中国航空运输行业碳排放效率研究

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[摘要]欧盟提出征收航空碳税虽然受到暂时挫折，但未来征收航空碳税是大势所趋。为降低航空碳税对中国航空运输行业的影响，有必要对中国航空运输业的碳排放量进行测算。研究结果发现：中国航空运输行业在2004-2013年的单位碳排放下降了18.7%，基于非预期SBM-DEA模型发现碳排放效率年均提高2.1%，其原因主要在于持续的技术进步，不同航空运输企业的碳排放效率表现差异较大。未来应该进一步加大节能的新型飞机购买力度、加快生物质航油的发展、优化航线和参与国内的碳排放交易试点。

[关键词]SBM-DEA模型；航空运输行业；碳排放效率；技术进步

[中图分类号]F272[文献标识码lA[文章编号]1006-5024（2015）06-0125-05

[DOI]0.13529/j.cnki.enterprise.economy.2015.06.024

[基金项目]2014年国家自然科学基金项目“我国道路交通温室气体减排成本及潜力研究”（批准号：71403142）；山西省社科联重点课题“山西企业知识型员工心理健康研究”（批准号：SSKLZDKT2011104）

一、引言和文献综述

科学家认为到21世纪末，全球平均温度可能比工业革命之前上升4摄氏度以上，这将带来灾难性后果，比如海平面持续上升、粮食减产、大规模的物种灭绝等等。为控制气温的升高，有必要降低温室气体排放特别是二氧化碳的排放量。1870年至今，美国和欧洲国家占据全球大部分的碳排放量，美国约占26%，欧盟占23%。中国的年人均碳排放量从2003年开始一路上扬，并在2005年前后超过了世界平均水平（5吨/人年），2013年中国的年人均碳排放量为7.2吨，已经超过欧洲的6.8吨。为应对这种挑战，世界各国特别是欧盟纷纷采取行动，1997年联合国通过气候变化框架公约《京都议定书》，欧盟于2003年10月通过立法建立欧盟排放交易体系，建立碳交易所，主要针对制造业。在此基础上，2008年欧盟决定将航空运输业纳入碳排放交易体系，计划在2012年1月l号对所有进入欧盟空域的航班征收碳税，给予所有航空企业一定的免费额度，超过额度的就需要通过碳交易市场购买。规定出台以后，遭到了国际社会的普遍反对，美国、中国、俄罗斯等国际明确反对欧盟的航空碳税。因此，欧盟不得不暂停征收，把相关决议提交给国际民联组织。2007年国际民航组织还成立了“国际航空与气候变化行动小组”，协助处理航空排放问题。2013年国际民航组织大会否决了欧盟航空碳税的单边行动，但是努力在多领域推进实施各种举措，计划于2020年开始实施全球航空减排方案。欧盟的方案遭到全球反对以后，欧盟对区域内的航班在2013年到2016年征收碳税，而把来自或者飞往欧盟以外的航班排除在外，争取在2017年之后对所有航空运输企业征收碳税。

在碳排放中，交通碳排放所占比例较大，美国丹佛交通运输行业碳排放约占总量的29%。因此，大部分研究都是关于交通运输行业的碳排放，其中一部分文献着眼于具体的交通运输部门比如Gonzilez和Marrero（2012）、Okada（2012）、Chdzeetal.（2013）、Gonzdlez和Marrero（2012）、Rentziouetal.，（2012）、Pongthanaisawan和Sorapipatana（2013）、Lipscy和Schipper（2013）分别对不同国家的不同交通运输方式的碳排放进行了分析；另外一部分研究分别就交通运输行业碳排放的方法进行了比较，包括指数分解法（TirmJsna和Shrestha，2009）、投入产出的部门分析法（VanVlietetal，，2011）、系统优化方法（Shrestha，2011）和计量回归方法（Gonzalez，Marrero，2012）。在交通中，航空业占每年全球人为碳排放量的2010，其中大约2/3的排放量（即1.3%）是由国际航班造成的，国际航空运输行业的碳排放也引起了部分研究者的关注，包括Vedantham和ppenheimer（1998）利用动态系统模型分析了五组不同国家航空运输的需求和碳排放影响因素，耿宏（2014）对航空公司的碳减排效率进行了评价。

