中國民航業中長期碳排放預測與技術減排潛力分析

許績輝,王 克

中國民航業中長期碳排放預測與技術減排潛力分析

許績輝,王 克*

(中國人民大學環境學院,北京 100872)

基于LEAP構建自下而上的中國民航業能源系統模型,設置凍結、現有政策、力度、替代和革命五組情景,深入分析民航業的驅動因子和發展趨勢,探討中國民航業中長期低碳發展的技術路徑.結果顯示,預計2060年左右人均乘機次數翻兩番,突破2人次,凍結情景下2060年會帶來高達6.9億t的碳排放.力度情景下,民航業碳排放有望在2044年左右達峰,峰值水平控制在3億t左右,40年累積減排近50%,僅需增加約1萬億人民幣的成本.穩步推進機隊更新換代,加快基礎設施提升和運營操作改進,發展可持續航空燃料是民航業必須依賴的減排手段,分別能帶來44.1%、29.5%和26.4%的減排量.因此,民航業要盡早制定行業“雙碳”目標和實施路徑計劃,中短期統籌推進空域改革、空中交通管理和航司精細化管理,大力支持國產大飛機的發展,長期推動可持續航空燃料全產業鏈商業化和市場化.

民航業；LEAP模型；碳減排；技術路徑；情景分析

改革開放以來,我國民航需求持續增長,由此帶來巨大的碳排放,約占全國總排放的1%.[1]但我國人均乘機次數仍遠落后發達國家[2],隨著我國經濟高質量發展,民航業未來還有很大的增長空間,將成為未來能源消費和碳排放增長的主要來源之一.中國已正式宣布將力爭2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和[3],在其他部門通過低碳轉型減少排放的背景下,占全社會排放比重不斷上升的民航業將在中長期成為我國實現“雙碳”目標的重要挑戰.此外,民航業是世界上第一個由各國政府協定實施全球碳中和增長措施的行業,全球航空運輸業碳中和方案及減排計劃(CORSIA)已進入試驗期[4],如果按照CORSIA確立的市場機制去抵消增長的CO2,中國民航業將面臨巨大的成本壓力,在國際競爭中將處于不利地位.因此,研究我國民航業的排放路徑、減排潛力以及優選減排技術措施,有助于為中國民航業在保證人民群眾航空出行需求的前提下,科學控制碳排放,走上低碳可持續的發展道路提供參考.

整體上,現有關于中國民航業碳排放的研究主要集中在碳排放估算和影響因素分解等領域.

碳排放估算方面,不斷完善了不同邊界的基于燃料消耗估算民航業碳排放的方法[5-8].影響因素分解方面,現有研究采用結構分解分析(SDA)與指數分解分析(IDA)以及進一步發展的LMDI法、系統動力學方法對交通行業[9-11]和民航業[12-14]展開分析,結果顯示GDP、人口等宏觀經濟因素正向變化會驅動碳排放的增長,通過提升技術水平、運行效率,加快替代能源使用等影響能源強度和排放強度的方式能夠抑制碳排放的增長.許多研究進一步在全球或歐洲范圍內展開民航業中長期情景分析,為行業提供技術解決方案,描述民航業低碳發展的實施路徑.[15-20]但現有的減排路徑的定性討論[21]和可持續航空燃料中短期減排潛力分析[22]對民航業的減排技術的考慮不夠全面,對中國民航業中長期的碳排放預測和各項減排技術應用潛力的評估存在不足.因此,有必要在前述研究的基礎上進一步結合中國實際,充分考慮各類減排技術和措施,在更長的時間尺度開展情景分析.

需求預測方面,現有研究一般把國內生產總值GDP和航空公司收益自變量,航空旅客周轉量作為因變量進行建模[23],大多采用時間序列法、多元回歸分析法、彈性系數法[24-26]以及季節時間序列模型、GMDH模型、多變量灰色數列預測、系統動力學等進一步發展的預測手段.[27-32]但這些總量預測的方法存在三方面不足,一是沒有充分考慮客運與貨運、國內與國際的不同的市場,二是總量預測沒有考慮機隊執飛情況,沒有建立與飛機技術的聯系,三是需要進一步考慮COVID-19沖擊對計量模型長期穩定性的影響.按航線組、分機型的自下而上預測方法[19,33-38],從中短期與長期分別考慮疫情沖擊的影響[18,39]可以較好地解決上述問題,但所需的數據條件無法從國內公開渠道獲取.因此,有必要結合中國公開數據條件優化自下而上的需求預測方法.

為此,本文聚焦中國尺度,基于LEAP模型框架,構建自下而上中國民航業能源系統模型,參考飛機技術路線圖[40]、航空脫碳路線圖[41-42]、航空燃料路線圖[43-44]等技術規范全面梳理民航業各項減排技術和措施,結合民航業發展特征設置凍結、現有政策、力度、替代和革命五組情景,進一步區分市場和機隊類型,深入分析民航業碳排放的驅動因子和發展趨勢,分析COVID-19沖擊后中國民航業長期低碳轉型的路徑、技術選擇和成本,對評估中國民航業在“雙碳”目標下實現低碳可持續發展具有重要的理論和現實意義.

1 方法與數據

1.1 自下而上中國民航業能源系統模型

基于LEAP模型框架開發的自下而上中國民航業能源系統模型[45],包括需求、技術和減排成本評估三個模塊,對民航業的能源消費、碳排放進行仿真模擬.模型的總體計算機理如下:首先,人口、GDP等社會經濟驅動因子決定民航業未來能源服務需求,然后在不同情景下確定滿足需求的未來能效和低碳技術擴散率的技術組合,最后加總不同市場、不同機隊(技術終端載體)消耗的能源以及由此帶來的碳排放,得到全行業能源消費量與碳排放.模型以2020年為基準年,展望到2060年.

模型基本框架如圖1所示.需求模塊中,運輸周轉量按客運貨運劃分了三個市場.技術模塊中,終端技術載體橫向上分成四類機型,縱向上劃分為兩代機型.參考主流技術規范[18,40-41],模型選擇的技術分為基礎設施提升與操作運營改進(O因素)、飛機更新換代(T因素)、可持續航空燃料(F因素)三類.成本模塊中,識別每項減排技術和措施的全生命周期(投資-服役-折舊-退役)成本,與該技術全生命周期減排量構建技術邊際減排成本曲線,再結合該技術在情景中的減排潛力計算情景應用的總成本.

技術模塊是模型的重點.在遍歷民航業主流技術報告的基礎上,模型全面梳理3類8種19項減排效果好、操作性強的技術措施.(表1)相較美國、歐洲等地區較為靈活的空域,由空軍管制的中國民用空域有更大的提升空間,本文將航路優化與空域改革技術區分于空中交通管理(ATM)單獨建模,兼顧了補償航空需求對效率的潛在負面影響[42,46].為了探討可持續航空燃料在中國民航業的減排潛力,本文充分考慮了傳統、先進和零碳三種工藝[43-44],以求選取技術客觀、全面.此外,針對尚在熱議的下一代飛機技術,分析現有的技術報告[20,40]后,本文從結構、材料和動力三個方面充分考慮最大可能的技術集成路徑.這些全面詳實的技術細節為準確描繪中國民航業未來低碳發展路徑奠定了扎實基礎.

