高速鐵路和航空運輸?shù)母偁帲簩Νh(huán)境的影響以及緩解策略

李傳勇

（中鐵二院工程集團有限責任公司 四川 成都 610031）

高速鐵路和航空運輸?shù)母偁帲簩Νh(huán)境的影響以及緩解策略

李傳勇譯

（中鐵二院工程集團有限責任公司 四川 成都 610031）

本文建立了一個雙寡頭模型來分析高鐵和航空運輸二者之間的競爭對環(huán)境所產(chǎn)生的影響，將誘發(fā)運輸需求、班次頻率和高鐵時速等因素納入考慮。研究表明這兩種模式之間的競爭有可能對環(huán)境的影響是負面的，這取決于高鐵對航空運輸?shù)奶娲?yīng)和高鐵對交通需求的誘發(fā)效應(yīng)二者之間的權(quán)衡。本文對倫敦—巴黎的運輸市場進行了模擬研究，因為高鐵占據(jù)了兩地之間70%的運輸市場份額。高鐵的引入對空氣中顆粒物的作用是負面的，但對溫室氣體排放的作用是正面的。當高鐵和航空運輸排放之間的比率相對較小時，高鐵的引入既沒有增加空氣中顆粒物也沒有增加溫室氣體。然而，當高鐵目標函數(shù)中的社會福利的權(quán)重增大時，這種競爭可能對環(huán)境的影響變?yōu)樨撁妗Ｅc航空運輸相比，高鐵的環(huán)境友好程度取決于用于發(fā)電的能源組合（這受運營高鐵國家很大程度的約束）。因此，管理當局在評估引入高鐵對環(huán)境的影響時，應(yīng)將能源政策和減排措施納入考慮。

高速鐵路；航空運輸；競爭；環(huán)境；緩解策略；倫敦—巴黎運輸市場

1 引言

保護環(huán)境和阻止全球氣候變暖一直是歐盟的政策優(yōu)先方向。歐盟領(lǐng)導人已簽署了減排目標，到2050年，歐洲溫室氣體（GHG）的排放量同比1990年要減少80-95%。具體來說，到2020年減少20%的排放，到2030年減少40%，到2040年減少60%。航空運輸對環(huán)境的影響越來越引人關(guān)注，主要是原因在于航空運輸需求預計將會進一步增加。第37屆國際民用航空組織（ICAO）大會的研究預計從2010年到2030年世界范圍內(nèi)航空運輸旅客周轉(zhuǎn)量每年將增長4.7%。氣候變化委員會預測未來航空運輸?shù)亩趸寂欧帕浚谀壳案咴鲩L情形下，2050年排放量將是1990年的7-8倍（Adler等，2013）。盡管技術(shù)在不斷進步和革新，但交通量的持續(xù)增長仍將導致航空運輸總排放量的增加（Socorro和Betancor，2011）。大部分的研究觀點認為，通過技術(shù)革新，航空部門每年每飛行公里的排放量減少不超過1-1.5%，這也印證了前面的說法（Anger，2010; Morrell，2007; Scheelhaase和Grimme，2007年）。

在這種背景下，出于環(huán)保方面的考慮，高鐵替代航空運輸?shù)玫胶芏嗟闹С?。比如，歐盟提出，到2050年大部分的中長距離旅客運輸應(yīng)通過高鐵，到2030年現(xiàn)有高鐵網(wǎng)的長度將增加兩倍（EC，2011）。目前政策鼓勵將客流從航空轉(zhuǎn)移至高鐵的理由在于高鐵每坐席的排放量更低。事實上，一些實證研究也表明，航空公司（每坐席）本地空氣污染（LAP）和溫室氣體排放（或其經(jīng)濟影響）高于高鐵（Givoni和Banister，2006; Givoni，2007; Janic， 2003，2011）。然而，高鐵的引入并不一定會帶來整體的環(huán)境改善（D'Alfonso et al.，2015）。其對環(huán)境的影響也可能是負面的，因為引入新的運輸模式常常會誘發(fā)新的運輸需求。換句話來說，高鐵引入所帶來的替代效應(yīng)（從航空運輸轉(zhuǎn)移至高鐵的客運量）和誘發(fā)需求效應(yīng)（高鐵誘發(fā)產(chǎn)生新的客運量）二者之間存在一個權(quán)衡。

