Decision support and Op0misa0on for policy making Michela - - PowerPoint PPT Presentation

Decision ¡support ¡and ¡ Op0misa0on ¡for ¡policy ¡making ¡

Michela ¡Milano ¡ Università ¡di ¡Bologna ¡

Policy ¡making ¡process ¡

Public ¡policy ¡issues ¡are ¡extremely ¡complex, ¡occur ¡in ¡rapidly ¡ changing ¡and ¡uncertain ¡environments, ¡and ¡involve ¡conflicts ¡ among ¡different ¡interests. ¡ ¡ ICT ¡is ¡an ¡important ¡instrument ¡for ¡helping ¡governance ¡and ¡ policy ¡making: ¡

agent-­‑based ¡simula0on, ¡ ¡ visualiza0on, ¡ ¡

• pinion ¡mining, ¡ ¡
• p0miza0on ¡ ¡

Large ¡space ¡for ¡improvement ¡

• We ¡focus ¡on ¡energy ¡policies ¡as ¡an ¡example ¡

¡ ¡ ¡ ¡

Policy ¡making ¡process ¡

Four ¡steps ¡in ¡the ¡policy ¡ making ¡process: ¡ ¡

Tradi0onally ¡performed ¡in ¡ sequence ¡ BeNer ¡if ¡integrated ¡and ¡ supported ¡by ¡ICT ¡tools ¡

Planning ¡phase ¡

In ¡the ¡planning ¡step, ¡strategic ¡objec0ves ¡are ¡ set, ¡budget ¡constraints ¡are ¡defined, ¡geo-­‑ physical ¡constraints ¡are ¡considered. ¡ ¡ Energy ¡plan: ¡regional ¡level ¡

Perceive ¡the ¡EU ¡direc0ve ¡20-­‑20-­‑20 ¡

• 20% ¡reduc0on ¡of ¡CO2 ¡emissions ¡
• 20% ¡of ¡energy ¡produced ¡by ¡renewable ¡sources ¡
• 20% ¡increase ¡of ¡energy ¡efficiency ¡

Planning ¡phase ¡

Energy ¡objec0ve ¡Emilia ¡Romagna ¡Region ¡ ¡ Total ¡requirement ¡for ¡2013: ¡177 ¡kToe ¡(Tonnes ¡

• f ¡Oil ¡Equivalent) ¡of ¡electrical ¡Energy ¡from ¡

renewables ¡

2010 2020 energy savings 2013 energy requirements for 2013 20% from renewable sources

Planning ¡phase ¡

Energy ¡efficiency: ¡

Biomasses ¡produce ¡energy ¡24 ¡hours ¡a ¡day ¡ Photovoltaic ¡only ¡during ¡the ¡day ¡ Wind ¡energy ¡occasionally ¡

Different ¡ra0o: ¡installed ¡MW ¡power/ ¡Toe ¡of ¡ energy ¡produced ¡in ¡Emilia ¡Romagna ¡ ¡ ¡

Source Power (MW) Energy (TOE) Biomasses 1 0.602 Wind generators 1 0.12875 Hydroelectric 1 0.2235 Photovoltaic 1 0.10317 Thermodynamic solar 1 0.1

Planning ¡phase ¡

(Primary ¡and ¡Secondary) ¡Ac0vi0es ¡in ¡a ¡plan: ¡they ¡ both ¡have ¡impact ¡on ¡the ¡environment ¡ (considered ¡in ¡the ¡Assessement ¡phase) ¡and ¡have ¡ a ¡cost ¡ Constraints ¡on ¡impacts, ¡costs, ¡geo-­‑physical ¡ characteris0cs ¡ Building ¡a ¡plan ¡means ¡solving ¡an ¡op0miza0on ¡

• problem. ¡

Mu0ple ¡Objec0ve ¡func0ons: ¡min ¡cost ¡and ¡max ¡air ¡ quality ¡ Linear ¡constraints ¡if ¡we ¡do ¡not ¡consider ¡synergies ¡ between ¡pressures/receptors ¡

Model ¡

Ac0vi0es ¡are ¡decision ¡vars ¡and ¡have ¡bounds ¡ Ac0vi0es ¡have ¡a ¡cost ¡that ¡is ¡constrained ¡by ¡a ¡ budget ¡