圖1 模型結構

表1 模型選取技術

注:技術參數主要來源:ATAG的路標2050報告[18]、ICAO環境報告[20]、歐洲的航空凈零排放路徑報告[41]、IATA航空科技技術路線圖[40]、以及相關文獻[42-44, 47- 48].

為與中國民航局公布的統計數據口徑保持一致,模型的核算邊界是中國境內航空公司所屬航空器執行的傳統商業航班帶來的二氧化碳排放,不包括機場地面支持設備運行、機場建筑用電帶來的直接或間接排放,也不包括通用航空,包機、專機、商務飛行等航班類型的排放.

1.2 計算方法

民航碳排放的計算與交通領域一般計算方法一致,由客運或貨運周轉量和單位周轉量燃料消耗、單位燃料排放系數相乘得到.計算公式如下:

式中:為中國民航業CO2排放,t CO2;為不同的市場,即國內客運、國際客運、貨運航空三個市場;為不同的能源品種,包括傳統航空煤油和可持續航空燃料;是周轉量,t·km,是衡量航空出行活動量的指標;是能源強度,即單位周轉量燃料消耗,kg/(t·km);為排放強度,即單位能源消費產生的CO2排放量,t CO2/t.

其中,周轉量綜合考慮業內對民航業受COVID-19沖擊的影響和復蘇時間,以及對中長期增長趨勢的判斷外生假設確定.計算公式為:

式中:為周轉量,客運的單位(108人·km),貨運的單位是(108t·km);是不同的市場;是年度變化率,以百分數計,為年份.

能源強度由各分項技術的能源經濟性和滲透率綜合決定,計算公式為:

式中:為單位周轉量燃料消耗,kg/(t×km),為能效提升率,以百分數計;代表不同技術;是技術滲透率;為年份.

排放強度由傳統航空煤油的排放因子、可持續航空燃料的減排系數,以及混合率綜合得到,該方法由國際民航組織航空環境保護委員會(CAEP)市場措施工作組[20]提供的公式推導而來,具體為:

=3.16′(1-)+3.16′(1-ERF)′(4)

式中:3.16是Jet-A/Jet-A1型傳統航空噴氣燃料燃料轉換系數;ERF是減排系數,單位是kg CO2/kg,為第種可持續航空燃料在燃料中的混合率.

本文還將Hassanbeigi等[49]提出的碳減排成本計算方法與財務分析的基本框架相結合推廣到民航業,具體公式為:

1.3 數據來源

本文數據需求及來源如下:中國未來人口假設來源聯合國《世界人口展望(2019)》[50],GDP參考“十四五”規劃和2035遠景目標確定[51],民航業中長期規劃目標來源《新時代民航強國建設行動綱要》[52],主要活動數據1能源強度數據來源《從統計看民航(2019)》、各航司年報和公開報道機隊引進和退出情況(2019、2020).2020年效率水平按2020年實際機隊數據與2018年活動量結構進行加權調整估算,并與官方統計公布的2018年、2019年全行業效率水平進行對比校對.來源國家統計局[53]、中國民航局[54-55]、CEIC數據庫[56],相關技術和成本參數參考國內外文獻[17-18,20,40-45,47-48];排放因子來源于CAEP[20,57].為與政策規劃保持一致,模型的基準年設置為2020年,貼現率綜合考慮全國銀行業同業拆借中心發布的5年期以上貸款市場報價利率(LPR,4.65%),與近年來反映通貨膨脹的居民消費價格指數增長率(2%左右),取值為6.65%.

參考SCH?FER的研究[47],本文假設傳統航空煤油價格不變,價格為75美元/桶,按政策規定的1:7.9的噸桶比[58],折合592.5美元/t;假設可再生能源電價[59]與液氫[60]價格不變;假設美元人民幣匯率不變,以國家統計局公布的2020年人民幣兌美元平均匯率100:692.65進行折算.

2 情景設定

本文設置了5組情景,校準減排技術措施的的凍結情景(FRN)、反映行業規劃的現有政策情景(GOAL)、反映進一步應對氣候變化的力度情景(MAX)、突出可持續航空燃料最大應用潛力的替代情景(SAF),突出零碳技術應用潛力的革命情景(REV),具體情景假設如下(表2).

表2 不同情景主要參數的區別

凍結情景假設民航業發展按歷年趨勢往外推,不考慮應對氣候變化目標.該情景下,中國民航業延續傳統發展路徑,燃油效率技術進步達到瓶頸;以空中交通管理為主的基礎設施提升和操作改進進展緩慢,與需求增長相抵消;能源結構保持不變,不使用可持續航空燃料.

現有政策情景假設民航業按《新時代民航強國建設行動綱要》和相關發展規劃的目標改革發展,不采取額外的減緩行動.空氣動力學、減載以及動力技術有所發展,民航業通過更新中間代飛機、引進漸進式下一代飛機,燃油效率逐步提升;逐步優化航路和空中交通管理,北斗導航按期投入使用,操作改進措施穩步推廣,整體效率提升技術紅利在2050年建成全方位民航強國時全部實現;航司初步嘗試可持續航空燃料,但能源結構仍以傳統航空煤油為主,可持續航空燃料應用參照中國能源消費結構趨勢, 2050年僅替代10%的航空燃料消耗.

力度情景假設政府大力支持民航業碳達峰,低碳技術進一步發展,可持續航空燃料逐步商業化.空氣動力學、減載以及動力技術加快發展,中國民航業加快更新中間代飛機、引進漸進式下一代飛機,燃油效率加速提升;空域改革成效顯著,導航和航路得到廣泛優化,整體效率提升技術紅利在2035年建成多領域民航強國時全部實現;政府支持可持續航空燃料,以當前世界平均水平按照S曲線上升路徑外推,2050年可替代30%航空燃料消耗.

替代情景假設在力度情景的基礎上,政府為進一步支持民航業碳中和,大力支持可持續航空燃料的投資、研發、生產和推廣,可持續航空燃料產量擴大、成本降低、迅速商業化,確保與傳統航空煤油相比具有市場競爭力.此情景下可持續航空燃料商業化成熟度高、成本低,2025年可替代2%、2030可替代5%、2050替代75%,2060年實現完全替代傳統航空煤油.

革命情景假設在替代情景的基礎上,政府大力支持零碳技術的研發和應用,行業采用突破性變革的飛機架構和推進動力,機場和產業鏈配套提供有效保障.此情景下,氫能飛機、電動飛機等革命性零碳技術,混合動力飛機等革命性高效推進技術取得突破進展,下一代飛機引入時間提前,2035年左右全電動支線飛機和氫能窄體機投入市場,2040年左右混合動力寬體機投入市場,2050年后支線飛機覆蓋的國內市場全部由全電動飛機執飛.

