【摘要】：為實(shí)現(xiàn)民航業(yè)長期脫碳發(fā)展目標(biāo)，通過建立考慮供需關(guān)系、技術(shù)應(yīng)用、減排成本和政策支持的中國民航脫碳系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（SD）模型，剖析系統(tǒng)多重反饋機(jī)理和要素間協(xié)同作用關(guān)系，對(duì)民航業(yè)減排路徑的實(shí)施效果和減排成本進(jìn)行情景模擬和探討。結(jié)果表明：行業(yè)實(shí)施節(jié)能技術(shù)進(jìn)步、替代燃料應(yīng)用、新動(dòng)力能源推廣、碳抵消機(jī)制和高鐵替代的單一政策模擬方案無法實(shí)現(xiàn)行業(yè)的碳中和式長期發(fā)展目標(biāo)。多種措施的組合政策為行業(yè)脫碳發(fā)展提供最優(yōu)的綜合脫碳方案。未來行業(yè)應(yīng)在短期內(nèi)積極推廣可持續(xù)航空燃料（SAF）規(guī)模化應(yīng)用，中期加大對(duì)于氫能、電能、混合動(dòng)力飛機(jī)的研發(fā)引進(jìn)，積極采用高鐵替代等綜合交通方式，長期持續(xù)改進(jìn)行業(yè)節(jié)能減排技術(shù)水平，推動(dòng)民航業(yè)納入全國碳市場(chǎng)。研究結(jié)果可為民航部門可持續(xù)發(fā)展提供政策制定參考，助力行業(yè)深度脫碳化發(fā)展。
【關(guān)鍵詞】：中國民航；系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（SD）模型；多情景模擬；脫碳路徑
引言：
民航業(yè)碳減排是當(dāng)前的熱點(diǎn)研究問題，尤其是在全球氣候變暖日益嚴(yán)峻和世界航空交通量快速增長的背景下[1]，未來如何實(shí)現(xiàn)行業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展成為世界各國政府部門和學(xué)界的關(guān)注焦點(diǎn)。我國是航空運(yùn)輸發(fā)展最迅速的國家之一，運(yùn)輸總周轉(zhuǎn)量和旅客周轉(zhuǎn)量位居世界第二，民航碳排放在2010—2019年間增速超過10%，是交通部門中排放增速最快的行業(yè)[2]，未來仍有巨大排放潛力。然而如何在總量大、增速快的行業(yè)碳排放發(fā)展趨勢(shì)下實(shí)現(xiàn)低碳長期發(fā)展目標(biāo)是我國實(shí)現(xiàn)民航業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展過程中亟待解決的重要現(xiàn)實(shí)問題。在已有研究中，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)民航業(yè)的碳排放問題開展了諸多方面工作，大致可分為碳排放測(cè)算[3-4]、驅(qū)動(dòng)因素分解[5-7]以及趨勢(shì)預(yù)測(cè)[8-9]等領(lǐng)域；研究主體可分為機(jī)場(chǎng)、航空公司和民航業(yè)整體；在研究方法上有STIRPAT回歸模型[10]、蒙特卡洛模擬[11-12]、LEAP模型、分解模型[5]、仿真模型預(yù)測(cè)[13-14]、ARIMA時(shí)間序列模型[15]等。然而，盡管已有研究取得了一定進(jìn)展，但現(xiàn)有研究大多側(cè)重于單一的脫碳策略或技術(shù)，缺乏對(duì)多種策略的綜合分析和減排成本比較，未能充分考慮到技術(shù)進(jìn)步、能源轉(zhuǎn)型、政策支持等多方面的綜合實(shí)施效果。此外，針對(duì)中國民航業(yè)的具體情況，如何制定符合國情、切實(shí)可行的脫碳路徑，尚缺乏深入研究和探討。
系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（SD）理論為研究氣候戰(zhàn)略和碳排放問題提供了有效方法和手段。SD強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的整體性和復(fù)雜性，能夠綜合考慮各種因素之間的相互作用和影響，從而揭示系統(tǒng)深層次原因和作用機(jī)理，這使其在研究碳排放問題時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。如Liu等[16]針對(duì)中國碳排放建立了包含社會(huì)子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)和能源子系統(tǒng)的SD模型，模擬預(yù)測(cè)不同發(fā)展模式（低、中、高）下中國碳排放的達(dá)峰時(shí)間和峰值大?。籐i等[17]從動(dòng)態(tài)角度構(gòu)建了電力建設(shè)項(xiàng)目（PCP）的SD模型，對(duì)系統(tǒng)碳排放進(jìn)行關(guān)鍵因素的敏感性分析和多種方案的碳減排情景動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)；Akbari等[18]建立基于城市交通的SD模型，分析了2015—2025年間日常商業(yè)、優(yōu)先公共交通、技術(shù)進(jìn)步、行政法規(guī)管理、出行需求管理和綜合政策這6種政策情景下的碳減排實(shí)施效果，為政府部門能源消耗評(píng)價(jià)和制定減排政策提供建議。
