseným výkonem, jenž mohl nastat z minulého období, při nevyužití)

• '''Marketingová akce''' = RANDOM UNIFORM( 1 , 2 , 0.5 ) (Váha marketingové akce v intervalu od jedné do dvou)

• '''Účinnost dobíjecí stanice''' = RANDOM UNIFORM( 0.85 , 0.95 , 0.01 ) (Účinnost dobíjecí stanice, dle výrobců, se pohybuje v intervalu od 85% do 95%) [https://www.cistadoprava.cz/tiskove-zpravy/v-cesku-jezdi-14-316-osobnich-elektromobilu-77-je-registrovano-na-firmy/ Zdroj]

• '''Kapacita baterie''' = RANDOM UNIFORM( 17 , 123 , 10 ) (Kapacita baterie, kdy elektromobily v současné době mají nejmenší 17 kW a největší 123 kW) [https://www.cistadoprava.cz/tiskove-zpravy/v-cesku-jezdi-14-316-osobnich-elektromobilu-77-je-registrovano-na-firmy/ Zdroj]

• '''Nabíjení''' = (Kapacita baterie/Účinnost dobíjecí stanice)*Nutnost dobíjet (Kapacita baterie dělena účinností značí spotřebu energie násobenou nutností nabíjet během týdne)

• '''Počet elektromobilů''' = 14316 (Počet elektromobilů v ČR za rok 2022) [https://www.cistadoprava.cz/tiskove-zpravy/v-cesku-jezdi-14-316-osobnich-elektromobilu-77-je-registrovano-na-firmy/ Zdroj]

• '''Denní doba''' = RANDOM UNIFORM( 1 , 3 , 1 ) (Náhodná hodnota simulující denní dobu a tudíž obvyklý čas nabíjení elektromobilu)

• '''Nutnost dobíjet''' = Počet elektromobilů*RANDOM UNIFORM( 0.001 , 0.003 , 0.001 )*Denní doba*Marketingová akce (Simuluje nutnost dobíjet elektromobil, dle denní doby, marketingové akce a počtu elektromobilů)

• '''Nabíjení''' = (Kapacita baterie/Účinnost dobíjecí stanice)*Nutnost dobíjet (Zobrazuje celkovou spotřebu při nabíjení v závisloti na zdrojových proměnných)

• '''Odchozí energie''' = Nabíjení+IF THEN ELSE( Dobíjecí stanice<0 , ABS( Dobíjecí stanice*Přenesený výkon ) , 0 ) (Zobrazuje celkovou odchozí energii)

• '''Přenesený výkon''' = RANDOM UNIFORM( 0.01 , 0.05 , 0.01 ) (Udává procentuální hodnotu, jenž se přenese do dalšího období)

• '''Dobíjecí stanice''' = Dostupná energie-Odchozí energie (Udává bilanci mezi dostupnou a odebíranou el. enerigií)

=Výsledky=
Po spuštění simulace s výchozími hodnotami model zobrazuje nutnost dobíjet v čase u elektromobilů v intervalu od 20 do 220.
[[File:kott03-nutnost-dobijet.png]]

Při spuštění simulace s výchozími hodnotami vypadá model následovně. Za první měsíc Česká republika vyprodukuje celkem 10,77 mil tun CO₂. Zlomový měsíc, kdy se ČR zavázalo, že sníží svoje emise o 40 % je měsíc číslo 96 (rok 2030). Při pohledu na graf vidíme, že svůj slib ČR splnila, jelikož svoje emise v 96. měsíci snížila přibližně o 50 %.

Na grafu produkce CO₂ můžeme vidět, že s výchozím poměrem investice přijde razantní změna v produkci mezi 48-50. měsíci (za cca 4-4,2 roku)

Při pohledu na rok 2050 (324. měsíc) už tak optimistické výsledky nedostáváme, protože se produkce oxidu uhličitého nijak víc nesnížila a množství CO₂ v atmosféře se zvyšuje. Slib nulové produkce do roku 2050 tedy Česká republika nesplnila.

[[File:stej40_prvni_vysledky_simulace.png|thumb|center|850px||Obrázek 3: Výsledky první simulace s výchozími hodnotami]]

Pokud bychom chtěli model upravit tak, aby vyhovoval podmínkám Pařížské dohody musíme více investovat do přeměny k obnovitelným zdrojům.