3 民航業關鍵驅動因子分析

3.1 客運周轉量增長趨勢

行業普遍認為民航業中長期會恢復到以前基準模型的增長趨勢[39,61],國際民航組織、波音、空客、中國商飛等機構[33-36,39]最新預測中國民航20年客運年均增長率大致在4.7%～5.98%.2020年7月國內客運與去年同期持平表明國內旅行已恢復到COVID-19之前的水平[62],但許多國家要到2023年以后才能形成群體免疫[63],短期內航空旅行以國內市場為主,國際市場受各國邊境管控以及中民航局“五個一”政策影響復蘇緩慢[64].本文假設民航業長期趨勢不會發生結構性變化,短期內國內客運V型復蘇,國際客運U型復蘇[65],長期按照疫情前的趨勢發展,增速逐漸放緩,國際旅客增速略高于國內旅客增速;國內客運和國際客運分別因疫情原因推后2年、4年復蘇,復蘇后會出現短期高速增長的“報復性反彈”(表3).

表3 未來中國民航客運周轉量及變化率假設

2 受到COVID-19沖擊,民航業短期波動較大,長期趨勢仍然回到原來的軌跡,行業研究大多與疫情前的2019年(代表原來的軌跡起點)進行對比.因此,本為了更直觀地展示疫情沖擊下行業短期的波動,本研究參考行業經驗,選取2019年作為參照年,但整體建模的基準年是2020年,下同.

3.2 貨運周轉量增長趨勢

航空貨運是國際國內“雙循環”格局的重要部分,隨著全球經濟逐漸復蘇,全球制造業出口需求強勁,貨運航空由此迅速增長,我國航空貨運量占亞洲比重近50%[66].短期內在全球范圍內空運新冠疫苗預計會額外增加2%的貨運周轉量[67].相關專業機構[22-25,28]最新預測世界航空貨運年均增長率在2.6%～4.1%,亞太地區略高于世界均值.本文假設2021年貨運航空恢復到疫情前的水平,2022～ 2024年年均增長率相較行業預測高2%,中長期貨運增長參照亞太地區航空貨運增長預測值(表4).

表4 未來中國民航貨運周轉量及變化率假設

3.3 機隊執飛結構

根據中國民用航空局詳細分機型的機隊規模及效率指標統計數據[54]可知窄體機是我國民航客運的主力,占比高達67.7%,支線客機執飛占比極少,僅為1.51%.除執飛遠程洲際航線外,部分寬體機也執飛國內樞紐機場間的商務航線,據估計寬體客機執飛國內航線周轉量約為24.1%,約為寬體機隊的50%[45].本文假設國際航空逐步恢復正常后(即2025年及以后),機隊執飛國際國內航線的結構延續往年的情況,即國內客運周轉量的25%由寬體機執飛,2%由支線飛機執飛,剩下73%由窄體機執飛;國際客運周轉量的50%由寬體機執飛,50%由窄體機執飛.(表5)

表5 未來中國民航客機機隊執飛結構假設(%)

3.4 關鍵技術假設

飛機更新換代方面,按25年線性更新換代的假設,預計下一代支線飛機和窄體機于2035年服役,寬體機將于2040年服役.[41]鑒于貨機發展軌跡一般是客運技術成熟后進行“客改貨”且我國貨機主要是窄體機與寬體機,因此本文貨機的技術參數取窄體機與寬體機的平均值.考慮到國外的氫能的可用性和配套基礎設施存在不確定性,且數據達不到國際主流研究精細到航線的水平,本文參考荷蘭皇家航空航天中心的研究[41],假設革命性技術路徑下液氫驅動的窄體機僅適用與國內航班,國際航班仍然使用傳統航空煤油,全電動飛機僅覆蓋國內支線市場(表6).

為確保監測視野清晰，需對法蘭盤窗口內表面進行清洗.由于某些多相物料黏附性強，單獨采用向法蘭盤窗口內表面噴水或吹氣的方法清洗效果不佳，必須結合物理刷洗方法才能有效去除遮擋視野的黏附物料.若采用常規物理方法刷洗法蘭盤內表面并且要求能在容器外進行有效控制，則需在容器壁或法蘭上布置穿孔，破壞了容器的密封性.對于一些容納強酸、強堿性、有毒性物質以及內部壓強與外界氣壓有明顯差別的容器，機械式清洗機構在容器壁上的穿孔會導致容器內壓力控制失敗、有害氣液泄露和金屬機構沿孔隙開始腐蝕.

運營操作改進方面,鑒于中國在2016年底才首次成功實踐CDO和COO[68],東航、南航實施率僅在20%～40%[69],本文假設所有操作運營改進措施在基準年均未實施,從2021年開始實施.基礎設施提升方面,各國對其領土上方的空域擁有完全和排他的主權[70]使得空域改革和ATM只對本國境內的飛行有效,為兼顧全球航空系統組塊升級(ASBU)的效益,本文參考荷蘭皇家航空航天中心的研究[41]假設基礎設施提升技術只對國際客運發揮50%、對貨運發揮75%的效用.(表7)

表6 不同情景下機隊能源強度、技術碳減排強度假設

注:上表CO2減排不包括可持續航空燃料和基礎設施提升與運營操作管理,僅考慮機隊更新換代,能源強度單位為kg/t·km.

可持續航空燃料方面,我國目前可持續航空燃料商業化利用率極低,多是通過HEFA技術加工油脂類的生物質燃料[71],但也掌握先進工藝的技術[72-73],本文充分考慮生物燃料漸進式的發展路徑[74-76],假設2035年以前,由于成本和技術成熟優勢,常規工藝在市場中占主要地位,2035年后,油脂原料受限,以廢棄物為原料、以FT/ATJ工藝為代表的先進工藝市場占比逐步擴大.2050年后,得益于我國可再生能源供電結構改善,PtL零碳工藝逐步成熟并擴大市場份額.本文假設所有技術均不能實現碳捕獲(即不是負碳技術);零碳工藝完全采用可再生用電,ERF為100%;其他兩類工藝ERF線性增長3為與國際碳市場保持一致,本文選取CORSIA合格燃料的生命周期排放值默認值表的世界范圍的平均值計算ERF,按目前50%的混合比例,參考國際分類方式,整個行業常規工藝的ERF為40%,先進工藝可持續航空燃料技術ERF為45%.,常規工藝稍慢于先進工藝.最后,參考英國可持續航空燃料路線圖研究[44],可持續航空燃料的替代水平變化趨勢擬合logistics曲線.

表7 不同情景O因素普及率假設(%)

表8 可持續航空燃料市場結構、ERF和替代水平假設(%)

4 民航業中長期碳減排潛力分析

4.1 民航業CO2排放趨勢

圖2 中國民航業CO2排放趨勢

圖2是不同情景下民航業中長期CO2排放趨勢.凍結情景下,隨著航空需求快速增長,中國民航業碳排放快速上升,呈現“準線性”排放的特征,2060年CO2排放將達到6.9億t,是2019年的6倍、2005年的25倍,40年將累積帶來174.2億t碳排放,成為我國未來碳排放增長的重要來源.

現有政策情景下,民航業碳排放在2046年左右達峰,峰值水平約為3.5億t,此后十年為峰值平臺期,碳排放穩中略降,2060年下降至3.3億t.該情景40年累積減排量約為63億t,這意味著現有應對氣候變化的措施能夠發揮36.2%的減排效果,推動民航業實現碳達峰.

