航空公司應(yīng)用航空生物燃料的成本效益分析

孫洪磊，呂繼興，胡徐騰，李建忠，付興國(guó)，何皓

（1 中國(guó)石油天然氣股份有限公司石油化工研究院，北京 100195；2 中國(guó)民航大學(xué)，天津 300300）

國(guó)際民航組織（ICAO）將使用替代燃料作為民航業(yè)減少溫室氣體排放的重要手段[1]。2011年10月28日，中國(guó)石油、中國(guó)國(guó)航、中國(guó)航油、美國(guó)Boeing公司和Honeywell UOP公司在北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)進(jìn)行了中國(guó)首次可持續(xù)航空生物燃料的驗(yàn)證飛行[2]。2013年4月24日，加注中國(guó)石化1號(hào)生物航空煤油的東航空客320型飛機(jī)經(jīng)過(guò)近1.5h的試飛[3]?，F(xiàn)階段航空生物燃料對(duì)民航運(yùn)輸企業(yè)而言，并非是作為傳統(tǒng)航空燃料的替代，而是作為一種節(jié)能產(chǎn)品。本文從航空公司的視角對(duì)應(yīng)用航空生物燃料所帶來(lái)的成本-效益進(jìn)行分析，從而對(duì)航空生物燃料的潛在需求形成支撐。

1 航空公司現(xiàn)有節(jié)油手段成本效益

1.1 現(xiàn)有節(jié)油手段

結(jié)合《最大限度減少燃油用量并降低排放的各種運(yùn)營(yíng)機(jī)會(huì)》（國(guó)際民航組織第303號(hào)通告）[4]、《關(guān)于加快推進(jìn)民航業(yè)節(jié)能減排工作的指導(dǎo)意見》[5]及《民航節(jié)能減排專項(xiàng)資金項(xiàng)目指南（2013—2014年度）》[6]，現(xiàn)階段針對(duì)民航運(yùn)輸飛機(jī)，主要的節(jié)油手段及措施主要有：①飛機(jī)加/選裝翼尖小翼；②飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能改造；③飛機(jī)減重；④飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)清洗；⑤飛行運(yùn)行節(jié)油優(yōu)化。

1.2 節(jié)油成本效益分析

目前民航運(yùn)輸企業(yè)大多已自發(fā)進(jìn)行飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)清洗以及飛行運(yùn)行節(jié)油優(yōu)化工作，因此需要其進(jìn)行額外成本投資的節(jié)油項(xiàng)目主要為飛機(jī)加（選）裝翼尖小翼、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能改造以及飛機(jī)減重三項(xiàng)，對(duì)此三項(xiàng)節(jié)能效益進(jìn)行分析。在此按我國(guó)航空運(yùn)輸企業(yè)基本情況，假設(shè)采取節(jié)能措施飛機(jī)為150座雙發(fā)飛機(jī)，日均利用10h[7]。

（1）飛機(jī)加（選）裝翼尖小翼。加裝翼尖小翼后，單架飛機(jī)年節(jié)能量=0.05×10×365=182.5（t）。其中：0.05為加裝小翼后每利用小時(shí)節(jié)約航空燃料質(zhì)量，t；10為每架飛機(jī)日利用時(shí)間，h；365指每年按365天計(jì)算。每架飛機(jī)進(jìn)行此改裝價(jià)格約400萬(wàn)元。

（2）飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能改造。飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能改造后，單架飛機(jī)年節(jié)能量=0.0125×10×365=45.625（t）。其中：改造后每利用小時(shí)節(jié)油12.5kg計(jì)[按飛機(jī)利用小時(shí)油耗2.5t計(jì)算，改造后降低油耗0.5%（行業(yè)數(shù)據(jù)）]；10為每架飛機(jī)日利用小時(shí)數(shù)；365指每年按365天計(jì)算。單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造價(jià)格約1000萬(wàn)元，每架飛機(jī)進(jìn)行此改裝價(jià)格約2000萬(wàn)元。