現(xiàn)有文獻的研究主要集中在航空運輸與高鐵二者競爭的市場均衡（考慮交通量和價格水平因素），而沒有從環(huán)境方面來分析，主要是通過實證方法（Behrens和Pels，2012; Dobruszkes，2011;González-Savignat，2004; Park和哈，2006），博弈論方法（Adler等人，2010）或從分析的視角（楊和張，2012）。另外一些研究探討了航空運輸與高鐵合作的可能性，以及二者合作給航空公司和社會帶來的潛在利益。同樣，大部分主要是實證論文（Cokasova，2006; Givoni和Banister，2006），只有少部分對該問題進行了理論分析（Jiang和Zhang，2014; Jiang等人，2016年; Socorro和Viecens，2013）。最近的一些文章研究了高鐵與航空運輸之間的競爭所帶來的長期影響，航空運輸應(yīng)從市場覆蓋率和運輸網(wǎng)絡(luò)選擇上應(yīng)對主干航線上高鐵的競爭（Jiang和Zhang，2016）。

航空運輸和高鐵的替代效應(yīng)對環(huán)境影響的研究多為針對具體路線的案例研究。部分研究將重點放在評估高鐵取代一些短途航班后每坐席污染的減少量（本地空氣污染或溫室氣體排放）（Janic，2011; Givoni和Banister，2006; Miyoshi和Givoni，2013）。然而，這些文獻都沒有考慮引入新的交通工具后，誘發(fā)所產(chǎn)生的這部分運輸需求對環(huán)境的影響。 D'Alfonso et al.（2015）對此做了進一步的研究，構(gòu)建了一個分析框架，來評估航空運輸和高鐵之間的競爭對環(huán)境和社會福利的影響，同時指出誘發(fā)需求的影響。研究結(jié)果表明，兩種模式之間的競爭可能對環(huán)境是不利的，取決因素在于運輸市場的擴張，運輸模式之間的轉(zhuǎn)換，運輸市場的規(guī)模和不同運輸模式排放率的差異。

在本文中，我們建立了一個雙寡頭模型，考慮有誘發(fā)需求產(chǎn)生情況下，航空運輸和高鐵的競爭對環(huán)境的影響。允許運營商同時決定乘坐人數(shù)及班次頻率，也允許運營商改變高鐵運行速度。文中采用倫敦-巴黎之間的運輸市場進行了仿真模擬，高鐵占據(jù)的運輸市場份額為70%（Barrón等人，2009）。從政策的角度來看，這些研究是必要的。一方面，航空與鐵路二者的競爭對環(huán)境影響的辯論觀點可能會導致政策制定者在考慮未來交通政策時有所傾向。另一方面，高鐵引入可能會涉及大量的投資，因此更深入地了解其影響是必要和適時的。到目前為止，高鐵替代部分短途航班，將機場連接到跨歐洲高速鐵路網(wǎng)，從而達到兩種運輸模式的競爭和合作，已經(jīng)在世界主要的機場發(fā)生，比如法蘭克福、巴黎戴高樂機場，馬德里巴拉哈斯國際機場和阿姆斯特丹史基浦國際機場等。中國，英國，意大利，比利時和韓國已有高鐵線路在運營。此外，許多其他國家，如巴西，印度，俄羅斯，土耳其和美國正在評估是否投資修建高鐵。

本文與D'Alfonso等人（2015）的研究具有相似之處，但在如下兩個方面做了進一步的探究。

首先，文中在考慮對環(huán)境影響時將誘發(fā)需求，班次頻率和高鐵時速等因素同時納入考慮。這里研究了高鐵時速相同時，航空運輸和高鐵的客運量和班次頻率的變化情況。而D'Alfonso（2015）等人的研究構(gòu)建了三種獨立的場景，每種場景側(cè)重于一個方面。他們的模型框架中缺乏的是，將高鐵時速和班次頻率都作為狀態(tài)變量時，如果提高高鐵時速的成本比增加班次頻率的成本低，運營商可能更有動力提高列車的速度并同時降低班次頻率。一方面，這可能有益于環(huán)境，因為高鐵開行的班次可能會減少。但另一方面，也可能會對環(huán)境有害，因為高鐵的污染取決于機車車輛的能量消耗（CflT，2001），其隨著高鐵的速度而增加（Kemp，2004; Garcia，2010; Andersson和Lukaszewicz，2006; Bousquet等，2013）。