总体来看，目前的研究更多地关注交通运输行业的碳排放及其影响因素，对航空行业的碳排放研究较少。由于航空运输行业具有不同于其他公共交通运输的特点，在碳排放上国际航空直接影响其他国家的碳排放。因此我们主要针对中国航空运输行业的碳减排效率进行研究，在研究方法上，我们采用了非期望产出的DEA方法（UO-DEA）。本文的安排如下：在评述了相关文献之后，第二部分测算了中国航空运输行业的碳排放，第三部分利用SBM-DEA模型研究了中国航空运输行业的碳减排效率，最后一部分是结论和政策建议。

二、中国航空运输行业的碳排放测度

（一）航空运输行业的碳排放测度方法

按照《中国民用航空企业温室气体排放核算方法与报告指南》的测算方法，民用航空企业的温室气体排放总量等于企业核算边界内燃料燃烧的二氧化排放以及净购入使用电力及热力产生的二氧化碳排放。如公式（1）所示：

E为民用航空企业的碳排放量，E燃烧为燃料燃烧的二氧化碳排放量，包括化石燃料和生物质混合燃料燃烧的二氧化碳排放量；E电和热为企业净购人使用电力和热力产生的二氧化碳排放总量（t）。我们主要针对国际上碳税的征收问题，因此，在计算指标上仅仅核算燃料燃烧的二氧化碳排放量。民用航空企业燃料燃烧的二氧化碳排放包括公共航空运输和通用航空企业运输飞行中航空器消耗的航空汽油、航空煤油和生物质混合燃料燃烧的二氧化碳排放，民用航空企业燃料燃烧的二氧化碳排放总量计算公式如下：

其中，AD化石i，为第i种化石燃料的活动水平（TJ）；EF化百，，为第i种化石燃料的排放因子（tC02/T，）；i为化石燃料的种类；AD生物质混合，，为第j种生物质混合燃料的活动水平（Tj）；EF化石，j为生物质混合燃料j全部是化石燃料时的排放因子（tC02/Tj）.此处指航空汽油和航空煤油的排放因子。i为生物质混合燃料类型。

民用航空企业燃料燃烧的活动水平包括两部分：化石燃料燃烧以及生物质混合燃料燃烧的活动水平。

民用航空企业消耗的化石燃料包括运输飞行消耗的航空燃油以及地面活动涉及的其他移动源及固定源消耗的化石燃料，其活动水平按下式计算：

式中，AD化石，.为第i种化石燃料的活动水平（Tj）；FC化石，：为第i种化石燃料的消耗量，对固体或液体燃料以t为单位，对气体燃料以103m3为单位；NCV化石，j为第i种化石燃料的低位发热值，对固体或液体燃料以k，/kg为单位，对气体燃料以kj/m3为单位；i为化石燃料的种类。

航空企业用于运输飞行的生物质混合燃料的活动水平按下式计算：

AD生物质混合，j为第i种生物质混合燃料的活动水平（Tj）；FC生物质化石，，为第i种生物质混合燃料的消耗量，以t为单位；NCV生物质化石j为第j种生物质混合燃料的低位发热值，以kj/kg为单位；BFi为第i种生物质混合燃料中生物质含量（%），j为生物质混合燃料的种类。

（二）中国航空运输行业的碳排放状况

这部分根据上述公式计算了中国航空运输行业碳排放的状况，根据下图的数据可以看出，中国航空运输行业的碳排放呈现下降趋势，而且下降的幅度比较大，从2004年到2013年10年时间，整个航空运输行业的单位碳排放降幅高达18.7%。按照中国民航总局的规定，2020年单位能耗和单位二氧化碳排放量相比较2005年下降22%，应该说目前已经接近完成目标。这一方面主要是因为各家航空公司所用机型发生很大变化，比如东方航空2013年薪引进飞机，封存老旧飞机，目前以空客A320系列和波音B737系列为主的新型高效飞机占比非常高，这极大地降低了燃油消耗，提升了能源效率，这就使得吨公里碳排放出现快速下降；另一方面各航空公司大多通过优化航线和机场实施桥载设备替代飞机APU项目等，节省航空煤油。从各航空公司的比较看，2013年之前，单位碳排放基本上都差不多而且呈下降趋势，到2013年东方航空的单位碳排放下降比较多，南方航空则出现稍微上升。

