ETS視角下的天津機場起降航班節能減排效率評價方法研究

丁 勇，葛 翔

(中國民航大學 經濟與管理學院，天津 300300)

一、ETS的定義及背景

ETS即Emissions Trading System，是碳排放交易體系，是針對不同行業的二氧化碳排放量設定上限配額，超過排放上限的企業要購買超過量的二氧化碳配額，低于上限的企業則可以拍賣多余的二氧化碳配額。

2012年1月1日歐盟已經將航空業納入碳排放交易體系中，以此實現對二氧化碳排放量迅速增長的航空部門實施履約管制。對航空業二氧化碳排放的監管一方面將使得許多航空公司負擔更多的成本，同時由于不同航空公司具體情況的不同，如機隊結構、機齡、航線網絡結構、業務定位、載運率的不同，因此則會造成不同航空公司負擔的成本有所差異，部分經營效率高的公司甚至可以從中獲益，因此ETS在航空業使用使航空業競爭結構發生變化。

中國航空業發展較晚現處于快速發展階段，歷史排放量小而分到的免費配額少，但未來發展迅速排放量增加，這一矛盾使得我國若是加入歐盟ETS將遭受重大損失。但是從中國航空業的發展趨勢來看，未來中國航空業勢必要與國際接軌，因此從短期來看，中國可以通過各種談判、協商放慢中國加入EU-ETS的步伐，但是從長期來看，中國必須制定出自己的一套機制，來監管我國航空業的碳排放，并逐步與世界接軌。

二、ETS運行方式分析以及影響

(一)EU-ETS機制運行框架

1.總排放量的構成

根據歐盟ETS的運行原則，每家航空公司在每個年度將會得到一定的CO2排放的免費配額，2012年分配給航空器運營人的配額總量等于歷史航空排放量的97%。這一年的配額總量當中有15%的拍賣配額，所以2012年航空器運營人所得到的免費配額比例為配額總量的85%。從2013年1月1日開始的第三段交易期內，每年分配給航空運營人的配額總量減少為歷史航空排放量的95%。這一期的配額總量中仍有15%的拍賣配額。此外，總量中還留出了3%作為特別預留配額，供2010年后首次開通飛往歐盟航班的航空器運營人，或2010年至2014年間噸公里數據年均增長18%的航空器運營人。所以在第三段交易期內，航空器運營人所得免費配額為配額總量的82%。

為了確定每家航空公司得到的免費配額數，歐盟將會確定一個時間范圍，將這個時間段內各航空公司CO2排放量進行加總，并將此總量調整成年平均量。總的配額由三個要素決定，公式為：NT=Na+Nr+Nf

NT是一個年度總的排放配額，Na一段時期可以被交易的排放配額，Nr是配額特別儲備，Nf是一個年度的免費配額。根據規定，免費配額占總配額的β倍，即Nf= βNT，也就是說總配額中只有β是作為免費額分配給航空公司。而航空公司實際排放的CO2量與相應免費額的差額將成為碳排放交易系統發揮作用的根據。歐盟的標準為β=82%。這里我們根據我國民航業的發展情況我們暫取β=90%。

2.衡量基準R值

在分配免費配額時，歐盟采用的是一個基準比例，這個基準比例是總的免費指標與所統計的行業總運量(噸公里)的比值，這里稱這個比值為R，用公式表示為R=Nf/∑Wi

這里Wi指的是某i航空公司的一個年度內的總運量(噸公里)，∑Wi全行業的總運量。

為了更好地理解R值，我們引入一些參數。定義Dj為i航空公司旗下某一航線j的里程數，Qj為航線j的一個年度內運送總旅客的總重量，Uj為這條航線的里程與運量的乘積，用公式表示為Uj=Dj×Qj，cj為對應航線機型的平均油耗(公斤/噸公里)，Cj為這條航線在一個年度內的耗油總量，即Cj=Uj×cj，加總這一航空公司所有航線一個年度內的油耗則得到總量CTi，將總油耗除以總運量則可得到該航空公司平均噸公里油耗cmeani，而歐盟的標準平均油耗是行業總油耗與行業總運量之商，下面為了理解的方便，把所有公式整理如下：