力度情景下,各項減排技術和措施協同增效,民航業有機會在2044年左右達峰,峰值水平進一步降低至3億t,峰值平臺期縮短,碳排放穩步下降,2060年下降至2億t.該情景表明,更有力度的應對氣候變化措施能進一步實現20.2億t的累積減排量,帶來11.6%的減排貢獻,推動民航業提早達峰、降低峰值.

替代情景下,可持續航空燃料的減排潛力得到充分發揮,民航業達峰時間提前到2040年左右,峰值水平進一步降低至2.6億t,峰值拐點后碳排放迅速下降,預計在2050年左右回落至2019年水平,在2060年可及近零排放(1680萬tCO2).這意味著,全面部署可持續航空燃料可以進一步實現27.5億t的累積減排量,帶來15.8%的減排貢獻,推動民航業邁向近零排放.

4.2 民航業減排成本分析

本文測算40年間各情景的應用總成本.如圖3,凍結情景下,民航業引進新飛機與燃油消費約帶來16.4萬億元的總成本.現有政策情景下,整個行業因減少使用傳統化石燃料而節約了約4.7萬億元的成本.力度情景加快應對氣候變化,為此相較凍結情景額外增加約1萬億元.替代和革命情景因大量使用價格較高的可持續航空燃料,由此帶來巨大的成本,分別較凍結情景增加10.1萬億元、7.6萬億元.雖然革命情景低于替代情景的總成本,但下一代革命式飛機服役仍然存在著不確定性.

圖3 各情景應用成本及結構

從成本結構上看,不同情景間飛機更新換代新增的成本和基礎設施提升與運營操作改進措施帶來的節油收益差異不大,前者的成本大致在12萬億元左右,后者的凈效益大致在2萬億元左右.可持續航空燃料是影響減排效果和總成本的主要因素,替代情景下使用可持續航空燃料的成本高達16.5萬億元,總成本相較凍結情景翻一番.因此,民航業應當加快推動凈收益的基礎設施提升和運營操作改進,要結合實際審慎部署可持續航空燃料,統籌發展民航業碳減排技術,推進能效提升措施.

4.3 民航業中長期減排技術潛力分析

如表9,替代情景和革命情景應用總成本遠遠高于現有政策情景,邊際減排成本遠高于現在50元/t左右的平均碳價[77],而力度情景相對于現有政策情景進一步減排,僅比凍結情景新增1萬億元人民幣,且只要市場碳價高于120元/t時民航業就有動力去減排.因此,力度情景更適合中國民航業未來的發展路徑.

表9 各情景綜合比較

實現從凍結情景到力度情景的轉型,即從圖4的上邊界排放軌跡到下邊界排放路徑,民航業必須要協同推進各項減排技術和措施.

圖4 中國民航業中長期減排技術路線

首先要充分發揮燃油經濟性潛力.要加快引入更高效的新型飛機,不斷降低全行業的能源強度,到2060年噸公里油耗下降到0.285kg,約為疫情前的水平的65.4%.飛機更新換代40年間累積36.7億tCO2的減排量,貢獻了44.1%的減排,是中長期減排的主要驅動力.其中,漸進式下一代客機是最重要的減排技術,累積減排貢獻高達28.8%.由于商飛C919目錄價格遠低于波音737MAX和空客A320NEO[78],因此要大力支持中國商飛、中國航發研發先進動力技術與結構設計與材料集成技術,加快引入國產大飛機.

其次要加快中國空域改革,加快部署北斗導航系統,推進航班標準化CDO/COO操作,充分發揮運營操作改進措施在中短期減排的潛力,持續挖掘基礎設施提升的潛能.到2035年,基礎設施提升技術和操作運營改進措施累積4.1億tCO2減排量,貢獻了56.7%的減排,是民航業中短期減排的驅動力,為民航業碳排放達峰提供了有力支持.

再有要大力支持可持續航空燃料的發展,推進可持續航空燃料原料供給、生產技術、市場推廣全產業鏈協同優化,提高可持續航空燃料的ERF,實施統一碳市場確保與傳統航空煤油具有成本競爭力.到2060年,隨著傳統航空煤油消費比例持續下降,可持續航空燃料消費比重提升至51.5%,由此累積21.9億tCO2的減排量,貢獻了26.4%的減排.其中,先進工藝自2050年起占據可持續航空燃料的主要市場份額,40年累積貢獻了60.7%的減排量,是要重點發展的可持續航空燃料技術.

4.4 不確定性分析

由于油價變化對民航業影響較大,貼現率的選取對長期情景分析結果也有較大影響,本文也對選取了不同油價和貼現率進行驗證.[45]結果顯示,油價對情景應用總成本的影響較大,不同情景對貼現率的敏感度較高,油價或貼現率越高,情景應用總成本越低,越有利于民航業主動減排.根據中國碳價調查[77],未來碳價20-80百分位數區間覆蓋力度情景120元/t的邊際減排成本.因此,在油價不明顯低于75美元/t的情況下,本文研究結論是基本可靠的.

與同類研究相比較,呂繼興[79]的中國民航業碳達峰較本文早,但峰值水平相近,這是因為其研究是簡化地按照線性需求增長、技術進步線性外推并就可持續航空燃料替代的絕對值進行組合,這會放大技術進步和可持續航空燃料滲透的速率.本文力度情景的T因素與O因素預期貢獻與ICAO[20]和ATAG[18]的綜合情景1相近.雖然F因素差異較大,但中國可持續航空燃料滲透客觀慢于歐洲,另一方面,可持續航空燃料與市場機制抵消緊密相連,如果可持續航空燃料有競爭力航司就會使用可持續航空燃料,如果碳抵消更便宜,航司就會選擇抵消,因此若把F因素與市場機制合并看待,本文與現有的對民航業低碳發展路徑的技術潛力判斷比較一致.

受限于數據的可獲得性,本文只能按國內客運、國際客運、貨運航空三個市場,按寬體機、窄體機、支線飛機和貨運飛機四類機型進行分析,將來如有條件可進一步搜集更細致的按航線組劃分的活動量數據和按具體機型劃分的技術數據,引入可再生電力、低碳氫、生物質原料供給分析,將可持續航空燃料的供給與需求結合,進一步優化模型,更為精細地描述技術減排路徑.

4.5 建議

中國將成全球最大航空市場已成為行業共識,要盡早制定民航業碳達峰、碳中和目標和實施路徑計劃,針對民航業脫碳較難、增長勢頭較猛、許多減排技術和措施能帶來凈收益的特點,盡早謀篇布局、統一規劃,推動民航業走向高質量的低碳發展路徑.

統籌中短期、長期與持續堅持三個時間節奏,協同推進低碳技術創新、基礎設施提升、運營操作優化和替代燃料推廣.中短期要加快空域改革、優化航路,加快提升國家空中交通管理水平,加快推進航司精細化管理,充分挖掘標準化高效運營操作的潛力.要加大航空低碳技術的研發、投資、推廣力度,長期大力支持國產大飛機、國產航空發動機的發展,加快引進更高效、更低碳、更低成本的國產飛機.要持續推動可持續航空燃料全產業鏈商業化和市場化,加大向零碳轉型的可再生用電供應鏈、氫供應鏈相關技術的投資力度和相關基礎設施配套,避免民航業陷入高碳鎖定路徑.