其次，通過數(shù)值分析，我們可以衡量高鐵引入對本地空氣污染和溫室氣體的影響，而D'Alfonso（2015）等人對此沒有進行仿真模擬。這樣我們就可以理清航空和高鐵的競爭對本地空氣污染和氣候變化的影響。通過仿真模擬，可以用來分析兩種運輸模式下的緩解策略，也可以作為歐盟政策措施的基礎(chǔ)，長期來看這兩者會共同影響高鐵和航空運輸排放之間的比率。本文的研究表明，兩種模式之間的競爭可能會對環(huán)境有害，這主要取決于高鐵相對于航空運輸對環(huán)境影響的大小。特別的是，本文研究發(fā)現(xiàn)高鐵的引入會加重本地空氣污染，而減少了溫室氣體的排放。這與大多數(shù)觀點相一致，即由于CO2排放量低，高鐵對氣候變化沒有顯著影響（Archer，1993; Dings等，2002）。文中還研究了高鐵和航空運輸排放之間的比率對結(jié)果的敏感性，以及社會福利的權(quán)重對高鐵目標函數(shù)變化的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當高鐵和航空運輸排放之間的比率相對較低時，高鐵引入不會加重本地空氣污染和溫室氣體排放。然而，當二者的排放比率增加時，或者當高鐵目標函數(shù)中社會福利的權(quán)重變大時，二者的競爭對環(huán)境的影響很大可能是負面的。

本文的結(jié)構(gòu)組織如下：第2節(jié)和第3節(jié)分別介紹了歐洲航空運輸和高鐵競爭的概況，以及兩種模式對環(huán)境影響的比較，第4節(jié)建立模型，而第5節(jié)進行仿真模擬，第6節(jié)包含了緩解策略和政策措施的討論結(jié)果。第7節(jié)給出了結(jié)論性意見。

2. 歐洲航空運輸和高鐵的競爭

隨著列車時速的提高，高鐵可能對航空運輸施加更大的競爭壓力。 Janic（1993）認為，高鐵可以在400-2000公里的距離范圍與航空運輸進行競爭。Rothengatter（2011）的研究發(fā)現(xiàn)，航空運輸和高鐵之間最可能的競爭發(fā)生在1000公里距離以內(nèi)，大部分可能在400和800公里之間。 Steer Davies Gleave（SDG，2004）的研究結(jié)論認為，高鐵對航空運輸?shù)耐{在運輸距離在200-800公里之間的國家是最強的，特別是在300-600公里的范圍內(nèi)。對于短于150-200公里的距離，高鐵不具備優(yōu)勢。對于800-1000公里以上的距離，高鐵與航空運輸相比，也不具有競爭力。圖1為英國和其他四個歐洲國家（SDG，2004年）的五條主要通道上200公里以上距離的潛在高鐵客流估計。

以馬德里 - 巴塞羅那之間620公里的通道為例，González-Savignat（2004）的研究發(fā)現(xiàn)，高鐵對航空運輸?shù)氖袌龇蓊~有非常大的影響，且總行程時間是決定運輸市場份額的最大因素。在同一條路線上，Románet al.（2010）基于一組混合的顯示偏好和陳述偏好數(shù)據(jù)來分析航空運輸與高鐵的競爭，并且得出旅客為改善服務(wù)質(zhì)量的支付意愿，比如縮短行程時間或提高班次頻率。Dobruszkes（2011）研究了西歐高鐵和航空運輸之間的競爭，并選取了五對城市進行實證分析。他的研究發(fā)現(xiàn)，除了行程時間，班次頻率和票價之外，航空樞紐和城市地區(qū)的地理結(jié)構(gòu)等變量也對兩種模式之間的競爭造成影響。Behrens和Pels（2012）對倫敦-巴黎之間的運輸市場進行了研究，并指出行程時間和班次頻率是影響旅客選擇行為的兩個主要決定因素。