• Ac0vi0es ¡producing ¡energy ¡should ¡produce ¡a ¡

minimum ¡amount ¡of ¡energy ¡ ¡ ¡

∀i, Li ≤ ai ≤Ui

B a c

i i i

≤

∑

ei

i

∑ ai ≥ Eplan

Primary/Secondary ¡Ac7vi7es ¡

• Energy ¡plan: ¡primary ¡ac0vi0es ¡are ¡those ¡

producing ¡energy ¡

• In ¡order ¡to ¡implement ¡primary ¡ac0vi0es, ¡other ¡

ac0vi0es ¡are ¡necessary ¡ ¡ ¡ ¡

• secondary ¡ac0vi0es ¡may ¡also ¡have ¡impact ¡on ¡the ¡

environment! ¡

i P A i ij j S

a d = a , A j

∑

∈

∈ ∀

Pareto ¡front ¡

• 500
• 400
• 300
• 200
• 100

100 200 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 4000 Experts' Plan Pareto

Quality of air Cost (M€)

Environmental ¡Assessment ¡

Understand ¡the ¡impact ¡of ¡ac0vi0es ¡contained ¡in ¡ the ¡plan ¡on ¡the ¡environment ¡ Now ¡performed ¡manually ¡and ¡acer ¡the ¡planning ¡ step ¡is ¡concluded: ¡only ¡correc0ve ¡ countermeasures ¡ Coaxial ¡matrices ¡linking ¡units ¡of ¡ac0vi0es ¡on ¡their ¡ impact ¡on ¡environmental ¡pressures ¡and ¡ pressures ¡to ¡receptors ¡

co-­‑axial ¡matrices ¡

Ac7vi7es ¡

M

Pressures

N

Receptors ¡

co-­‑axial ¡matrices ¡

Ac7vi7es ¡

M

Pressures

N

Receptors ¡ Ac7vi7es ¡(93) ¡

sewers ¡ aqueducts ¡ wind ¡generators ¡ roads ¡ bridges ¡ dams ¡ mines ¡ wells ¡ movement ¡of ¡dangerous ¡ ¡ ¡material ¡ informa7on ¡systems ¡ .... ¡

co-­‑axial ¡matrices ¡

Ac7vi7es ¡

M

Pressures

N

Receptors ¡ Pressures

NEGATIVE: (29)

energy consumption water consumption modification of water flows dispersion of dangerous material production of waste

• prod. smells
• prod. noise
• prod. electromagnetic fields

risk of accidents ...

POSITIVE: (19)

creation of work opportunities reduction of pollution creation of new ecosystems savings of natural resources ...

co-­‑axial ¡matrices ¡

Ac7vi7es ¡

M

Pressures

N

Receptors ¡ Receptors ¡(23) ¡

Stability ¡of ¡riverbeds ¡ Quality ¡of ¡sea ¡ Quality ¡of ¡river ¡waters ¡ Quality ¡of ¡underground ¡water ¡ Quality ¡of ¡atmosphere ¡ Human ¡wellbeing ¡ Quality ¡of ¡ ¡landscapes ¡ Availability ¡of ¡energy ¡ Value ¡of ¡cultural ¡heritage ¡ .... ¡

co-­‑axial ¡matrices ¡

Ac7vi7es ¡ Pressures

N

Receptors ¡

M

H ¡ M ¡ L ¡ Industrial ¡transforma7ons ¡ Gas ¡emissions ¡ H ¡ M ¡ L ¡

• Creat. ¡work ¡opport. ¡

Strategic ¡Environmental ¡Assessment ¡

• Qualita0ve ¡values ¡converted ¡into ¡

numerical ¡values, ¡suggested ¡by ¡the ¡expert ¡

• Given ¡a ¡vector ¡of ¡ac0vi0es, ¡compute ¡

pressures ¡as ¡ ¡

• and ¡receptors ¡as ¡

∀ j , p j= ∑ i m j

i ai

H ¡ M ¡ L ¡ H ¡ M ¡ L ¡ 0.75 ¡ 0.5 ¡ 0.25 ¡

• ­‑0.25 ¡
• ­‑0.5 ¡
• ­‑0.75 ¡

∀ j ,r j= ∑ i n j

i pi

Limitation of ground subsidence Stability of embankments Stability of coastal waters Stability of the banks or river beds Soil quality Quality of the water of seas Quality of inland surface waters Quality groundwater Quality of air Quality of climate Wellness of terrestrial vegetation Wellness of wildlife Wellness aquatic plants Wellness and health of mankind Quality of sensitive landscapes Cultural/historical heritage value