Uj=Qj×Dj

Wi=∑Uj

Cj=Uj×cj

CTi=∑Cj=∑Uj×cj

CTotal=∑CTi

cmeami=CTi/Wi

cEU=CTotal/∑wi

根據上面的公式則可以對R值進行推導：

R=Nf/∑Wi=β∑T/∑Wi=βλCTotal/∑Wi=βλcEU×∑Wi=βλcEU

這里λ為將燃油消耗，換算成CO2重量的換算值是一個常數，λ=3.15×10-3噸/升。

(二) ETS運行規則及對市場個體的影響

1.ETS運行規則簡析

定義航空公司的總的CO2的排放量與對應免費額之差為J，則對于航空公司i來說：

Ji=λcmeaniWi=RWi=λ(cmeani-βcEU)Wi

Ji>0時，表明i航空公司需要購買排放配額；Ji<0時，表明i航空公司可以出售多余配額。

2.ETS對于行業個體的影響分析

在對碳排放交易體系做了一般說明后，我們分析對于不同市場結構下航空公司的不同應對策略。

對于壟斷市場而言，市場只有一個航空公司，它平均燃油消耗水平就是行業平均燃油消耗水平，它的J值始終大于0，那么它始終有降低碳排放的激勵。

對于寡頭市場，每一家航空公司的行為都會對市場產生重大影響，若是有一個寡頭提高了其平均燃油消耗水平，那么由于其所占的市場份額較大，由上述公式表明它的行為也會同時降低全行業燃油消耗水平，這樣J值就會比在行業標準不變時降低，由此說明，在寡頭市場中任何一個寡頭進行節能減排的激勵都是衰減的。

下面考慮一個市場結構，這個市場有幾家大型寡頭航空公司和幾家小型航空公司，小型航空公司所占市場份額非常小，這個結構類似于當前中國航空業的市場結構。由上面所述，寡頭航空公司節能減排的激勵是衰減的(這并不是說明它們沒有激勵去節能減排)，而對于小型航空公司而言，它們的行為對市場格局影響極小，則它們降低總油耗，提高運量也就是降低cmeani對于行業平均油耗影響可以忽略不計，在ETS的框架下，它們將極大降低J值，使得排放量小于配額上限進而拍賣剩余配額。

三、ETS視角下的航空公司節能減排效率評價模型

(一)模型思想

我們提出的效率評價模型是建立在ETS運行的視角下，由于對于每個航空公司存在一個J值，那么由于J值會影響航空公司的成本函數，對于每條航線都有對應的J′值，J′越小說明節能效率越高，J′越大說明節能效率越低。同時用J′值與對應總成本的比值來比較不同航空公司同一航線的節能效率，加總各航空公司各航線的比值則可以比較各航空公司多航線的節能效率，這樣我們的評價模型就可以從微觀層面(即具體航線)和宏觀層面(多航線或全航線)分析航空公司的節能效率。同時應該注意，這個值只是一個相對值，只有通過全行業各個公司的對比才有意義。

(二)模型假設

由于現實中各種參數種類過于繁復，如果把它們全部納入到模型分析中，將會造成模型中存在的變量過多。同時為方便統計的需要，我們要對數據的篩選進行簡化。筆者在盡可能保證分析準確性的前提下提出如下假設：

(1)各個航空公司相同型號的飛機參數相同。這包括座位數相同，不考慮飛機的機齡而假定飛機的噸公里油耗相同。

(2)同類型飛機飛行長途和短途的平均噸公里油耗相同，不考慮飛機爬升、巡航、降落等階段噸公里油耗的區別，只考慮一個平均值。

(3)只考慮無風的天氣狀況，不考慮天氣狀況對飛機運行的影響。對于一次飛行，我們提出這一假設是不合理的，但是我們考慮的是某一航空公司一年的運轉情況，因此某一次的天氣狀況對于飛機的影響對于整體來說實際上是可以忽略的，同時我們考慮的是所有航空公司的情況，因此從總體來看，這個假定是合理的。

(4)航空公司某一航線的總成本只考慮燃油的消耗與J′值不考慮固定成本。由于我們討論的是節能減排的效率，那么只考慮燃油消耗的成本與J′是有意義的。

(5)我國一般旅客(含隨身攜帶的行李)平均重量按90公斤計算。

(6)油價按照每噸7 407元計算。

(三) 航空公司的成本函數

首先給出任一航空公司任意航線的成本函數，然后再解釋各個變量的意義。

TC(q)=CF(q)+J′(q)