圖1 高鐵的潛在運輸需求和優(yōu)勢

在一些情況下，高鐵引入對航空運輸需求的影響是巨大的。在巴黎南特的線路上，TGV的引入使航空的運量減少了30%（Dobruszkes，2011）。在巴黎雷恩（Paris-Rennes）和巴黎布雷斯特（Paris-Brest）等路線上也發(fā)生了類似的情況（Chi，2004）。根據(jù)法國鐵路運營公司—法國國家鐵路公司（SNCF）的資料，在巴黎-里昂路線上，航空/鐵路的聯(lián)運占了運輸市場份額的90%以上（AECOM Australia Pty Ltd，2013）。一般來說，在高鐵運行時間約為3小時的運輸走廊上，高鐵的市場份額約為60%（Logistics Design Management, 2014）。同樣，西班牙在20世紀90年代初馬德里和塞維利亞建設(shè)高鐵之前，航空與鐵路的運輸市場份額分別為67%和33%。引入高鐵后，二者變?yōu)?6%和84%。根據(jù)Barrón等人（2009）的預測，到2020年預計將分別為13%和87%。高鐵的引入嚴重影響了非歐洲國家航空運輸?shù)母偁幜?。在臺灣臺北與高雄之間高鐵連通的情況下，據(jù)報道，高鐵已經(jīng)將島內(nèi)航空運量減少了50%（Aerospace America, 2012）。韓國第一條高鐵線路的開通顯著降低了韓國國內(nèi)市場的航空運輸需求（Park和Ha，2006）。在中國，鄭州和西安（505公里）之間的所有航班在2010年3月暫停，也就是在高鐵服務(wù)開通48天后，而武漢-廣州航線（1069公里）每日航班數(shù)從15班減少到9班，僅僅發(fā)生在高鐵開通一年后（Fu et al., 2012）。

3. 航空和高鐵對環(huán)境影響的比較

通過對本地空氣污染，氣候變化和噪聲等指標的影響，來衡量兩種運輸模式替代的環(huán)境效益。目前的科學研究已證實空氣污染對人類健康有直接影響，并且使過早死亡的風險增加（Dailey，2012）。本地空氣質(zhì)量直接受排放量的影響，并且每天都有變化，而對健康的影響可能需要更長時間才會顯現(xiàn)，并且會隨著時間的推移而持續(xù)（Adler等，2013）。本地空氣污染物包括碳氫化合物（HC），一氧化碳（CO），氮氧化物（NOx），二氧化硫（SO2）和顆粒物（PM）。對氣候變化的影響主要是由于溫室氣體排放，如二氧化碳（CO2）（Seinfeld和Pandis，2012）。一般來說，由于二氧化碳排放率較低，高鐵運行不會對氣候變化產(chǎn)生重大影響。此外，與地平面相比，在高海拔地區(qū)排放二氧化碳對氣候變化的影響要明顯增大（高于100的系數(shù)）（Archer，1993; Dings等，2002）。對于NO2，SO2和PM10等對人類有毒性的物質(zhì)，高鐵與飛機相比，表現(xiàn)出每換算席位排放量低的優(yōu)勢（Givoni，2007）。高鐵運行所產(chǎn)生的二氧化硫排放量較低，這主要取決于用作發(fā)電的煤炭或其他燃料的份額（Button，1993）。通常，發(fā)電廠遠離人口稠密的地區(qū)，這意味著高鐵運行對局部空氣污染的實際影響較低，因為受排放影響的人數(shù)相對較少（Givoni，2007）。例如，Givoni（2007）對倫敦-巴黎走廊的研究報告顯示，（基于Huijbregts等人在2000年對毒性因子的研究）對本地空氣污染的指標航空為86.1單位，高鐵為32.2單位（路線上提供的每座位）。在同一條路線上，航空運輸NOx（二氧化碳）的排放量為198.92（4,495）克，高鐵（路線上提供的每座位）的排放量為17.57（7194）克。最后，雖然飛機發(fā)動機的排放具有局部和整體影響，但噪聲卻對機場周圍的社區(qū)有直接影響（Marais和Waitz，2009）。雖然，高鐵運行在很高速度下會導致較高水平的噪聲（Brons等人，2003），然而這種影響（其取決于所聽到的實際噪聲和受影響人的數(shù)量）低于預期，因為在人口稠密的地區(qū)，由于列車需要減速進站，在接近車站時，列車的速度就會逐漸降低。

總的來說，我們可以得出結(jié)論，飛機運行對本地空氣污染和氣候變化的環(huán)境影響取決于飛行時間，飛機的座位數(shù)，燃料消耗，混合層高度，航空模式所占的運輸市場份額，以及機場到市中心的距離。高鐵運行對環(huán)境的影響主要取決于產(chǎn)生電力的燃料，路線距離和能源消耗（Givoni，2007; Janic，2003）。