5 結論

5.1 中國民航業將提前完成《新時代民航強國建設行動綱要》第一階段目標,預計2060年左右人均乘機次數翻兩番,達到2人次,由此帶來高達6.9億tCO2排放,是2019年的5.3倍.

5.2 現有政策會為民航業帶來減排的凈收益,更大力度的控排減排措施將推動民航業碳排放在2044年左右達到3億t的峰值拐點,預計2060年控制在2億t以內,累積減排近50%的同時僅需額外支出1萬億元左右的成本.

5.3 機隊更新換代、基礎設施提升和運營操作改進、發展可持續航空燃料是中國民航業中長期減排的必須依賴的減排手段.基礎設施提升和運營操作改進具有負的邊際減排成本,是中短期減排的“先手棋”.更高效的飛機減排效果顯著,是中長期減排的持續動力.傳統技術路徑下,可持續航空燃料在不同情景的累積減排量在7億t至49億t不等(減排貢獻在12%-45%之間),是決定中國民航業碳排放趨勢的關鍵因素,直接影響峰值“拐點”出現時間和出現位置.

5.4 由于執飛遠程洲際航班的寬體機難以實現燃料嚴格意義上的“零碳”或“負碳”,中國民航業僅依靠自身內涵式發展只能實現近零排放,要依靠外部抵消才可能實現碳中和.CORSIA已確立了抵消CO2的市場機制,可以成為民航業邁向碳中和的“兜底”措施.但抵消也會為民航業帶來額外的抵消成本,有必要對中國民航業未來參與CORSIA機制的成本效益進行評估.

[1] 劉紹勇.建議研究制定民航業2030碳達峰和2060碳中和方案[EB/OL].http://finance.people.com.cn/n1/2021/0309/c1004-32046573. html 2021-03-09/2021-03-09.

Liu Shaoyong. It is suggested that the civil aviation industry should formulate "carbon peak and carbon neutrality" implementation plan [EB/OL].http://finance.people.com.cn/n1/2021/0309/c1004-32046573. html 2021-03-09/2021-03-09.

[2] 夏高健.改革開放以來我國人均乘機次數增長彈性在下降[EB/OL]. http://news.carnoc.com/list/540/540547.html 2020-08-05/2021-02- 16.

Xia Gaojian. Since the reform and opening up, the growth elasticity of the number of flights per person is declining [EB/OL]. http://news. carnoc.com/list/540/540547.html 2020-08-05/2021-02-16.

[3] 新華社.習近平在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上的講話(全文)[EB/OL]. http://www.xinhuanet.com/politics/leaders/2020-09/22/ c_1126527652.htm 2021-04-05.

Xinhua News Agency. Chairman XI Jinping's important speech at the General Debate of the 75th Session of the United Nations General Assembly [EB/OL]. http://www.xinhuanet.com/politics/leaders/2020- 09/22/c_1126527652.htm 2021-04-05.

[4] ICAO. CORSIA News [EB/OL]. https://www.icao.int/environmental- protection/CORSIA/Pages/CORSIA-News.aspx 2021-08-16.

[5] Fan W, Sun Y, Zhu T, et al. Emissions of HC, CO, NOx, CO2, and SO2from civil aviation in China in 2010 [J]. Atmospheric Environment, 2012,56:52-57.

[6] Loo B P, Li L. Carbon dioxide emissions from passenger transport in China since 1949: implications for developing sustainable transport [J]. Energy policy, 2012,50:464-476.

[7] 何吉成.1960～2009年中國民航飛機的CO2逐年排放變化[J]. 氣候變化研究進展, 2011,7(4):281.

He Jicheng. Estimation of the aircraft CO2emission of China's civil aviation during 1960～2009 [J]. Advances in Climate Change Research, 2011,7(4):281.

[8] 范武波,錢 駿,葉 宏,等.四川省非道路移動源大氣污染物排放清單研究[J]. 中國環境科學, 2018,38(12):4460-4468.

Fan W B, Qian J, Ye H, et al. Study on the non-road mobile source emission inventory for sichuan province [J]. China Environmental Science, 2018,38(12):4460-4468.

[9] Timilsina G R, Shrestha A. Transport sector CO2emissions growth in Asia: Underlying factors and policy options [J]. Energy policy, 2009,37(11):4523-4539.

[10] 高 標,許清濤,李玉波,等.吉林省交通運輸能源消費碳排放測算與驅動因子分析[J]. 經濟地理, 2013,33(9):25-30.

Gao Biao, Xu Qingtao1, Li Yubo, et al. Calculation and driving factors analysis of carbon emissions from traffic and transportation energy consumption in Jilin Province [J]. Economic Geography, 2013,33(9): 25-30.

[11] 王海燕,王 楠.中國綜合交通運輸體系碳排放影響因素研究 [J]. 物流技術, 2019,38(2):78-83.

Wang Haiyan, Wang Nan. Research on factors affecting carbon emissions of China's comprehensive transportation system [J]. Logistics Technology. 2019,38(2):78-83.

[12] Sgouridis S, Bonnefoy P A, Hansman R J. Air transportation in a carbon constrained world: Long-term dynamics of policies and strategies for mitigating the carbon footprint of commercial aviation [J]. Transportation Research Part A: Policy and Practice, 2011,45(10): 1077-1091.

[13] 陳其霆,陸晨婷,周德群.基于LMDI方法的中國民航業碳排放因素的指數分解 [J]. 天津大學學報(社會科學版), 2014,16(5):397-403.

Chen Qiting, Lu Chenting, Zhou dequn. Index decomposition of the factors influence China Civil Aviation Markets' carbon emissions based on LMDI Method [J]. Journal of Tianjin University (Social Science) 2014,16(5):397-403.

[14] 石鈺婷,吳薇薇,李曉霞.我國航空碳排放發展特征及影響因素研究 [J]. 華東交通大學學報, 2019,36(6):32-38.

Shi Yuting, Wu Weiwei, Li Xiaoxia. Study on development and influencing factors of China's Aviation carbon emission [J]. Journal of East China Jiaotong University 2019,36(6):32-38.

[15] Gunmundsson S V, Anger A. Global carbon dioxide emissions scenarios for aviation derived from IPCC storylines: A meta-analysis [J]. Transportation Research Part D: Transport and Environment, 2012,17(1):61-65.

[16] Macintosh A, Wallace L. International aviation emissions to 2025: Can emissions be stabilised without restricting demand? [J]. Energy policy, 2009,37(1):264-273.

[17] Bethan Owen, David S. Lee, Ling Lim. Flying into the future: Aviation emissions scenarios to 2050 [J]. Environmental Science & Technology, 2010,44(7):2255-2260.

[18] Air Transport Action Group (ATAG). WAYPOINT 2050 [R]. 2020. https://aviationbenefits.org/media/167187/w2050_full.pdf.

[19] European Union Aviation Safety Agency (EASA), European aviation environmental report 2019 [R]. 2019. https://ec.europa.eu/transport/ sites/transport/files/2019-aviation-environmental-report.pdf.

[20] ICAO. 2019 Environmental Report: Aviation and environment [R]. 2019.https://www.icao.int/environmental-protection/Documents/ICAO-ENV-Report2019-F1-WEB%20(1).pdf.