（3）飛機(jī)減重。飛機(jī)每小時(shí)因攜帶額外重量所多消耗的燃油量相當(dāng)于額外重量的3%～4%，采用3.5%均值計(jì)算。假設(shè)飛機(jī)減重1kg，按日均10h利用率計(jì)算，單架飛機(jī)年節(jié)油量=1×10×365×0.035= 127.75（kg）。飛機(jī)減重可采用輕型座椅進(jìn)行減重，相當(dāng)于每個(gè)座椅減輕 3kg，則整個(gè)飛機(jī)減重達(dá)450kg，年節(jié)油量為57.49t。單個(gè)輕質(zhì)座椅約合2萬(wàn)元（不含安裝費(fèi)用），整架飛機(jī)進(jìn)行此改裝價(jià)格約300萬(wàn)元。

可得上述3個(gè)項(xiàng)目投資及年節(jié)油量如表1所示。

為促進(jìn)民航節(jié)能減排工作的有序開展，財(cái)政部安排民航節(jié)能減排專項(xiàng)資金對(duì)民航節(jié)能減排項(xiàng)目進(jìn)行補(bǔ)貼，上述項(xiàng)目可分別享受30%、160萬(wàn)元以及最低10%的補(bǔ)貼。同時(shí)設(shè)置上述設(shè)備折舊年限為10年，可得圖1。

表1 現(xiàn)有飛機(jī)節(jié)油手段投資及節(jié)能成效

圖1 飛機(jī)年均節(jié)油成本

圖2 飛機(jī)減排成本

其中負(fù)值代表此項(xiàng)措施節(jié)油效益大于投資，航空公司會(huì)基于市場(chǎng)行為進(jìn)行自主實(shí)施。同時(shí)按傳統(tǒng)航空燃料排放系數(shù)為3.15計(jì)算，圖1可折算至年均每噸二氧化碳的減排成本，如圖2所示。

2 航空生物燃料減排成本效益

2.1 航空生物燃料成本

目前我國(guó)航空生物燃料處于試飛階段，現(xiàn)有航空生物燃料運(yùn)輸均以實(shí)驗(yàn)性質(zhì)進(jìn)行，故其成本與現(xiàn)行航空燃料可比性較差，所以采用與傳統(tǒng)燃料進(jìn)行類比的方式進(jìn)行比較推算。

2012年7月我國(guó)國(guó)內(nèi)航油出廠價(jià)格約為6724元/t，銷售價(jià)格約為 7144元/t，銷售環(huán)節(jié)每噸加價(jià)420元。根據(jù)中國(guó)航油（新加坡）股份有限公司（中國(guó)航空油料集團(tuán)公司子公司）年報(bào)數(shù)據(jù)[8]，上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)航空油料有限責(zé)任公司 2011年加油量為310萬(wàn)噸，凈利潤(rùn)為3790萬(wàn)美元，2012年加油量同為310萬(wàn)噸，凈利潤(rùn)為3820萬(wàn)美元，可得每噸傳統(tǒng)航油加注服務(wù)凈利潤(rùn)約為78.3元（美元匯率按6.38計(jì)）。中國(guó)航油集團(tuán)津京管道運(yùn)輸有限公司2011年輸送航油約250萬(wàn)噸，凈利潤(rùn)為120萬(wàn)美元，2012年輸送航油約260萬(wàn)噸，凈利潤(rùn)為180萬(wàn)美元，可得每噸傳統(tǒng)航油管道運(yùn)輸服務(wù)凈利潤(rùn)約為4元（美元匯率按6.38計(jì)）。由此可估算得到傳統(tǒng)航空燃料在運(yùn)輸、存儲(chǔ)及加注環(huán)節(jié)綜合平均成本約為 340元/t。

2.1.1 航空生物燃料調(diào)合成本分析

在我國(guó)使用的航空生物燃料除了需要滿足美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)（American Society for Testing Materials，簡(jiǎn)稱 ASTM）2011年 7月發(fā)布的ASTM 7566-11《含合成烴航空渦輪燃料的標(biāo)準(zhǔn)》，同時(shí)還需滿足中國(guó)民用航空局針對(duì)航空生物燃料制定的技術(shù)規(guī)范CTSO-2C701《含合成烴的民用航空噴氣燃料》。其中調(diào)合目的主要為增加芳烴值、確保燃料霧化（揮發(fā)性）及密度[9]。

