浅析民航飞行活动碳达峰与碳中和

2020年9月22日,国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布,中国二氧化碳排放力争在2030年前达峰,努力争取2060年前实现碳中和。此后,习近平主席相继在11月12日第三届巴黎和平论坛、11月17日金砖国家领导人第十二次会晤、11月22日二十国集团领导人第十五次峰会第二阶段会议、12月12日气候雄心峰会等重要国际场合不断重申中国碳排放2030年达峰、2060年中和的目标。

进入2021年,两会、中央深改委第十八次会议、中央财经委员会第九次会议等重要会议中碳达峰、碳中和相关议题表述在不断深入,特别是3月15日召开的中央财经委员会第九次会议中,主要议题包括研究实现碳达峰、碳中和的基本思路和主要举措。而民航碳排放何时达峰,达峰后如何中和成为近期业内领导、同仁关心的一大问题。本文结合中国民航碳排放结构及现实情况,预测飞行活动碳排放的若干情景,权当抛砖引玉。

一、民航碳排放现状

    行业碳排放主要来自化石燃料燃烧,其中航空燃油燃烧产生二氧化碳占据民航碳排放的95%以上。以2019年为例,航空公司航空燃油消耗3689万吨,折算碳排放1.16亿吨(占行业排放总量97%),航空公司碳排放99%以上由航空燃油燃烧产生。机场综合能耗折算碳排放近360万吨(占比3%),机场碳排放主要来自电力、热力消费能源消耗产生的间接排放。

民航碳排放源自满足客货航空运输需求的飞行活动,在行业运输周转量、机队规模、机场数量稳步增长的情况下,民航碳排放总量势必随之增长。在目前技术及设备水平下,民航碳达峰主要决定因素是飞行活动碳排放达峰。

我国民航采取碳减排的现有措施主要方向为提高能源利用效率,降低单位产出碳排放强度。因航空燃油等能源成本占据行业企业尤其是航空公司运营成本较大比例,行业企业具有内生动力开展节油、节能工作,包括并不限于积极引进新型节油飞机/发动机、提高飞机利用率和载运率、采用高能效地面设备、开展飞行活动系统优化管理等措施。其中技术类手段如新飞机引进、既有飞机发动机改造等,因飞机及发动机多为进口,技改成本高昂,主要目标为提升安全裕度,节油减排产生经济效益无法覆盖投资成本。而通过各种管理手段提升飞机利用率和载运率实质上存在上限。

中美民航载运率、飞机日利用率对比

时段 载运率中值(%) 飞机日利用小时数中值
中国 美国 中国 美国
2000-2009年 64.50% 76.41% 9.13 10.07
2010-2019年 72.10% 83.25% 9.39 9.87

近十余年间,行业采取系列措施,单位运输周转量碳排放呈下降趋稳态势,其数值在0.896(出现年份:2010年)至0.937(出现年份:2013年)之间波动,中值为0.919千克/吨公里,波动幅度在-2.6%与1.9%之间,基本可认定单位运输周转量碳排放趋于稳定。

受制机队规模、机型、机龄及空域资源等因素,航空公司单位吨公里油耗和排放下降幅度收窄且已基本探底;单位旅客吞吐量碳排放目前尚可享受旅客吞吐量的快速增长红利,但机场固定设施投运后其碳排放水平已基本锁定,后续进一步挖潜难度较大。


机队规模、机型:2019年在册飞机3818架,新增飞机新型发动机单位碳排放下降效率对行业整体贡献将在其自身效率提升基础上被等比例稀释。此外大中型运输飞机中,宽体机占比14%,窄体机以A320、B737为主。

机龄:截止2019年底,我国机队平均机龄6.2年。在机型、发动机相同、载运率相近的情况下,机龄越小,单位运输周转量碳排放越少。

空域资源:近十年航路航线的总里程年均增速为4%,同期起降架次年均增速为9%,民航可用空域资源的供给及利用直接影响航班飞行效率。


二、民航碳达峰及碳中和情景分析

按《新时代民航强国建设行动纲要》对我国民航行业发展目标展望,2021年到2035年是建成多领域民航强国阶段,其中2035年目标为人均航空出行次数1次,按此目标2030年后行业规模增长速度仍需维持中速或以上,方可实现2035年目标。在此基础上对我行业飞行活动碳排放达峰情况进行分析如下。

(一)飞行活动碳排放量预测

飞行活动碳排放量计算方法为:

飞行活动能耗×能源碳排放因子

现阶段飞行活动消耗能源为航空燃油(3号航空煤油),碳排放因子为3.15kgCO2/kg,同时考虑可持续航空燃料的使用,采用全生命周期碳排放为零的理想假设,则有以下计算公式:

Em=(T×FE-SAF )×EF_JetA

其中Em为碳排放量,T为运输周转量,FE为单位运输周转量油耗,SAF为可持续航空替代燃料使用量,EF_JetA为航空煤油排放因子。除航空煤油排放因子外,对其他三个变量进行分情景预测如下。

1、运输周转量(T)规模预测情景

运输周转量参考《新时代民航强国建设行动纲要》提出“2035年人均航空出行次数超过1次”目标,以及《国家人口发展规划(2016-2030年)》(国发〔2016〕87号)提出2030年我国人口总量将达到峰值14.5亿,《世界人口展望2019》(World Population Prospects: 2019,联合国人口司,2019年)预测2060年我国人口总量为13.3亿等预测内容。以2019年行业情况为测算基础,并设置关键时间节点为2035年及2050年,其中2035年为人均航空出行次数1次,假设相关预测情景如下。

TA:乐观情景,2035年人均乘机次数1次,并在本世纪中叶上升至1.5次;

TB:中性情景,2035年人均乘机次数1次,并在本世纪中叶上升至1.2次;

TC:悲观情景,2035年人均乘机次数1次,并保持该水平。

 

预测至2060年中国民航运输周转量情况

2、单位运输周转量油耗(FE)提升水平预测情景

基于行业既有研究,新型飞机/发动机引进对降低单位油耗年均贡献约为0.3%,结合空域优化能力,假设相关预测情景如下。

FEA:乐观情景,2050年前单位运输周转量油耗年均下降0.9%,并在2050年后达到相对稳定,该情景前提新引进飞机采用更积极、先进的节油技术,且空管运行效率有显著提升;

FEB:中性情景,2050年前单位运输周转量油耗年均下降0.5%,并在2050年后达到相对稳定,该情景假设空管运行效率有显著提升;

FEC:悲观情景,2050年前单位运输周转量油耗年均下降0.3%,并在2050年后达到相对稳定,此外无其他改进措施。

3、可持续航空替代燃料应用(SAF)预测情景

尽管目前业界对可持续航空替代燃料全生命周期碳排放值尚在研究,按照最乐观的情况假定其碳排放值为0。根据既有可持续航空替代燃料原料来源、制备工艺等条件,假设不同预测情景使用量如下,其中均以2050年为使用可持续航空替代燃料的峰值年。

SAFA:乐观情景,峰值年年均使用1000万吨;

SAFB:中性情景,峰值年年均使用600万吨;

SAFC:悲观情景,峰值年年均使用300万吨。

在各变量不同组合中选取五种情景组合,分别为综合发展乐观情景(TA-FEA-SAFA),综合发展中性情景(TB-FEB-SAFB),综合发展悲观情景(TC-FEC-SAFC),2060年碳排放最多情景(TA-FEC-SAFC),2060年碳排放最少情景(TC-FEA-SAFA)。

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我国民航飞行活动碳排放量预测(至2060年)

按照既有发展趋势与现阶段技术水平,未来飞行活动产生碳排放将持续攀升,四种情景下2035年前后达峰,峰值为2.6亿吨至2.95亿吨之间,分别是2019年的2.28倍至2.5倍,最极端情景在2050年方能达峰,峰值量接近2019年的3倍。其中可持续航空替代燃料产能、商业化应用存有较大的不确定性,会对实际飞行活动碳达峰年份及总量产生较大影响。

(二)飞行活动碳达峰分析

在2030年前不进行大规模应用可持续航空替代燃料的情况下,若按国家整体目标“力争2030年前达到峰值”设定行业飞行活动碳排放达峰目标,可将民航发展分为积极扩大机队规模实现提前达峰和正常发展两种情景进行阐述。

1、积极扩大机队规模实现提前达峰。该情景适合预测2035年达峰情况,在此情景下,2030年基本达到达峰情景中2035年机队规模(7300架左右),则以2019年我国民航运输飞机机队规模,十年间需年均净增350架。该增速在疫情发生前基本符合行业预期,但疫情对民航业冲击明显,以2022年或2023年恢复疫情前水平预测,在随后七年左右时间实现该机队规模增长目标存在一定压力。

2、正常发展情景。在此情景下,行业规模视航空运输需求及国家整体部署保持中速发展,超出碳排放峰值部分需要通过市场化措施手段购买碳排放权配额或合格碳减排单位进行抵消,实现“净碳排放”的达峰。在此情景下,2035年实际碳排放达峰年各情景需要完成减排量在4400万吨至6500万吨之间。