Ještě předtím ale zkusíme zvýšit výsadbu nových lesů a snížit jejich kácení. Uvědomuji si, že těžba dřeva je důležitá proto si ji snížíme z původní hodnoty na 2800 ha měsíčne. Poměr výsadby nových stromů zvýšíme na maximální hodnotu 2500 (obnova po kůrovcové kalamitě). Tím se sníží produkce CO₂ ze zemské půdy a zároveň se díky tomu zvýší podíl fotosyntézy.

Hranice splnění obou podmínek – tedy do roku 2030 snížení emisí o 40 % a do roku 2050 nulový oxid uhličitý nastává při hodnotě investic 0.74. Zvýšením investice se nám sníží i doba přechodu k obnovitelným zdrojům a tím i samotná produkce CO₂.

[[File:vysledky_druhe_simulace.png|thumb|center|850px||Obrázek 4: Výsledky simulace pro splnění podmínek Pařížské dohody]]

=Závěr=
Pokud Česká republika chce dodržet svůj závazek vůči Pařížské dohodě, musí podporovat a investovat více úsilí a financí do oblasti obnovitelných zdrojů energie. Vlivem kůrovcové kalamity musí zároveň více investovat i do výsadby lesů a zkvalitnit tak zemskou půdu, která se bude podílet na fotosyntéze.

Zároveň je potřeba dbát důraz na rychlý přechod k obnovitelným zdrojům, jelikož rok 2030 se nezadržitelně blíží.

Výsledky simulace jsou pouze ilustrativní a vycházejí z vypočítaných proměnných. Jelikož pracujeme se zjednodušeným modelem je nutné brát výsledky simulace jako hrubý odhad.

=Kód=
• [[File:Stej40 model kod.zip]]

=Zdroje=
• [https://faktaoklimatu.cz/infografiky/emise-cr-detail Fakta o klimatu ČR]

• [https://ekolist.cz/cz/zpravodajstvi/zpravy/lesy-cr-loni-s-ustupem-kurovce-snizily-tezbu-dreva-o-petinu Navýšení těžby dřeva kvůli kůrovci]

• [https://vesmir.cz/cz/casopis/archiv-casopisu/2001/cislo-3/puda-bilance-co-2-ovzdusi.html CO2 v zemské půdě]

• [https://is.muni.cz/th/y083r/reserse_BP_Brodecky.pdf Hmotové toky CO2 z půd do venkovní atmosféry - Bakalářská práce]

• [https://www.academia.cz/uploads/media/preview/0001/04/245d428abe01ecf96ef19656e8763b50caa481f2.pdf Degradace půdy a emise skleníkových plynů z půd]

• [https://euractiv.cz/section/energetika/news/cesko-chce-miliardy-na-snizovani-emisi-nad-ramec-koheznich-fondu-eu/ Investice do obnovitelných zdrojů]

• [https://www.kurzy.cz/pdf/eagri.cz/public/web/file/658215/Zprava_o_stavu_lesa_a_lesniho_hospodarstvi_Ceske_republiky_v_roce_2019.pdf Zpráva o stavu lesa za rok 2019]

• [https://www.mzp.cz/cz/parizska_dohoda Pařížská dohoda]

2023-05-07T17:32:46Z

Kott03: Created page with "== Simulace: Vývoj sítě dobíjecích stanic == === Co je úkolem simulovat === Stabilitu dobíjecí sítě pro elektromobily v závislosti na růstu počtu obnovitelných..."

== Simulace: Vývoj sítě dobíjecích stanic ==

=== Co je úkolem simulovat ===

Stabilitu dobíjecí sítě pro elektromobily v závislosti na růstu počtu obnovitelných zdrojů a poklesu výroby elektřiny z tradičních zdrojů. To celé v návaznosti růstu počtu elektromobilů do roku 2035.

=== Cíl simulace ===

Popsat v jakém případě a počtu bude síť dobíjecích stanic v ČR stabilní. Jaké zdroje a v jakém množství nastavit v různé dynamice.

=== Použitá metoda a prostředí ===

Systémová dynamika v programu Vensim

Celá simulace vyjde z podkladových dat Ministerstva průmyslu a obchodu. Viz: [https://www.mpo.cz/cz/energetika/statistika/statistika-a-evidence-cerpacich-a-dobijecich-stanic/]

=== Simulant ===

Tomáš Koťara

[[User:Kott03|Kott03]] ([[User talk:Kott03|talk]]) 19:30, 7 May 2023 (CET)