• Accessib. of recreation resources

Water availability Availability of fertile land Lithoid resource availability Energy availability

• Availab. of productive resources

Value of material goods

• 4000
• 3000
• 2000
• 1000

1000 2000 3000 4000 5000

Implementa7on ¡phase ¡

¡

Acer ¡the ¡planning ¡and ¡environmental ¡ assessment ¡steps, ¡policy ¡makers ¡should ¡ transform ¡plans ¡into ¡ac0ons. ¡ Many ¡instruments ¡for ¡implemen0ng ¡a ¡policy: ¡ in ¡the ¡energy ¡case ¡we ¡have, ¡to ¡name ¡a ¡few: ¡

Grants ¡ ¡ Feed ¡in ¡taxes ¡ Fiscal ¡Incen0ves ¡ Tax ¡exemp0on ¡ Green ¡cer0ficates….. ¡

Implementa7on ¡phase ¡

¡

Each ¡instrument ¡has ¡a ¡cost ¡and ¡its ¡“quan0ty” ¡ can ¡be ¡decided. ¡ The ¡ques0on ¡is: ¡which ¡instrument ¡to ¡choose ¡ and ¡in ¡which ¡amount ¡to ¡achieve ¡the ¡planned ¡ regional ¡objec0ve ¡

The ¡plants ¡are ¡installed ¡by ¡ci0zens ¡and ¡enterprises ¡

We ¡need ¡to ¡understand ¡the ¡social ¡reac7on ¡to ¡ policy ¡instruments: ¡social ¡simulator ¡

Simulated ¡PV ¡adop0on ¡

Basic ¡Agent ¡Decision ¡Hypotheses ¡

Loca0on ¡influences ¡the ¡PV ¡decision ¡ Financial ¡issues ¡affect ¡the ¡PV ¡decision, ¡and ¡also ¡ act ¡as ¡restric0ve ¡element ¡ Other ¡main ¡parameters ¡affec0ng ¡the ¡PV ¡decision ¡ (Jager2006): ¡

iden0ty ¡(environmental ¡sensi0vity) ¡ feeling ¡of ¡belongingness ¡to ¡a ¡group ¡ feeling ¡of ¡freedom ¡ importance ¡of ¡crea0on ¡to ¡agent ¡ trust ¡in ¡the ¡government ¡and ¡future ¡ perceived ¡bureaucracy ¡

Ques0on ¡

How ¡to ¡combine ¡simula0on ¡with ¡op0miza0on, ¡ namely ¡Planning ¡with ¡implementa0on? ¡

Integra0ons ¡

¡ ¡ ¡ ¡Machine ¡learning ¡based ¡interac7on ¡ The ¡simulator ¡is ¡used ¡as ¡training ¡ set ¡generator ¡and ¡a ¡machine ¡ learning ¡component ¡learns ¡the ¡ rela0on ¡between ¡instrument ¡and ¡ installed ¡power ¡that ¡is ¡inserted ¡in ¡ the ¡op0miza0on ¡model ¡

Integra0ons ¡

Benders ¡like ¡interac7on ¡ The ¡simulator ¡is ¡used ¡to ¡ check ¡the ¡feasibility ¡of ¡a ¡ solu0on ¡proposed ¡by ¡the ¡

• p0miza0on ¡component ¡

A ¡number ¡of ¡open ¡ques7ons ¡

¡ Which ¡outcome ¡from ¡simulators ¡(stability) ¡ Acceptability ¡by ¡policy ¡makers ¡ Future ¡

Concentrate ¡on ¡interes0ng ¡points ¡and ¡increase ¡ simula0on ¡there ¡ Mix ¡the ¡learning ¡and ¡the ¡Benders ¡like ¡interac0on ¡ Mechanism ¡design ¡ How ¡to ¡integrate ¡par0cipa0on ¡in ¡the ¡process ¡in ¡the ¡ policy ¡making ¡process ¡ Businness ¡models ¡

¡ ¡ ¡

Thank ¡you! ¡