[21] 楊緒彪,朱麗萍.碳中和增長目標下解決航空碳排放的路徑選擇[J]. 經濟問題探索, 2015,(7):18-22.

Yang Xubiao, Zhu Liping. Path selection for solving aviation carbon emission under carbon neutral growth target [J]. Inquiry into Economic Issues, 2015,(7):18-22.

[22] Zhou W, Wang T, Yu Y, et al. Scenario analysis of CO2emissions from China’s civil aviation industry through 2030 [J]. Applied energy, 2016,175:100-108.

[23] 王 晶.民用飛機市場需求預測方法研究[J]. 民用飛機設計與研究, 2013,(3):67-74.

Wang Jing. Study on the Forecast Method of Market Demand for Civil Aircraft [J]. Civil Aircraft Design & Research, 2013,(3):67-74.

[24] 任新惠,唐少勇.我國航空旅客運輸需求預測——基于計量經濟學與系統動力學組合模型[J]. 交通運輸研究, 2015,1(1):92-98.

Ren Xin-hui, Tang Shao-yong. Prediction of passenger demand in air transportation: A combination model based on econometrics and system dynamics [J].Transport Research, 2015,1(1):92-98.

[25] 蔡文婷,彭 怡,陳秋吉.基于多元回歸模型的航空運輸客運量預測[J]. 航空計算技術, 2019,49(4):50-58.

Cai Wenting, Peng Yi, Chen Qiuji. Prediction of air transportation passenger volume based on multivariate regression model [J]. Aeronautical Computing Technique, 2019,49(4):50-58.

[26] 馮 敏,朱新華.中國民航貨運市場分析和預測[J]. 中國民航大學學報, 2007,25(1):45-48.

Feng Min, Zhu Xinhua. Analysis and forecast of China civil air cargo transport market [J]. Journal of Civil Aviation university of china, 2007,25(1):45-48.

[27] 孔建國,李 驍.基于MATLAB的小波分析在民航旅客運輸量預測中的應用研究[J]. 中國科技信息, 2014,(16):40-41.

Kong Jianguo, Li Xiao, Research on the application of wavelet analysis based on MATLAB in forecasting civil aviation passenger transport volume [J]. China Science and Technology Information, 2014,(16):40-41.

[28] 孫亞蘭.基于季節時間序列模型的民航客運需求預測分析[J]. 中國外資, 2013,(18):263-266.

Sun Yalan. Forecasting analysis of civil aviation passenger transport Demand based on seasonal time series model [J]. Foreign Investment in China 2013,(18):263-266.

[29] 景崇毅.基于迭加趨勢的航線季節客運需求分析方法[J]. 中國民航飛行學院學報, 2014,25(2):5-7.

Jing Chongyi. An analyzing method of airlines’ seasonal passenger transport demand based on superimposing trend [J]. Journal of Civil Aviation Flight University of China, 2014,25(2):5-7.

[30] 董 兵.基于多變量灰色數列模型的民航客運量預測[J]. 中國民航飛行學院學報, 2010,21(1):21-23.

Dong Bing. Forecast of civil aviation passenger volume based on multi-variable grey series model [J]. Journal of Civil Aviation Flight University of China, 2010,21(1):21-23.

[31] 鄧潔君,羅 利.基于GMDH的民航客運量需求預測與分析[J]. 軟科學, 2006,(6):35-38.

Deng Jiejun, Luo Li. Demand forecasting and analyzing of civil aviation passenger transport markets based on GMDH. [J]. Soft Science. 2006,(6):35-38.

[32] 陳亞青,韓云祥.基于系統動力學的航空系統客運量預測模型[J]. 交通信息與安全, 2009,27(5):146-148,165.

Chen Yaqing, Han Yunxiang. Prediction model of passenger capacity in air transport system based on system dynamics [J]. Journal of Transport Information and Safety, 2009,27(5):146-148,165.

[33] 中國商飛.中國商飛公司市場預測年報(2020-2039) [R]. 上海:中國商用飛機有限責任公司, 2020.

Comac. Market forecast annual report of Comac (2020-2039) [R]. Shanghai: Commercial Aircraft Corporation of China LTD. 2020.

[34] ICAO. ICAO Long-term traffic forecasts: Passenger and cargo [R]. 2016. https://www.icao.int/safety/ngap/NGAP8%20Presentations/ ICAO-Long-Term-Traffic-Forecasts-July-2016.pdf.

[35] Airbus. Global market forecast: Cities, airports & aircraft (2019-2038) [R]. 2019. https://www.airbus.com/aircraft/market/global-market- forecast.html

[36] Boeing. Commercial market outlook 2020-2039 [R]. 2020. https: //www.boeing.com/commercial/market/commercial-market-outlook/.

[37] Lister D, Griggs D J, Mcfarland M, Dokken D J. Aviation and the global atmosphere: A special report of the intergovernmental panel on climate change [M]. Cambridge University Press, 1999.

[38] Department for transport UK. UK Aviation forecasts: Moving britain ahead [R]. London, 2017. https://assets.publishing.service.gov.uk/ government/uploads/system/uploads/attachment_data/file/878705/uk-aviation-forecasts-2017.pdf.

[39] Japan Aircraft Development Corporation. Worldwide market forecast (2020–2039) prompt report [R]. 2020. http://www.jadc.jp/files/topics/ 159_ext_01_en_0.pdf.

[40] IATA. Aircraft technology roadmap to 2050 [R]. 2019. https: //www.iata.org/contentassets/8d19e716636a47c184e7221c77563c93/technology20roadmap20to20205020no20foreword.pdf.

[41] NLR – Royal netherlands aerospace centre, SEO AMSTERDAM ECONOMICS. Destination 2050—A route to net zero European aviation [R]. Amsterdam, 2021. https://www.destination2050.eu/wp- content/uploads/2021/02/Destination2050_Report.pdf.

[42] Sustainable aviation. Decarbonisation road-map: A path to net zero [R]. 2020, https://www.sustainableaviation.co.uk/wp-content/uploads/ 2020/02/SustainableAviation_CarbonReport_20200203.pdf.

[43] Soubly K, Wolff C, Uppink L, et al. Clean skies for tomorrow: Sustainable aviation fuels as a pathway to net-zero aviation [R]. World Economic Forum, McKinsey & Company, 2020. http://www3. weforum.org/docs/WEF_Clean_Skies_Tomorrow_SAF_Analytics_2020.pdf.

[44] Sustainable aviation. Sustainable aviation fuels road-map: Fueling the future of UK aviation [R]. 2020. https://www.sustainableaviation. co.uk/wp-content/uploads/2020/02/SustainableAviation_FuelReport_20200231.pdf.

[45] 許績輝.中國民航業中長期碳減排潛力及技術路徑分析[D]. 北京:中國人民大學, 2021.

Xu Jihui. Analysis on China's civil aviation industry's medium and long-term carbon emissions reduction potential and technology path. [D]. Beijing: Renmin University of China, 2021.

[46] Stollery P. ATM global environment efficiency goals for 2050 [R]. CANSO Environment Workgroup; 2008. https://issuu.com/canso/docs/ atm_global_environment_efficiency_goals_for_2050?e=1305071%2F9383178.