在我國(guó)航空生物燃料目前年產(chǎn)量（5～10）萬(wàn)噸的情況下，可采用泵循環(huán)油罐調(diào)合或管道調(diào)合[10]，而非試飛階段所采用機(jī)械攪拌調(diào)合。伴隨航空生物燃料產(chǎn)能的不斷提高，其調(diào)合成本也會(huì)逐漸下降。假設(shè)航空生物燃料年產(chǎn)量5萬(wàn)噸（調(diào)合后產(chǎn)量為10萬(wàn)噸）的煉廠配套調(diào)合設(shè)備成本為5000萬(wàn)元（按使用10年計(jì)算，在線自動(dòng)調(diào)合設(shè)備），每年運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本按 500萬(wàn)元計(jì)，則平均調(diào)合成本為5000÷10÷10+500÷10=100（元/t）。

2.1.2 航空生物燃料運(yùn)輸成本分析

我國(guó)航油運(yùn)輸成本計(jì)算方式為：運(yùn)輸費(fèi)用=噸油噸公里運(yùn)價(jià)×運(yùn)距×運(yùn)輸量。目前我國(guó)公路運(yùn)輸價(jià)格約為 0.4元/(t?km)，鐵路運(yùn)輸價(jià)格為 0.1301元/ (t?km)。取昆明為航空生物燃料運(yùn)輸起點(diǎn)，則每噸航空生物燃料通過(guò)公路運(yùn)至北京、上海、廣州、成都的成本分別為：1160元、910元、655元、315元，通過(guò)鐵路運(yùn)至上述地區(qū)的成本分別為：378元、338元、213元、117元。因此，航空生物燃料加注地與煉廠之間的距離在很大程度上決定了航空生物燃料供應(yīng)經(jīng)濟(jì)性。

2.1.3 航空生物燃料存儲(chǔ)、加注成本分析

按MH/T 6020—2012《民用航空燃料質(zhì)量控制和操作程序》中第七節(jié)“運(yùn)輸、儲(chǔ)存和加注設(shè)備”規(guī)定，航空生物燃料存儲(chǔ)采用“專管專線”形式，尚未與傳統(tǒng)航空燃料形式混用。同時(shí)根據(jù)我國(guó)試飛經(jīng)驗(yàn)，中航油購(gòu)置罐式加油車用以保障國(guó)航試飛任務(wù)[2]，中航油對(duì)將既有罐式加油車進(jìn)行清洗并更換過(guò)濾分離器濾芯后用以保障東航試飛任務(wù)[3]，上述試飛任務(wù)均選派具有豐富經(jīng)驗(yàn)的加油員進(jìn)行操作。因此在航空生物燃料的商業(yè)應(yīng)用中需要航油保障單位對(duì)輸油管線、儲(chǔ)罐、加油車、運(yùn)油車及其他特種車輛進(jìn)行建設(shè)、購(gòu)置或清洗后利用。

若進(jìn)行建設(shè)、購(gòu)置等固定資產(chǎn)投資，則將導(dǎo)致航空生物燃料儲(chǔ)存、加注成本短期內(nèi)大幅上升；若采用清洗等管理保障手段，則航空生物燃料儲(chǔ)存、加注成本將與傳統(tǒng)航空燃料相差不大?，F(xiàn)階段航空生物燃料供應(yīng)量較少，故其儲(chǔ)存、加注環(huán)節(jié)成本可能高于現(xiàn)行平均價(jià)格（約340元/t），但隨著航空生物燃料產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展，其儲(chǔ)存、加注環(huán)節(jié)成本將逐漸降低，并最終與傳統(tǒng)航空燃料成本保持基本一致。

2.2 航空生物燃料減排成本效益

2.2.1 減排成本

目前根據(jù)ICAO及歐盟相關(guān)文件，認(rèn)定使用航空生物燃料可比傳統(tǒng)航空燃料減少溫室氣體（主要為二氧化碳）的排放（其中ICAO認(rèn)定航空生物燃料減排比例為60%～90%[11]，歐盟排放交易體系中認(rèn)定航空生物燃料的排放為 0[12]，即減排率達(dá)100%）。則可將航空公司使用航空生物燃料與傳統(tǒng)航空燃料之間的產(chǎn)生的價(jià)格差與對(duì)應(yīng)減少的溫室氣體排放的比例定義為使用航空生物燃料的減排成本。

