基于GDIM法的中国民航运输业碳排放因素探讨

2022-03-23庄天玺程小慷孙晓悦

科技和产业 2022年3期

庄天玺，程小慷，郝芮，曾实，孙晓悦

(中国民用航空飞行学院机场学院，四川广汉 618307)

航空运输所产生的碳排放对地球大气环境的影响一直备受关注。中国作为航空运输大国，积极承担国际责任，高度重视民航运输的绿色发展。在全球低碳经济和可持续发展背景下，中国民航运输业为了尽早实现行业节能减排，优化配置民航运输资源以及提高民航运输效率，迫切需要对其碳排放的关键驱动因素及其影响程度进行有效识别与分析，同时也对实现中国低碳发展的目标具有重大意义。

当前国内对民航运输业碳排放影响因素的研究多采用LMDI法，为解决LMDI法因影响因素之间存在依赖性导致分解结果不准确的问题，在此引入Vaninsky[1]提出的GDIM法对影响中国民航运输业碳排放的因素进行分解。GDIM法在kaya恒等式的基础上，构建包含多个绝对因素和多个相对因素的多维因素分解模型，并且对所有因素之间的关联性进行区分，避免出现因素影响力重复计算的弊端，同时还对相关隐含因素的驱动力作出考察，更加全面准确分析各个因素对民航运输业碳排放的影响[2-4]。

1 影响因素的选择与模型构建

1.1 影响因素的选择

民航运输业的碳排放主要是在飞机发动机燃烧燃料的过程中产生的，采取物料衡算的方法，将民航运输业的能源消耗量与能源CO2排放系数相乘计算得出碳排放量[5]。因中国民航飞机的主要消费能源种类为航空煤油，能源CO2排放系数为定值3.15[6]，在选取中国民航运输业碳排放量可能的影响因素时，根据中国民航运输业的基本发展特征以及各因素对航空煤油消耗量的影响来确定的可能影响因素有以下几种：

1)民航运输业总周转量，指一定时间内民航运输业运输生产的总产量，是民航运输量与运输距离的复合指标，综合反映民航运输业运输生产的总任务与总规模，单位为吨公里。

2)民航运输业总收入，主要为除机场服务收入外的民航客运收入与民航货运收入的总和，反映了民航运输业的运输营收水平。

3)民航运输业航空煤油消耗总量，反映民航运输业的能耗水平。

令C为中国民航运输业碳排放总量，Y为民航运输业总周转量，Q为民航运输业总收入，E为民航运输业航空煤油消耗总量。

以上述3个影响因素为绝对量因素构建改进的kaya恒等式模型为

(1)

采用Vaninsky提出的分解方法，将式(1)改写为

(2)

式中：C/E为能源消费碳强度，即为CO2排放系数，表示中国航空运输业消耗每单位航空煤油所释放的碳排放量；C/Q为民航运输收入碳强度，即每单位收入释放的碳排放量；C/Y为民航运输碳强度，即每单位周转量释放的碳排放量；E/Y为每单位周转量消耗的能源总量，即为吨公里油耗，可以理解为民航运输业的能源强度；Y/Q为民航运输效率，即每单位民航运输收入下的周转量成果。

1.2 GDIM模型构建

将式(1)、式(2)分解出的C/E、C/Y、C/Q、E/Y与Y/Q作为相对量因素，根据GDIM法原理，构建中国民航运输业碳排放因素分解模型为

(3)

(4)

(5)

(6)

基于民用航空业的各个影响因素以及中国民航运输业的基本发展特征，根据以上的GDIM法，将中国航空运输业碳排放变化的影响因素分解为以下3个绝对影响因素与5个相对影响因素的变化之和。其中，3个绝对影响因素为ΔY、ΔE与ΔQ，分别表示中国民航运输业运输总周转量变化、民航运输业的能源消耗变化以及民航运输收入的变化对其碳排放量的影响；5个相对影响因素分别为：ΔC/Y为运输碳强度变化，表示民航运输的低碳程度；ΔC/E为能源消费碳强度变化，表示民航运输业的能源消费低碳程度；ΔC/Q为单位收入碳强度变化，表示民航运输收入的低碳程度；ΔY/Q表示民航运输业成本的变化对碳排放变化的影响；ΔE/Y表示民航运输的单位周转量消耗的能源总量的变化对碳排放的影响。