事實上，我們應(yīng)該對這兩種運輸模式的全生命周期進行分析，而不僅僅是運營階段。這些其它階段（建設(shè)/生產(chǎn)，維護和垃圾處理）也可能對環(huán)境造成重大影響。例如，與鐵路建設(shè)相關(guān)的影響，是在建設(shè)新的鐵路線路時需要征用土地，從而影響景觀，城市風貌，生物多樣性和自然遺產(chǎn)（Westin和Kageson，2012）。國際鐵路聯(lián)盟（Railway Handbook, 2012）的報告指出，平均來說，考慮“從油井到車輪（Well to Wheel）”的能量轉(zhuǎn)換方式來推進車輛時，高鐵顯示出比航空運輸更有效。圖2顯示了“從油井到車輪”的能量轉(zhuǎn)換方式下，每乘客公里平均溫室氣體排放量的比較。從圖中可以看出，即使將高鐵建造和運營維護的碳排放也納入考慮，高鐵每人公里的碳排放只額外增加5g / kpm，這并不會顯著改變兩者的對比。

圖2 高鐵每人公里GHG排放相對于航空運輸?shù)膬?yōu)勢

4. 模型建立

我們下面來定義乘客的價格感知函數(shù)：

和Flores-Fillol（2009）的文章類似，本文將班次頻率加入公式（3）的價格函數(shù)中。某一航空公司或高鐵運營商提供較多班次的航班或班列，增加了乘坐的靈活性，提高了旅客服務(wù)質(zhì)量(Adler et al., 2010; Behrens and Pels, 2012; Gonzá lez-Savignat, 2004; Román et al., 2010; Yang and Zhang, 2012)。除了減少總行程時間之外，較高的班次頻率還可以在多站式行程時間協(xié)調(diào)方面增加乘客的行程選擇或旅行機會（Cokasova，2006; Vespermann和Wald，2011）或減少由于低準時性或低可靠性造成與下一個行程銜接不上的擔心。同樣，較高的列車運行速度減少了行程時間，并增加了旅客的支付意愿。更高列車運行速度的其他好處包括增加與其他運輸模式的協(xié)調(diào)機會，或當不能預計出發(fā)時間時利用一些其它服務(wù)的可能性。

從公式（2）和（3）可得出：

此外，和D'Alfonso等（2015年）的研究類似，我們假定航空公司是一家純粹的私人公司，追求的目標是利潤最大化，而高鐵是最大化其利潤和社會福利的加權(quán)和。有了這些假定，高鐵的目標函數(shù)是：

δ是社會福利相對于利潤的權(quán)重。在模型中，航空公司和高鐵運營商之間的競爭被視為同步的博弈，即，本文著眼于短期運營期間，兩個運營商決定其具體的運營方式。特別是，在文中的模型中，航空公司可以決定乘客的服務(wù)數(shù)量和服務(wù)頻率，而高鐵可以決定乘客的服務(wù)數(shù)量，班次頻率和平均運行速度。因此，運營商需同時解決以下兩個決策問題：

為了衡量對環(huán)境的影響，本文區(qū)分LAP和GHG的排放，在評估航空運輸和高鐵競爭對環(huán)境影響時，將只有航空運輸時總排放水平作為基準情況，與競爭模型處于平衡態(tài)時總排放水平進行比較。于是，高鐵引入后的總體環(huán)境效益測量如下：

5. 仿真模擬研究

在本節(jié)中，我們進行了一個仿真模擬研究，以了解航空運輸和高鐵之間競爭對環(huán)境的影響。本文將倫敦—巴黎運輸市場作為基準案例進行數(shù)值模擬研究。兩地之間的鐵路線路由歐洲之星鐵路公司運營，從1994年到2011年，共運送了大約1.15億乘客。倫敦和巴黎之間的飛行距離是380公里，這就使得兩種運輸模式的競爭異常激烈（Givoni，2007; Janic，1993 ; Rothengatter，2011）。2007年，高鐵占據(jù)了70%的市場份額（Barrónet al.，2009），乘客從短途航空運輸轉(zhuǎn)移到高鐵減少了4萬噸二氧化碳總排放。然而，考慮到高鐵引入后的誘增運量需求，評估高鐵對環(huán)境整體影響時應(yīng)更加仔細。

文中假設(shè)倫敦和巴黎之間乘客的出發(fā)地和目的地均為市中心。實際上，盡管乘客的行程起點和終點通常分散在較大的城市范圍，但一般情況下，市中心是吸引大多數(shù)乘客的位置，將其視為乘客的起終點從地理平均值上來看是合理的（Givoni，2007 ）。