三、航空运输行业碳减排效率分析

（一）碳排放效率的非期望DEA方法

传统上DEA分析的模型设定上，大多是假设产出可能集合的投入及产出项具强可抛性，而生产的产品都是生产者希望获得的好的产出（Goodoutputs，然而，生产过程中除了获得好的产出项外，也会产生不好的联合产品（Undesirableoutputs），例如：火力发电厂发电时伴随着二氧化硫的排放等，这种不好的联合产品就是非期望产出。因此，传统的DEA模型就难以解释这种现象，部分研究者将污染物纳入DEA模型中，让DEA模型更贴近实际，更精确地衡量效率。Pittman（1983）首先将生产过程中的产出的污染纳入效率模型，Fare（1989）提出当模型引入非期望产出时DEA模型需要重新评估，Seifordand2hu（2002）在环境问题上引入非期望产出模型。

假设Yg代表期望产出，Yh代表非期望产出，Y=Yg+Yb，进一步把产出矩阵（Yg，Y6）分解成可分割的期望产出针对的研究对象为中国航空运输行业，包括4家主要的航空公司（中国国航、东方航空、南方航空和海南航空），这四大航空公司代表了中国航空运输市场，机群占全行业95%以上，人员占全行业90%以上，国内市场占全行业92%，国际市场占全行业99%。样本选取实践为2004年至2013年，数据来源于《民航研究资料》、《民航行业发展统计公报》，《从统计看民航》各年以及4大航空公司社会责任报告。

（三）航空运输行业碳排放效率分析

表l列出了2004年到2013年间我国民航的碳排放生产率指数。研究期内中国航空运输行业碳排放生产率指数的平均值为1.021，表明在此期间我国航空运输行业碳排放生产率有一定的提高，平均每年增长2.1%，从分解来看，效率改善的变化上，年均增长0.9%，而技术进步的变化较大，年均增长1.1%，这说明技术进步对碳排放生产率影响比较大，技术进步主要来源于新机型的改进。2003年以来，中国持续从波音和空客公司引进新的机型，主要包括波音737系列和空客A320系列，这些新型飞机具有较小的能耗，省油更多，再加上部分航空运输公司对发动机进行了改善，总体降低了油耗。动态角度看，2003年到2010年，中国航空运输行业的碳排放生产率指数变化比较大，这主要是由于效率的变化较大，说明在航空运输管理上存在很大的空间，经常发生一定的改变，而2011年之后，无论是效率改善还是技术进步都大于1，说明中国航空运输行业碳排放生产率得到持续的提高，特别是效率改善部分提高比较多，说明中国航空运输行业的管理逐渐规范，优化线路以及持续的管理方法改变都提高了中国航空运输行业的运营效率，最终提高了中国航空运输行业的碳排放效率。中国航空运输企业的碳排放效率高于欧盟和美国，这主要是由于中国航空企业大多拥有的是新机型，油耗较低，排放较低。从表2的数据可以看出，中国国航碳排放的效率最高，其中效率改善的表现最好，技术进步的表现排第二位，所以整体中国国航的碳排放效率最高。在技术进步上，中国国航不断引进新机型，淘汰油耗高、性能差的老旧飞机。截至2013年底，国航集团机队的平均年龄为6.33年，在飞机机型结构上，目前总数为337架，更节油的有35架波音B777系列和49架空客A330/A340系列。国航还应用世界先进的技术与材料改善发动机性能，降低发动机燃油消耗水平。2013年，国航投入4800万元人民币对发动机实施节能改造，使用先进材料改装发动机。在效率改善上，国航强化日常运营管理，在运行控制和机务维修等方面有针对性地开展节能降耗工作，加强运行控制管理，在飞机航行不同阶段，采取多种方法降低燃油消耗。如2013年截弯取直降低碳排放10137吨，航路优选降低碳排放2848吨，FMC飞行优化应用降低碳排放14175吨。

东方航空碳排放的技术进步表现最好，这与东方航空不断引进燃油效率高的机型有关，东方航空目前共有371架飞机，其中新型空客就有40架，其他空客系列223架，再加上广泛使用生物航煤油，所以技术进步效率较高指数，年均增长2.8%.但在效率改善上，东方航空还有较大的完善空间，在4大航空运输公司中，东方航空的效率改善表现最低，年均仅仅增长0.8%。南方航空的碳排放生产率年均增长2.3%，由于南航是国内机队规模最大、航线网络最多的航空公司，燃油的消耗较多，效率改善的程度不高，年均增长1.2%。海南航空碳排放的技术进步表现最差，从机型分布可以看出，海南航空的新机型较少，燃油效率较低，但其效率改善较大，年均增长1.6%。