根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)航空生物燃料原油價(jià)格約為17000元/t[13]，可對(duì)按 10%～90%、30%～70%及50%～50%三種比例調(diào)合后航空生物燃料，其中生物質(zhì)油料比例分別為10%、30%及50%，按減排效果60%、90%、100%計(jì)，可得航空生物燃料減排成本計(jì)算公式如式（1）。

式中，Pbiofuel為航空生物燃料價(jià)格，Pjet-fuel為傳統(tǒng)航空燃料價(jià)格（取7000元/t），X指每噸調(diào)合后航空生物燃料中生物質(zhì)油料比例（分別取 0.1、0.3、0.5），3.15為傳統(tǒng)航空燃料排放系數(shù)，Pi分別取0.6、0.9及1。

從圖3中可以看出，航空公司使用航空生物燃料的減排成本主要取決于航空生物燃料與傳統(tǒng)航空燃料兩者之間的價(jià)格差，而在當(dāng)前航空生物燃料價(jià)格較高的情況下，使用航空生物燃料實(shí)現(xiàn)減少單位二氧化碳減排的成本較高（5000元以上）。

2.2.2 減排效益

使用航空生物燃料達(dá)到減少二氧化碳排放的目的，可獲得減排部分的二氧化碳的交易收益及航空生物燃料享受免稅優(yōu)惠，則可將上述收益定義為航空公司使用航空生物燃料的減排效益，其成本效益計(jì)算公式如式（2）。

式中，Ptax為航空生物燃料增值稅優(yōu)惠部分，按 400元/t計(jì)，Pcarbon為碳市場(chǎng)交易價(jià)格，按 24.6元/t、36.9元/t、246元/t以及820元/t（僅略低于歐盟排放交易體系罰款價(jià)格），同時(shí)Pi取值為1（歐盟排放交易體系下航空生物燃料減排效果為100%）。考慮收益后航空生物燃料的減排成本見圖4。

令上式中Ci=0，即不增加航空運(yùn)輸企業(yè)減排成本，航空運(yùn)輸企業(yè)可基于市場(chǎng)原則主動(dòng)使用航空生物燃料，可計(jì)算得航空生物燃料與傳統(tǒng)航空燃料之間的價(jià)格關(guān)系如式（3）。

圖4 考慮收益后航空生物燃料的減排成本

在不增加航空運(yùn)輸企業(yè)成本的情況下，航空生物燃料與傳統(tǒng)航空燃料之間價(jià)格呈線性關(guān)系，兩者差價(jià)受碳交易市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)、稅收優(yōu)惠以及政策補(bǔ)貼影響。使用航空生物燃料減排成本與其他手段的比較見圖5。

圖5 使用航空生物燃料減排成本與其他手段的比較

在目前情況下，航空生物燃料遠(yuǎn)大于加裝小翼、飛機(jī)減重的減排成本，雖低于發(fā)動(dòng)機(jī)改裝的減排成本，但發(fā)動(dòng)機(jī)改裝對(duì)航空運(yùn)輸企業(yè)最大的效益是提升安全品質(zhì)。因而從減排成本效益分析，航空生物燃料并非航空運(yùn)輸企業(yè)的首選。當(dāng)行業(yè)出現(xiàn)絕對(duì)量減排需求時(shí)，航空運(yùn)輸企業(yè)在保證運(yùn)量不變甚至提高的情況下，會(huì)選擇航空生物燃料。

3 結(jié) 語(yǔ)