[47] Sch?fer A W, Evans A D, Reynolds T G, et al. Costs of mitigating CO2emissions from passenger aircraft [J]. Nature Climate Change, 2016, 6(4):412-417.

[48] 能源轉型委員會.中國2050:一個全面實現現代化國家的零碳圖景[R]. https://www.rmi-china.com/static/upfile/news/nfiles/ETC.pdf. 2019.

Energy Transitions Commission (ETC). China 2050: A zero-carbon vision of a fully modernized country [R]. https://www.rmi-china. com/static/upfile/news/nfiles/ETC.pdf. 2019.

[49] Hasanbeigi A, Menke C, Price L. The CO2abatement cost curve for the Thailand cement industry [J]. Journal of Cleaner Production, 2010, 18(15):1509-1518.

[50] Department of Econimic and Social Affairs. World Population Outlook 2019 [R]. United Nations, 2019. https://population.un.org/wpp/ Download/Standard/Population/.

[51] 新華社.中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要[EB/OL]. http://www.gov.cn/xinwen/2021- 03/13/content_5592681.htm 2021-03-21.

Xinhua News Agency. Outline of the 14th Five-Year Plan for National Economic and Social Development of the People's Republic of China and the Vision For 2035.[EB/OL]. http://www.gov.cn/xinwen/2021- 03/13/content_5592681.htm 2021-03-21.

[52] 中國民用航空局.新時代民航強國建設行動綱要[EB/OL]. http://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2018-12/31/5437866/files/3ea6e792672a471b989ab2b8d2a8b4c8.pdf 2018-11-26/2021-04-08.

Civil Aviation Administration of China. Outline of action for building a civil Aviation power in the New Era [EB/OL]. http://www.gov. cn/zhengce/zhengceku/2018-12/31/5437866/files/3ea6e792672a471b989ab2b8d2a8b4c8.pdf 2018-11-26/2021-04-08.

[53] 國家統計局.國家數據(民航周轉量年度數據) [EB/OL]. https://data. stats.gov.cn/easyquery.htm?cn=C01 2021-04-08.

National Bureau of Statistics. National data (Annual Data of Civil Aviation Turnover) [EB/OL]. https://data.stats.gov.cn/easyquery. htm?cn=C01 2021-04-08.

[54] 中國民用航空局發展計劃司.從統計看民航(2019) [R]. 北京:中國民航出版社, 2019.

Civil Aviation Administration of China Development Planning Division. Civil aviation from statistics (2019) [R]. Beijing: Civil Aviation Press of China, 2019.

[55] 中國民用航空運輸局.2020年民航行業發展統計公報[R]. 2020. http://www.gov.cn/xinwen/2021-06/11/5617003/files/c51af61cc760406e82403d99d898f616.pdf.

Civil Aviation Administration of China. Statistical Bulletin on the development of Civil Aviation industry in 2020 [R]. 2020. http: //www.gov.cn/xinwen/2021-06/11/5617003/files/c51af61cc760406e82403d99d898f616.pdf.

[56] CEIC. CEIC Data [EB/OL]. https://www.ceicdata.com/zh-hans 2021- 04-08.

[57] ICAO. CORSIA Default Life Cycle Emissions Values for CORSIA Eligible Fuels [R]. 2021. https://www.icao.int/environmental- protection/CORSIA/Documents/ICAO%20document%2006%20-%20Default%20Life%20Cycle%20Emissions%20-%20March%202021.pdf.

[58] 國家發展與改革委員會.國家發展改革委關于推進航空煤油價格市場化改革有關問題的通知[EB/OL]. http://www.gov.cn/zwgk/2011- 07/12/content_1904420.htm 2011-07-12/2021-03-15.

National Development and Reform Commission. Circular on issues related to promoting market-oriented reform of aviation kerosene price http://www.gov.cn/zwgk/2011-07/12/content_1904420.htm 2011-07-12/2021-03-15.

[59] 曹藝嚴,陳 濟,劉秉祺,等.電力增長零碳化(2020～2030):中國實現碳中和的必經之路[R]. 洛基山研究所,能源轉型委員會, 2021. https://www.energy-transitions.org/wp-content/uploads/2021/01/RMI_ETC_China-Zero-Carbon-Electricity-Growth-report-2020_CN.pdf.

Cao Yiyan, Chen Ji, Liu Bingqi, et al. Zero carbon electricity Growth (2020～2030) : The only way for China to achieve carbon neutrality. [R] Rocky Mountain Institute, Energy Transitions Commission, 2021. https://www.energy-transitions.org/wp-content/ uploads/2021/01/RMI_ETC_China-Zero-Carbon-Electricity-Growth-report-2020_CN.pdf.

[60] 中國氫能聯盟.氫能平價之路[R]. 北京, 2020. http://www.h2cn.org/ Uploads/2020/07/30/u5f2239a793412.pdf.

China Hydrogen Alliance. Road to hydrogen parity [R]. Beijing, 2020. http://www.h2cn.org/Uploads/2020/07/30/u5f2239a793412.pdf.

[61] Pearce B. COVID-19 June data and revised air travel outlook [EB/OL]. https://www.iata.org/en/iata-repository/publications/ economic-reports/june-data-and-revised-air-travel-outlook/2020-07-28/ 2021-03-08.

[62] Cirium. Impact of COVID-19 on China: The road to recovery for one of the world’s biggest aviation markets [EB/OL]. 2021. https: //discover.cirium.com/discover/ideas/covid-19-impact 2021-03-08.

[63] Airfinity. Snapshot COVID-19data. Science, trial forecast, production and news analysis [EB/OL]. 2020. https://www.ifpma.org/resource- centre/slides-airfinity-5th-global-biopharma-ceo-top-execs-virtual-press-briefing-covid-19-8-december-2020 2021-03-08.

[64] IATA. COVID-19 Weak year-end for air travel and outlook is deteriorating [EB/OL]. https://www.iata.org/en/iata-repository/ publications/economic-reports/weak-year-end-for-air-travel-and-deteriorating-outlook 2021-02-03/2021-03-08.

[65] ICAO. Effects of Novel Coronavirus (COVID-19) on Civil Aviation: Economic Impact Analysis [EB/OL]. https://www.aaco.org/Library/ Files/Uploaded%20Files/Economics/Corona%20studies/3dec%20ICAO_Coronavirus_Econ_Impact.pdf 2020-12-03/2021-03-08.

[66] 程 婕.中國民航市場:有挑戰,亦有后勁[EB/OL]. http://www. caacnews.com.cn/1/tbtj_/202011/t20201127_1315245.html 2020-11- 27/2021-03-08.

Cheng Jie. China's civil aviation market: It is both a challenge and an opportunity [EB/OL]. http://www.caacnews.com.cn/1/tbtj/202011/ t20201127_1315245.html 2020-11-27/2021-03-08.

[67] 潘寅茹.百億劑新冠疫苗全球行,需8千架波音747、1500萬個冷藏箱[EB/OL]. https://www.yicai.com/news/100922141.html 2021-01- 20/2021-03-08.

