京沪航线航空公司碳排放差异及效率比较研究_韩瑞玲.pdf

书书书第 48 卷第 2 期2023 年 2 月环境科学与管理ENVIONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENTVol.48 No.2Feb 2023收稿日期:2023 02 09基金项目:国家自然科学基金(No 42071266);河北省自然科学基金(No D2021205003);第三批河北省青年拔尖人才项目作者简介:韩瑞玲(1984 )，女，博士，教授，研究方向:区域可持续发展。通信作者:李宗哲文章编号:1674 6139(2023)02 0033 05京沪航线航空公司碳排放差异及效率比较研究韩瑞玲1，李宗哲2，李玲玲2，郭晓阳2(1 河北师范大学 家政学院，河北 石家庄 050024;2 河北师范大学 地理科学学院，河北 石家庄 050024)摘要:以京沪航线 8 家执飞的航空公司为研究对象，使用航班实际运行数据，利用航空器碳排放基准评估模型，对航班平均碳排放量与旅客人均碳排放量进行了总量与不同飞行阶段的评估;使用 DEA SBM 模型，比较了航空公司平均航班碳排放效率差异。结果表明:京沪航线 8 家航空公司航班平均碳排放量主要与航空公司使用航空器的机型有关，航空公司航班旅客人均碳排放量则主要受到航空公司航班平均碳排放量及航班客座率的影响;京沪航线上，中国南方航空集团有限公司、中国厦门航空有限公司的平均航班碳排放效率最高。关键词:京沪航线;航空公司;碳排放;碳排放效率中图分类号:X22文献标志码:AComparative Study onCarbon Emission Differenceand Efficiency of Airlines for Beijing Shanghai routeHan uiling1，Li Zongzhe2，Li Lingling2，Guo Xiaoyang2(1 College of Home Economics，Hebei Normal University，Shijiazhuang 050024，China;2 College of Geographical Sciences，Hebei Normal University，Shijiazhuang 050024，China)Abstract:Eight airlines flying from Beijing to Shanghai were used as the target of this study Using the actual flight operationdata，the average carbon emissions of flights and carbon emissions per passenger were evaluated in total and at different flight stagesusing the aircraft carbon emission benchmark assessment model Using the DEA SBM model，the differences in the average flightcarbon emission efficiency of airlines were compared The results show that the average carbon emissions of the flights of the eightairlines on the Beijing Shanghai route are mainly related to the type of aircraft used by the airlines，while the carbon emissions perpassenger of the airline flights are mainly influenced by the average carbon emissions of the airline flights and the seat rate of theflights On Beijing Shanghai route，China Southern Airlines Group Co and China Xiamen Airlines Co have the highest averageflight carbon emission efficiencyKey words:Beijing shanghai route;airlines;carbon emissions;carbon emission efficiency前言航空业已成为世界十大温室气体排放行业之一，也被列为中国八大重点污染排放行业之一。2019 年，全球航空碳排放量已占到交通运输业碳排放总量的 10%，占全球碳排放总量的 2 1%1。航空公司的航空器飞行过程中的航油消耗占航空业总能耗的 97 52%，航油燃烧产生的 CO2占航空业总排放量的 79%，降低区域环境空气质量，增加温室效应，加剧全球气候变暖2。航空公司进行民航运输活动的首要条件是拥有航线的执飞许可，航线规定了航空器飞行的方向、起讫点和经停点。京沪航线是中国航空运输业运量最大的航线，也是各航空33第 48 卷第 2 期2023 年 2 月韩瑞玲等京沪航线航空公司碳排放差异及效率比较研究Vol.48 No.2Feb 2023公司争相开辟的航线，2000 年 2019 年航空器飞行班次由 1 76 104架增至 3 92 104架，其占中国民航运输总量的年均比例为 1.08%;旅客运输量由265 68 104人次增至 824 62 104人次，占中国航空运输总量的年均比例为 2 56%，高运输量导致了该航线航空碳排放量节节攀升。因此，研究以航空公司为主体，研究了京沪航线执飞航空公司航班平均碳排放差异与旅客人均碳排放差异;并结合 SBM模型分析了不同航空公司的碳排放效率。