CF代表可變成本，上面的模型假設中提到，這里我們為了簡單起見只考慮燃油消耗的成本。X(q)代表ETS規則下由于J值的存在，考慮J值的影響，那么這條航線的運營成本則會改變，進而在利潤最大化時的均衡運量將會受影響。

下面給出CF(q)和J′(q)的表達式。

根據Estelle Malavolti和Julien Jenvrin的研究我們得到：

CF(q)=C0(1+α)q

這里C0代表飛機在運載率為零時的油耗(噸)，根據上述兩人的研究，a是一個常數，值為0.0055。將CF(q)用泰勒展開式展開，化簡后有：

CF(q)=C0(1-αq+α2q2/2)

J′(q)=(CF(q)ε-Rdq)px

這里ε是將油耗成本換算成CO2質量的換算量，是一個外生變量；px是每單位CO2在市場上的價格，也是一個外生變量。

(四) 航空公司節能減排效率指數

定義S=100J′/TWi，這里S是航空公司超過配額所要支付的費用與相應航線運量的比值。這個比值的實際意義是指每提供百噸公里運量航空公司所要支付的費用，這個比值越低，說明航空公司在該航線運營效率越高。若S值小于0說明航空公司的運營效率非常優秀以至于可以在ETS框架下獲益。

四、天津航空業節能減排效率的實證分析

通過將各航空公司的數據帶入模型，我們可以得到各個航空公司的節能減排效率的具體指標，進而在ETS的視角下賦予這些指標更為現實的意義。由于航空公司經營不同的航線所采用的機型也因此不同，如飛行短途航線采用支線機型像新舟60、ERJ145，而飛行長途航線采用干線機型如波音737與320，因此在比較整體航線的同時，還有必要對長短途航線分開比較，這樣可以更清晰地得出在運行長短途航線時各航空公司的節能減排效率的差別。此外，在具體的航線上，各個航空公司的客座率與選用的機型不同，進而造成在同一條航線上，不同航空公司的效率有較大差別，因此也有必要對具體航線上不同航空公司的節能減排效率進行比較。

(一)整體航線的比較

通過調查我們發現，在天津經營航空業務的主要航空公司有16家。其中，國航系航空公司包括中國國際航空公司與深圳航空公司；東航系航空公司包括中國東方航空公司與上海航空公司；南航系航空公司包括中國南方航空公司與廈門航空公司；海航系航空公司包括海南航空公司、天津航空有限公司、云南祥鵬航空公司、西部航空公司和首都航空公司。除此之外的航空公司還包括奧凱航空公司、山東航空公司、四川航空公司、上海吉祥航空和春秋航空公司。

我們首先調查了各航空公司在天津的進出港航班情況以及各航線對應的機型與機型的相應參數，然后根據我們提出的模型計算各航空公司在天津的進出港航班的對應指標。天津地區航空公司在天津經營業務的具體情況如表1所示。數據是各航空公司夏秋季一周的數據，由于各航空公司每周具體航段航班安排基本不變，因此我們采用周數據。由于在天津的運量較少，表1中其他航空公司的數據是云南祥鵬航空公司、春秋航空公司、首都航空公司、西部航空公司與上海吉祥航空的數據之和。在比較具體航線時才將這幾家航空公司進行單獨比較。

表1 各航空公司在天津的經營情況

在表1中，總油耗、運量是指該航空公司在津進出港航班一周內所消耗航空煤油的總噸數和總的噸公里數；平均燃油效率是各航空公司在天津經營時與總油耗、運量對應的指標，這是航空公司在津節能減排效率高低的體現，但是通過這個值的比較我們還是不能理解如何通過這個值來影響航空公司的決策，進而促進航空公司提高燃油效率，減少二氧化碳的排放，因此我們引入了J值和S值。這里J值是某一航空公司在津業務總計需要因超標排放而支付的金額，與單一航線或航段的J′值相對。S在這里指的是該航空公司在天津經營時每提供100噸公里運量需要支付的金額，這個金額越大，說明航空公司對環境污染越大，因而受到更多的懲罰；S值為負說明該航空公司由于較高的平均燃油效率可以獲得其他燃油效率較低的航空公司的補貼。