2 碳排放的计算方法及研究数据来源

民航运输碳排放属于移动源式的排放。根据《IPCC国家温室气体排放指南》的指导计算方法，对民航运输碳排放采用“自上而下”的核算方法，通过总的能源消耗量和能源的排放因子计算得到总的排放量[7]。由于中国民航飞机主要消耗的能源种类主要为航空煤油，因此中国民航运输业碳排放量可由航空煤油消耗量和能源CO2排放系数I计算得出。碳排放总量的计算公式为

C=EI

(7)

选取2010—2018年中国民航运输业的总周转量、总运输收入和航空煤油总消耗量均来自各年《从统计看民航》的统计数据。航空煤油的CO2排放系数来自《中国能源统计年鉴》。

3 结果与分析

运用MATLAB软件对2010—2018年中国民航运输业的碳排放影响因素进行广义迪氏指数分解。其中各年各个影响因素的贡献率如表1、图1～图3所示。

表1 2010—2018年中国民航运输业各个分解因素排放贡献率汇总

图1 2010—2018年ΔC/Q与ΔC/Y贡献率变化

图2 2010—2018年ΔY与ΔE贡献率变化

图3 2010—2018年ΔY/Q与ΔE/Y贡献率变化

将上文的8个影响因素分为3个效应，其中强度效应由ΔC/E能源消费碳强度，ΔC/Q单位运输收入碳强度与ΔC/Y运输碳强度体现；规模效应由民航运输周转量ΔY、民航运输总收入ΔQ，能源消耗量ΔE体现；效率效应由能源强度ΔE/Y，民航运输效率ΔY/Q体现。

3.1 强度效应分析

能源消费碳强度ΔC/E主要考察的是能源结构的变化对碳排放的影响。中国的民航运输业的主要能源为航空煤油，在能源技术没有得到充足的进步时，中国民航运输业的能源结构改变较缓，因而能源消费碳强度对民航运输业的碳排放的影响较低水平的促进作用。单位运输收入碳强度ΔC/Q与运输碳强度ΔC/Y对中国民航运输业碳排放量的长期起着抑制效应，对民航运输业碳排放的累积贡献率分别为-3.03%与-19.84%。这表明中国民航运输业的收入结构随着民航运输业的快速发展变得越来越科学，同时低碳运输的能力得到提高。

3.2 规模效应分析

民航运输业的总周转量的增长与总耗油量的增长是中国民航运输业碳排放量上升的最主要的两个影响因素。随着中国经济的繁荣发展，中国民航运输业也进入了高速发展时期。在2019年之前，中国民航运输业的起降架次始终保持约5%的增长[8]。中国民航运输业业务量的大量提升带来了民航运输业耗油量剧增，自然也对其碳排放量产生了高额的贡献值。从图2中数据来分析，中国民航运输业的总周转量变化ΔY与能源消耗量变化ΔE对碳排放总量变化ΔC具有明显的促进碳排放的现象，对中国民航运输的碳排放累积贡献值分别达到12 717万t和10 130万t，但在2018年二者皆有明显的下降。同时，中国民航运输业的总收入对碳排放的贡献率一直呈现为稳定的促进效应。