文章对中国航空运输市场中典型航线的航空公司执飞过程中碳排放、碳排放效率进行判定，有助于引导航空公司积极实现绿色高效发展3，为促进航空运输业加速实现“3060”双碳目标提供理论研究基础。1研究方法与数据来源1 1研究方法1 1 1航空器碳排放基准评估模型航空器碳排放基准评估模型是 ICAO 为更精确地评估航空器的实际排放于 2007 年制定的计算模型 4 根据航空器飞行过程(LTO 和巡航)，以及据航空器机型认证数据库与飞行操作数据库具体计算航空器一次完整飞行的 CO2总排放量(E)。公式如(1):Ej=(TIMjk60)FFjkEIjkNEj(1)式中，Ej表示 j 机型航空器一次飞行产生的 CO2总排放量，TIMjk表示 j 机型航空器在不同飞行过程k(k=滑行、起飞、爬升、进近、巡航)状态下所用的时间(mins);FFjk表示 j 机型航空器在 k 状态下每个发动机的燃油流量(kgs1);EIjk表示 j 机型航空器每个发动机在 k 状态下排放物 CO2的排放指数(3 6kgkg1);NEj表示j 机型航空器搭载的发动机数量(个)。1 1 2航班飞行平均成本模型航空公司航班运行成本分为 2 部分:固定成本与变动成本5。由于航空公司在不同航线、航季的商业策略和市场环境不同，相同机型的航空器也会产生成本和收益上的差异6，因此具体研究中将固定成本视为常数，主要选取变动成本中的燃油成本、时间成本和排放成本对京沪航线航班运行平均成本进行研究。公式如(2):C=(CFi+CTi+CEi+CC)m=(PFTiFfi+PTTi+PEEMI+CC)m(2)式中，C 表示航空公司的航班平均运行成本(元)，CFi为航空公司第 i 次航班的燃油成本(元)，CTi为航空公司第i次航班的时间成本(元)，CEi为航空公司第 i 次航班的 CO2排放成本(元)，CC为航空公司航班运行固定成本(元);PF为燃油价格(元kg1)，Ti表示航空公司第 i 次航班所使用的飞行时间(s)，Ffi为航空公司第 i 次航班所使用航空器的燃油流量(kgs1)，PT为单位时间成本(元s1)，PE为 CO2的排放价格(元kg1)，EMI 为 CO2排放量(kg)。1 1 3超效率 SBM 模型文章采用由 Tone 提出的非径向且基于松弛变量的超效率 DEA 模型(Slacks Based Measure，SBM)，其直接将松弛变量加入目标函数，计算结果可以在实际利润最大化基础上展现效益比例结构优化7，以区分不同 DMU 的效率并评价非期望产出下的生产部门效率。通过 SBM 模型可以测算出生产部门的规模效率和纯技术效率，综合两者可得到综合技术效率8，即为航空公司航班的碳排放效率。为方便比较不同航空公司的航班碳排放水平，将其分为 4 个等级，若某家航空公司的碳排放效率为 1，则表示该公司在京沪航线 8 家航空公司中为最高水平、0.9，1)为较高水平、0.6，0.9)为中等水平、0，0.5 为较低水平。模型假设有 n 个 DMU，每个DMU 由投入 m、期望产出 r1和非期望产出 r2共3 个部分构成。研究中 DMU 为京沪航线的航空公司，m43第 48 卷第 2 期2023 年 2 月韩瑞玲等京沪航线航空公司碳排放差异及效率比较研究Vol.48 No.2Feb 2023为航空公司航班运行的燃油成本、时间成本，r1为航空公司航班收入(元)(主要为票价收入，一次飞行的航班收入为航班实际搭乘人数与机票价格的乘积)，r2为航空公司 CO2排放量(kg)。具体公式如(3)(4):phi*=min1mmi=1?xx()ik1r1+r2r1s=1ydydsk+r2q=1yuyuq()k(3)s t?x nj，kxijj(i=1，2，m)ydnj=1，kydsjj(s=1，2，r1)yunj=1，kyuqj(q=1，2，r2)j0(j=1，2，n)?x xik(j=1，2，m)yd yesk(s=1，2，r1)yu yuq(u=1，2，r2)(4)式中，phi*表示该模型评估DMU的碳排放效率均值;x、yds和 yuq分别为投入、期望产出和非期望产出;向量?x、yd和 yu分别为投入松弛量、期望的产出松弛量和非期望产出的松弛量。1 2数据来源研究使用数据为统计数据，笔者统计了 2021 年10 月1 日京沪航线8 家航空公司总计120 次航班飞行过程的完整数据，共计6 899条。选取 10 月 1 日的数据进行研究，是因为当日各个机场旅客运输量大，旅客出行需求旺盛，航空公司间竞争激烈，能表现不同航空公司在该航线上的航班运营水平。航班及航空公司、执航空器型、实际搭乘人数、机龄、飞行里程、LTO 循环数等数据来源非常准确，具体 LTO、巡航阶段划分及其时间数据来源于 flightrader24APP，其中航空器一次完整飞行过程要经历起飞前与降落后的 2 次滑行，为方便数据计算将 2 次滑行时间合并，统称为滑行阶段;各机型发动机各阶段燃油消耗率和 CO2排放指数数据来源于 ICAO 发动机排放数据库;航空器机票价格数据来源于携程网。2京沪航线航空公司碳排放量分析2 1航空公司航班平均碳排放量及旅客人均碳排放量航班平均碳排放量差异与航空公司使用航空器的机型有关，航空公司之间差别较大。京沪航线 8家航空公司航班平均碳排放量按从高到低排列依次为:东方航空、海南航空、中国国航、联合航空、南方航空、吉祥航空、厦门航空、上海航空(如图 1 所示)，东方航空航班平均碳排放量与上海航空相差1 24 倍，机型决定了航空器燃油流量，产生的航空碳排放量也明显不同。2021 年 10 月 1 日京沪航线全天航班中，东方航空共执飞 47 次，其中 35 次航班(占比 74 47%)由波音 777 300E、空客 330 343E、空客 350 941、空客 330 243E 共 4 类大型航空器完成，仅 12 次航班由空客 321 211、空客321 231 共 2 类中型航空器执飞完成，大型航空器飞