Pan Yinru. Ten billion doses of COVID-19 vaccine are needed to travel around the world, using 8,000 "Boeing 747" aircrafts and 15million freezers [EB/OL]. https://www.yicai.com/news/100922141.html 2021- 01-20/2021-03-08].

[68] 新華社.國內機場首次成功實踐連續下降與爬升運行[EB/OL]. http://kpzg.people.com.cn/n1/2016/1213/c404389-28944333.html 2016-12-13/ 2021-03-08.

Xinhua News Agency. Domestic airport successfully achieved continuous descent and climb operation [EB/OL]. http://kpzg.people. com.cn/n1/2016/1213/c404389-28944333.html 2016-12-13/2021- 03-08.

[69] 楊燕超.聽說航空業很快要被“綠”了？--中國篇[EB/OL]. https://mp.weixin.qq.com/s/W2sPk9N6GUbVwBRsK1TMvA 2021- 02-04/2021-03-08.

Yang Yanchao. I heard that the aviation industry will soon be "green"? ——China [EB/OL]. https://mp.weixin.qq.com/s/ W2sPk9N6GUbVwBRsK1TMvA 2021-02-04/2021-03-08.

[70] ICAO. Convention on International Civil Aviation [M]. 2006. https://www.icao.int/publications/Documents/7300_cons.pdf.

[71] 中國新聞網.中國自主研發生物航煤首次商業載客飛行成功[EB/OL]. http://energy.people.com.cn/n/2015/0321/c71661- 26729451. html 2015-03-21/2021-03-08.

China News Network. China has successfully carried passengers on its first commercial flight of domestically developed bio-jet coal [EB/OL]. http://energy.people.com.cn/n/2015/0321/c71661-26729451. html 2015-03-21/2021-03-08.

[72] 馬隆龍,劉琪英.草本能源植物培育及催化制備先進液體燃料[J]. 科技創新導報, 2016,10(13):165-166.

Ma Longlong Liu Qiying. Advanced liquid fuel production by herbage energy plant breeding and catalytic transformation [J]. Science and Technology Innovation Herald, 2016,10(13):165-166.

[73] 馬隆龍,劉琪英.糖類衍生物催化制液體烷烴燃料的基礎研究[J]. 科技創新導報, 2016,10(13):163-164.

Ma Longlong, Liu Qiying. Basic research on liquid alkanes from sugar derivatives by aqueous phase catalysis [J]. Science and Technology Innovation Herald, 2016,10(13):163-164.

[74] Searle S, Pavlenko N, Kharina A, et al. Long-term aviation fuel decarbonization: Progress, roadblocks, and policy opportunities [R]. Transportation, T.I.C.o.C., 2019. https://theicct.org/sites/default/ files/publications/Alternative_fuel_aviation_briefing_20190109.pdf.

[75] De Jong S, Hoefnagels E, Van Stralen J, London H, Slade R, Faaij A, Junginger H. Renewable jet fuel in the European Union: scenarios and preconditions for renewable jet fuel deployment towards 2030 [M]. Copernicus Institute, Department IMEW, Energy & Resources, 2017.

[76] E4TECH (UK) LTD. & STUDIO GEAR UP. Study on the potential effectiveness of a renewable energy obligation for aviation in the Netherlands [R]. London, 2019. https://www.rijksoverheid.nl/ binaries/rijksoverheid/documenten/rapporten/2020/03/03/bijlage-1-onderzoek-e4tech-sgu-obligation-for-aviation-in-the-netherlands-final-v3/bijlage-1-onderzoek-e4tech-sgu-obligation-for-aviation-in-the-netherlands-final-v3.pdf.

[77] Slater H, De Boer D, 錢國強,等.2020年中國碳價調查[R]. 北京:中國碳論壇, 2020. http://www.chinacarbon.info/wp-content/uploads/ 2020/12/2020-CCPS-CN.pdf.

Slater H, De Boer D, Qian Guoqiang, et al. Carbon price survey in China in 2020 [R]. Beijing: China Carbon Forum, 2020. http: //www.chinacarbon.info/wp-content/uploads/2020/12/2020-CCPS-CN.pdf.

[78] 趙曉闖,廖澤略.國產民用飛機將開啟黃金時代——國防軍工行業專題報告[R]. 世紀證券, 2020.http://qccdata.qichacha.com/ ReportData/PDF/7fd75918d1aecbb07fd12abc2d64ca7a.pdf.

Zhao Xiaochuang, Liao Zelue. Domestic civil aircraft will open a Golden Era –– Special Report on National Defense and Military Industry [R]. Century Securities, 2020.http://qccdata.qichacha.com/ ReportData/PDF/7fd75918d1aecbb07fd12abc2d64ca7a.pdf.

[79] 呂繼興.淺析民航飛行活動碳達峰與碳中和[EB/OL]. 民航環境與可持續發展智庫https://mp.weixin.qq.com/s/N857ex- KgGJIpzLRduKzug 2021-03-19/2021-04-07.

Lv Jixing. Analysis of carbon peak and carbon neutralization in civil aviation flight activities. [EB/OL]. Think Tank on Civil Aviation Environment and Sustainable Development https://mp.weixin.qq. com/s/N857ex-KgGJIpzLRduKzug 2021-03-19/2021-04-07.

Medium- and long-term carbon emission forecast and technological emission reduction potential analysis of China's civil aviation industry.

XU Ji-hui, WANG Ke*

(School of Environment and Natural Resources, Renmin University of China, Beijing 100872, China)., 2022,42(7)：3412～3424

This study develops a bottom-up energy system model of China's civil aviation industry based on the LEAP model framework, sets FROZEN, GOAL, MAX, SAF, and REVOLUTION scenarios to quantitatively analyze the industry’s driving factors and development trends, and discusses the medium- and long-term low-carbon development technological pathways. The results show that the number of flights per person is expected to quadruple to more than two by 2060, which will imply up to 690million tons of carbon emissions under the FROZEN (baseline) scenario. Under the MAX scenario, carbon emissions from China’s civil aviation industry are expected to reach a peak at around 300million tons in 2044. The cumulative emission reduction of nearly 50% over the 40 years only requires an additional cost of about 1trillion RMB (compared to the baseline). Promoting fleet replacement, accelerating infrastructure upgrading and operation improvement, and developing sustainable aviation fuels are the essential emission reduction means for the civil aviation industry, which can bring 44.1%, 29.5%, and 26.4% emission reduction respectively. In conclusion, China’s civil aviation industry should formulate the goal of "carbon peak and carbon neutrality" and its implementation plans as soon as possible: promoting the airspace reform, air traffic management, and refined airline management in the short- and medium-term, providing vigorous support to the development of domestic large aircraft, and accelerating the commercialization and marketization of industry chain of sustainable aviation fuels in the long term.

civil aviation；LEAP model；carbon emissions reduction；technological pathways；scenario analysis

X32

A

1000-6923(2022)07-3412-13

許績輝(1996-),男,海南儋州人,中國人民大學碩士研究生,主要從事能源與氣候變化經濟學研究.

2021-12-23

全球能源互聯網集團有限公司科學技術項目(SGGEIG00JYJS 2100049)

* 責任作者, 副教授, wangkert@ruc.edu.cn