5.1 參數(shù)估計

本文數(shù)值模擬的相關(guān)參數(shù)的估計取值來源于相關(guān)文獻和官方網(wǎng)站的數(shù)據(jù)，詳見表1。

表1 數(shù)值模擬的相關(guān)參數(shù)估值

其次，來看運輸服務(wù)的提供方，將運輸總成本分為每次飛行（或高鐵開行）的固定成本和每乘客的可變成本。由于沒有收集到高鐵和航空運輸?shù)墓潭ǔ杀竞涂勺兂杀镜男畔?，本文將每乘客的邊際成本用提供單位乘客服務(wù)和產(chǎn)品的支出來替代，即航空運輸總運營成本的6.70%（Belobaba等人，2009）和高鐵的12.70%（Shirocca Consulting, 2013），來作為每席位運營成本的估計。

先來分析高鐵方面。首先，估算每增加高鐵1kph平均運行速度所需的電力成本（每乘客），即μ。為求得其取值，（i）根據(jù)Kemp（2004）的研究得出每kph每乘客的平均能量消耗，即0.31 kWh /kph·pax；ii）參照歐盟統(tǒng)計局（2013年）報告中每kWh的成本，0.1 / kW h。

表2 計算結(jié)果分析

5.2 計算結(jié)果與分析

求解決策目標函數(shù)（9），以及公式（10），分別計算LAP和GHG的排放。數(shù)值計算結(jié)果見表2。

6. 緩解策略和環(huán)境政策

我們的分析表明，不能簡單的說高鐵引入有利于環(huán)境：是否有利取決于高鐵的環(huán)境友好性。例如，由于電力機車較高的技術(shù)效率和不同的運行條件（較少的停站，即更少的能源用于加速），如電力機車的二氧化碳排放量明顯低于內(nèi)燃機車。盡管如此，要說電力機車比飛機有多環(huán)保卻并不那么直觀，這取決于緩解策略對這兩種方式的有效程度，減排政策評估也不同程度地影響著兩種方式的污染水平。下面的部分旨在分析如何從上述兩個方面在上述這交通運輸方式排放量進行權(quán)衡，因此，從長遠來看，高鐵和航空競爭對環(huán)境影響可能會發(fā)生改變。

圖3 當δ=1，不同eH/eA時，高鐵引入對環(huán)境影響的敏感性分析

6.1 航空運輸和高速鐵路緩解策略的對比

緩解策略是指一組行動，這些行動是限制、停止或徹底改變長期氣候變化和當?shù)乜諝馕廴镜乃俣?。航空公司減少自身環(huán)境影響的機會包括技術(shù)效率和運營的改進,以及替代燃料的使用(Capoccitti et al., 2010; Green, 2009;IPCC, 1999; Lawrence, 2009; Sgouridis et al., 2011; Winchester et al., 2013)。通常情況下，技術(shù)效率的改進包括：

—改進發(fā)動機設(shè)計（如，3D壓縮機葉片）；

—推進力和機翼跨度的變化；

—通過使用輕質(zhì)材料減輕飛機空車的重量（如，復合材料）

—重新配置飛機內(nèi)部

歷史上，發(fā)送機和空氣動力效率改進每年分別達到了1.5% and 0.4% (Lee et al.2001)，運營效率的改進包括：

—航空公司運營的變化(如,替代燃料的使用,限制行李的數(shù)量和重量),優(yōu)化燃料消耗(如，降低巡航速度,爬升/下降路徑的優(yōu)化),優(yōu)化地面操作；

—負荷系數(shù)最大化，以便于填滿飛機的座位容量;

—空中交通管制(ATC)操作的改變,如使用最少燃料航線,飛行高度的變化,減少延誤。

根據(jù)政府間氣候變化專門委員會的估計(IPCC, 1999)，運營效率的改進可以達到6%-12%。替代燃料一般分為：

—合成燃料也叫費托 (FT)燃料;

—來自生物產(chǎn)生的生物燃料。

Sgouridis等人預測，到2024年，生物燃料占總?cè)剂舷牧康谋壤龑⑸仙?5.5%（溫和的估計），樂觀估計這一比例將達到30.5%。在這些假設(shè)的前提下，作者估計，到2024年，相對于參考案例，生物燃料使得航空業(yè)二氧化碳的排放量減少5.5% -9.5%。

對高鐵運輸而言,普遍認為, 通過技術(shù)和運營效率的改進，無論是短期還是長期，潛在能源效率的節(jié)約都是可以實現(xiàn)的(Cucala and Cardador, 2011;Gunselmann, 2005; UIC, 2003; US DOT, 2014)。高速鐵路技術(shù)效率的改進包括：