(二) 長短途航線分類比較

由于各個航空公司在津業務有所不同，長途航線上航空公司主要采用燃效較高大型飛機，而在短途航線上，航空公司采用的是較低燃效的窄體小飛機。如果將主營業務結構不同的航空公司置于同一框架下比較，這必然會損害短途航線較多的航空公司的利益。同時，由于業務結構的不同，將長短途航線加總比較所得出的結果也相對模糊，不能很準確區分各航空公司的優劣勢，因此有必要對長短途航線分別區分。根據規定，將1 100公里以下的航線劃分為中短途航線，將超過1 100公里的航線劃分為長途航線。

1.長途航線的比較

表2 長途航線

由表2可以看出，奧凱、上航、東航在津長途航線節能減排效率較高，并且在ETS框架下可以獲得補貼。而山航在排名中處于末位，并且節能減排效率是倒數第二位天航的近兩倍。通過調查發現，山航在飛長途航線時使用的是高油耗的窄體小飛機，因此若是在ETS框架下，山航將面臨較大的懲罰，因而有調整執飛機型或者購買低油耗的新型飛機的激勵。

2.短途航線的比較

表2是各航空公司在津經營短途航線的匯總信息，由表中數據可知，除了奧凱航空公司S值較低以外，其他航空公司短途航線S值都比較高。在ETS框架下，由于外部成本的上升，航空公司有激勵提高各航段的平均燃油效率甚至放棄不掙錢的短途航線。飛機起飛與降落過程中油耗最大，而在巡航的過程中油耗相對較低，因此在飛短途航線時必然會比長途航線對環境的影響更大，相對而言排放更多的二氧化碳。

表3 短途航線

(三)具體航段的比較

無論是從總體的角度還是長短途的角度，各航空公司之間的比較還是相對比較粗略，但落實到具體航段的比較上，可以清楚地比較經營相同航段的航空公司節能減排的效率。這里列舉了天津到廣州、深圳、大連三條航段。通過S值的比較可以清晰看出各航空公司在各具體航線上對環境的影響程度。

1.天津—廣州航段

表4 天津—廣州航段

在天津至廣州的航段上，東航的S值最低，-0.415意味著東航在天津至廣州航段上每提供100噸公里的運量，在ETS的框架下相當于可獲得0.415元的補貼；而國航和山航的S值高達5.525，這意味著兩家航空公司在該航段上的污染較嚴重，需要對其高污染進行懲罰，在ETS中兩家公司每提供100噸公里的運量相當于支付5.525元的罰款。

2.天津—深圳航段

表5 天津—深圳航段

從表5可知，在天津至深圳的航段上，除南航和廈航兩家S值為正以外，其他幾家航空公司(奧凱、海航、天航、國航、深航)的S值都為負，也就是說南航與廈航要通過ETS的體系對其他經營該航段的航空公司進行補貼。由于廈航在該行段上相比于南航提供了更多的運量，其所承擔的罰款要遠遠高于南航，因此可以說如廈航不改變機型，則在此航段上提供運量越多，所受懲罰越大，對環境造成的影響相比于其他公司更大。

3.天津—大連航段

表6 天津—大連航段

從表6可知，在天津至大連航段上，只有云南祥鵬航空公司采用燃效較低的波音738機型(油耗0.3公斤/噸公里)，因此其S值為負，而其他幾家航空公司在此航段上采用的機型油耗都很高，如海航5個航班中有3個航班采用ERJ190(油耗0.443公斤/噸公里)，天津航7個航班中有5個航班采用ERJ190，南航所有8個航班都采用波音319(油耗0.371公斤/噸公里)。因此在該航段上，祥鵬航空將由于其采用燃效更高的飛機而不斷從該航段中獲益，其他幾家公司則會因為高油耗飛機的使用而面臨懲罰。

五、對策建議

通過分析，我們很容易在ETS的視角下比較各航空公司在天津的營運狀況。在全球節能減排的大趨勢下，中國必然要通過制定一系列措施去減少二氧化碳的排放。隨著我國民航事業的發展，即使加入ETS還有較長的時間，我國也有必要建立相應的機制去引導、促進航空公司進行節能減排，降低二氧化碳的排放。