3.3 效率效应分析

能源强度反映了每单位的运输产出对能源的消耗总量，体现出了中国民航运输业的发展对能源的依赖程度。目前中国民航运输业的能源种类较为单一，能源强度的变化主要由现有能源的能源效率变化产生，能源强度的下降意味着能源效率提升，能够遏制碳排放量的增长。2010—2018年是中国民航运输业进入了繁荣发展的阶段，这一时间段内中国民航运输业的业务量剧增，从图3可见，中国民航运输业的能源强度对碳排放量的贡献率仅保持了微弱的促进性。在“十一五”期间，中国首次在5年发展规划中将节能减排作为经济发展的约束指标。在中国中央及各级政府的领导下，各行业更加重视节能减排。中国在《能源减排“十三五”规划》之中提出能源强度在“十三五”期间的下降目标为15%。同时，中国的民航运输业的能源效率仍有较大的提升需求与提升空间。

民航运输效率的提高是遏制中国民航运输业碳排放的增长的主要因素之一。中国民航运输效率对民航运输业碳排放总量的遏制效果总体来看逐年增强。在中国民航运输业的高速发展之下，民航运输业的结构体系逐步完善，中国的民航运输效率也随之提高，为降低中国民航运输业碳排放做出了巨大的贡献。

4 对策及建议

通过GDIM法对2010—2018年中国民航运输业的碳排放影响因素进行分解，从强度效应、规模效应和效率效应3个角度进行分析。分析结果指出，在分解出的八大影响因素之中，单位运输收入碳强度和运输碳强度体现出的强度效应对中国民航运输业的碳排放量具有显而易见的抑制效用。规模效应之中包含的民航运输业的总周转量与总收入以及能源消耗总量皆对中国民航运输业的碳排放量产生促进作用。在效率效应因素之中，民航运输效率对碳排放的有重要的抑制作用，能源强度则对中国航空运输业的碳排放的促进作用逐渐减弱，并且逐渐体现出抑制作用。

中国正在由单一的民航运输强国向多领域的民航强国发展。虽然2020年遭受了新冠疫情的阻碍，但是随着新冠疫情的缓解，中国民航运输业将会快速恢复，并重新进入快速发展的高速通道。以绿色为导向的高质量发展是中国民航运输业持续健康发展的内在要求。在中国民航运输业的高速发展之下，绿色的高质量发展要求更显紧迫。为了将中国民航与国家碳达峰路径进行有效衔接，科学合理的规划碳达峰路径，全面提升民航碳减排的技术创新能力，推动行业绿色发展，现提出以下相关建议。

4.1 加快制定民航绿色发展的战略规划

中国民航运输业实现碳达峰和碳中和的目标任重而道远，需要制定清晰明确的发展战略规划，明确碳达峰路径。中国民航运输业规模效应是使民航运输业碳排放量增多的主要因素，同时也是中国民航运输业发展的重要动力。因此中国应当制定科学的发展战略规划，实施供给侧改革，调整产业结构布局，统筹兼顾经济发展效益和环境影响，加强航空公司与机场之间的沟通和协调，在进行充分的市场需求调研分析后有计划地拓展民航运输业务量，控制过剩产能的产出，并推进提出碳达峰与碳中和的行动方案。

4.2 提高民航运输效率

提高运输效率是降低中国民航运输业碳排放量的重要手段，也是中国民航运输业实现碳达峰的重要路径。通过合理的经营方式，优化航线结构，科学分配航班时刻布局等手段提高单次航班的运输量和客座率而减少单位运输的能源消耗量，从而遏制碳排放量的上涨。

4.3 节约能源，加快技术创新，提高能源利用率

中国的经济增长从粗放型经济转变为集约型经济，需要将提高能源利用率、节约能源作为中国民航发展的一项长远战略方针。同时，积极推进研发新型节能发动机与开发利用生物能源。目前中国民航运输业的主要能源为航空煤油，研发新能源，使用新型生物燃料，提高能源利用率，能够有效地减少中国民航运输业的碳排放。除此之外，推进优化机场地面资源的运行，推广“油改电”与APU替代等工作进行，提高机场的能源利用率，也是降低中国民航运输业碳排放的重要途径之一。