正常发展情景是在我国民航业既有发展模式、发展惯性下的推断,对现阶段行业管理、航空公司发展思路转变要求最低。即便如此,碳排放约束“从无到有”的质变过程将促使行业各单位思考自身发展的根本目的、目标以及达成目标路径,进而对行业发展产生深远影响。

(三)飞行活动碳中和分析

碳中和的定义是指企业、团体或个人测算在一定时间内,直接或间接产生的温室气体排放总量,通过植树造林、节能减排等形式,抵消自身产生的二氧化碳排放量,实现二氧化碳“零排放”。

如果将飞行活动碳排放全部计入由航空公司产生并抵消,则2060年民航飞行活动在不同情景下需要抵消1.5~3亿吨碳排放。届时国内各行业都将面临碳中和目标要求,碳排放权配额的旺盛需求,势必带来价格大幅上涨,以100元/吨价格计算,届时抵消金额超过百亿。2018年我国航空公司净利润为137亿元,即便规模扩大可带来净利润同比增长,碳排放支出也将大幅挤占航空公司利润空间。

因此,开发旅客、货邮航空运输碳排放量计算方法学及制定碳抵消价格机制势在必行,在满足人民群众对美好航空出行的新需要的同时,明确碳排放责任划分,形成享受快捷航空运输同时承担应尽生态环保责任的良好社会氛围,这与我国“谁排放、谁补偿”的生态补偿机制理念相契合,是提高全社会绿色消费意识重要措施,也有助于行业的可持续发展。

三、结论及建议

(一)技术进步是根本所在

民航运输,是借助飞机实现客货的位移,在此过程中需要在短时间内克服重力、空气阻力做功,从而要求消耗能源的能量密度要大。在现有技术水平下,综合安全性、经济性考虑,航空煤油是民航飞机能源的最优选择,也造成了在需求增长的情况下飞行活动碳排放必随之增长。因此控制飞行活动碳排放,只能通过控制消耗能源碳排放因子来实现,可持续航空替代燃料、纯电动、氢能源都是采用这种思路。民航业作为飞机制造业的需求侧,开展航空燃料可持续认证标准研究,推动开展可持续航空燃料常态化、规划化应用试点,促进可持续航空燃料成本下降,鼓励大型航空集团积极参与全球可持续航空燃料产业链、创新链构建,并积极反馈行业发展诉求,期盼国产飞机、发动机不断提升效率甚至技术变革。

(二)市场措施是阶段首选

到2030年已不足十年,技术手段、运行管理碳减排潜力有限,可持续航空替代燃料产能存有不确定性,现阶段我国民航对“碳达峰”问卷的解题思路首选市场措施。相对于其他方式,市场措施将民航对环境影响的外部成本内部化,碳排放成本显性化,将更加有效的促使民航企业开展绿色发展工作,也有助于国家碳达峰目标的实现。当前,为用好市场措施控制碳排放,亟待科学设计基于市场的航空飞行碳减排机制,以降低政府管理成本、企业交易成本,提高整体运转效率为目标,夯实航空碳减排市场机制运行基础。

(三)转变发展理念正恰时

碳达峰、碳中和愿景的提出,实质上为行业转换思维方式提供了绝佳的思考机会。借碳达峰命题,结合新时代民航高质量发展要求,转变行业发展理念,打破惯性思维势在必行。需要切实提高对控制碳排放、绿色发展工作长期性、艰巨性和紧迫性的认识,并在行业发展目标中将绿色发展摆在更加突出的位置,深刻理解绿色发展对提高行业竞争力和争取行业未来发展空间的重大意义。应加强民航安全、绿色、服务、效益等政策的系统性,建立并不断完善既有民航能耗与排放统计数据的预警机制,促进民航企业生产服务绿色化,着力提升民航全要素生产率,推动民航高质量发展。


后记:

“井鼃不可以语于海者,拘于虚也;夏虫不可以语于冰者,笃于时也”——《庄子·秋水》

文中情景预测均基于既有技术水平、管理能力以及相对保守的技术进步预期,例如可持续航空替代燃料领域,囿于对相关信息跟踪、掌握程度等,尚有很多需要进一步深入研究、反复讨论的问题,后续将不断开展研究,也希望能与业内专家、同仁共同探讨。

(来源:吕继兴(CAUC) 民航环境与可持续发展智库)

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