由于各航空公司主要的經營動機是利潤最大化，因此即使是平均燃油消耗較大的機型，只要有利可圖航空公司也會使用。因而航空業存在著較大的負的外部性，也就是污染。由于航空業自身沒有自發進行節能減排的動機，因此政府部門有必要發揮作用，去引導、促進航空公司進行節能減排。筆者提出兩個比較可行的解決辦法，二者本質都是要調整航空公司的目標函數，使得航空公司負的外部性內部化，使其受到環境污染的懲罰，從而主動降低二氧化碳排放，同時鼓勵燃效高的航空公司，促進整個民航業和諧發展。

(一)建立中國的碳排放交易體系

為了給各航空公司一個節能減排的激勵，對航空器排出的二氧化碳收取一定的懲罰費用勢在必行，而碳排放交易體系利用市場規則進行操作，可以最有效地刺激各航空公司進行節能減排。為了促進中國民航產業高速發展，本文采用了90%的免費排放額代替歐盟ETS規定的82%免費排放額，同時我們計算R值時采用的是區域內航空公司的平均燃油消耗水平。這樣選擇的用意在于，我國若是與歐盟ETS體系接軌，我國民航業必須要依據自己的行業發展情況，制定相應標準，這一方面是因為我國是發展中國家，我國的民航業發展時間較短，和歐洲一些老牌的航空公司相比，用它們較高的標準去要求我國航空公司是不合適也是不合理。因此應當根據我國的行業情況，同時選用90%的免費比率，目的是在促進各航空公司節能減排的基礎上減少對航空公司激勵的扭曲。

以天津為例，由于航空公司各航線的J值之和就是航空公司總體的J值，因此根據這一計算的總額，針對J值為負的航空公司可以向其他航空公司出售其剩余配額，從而國家相當于是合法的中間人，使得高污染的航空公司去補貼低污染的航空公司。由于碳排放交易體系的影響，各航空公司在機隊的規劃上便會采用一些能源節約型的飛機，從而達到節能減排的效果。

如第四部分中的長途航線，如果各航空公司所采用的是低燃油消耗的飛機如A320(平均噸公里燃油消耗0.294公斤)，則可節省燃油的消耗，進而減少二氧化碳的排放，如表7。

表7 各航空公司排放量

由表7可見若各航空公司在碳排放交易體系的作用下采用燃油消耗較低的飛機，則在天津從事遠程航線的航空公司每周可減排二氧化碳高達14 086噸，每年將減少二氧化碳排放將達73萬噸，這僅僅是天津長途航線的數據，若是擴展到全國，減排的效果將更為可觀。

我們需要明確建立碳排放交易體系的初衷就是降低各航空公司的二氧化碳排放，而不是國家從中謀利。因此在確定全行業標準時，相關部門應當參考歷史數據，在碳排放交易體系初見成效之后在選擇行業標準的平均燃油消耗水平上適度放寬條件。

不斷減少碳排放，是全球航空業的共同目標。近年來，中國民航大力開展節能減排工作，自2007年以來，全行業投入6億多元改善相關的設施設備，重點通過機載設備取代APU、優化航路、提高空管效率等方式推動節能減排。2011年，通過航路截彎取直、使用臨時航路，全年累計縮短飛行距離1 300萬公里，減少二氧化碳排放22萬噸，節省燃油成本5.3億元。但我國航空業的排放量依舊很大，因此我們要運用科技、管理和設施改進等手段實現減排目標，建立我國碳排放交易體系及監管機構，堅定不移地推動行業節能減排工作。

(二)建立非盈利監督機構

由于我國綠色民航建設的最終受益人是我國人民，因此光靠航空公司與政府的努力還是不夠的。然而，目前來看綠色民航的意識還沒有在航空旅客中推廣和普及，因此政府有必要建立一個非盈利的監督機構，一方面監督航空公司各航線的污染情況，如可用上文中提出的S值來定量，另一方面有必要將這一衡量標準向旅客宣傳，在某種程度上通過旅客的選擇影響航空公司的決策。

具體來說，這個非盈利的監督機構負責宣傳航空業進行節能減排的重要性，同時定期在其官方網站上提供各個航線、各航空公司的S值，進而讓旅客了解每條航線上，每家航空公司對環境的污染程度。雖然航空旅客在購買機票、選擇航空公司更多的是看重票價以及時刻，但是在票價相近、時刻靠近的情況下，通過機構的宣傳作用可以影響旅客決策。

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