—減量化，包括：使用Jacob-type轉(zhuǎn)向架的鉸接列車，以及更多的創(chuàng)新方法，如轉(zhuǎn)彎單軸轉(zhuǎn)向架或未來基于機電一體化的懸掛技術(shù);

—減少轉(zhuǎn)換損失,再生制動和能量儲存；

—空氣動力學和摩擦措施，如用整流罩罩在轉(zhuǎn)向架外面。

高速鐵路運營效率的改進包括：

—空間利用（如使用雙層和寬體列車,用動車組代替機車牽引，以增加每列車長度的作為數(shù)量);

—降低舒適功能的能源消耗，包括用于鐵路機車車輛維護的能源；

—節(jié)能駕駛，如降低停站時間，駕駛建議系統(tǒng)，交通順暢；

—靈活的班列以使得滿載率最大化；

—改進采購戰(zhàn)略。

盡管這兩種交通方式都有有改進技術(shù)和運營效率的余地，航空公司有機會轉(zhuǎn)用非傳統(tǒng)噴氣燃料，并且這項措施是獨立于航空公司運營的國家，而混合動力的列車則嚴重受限于高鐵運營的國家（如，電力資源的可獲得性和利益分配規(guī)則）。因此，盡管有一些方法可以降低發(fā)電廠SO2和其他氣體的排放—如，轉(zhuǎn)而使用低硫燃料油或天然氣(Chaaban et al., 2004) —這些措施在高鐵上應(yīng)用的程度是有限的。

6.2 環(huán)境政策的作用

高鐵和航空運輸運營所在國家的環(huán)境政策對他們從事與環(huán)境影響緩解策略的激勵有著很大的影響。歐洲氣候和能源方案中兩項關(guān)鍵的立法成績就是歐洲碳排放交易體系和可再生能源利用的國家目標。歐洲碳排放交易體系是溫室氣體排放管理的限額與交易系統(tǒng)。這個方案涵蓋了28個歐盟成員國、冰島、列支敦士登和挪威的11000多個發(fā)電站和工廠。自2013年以來，拍賣成為了該部門分配排放限額的主要方式。通過關(guān)聯(lián)，通過市場，每一噸碳排放的經(jīng)濟價值，該方案產(chǎn)生兩方面的效應(yīng)：一方面，它鼓勵電廠運營企業(yè)投資于減排技術(shù)；另一方面，它使綠色能源發(fā)電的邊際成本相對于碳密集型技術(shù)更具競爭力。對環(huán)境有益影響的進一步提高，是通過旨在對抗氣候變化項目中排放拍賣資金所得的一半以上資金的再投資來實現(xiàn)的。

這個系統(tǒng)不直接限制高速鐵路的排放，但是它限制發(fā)電部門的排放，因此又間接地影響了高速鐵路對環(huán)境的影響。特別是，歐洲國家都明確地致力于可再生能源發(fā)電的目標，并且正在通過可再生能源激勵計劃，促進向綠色發(fā)展轉(zhuǎn)變。總得來說，這些措施正推動減少電力部門的排放，進而導致高速鐵路排放的降低。例如，2001-2007年，歐盟成員國中，可再生能源發(fā)電量增長了96%。同時，自2012年1月以來，航空業(yè)已經(jīng)被直接納入到歐洲碳排放交易體系。這個方案涵蓋了28個歐盟成員國以及冰島、列支敦士登和挪威機場的起降航班，但不包括非歐洲國家機場的起降航班。歐洲碳排放交易體系向航空公司提供了不同方式的選擇來符合排放的限制要求：1.自己減少排放；2.在市場上購買其他部門的額外限額；3.在《京都議定書》減排項目上投資。2012年，有價值560億歐元的79億限額進行交易，也就是說，每頓二氧化碳排放限額的平均價格是7.09歐元EC (2014b)。

在這種情況下，重要的是要注意市場上限額價格預計將低于燃料(特別是生物燃料)的價格，而高于一些發(fā)電廠能源投入的成本。此外，與歐洲碳排放交易體系的其他部門相比，航空公司的減排成本預計會很高。因此，航空公司可能更愿意去從其他工業(yè)部門去購買限額，而不是努力去減少排放量 (見Anger and K?hler, 2010) 。