我國(guó)2013年4月傳統(tǒng)航油銷售價(jià)格約7500元/ t，航空生物燃料價(jià)格約為15300元/t，當(dāng)前碳交易價(jià)格以及享受免稅優(yōu)惠的情況下每噸航空生物燃料可獲收益510～540元，在此情況下，我國(guó)航空公司每使用 1t航空生物燃料需要增加額外成本約7260～7290元。若以我國(guó)目前航空生物燃料年產(chǎn)10萬(wàn)噸計(jì)，完全消耗該部分產(chǎn)能將為我國(guó)民航業(yè)帶來(lái)約7.3億元。因此在現(xiàn)階段市場(chǎng)價(jià)格情況下，航空生物燃料的收益并不樂觀，對(duì)降低成本并未產(chǎn)生根本作用，因此若要航空生物燃料長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展，建議在《中華人民共和國(guó)可再生能源法》、《可再生能源發(fā)展專項(xiàng)資金管理暫行辦法》、《關(guān)于發(fā)展生物能源和生物化工財(cái)稅扶持政策的實(shí)施意見》以及《生物能源和生物化工原料基地補(bǔ)助資金管理暫行辦法》等法規(guī)、文件解釋中將航空生物燃料作為生物能源的重要部分、戰(zhàn)略部分納入財(cái)稅扶持政策范圍，同時(shí)在中央財(cái)政預(yù)算中設(shè)立專項(xiàng)資金，在我國(guó)西南地區(qū)扶持設(shè)立產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合的航空生物燃料產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)痉痘?，形成示范效?yīng)。同時(shí)可考慮將航空生物燃料發(fā)展形成《航空生物燃料發(fā)展規(guī)劃（2013—2020）》的明確計(jì)劃，設(shè)立關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)及航空生物燃料的關(guān)鍵發(fā)展評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，從而按照規(guī)劃有條不紊，又好又快發(fā)展。并制定公平、合理的航空生物燃料補(bǔ)貼統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，為航空生物燃料競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)的形成奠定基礎(chǔ)，從政策、稅收等多方面進(jìn)行扶持。

[1] International Civil Aviation Organization.ICAO environmental report 2010[R].2010：162.

[2] 中國(guó)航空油料集團(tuán)公司.中國(guó)航油為中國(guó)首次航空生物燃料驗(yàn)證飛行加注動(dòng)力[EB/OL].[2011-11-01] http：//www.cnaf.com/ templates/pu_news_content/index.aspx?nodeid=26&page=ContentPa ge&contentid=1429.

[3] 中國(guó)航空油料集團(tuán)公司.中國(guó)航油為中國(guó)自主研發(fā)生物航煤首次試飛加注燃料[EB/OL].[2013-05-06] http：//www.cnaf.com/ templates/pu_news_content/index.aspx?nodeid=26&page=ContentPa ge&contentid=3849.

[4] International Civil Aviation Organization.ICAO Cir303 AN/176：Operational opportunities to minimize fuel use and reduce em issions[R].2003：16-22.

[5] 中國(guó)民用航空局.關(guān)于加快推進(jìn)行業(yè)節(jié)能減排工作的指導(dǎo)意見[EB/OL].[2011-03-20] http：//sqgk.caac.gov.cn/000014170/201104/ t20110415_10856.htm.

[6] 中國(guó)民用航空局.關(guān)于發(fā)布《民航節(jié)能減排專項(xiàng)資金項(xiàng)目指南（2013—2014年度）》的通知[EB/OL].[2013-07-23] http：//www.caac.gov.cn/C1/201307/t20130723_57142.htm l.

[7] 中國(guó)民航航空局發(fā)展計(jì)劃司.從統(tǒng)計(jì)看民航2013[M].北京：中國(guó)民航出版社，2013.

[8] 中國(guó)航油（新加坡）股份有限公司.2012年年度報(bào)告[R].新加坡，2013.

[9] 胡徐騰，齊泮侖，付興國(guó)，等.航空生物燃料技術(shù)發(fā)展背景與應(yīng)用現(xiàn)狀[J].化工進(jìn)展，2012，31（8）：1625-1630.

[10] 季金林.油品調(diào)合工藝的選擇[J].石油商技，1998（5）：34-36.

[11] Philippe Novelli.Introduction to sustainable alternative fuels for aviation and ICAO’s activities[EB/OL].[2013-05-15] http：//www.icao.int/Meetings/Green/Documents/DAY 2/Day 2/PDF/ alternative fuels/5-Novelli.pdf.

[12] Official Journal of the European Union.Directive 2008/101/EC of the European parliament and of the council of 19，Annex Ⅳ：18.[EB/OL].http：//eur-lex.europa.eu/LexUriServ/ LexUriServ.do? uri=CELEX：32008L0101：en：NOT.

[13] Lufthansagroup.Biofuels：Supporting mobility of the future[EB/OL].[2012-10-15]http：//www.lufthansagroup.com/en/press/policy-brief/ topics/biofuels.htm l.