四、结论和政策建议

虽然欧盟征收航空碳税的努力收到挫折，但未来航空碳税的征收是大势所趋，对于航空运输企业来说要进一步降低碳排放，提高燃油效率。本文基于非预期的SBM-DEA方法，利用2004年到2013年的数据，对中国航空运输行业的碳排放效率进行了研究，以寻求降低碳排放的策略。研究结果发现，中国航空运输行业的单位碳排放呈现下降趋势，从2004年到2013年整体下降了18.7%，接近达到中国民航总局规定的2010年比2004年下降22%的目标。航空运输行业碳排放生产率指数的平均值为1.021，表明我国航空运输行业碳排放生产率有一定的提高，平均每年增长2.1%，从分解来看，效率改善年均增长0.9%，而技术进步的变化较大，年均增长1.1%，这说明技术进步对碳排放生产率影响比较大，技术进步主要来源于新机型的引进、发动机的替换和新型生物质能源的使用，效率的改善来自于优化航线、桥载设备替代飞机APU项目的推进以及其它管理方式的改进。未来我国航空运输行业要进一步降低燃油消耗，提高碳排放生产率，就有必要在以下方面采取措施：

（一）持续引进燃油效率高的机型

为应对未来的碳税，提高竞争力，包括波音和空客在内的航空制造企业加大研发投入，开发节油燃油效率高的新机型，中国新研发的C919_氧化碳的排放量将比目前运营的先进飞机低12%至15%。根据波音公司发布的《2013年中国市场展望》，未来20年，中国将需要6020架新飞机。巨大的市场需求，将采购更多的新型碳排放低的机型。各航空运输企业一方面加大引进新机型的力度，另外在负债率高企的情况下可以通过融资租赁的方式。中国要加快发展飞机租赁业，打造飞机租赁产业集群，形成一批具有国际竞争力的飞机租赁企业。

（二）加快生物质航油的发展

由于中国将购买更多的飞机，航空燃料的需求将大规模增长，目前航空运输企业98%的燃料都是航空煤油，但其碳排放程度较高，很多航空运输企业转向新能源，使用生物航油是一个重要的方向。与传统的石化航油相比，使用生物航油可以达到减排50%-80%的效果。中国目前拥有2家生物航油的生产企业，产能大约为10万吨左右，与目前2000万吨的航空煤油使用量相比微乎其微。而且，生物航油的发展面临较大的障碍，主要就是目前处于研发阶段，生产成本较高，原材料的收购成本也高，相应的生物航油的价格大概是传统航空煤油的3倍以上，在原油价格不断走低的情况下生物航油的使用成本较高，作为上市公司，大多数航空运输企业为了经济利益考虑不会采用生物航油。政府应该积极推动生物航油的使用，一方面刺激生物航油生产企业的生产，包括研发补贴、市场补贴和其他免税措施，以降低生物航油的生产成本。另外一方面对于航空公司的生物航油采用采取强制措施和优惠措施，航空运输企业必须保证一定比例的生物航油使用，在税收上采取抵扣和减免等措施。

（三）积极优化航线

优化航班布局，提高客座率可以在一定程度上减少飞机的污染物的排放。针对一些客座率较低的航线可以考虑减少班次，也可以考虑增加中转站。除此之外，减少飞机APU在机场的使用也可以减少相当一部分温室气体的排放。

（四）参与国内的碳排放交易试点，积累经验

欧盟计划对所有进入欧盟空域的航空企业征收碳税，并且要参与欧盟的碳排放交易市场。我国可以借鉴欧盟的经验，建立中国的碳排放交易市场，也可以向飞到中国空域的欧盟航空企业征收碳税。中国航空运输企业相比较欧盟企业有较高的碳排放效率，更有优势对航空运输企业征收碳税。各航空运输企业出于自愿原则参与碳排放交易机制，需要给予适当的激励机制，这既为碳排放交易走向强制化提供了基础，也为未来与国际排放交易体系接轨提供了技术保证。

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