在評估航空運輸和高速鐵路競爭的環(huán)境影響時，這是一個重要的參數(shù)需要考慮，因為限額市場可能不同程度地影響兩種運輸方式的投入成本。航空方面，無論航空公司是致力于緩解策略，還是從其他工業(yè)部門購買限額，限額的價格都將會增加航空公司的成本，但是增加額預計不會太高。相反，在高鐵方面，從長遠來看氣候和能源方案可能會降低能源成本。事實上，隨著發(fā)電技術(shù)向可再生能源發(fā)電轉(zhuǎn)變，平均成本將會降低（如，光伏發(fā)電和風力發(fā)電的邊際成本接近于零），電廠直接連接到的分布式的網(wǎng)格中（分散式發(fā)電）使得電網(wǎng)增長。因此，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的補強可能會被推遲（分散式發(fā)電比較接近用戶,通過電網(wǎng)提供的凈需求可能減少），總得來說，歐盟氣候和能源方案可能導致溫室氣體排放的減少，這取決于受制于歐洲碳排放交易體系的所有行業(yè)減排的邊際成本和未來航空業(yè)限額和交易機制的演變。

7. 結(jié)論

本文建立了一個雙寡頭壟斷模型，以闡明引入高鐵作為航空運輸?shù)母偁帉κ謱Νh(huán)境的影響，同時考慮誘發(fā)運輸需求，班次頻率和高鐵運行速度的影響。以倫敦—巴黎的運輸市場為例進行仿真模擬，高鐵在兩地之間運輸市場所占份額為70 %，來分析航空和鐵路二者之間的競爭對LAP和GHG排放的影響。研究表明，兩種模式之間的競爭可能對環(huán)境有害，主要取決于高鐵相對于航空運輸對環(huán)境影響的大小。特別的是，研究發(fā)現(xiàn)高鐵引入對LAP的排放是有害的，但對GHG的排放是有益的。文中還研究了目標函數(shù)對高鐵和航空運輸排放比率的敏感性，以及高鐵目標函數(shù)中福利相對于利潤的權(quán)重。當高鐵和航空運輸排放之間的比率相對較低時，研究發(fā)現(xiàn)高鐵的引入既不增加LAP的排放，也不增加GHG的排放。然而，當二者的比率變大時，或高鐵目標函數(shù)中社會福利的權(quán)重較高時，二者的競爭更有可能對環(huán)境有害。

這項研究對運輸領(lǐng)域的意義是雙重的。首先，部分人士在提出運輸政策建議時重點在高鐵的綠色環(huán)保上，可能導致管理機構(gòu)在考慮未來交通政策時存在偏見。本文的研究結(jié)果表明，兩種模式之間的競爭也可能對環(huán)境是有害的，這主要取決于市場擴張，模式轉(zhuǎn)移和市場規(guī)模，以及高鐵相對于航空運輸對環(huán)境的友好程度。第二，電力機車比飛機對環(huán)境更友好并不是直接的，取決于兩種模式可用的緩解策略和減排的政策措施，這將對兩種模式的污染程度產(chǎn)生不同的影響。由于高鐵的環(huán)境友好程度取決于用于發(fā)電的能源（受高鐵運營所在國家的限制）組合。監(jiān)管機構(gòu)在估計高鐵引入的影響時，應(yīng)當考慮能源政策（例如可再生能源的目標）和運輸模式的增效技術(shù)或緩解策略。

本文的研究具有一些局限性，在進行政策建議時需要考慮。首先，文中的假設(shè)是同質(zhì)客戶。第二，是基于特定的倫敦—巴黎線路的數(shù)據(jù)來估算模型的參數(shù)。第三，認為航空運輸—高鐵的伙伴關(guān)系是外生的，而實際上，這是一個戰(zhàn)略決策（Jiang et al。，2015）。本文還提出了可進一步研究的問題。首先，我們考慮了單一航空公司和單一高鐵運營商的情況。實際上，對于航空業(yè)，可能有更多的公司在市場上競爭，將研究擴展到多競爭對手的情況下將是好的研究角度。第二，除了運營之外，高鐵全生命周期分析（建造/生產(chǎn)，維護和垃圾處理）也可能對環(huán)境有顯著影響。以后的研究可進一步考慮建設(shè)新線路的情況下，不同的交通模式競爭對環(huán)境的影響。

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G322

B

1007-6344（2017）05-0288-06

李傳勇（1968-），男，四川樂至人，高級工程師，研究方向：鐵路樞紐及車站規(guī)劃設(shè)計和鐵路運輸組織及物流規(guī)劃。

原文出處：Tiziana D’Alfonso, Changmin Jiang , Valentina Bracaglia. Air transport and high-speed rail competition： Environmental implications and mitigation strategies[J]. Transportation Research Part A , 2013,10(92)： 261-276.