本文旨在基于SD模型，對(duì)中國民航業(yè)的脫碳路徑進(jìn)行深入研究，建立考慮供需關(guān)系、技術(shù)應(yīng)用、減排成本和政策支持的脫碳SD分析模型，在各子系統(tǒng)因果關(guān)系和存量流量圖構(gòu)建的基礎(chǔ)上，分析系統(tǒng)各因素之間互為因果、相互作用的動(dòng)態(tài)機(jī)制，從而更好地研究民航業(yè)碳減排過程中的復(fù)雜性和不確定性，明確多種脫碳路徑方案的實(shí)施效果和減排閾值，從而為民航部門運(yùn)輸發(fā)展策略和減排決策提供系統(tǒng)集成的方法工具和理論支撐。
1、技術(shù)路線和數(shù)據(jù)來源
中國民航要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的發(fā)展目標(biāo)受到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等多方面的影響，同時(shí)也需要行業(yè)自身從技術(shù)進(jìn)步、能源轉(zhuǎn)型、政策支持等多個(gè)方面來努力實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)。本文采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件VensimPLE構(gòu)建中國民航業(yè)的脫碳SD模型，結(jié)合情景分析方法探究中國民航業(yè)的不同脫碳路徑方案，建模及設(shè)計(jì)思路如下。（1）確定系統(tǒng)邊界。定義模型所要研究的系統(tǒng)范圍，以便明確和理解研究的需求和期望。（2）構(gòu)建系統(tǒng)因果關(guān)系。通過對(duì)各子系統(tǒng)的反饋關(guān)系分析，揭示系統(tǒng)運(yùn)作的內(nèi)在規(guī)律，幫助更好地認(rèn)識(shí)和理解系統(tǒng)。（3）構(gòu)建存量流量圖。在因果關(guān)系圖基礎(chǔ)上，通過參數(shù)估計(jì)、初始賦值以及建立結(jié)構(gòu)方程式明晰系統(tǒng)內(nèi)部的多重反饋機(jī)制。（4）模型檢驗(yàn)與調(diào)試。對(duì)模型參數(shù)和方程進(jìn)行不斷檢驗(yàn)與調(diào)試以確保模型的準(zhǔn)確性和魯棒性，以便達(dá)到仿真和政策模擬的預(yù)期效果。（5）模型仿真與情景設(shè)置。結(jié)合情景分析方法設(shè)定脫碳方案，模擬和評(píng)估不同決策的實(shí)施效果和影響程度，為行業(yè)脫碳路徑選擇提供量化參考。（6）對(duì)比分析與方案選擇?；诓煌窂椒桨高\(yùn)行結(jié)果的綜合比較，綜合評(píng)估不同情景系統(tǒng)的變化和結(jié)果，評(píng)估不同路徑方案的效果和影響，為有針對(duì)性地制定科學(xué)有效的脫碳方案提供決策依據(jù)。
周轉(zhuǎn)量數(shù)據(jù)來源于《民航業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》和《從統(tǒng)計(jì)看民航》；人口數(shù)據(jù)來源于國家統(tǒng)計(jì)局官方網(wǎng)站和《世界人口展望（2022）》；行業(yè)碳排放和燃油消耗數(shù)據(jù)來源于田利軍等[19]的研究；全球航空商業(yè)運(yùn)輸市場(chǎng)恢復(fù)情況參考國際民用航空組織（ICAO）①和國際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)（IATA）②的預(yù)測(cè)；中國未來機(jī)隊(duì)規(guī)模參考《民用飛機(jī)中國市場(chǎng)預(yù)測(cè)年報(bào)（2021—2040）》；未來GDP預(yù)測(cè)參考經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）對(duì)中國2020—2060年的GDP長期基線預(yù)測(cè)情況。
2、民航業(yè)脫碳系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建
2.1模型系統(tǒng)邊界
中國民航業(yè)與經(jīng)濟(jì)、能源和環(huán)境之間構(gòu)成了一個(gè)互相作用影響的復(fù)雜系統(tǒng)，國民經(jīng)濟(jì)水平的提高和人口規(guī)模的擴(kuò)大促進(jìn)行業(yè)發(fā)展和運(yùn)輸量的不斷增長，同時(shí)消耗大量化石能源，相應(yīng)帶來不可忽視的環(huán)境影響，對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生了阻礙，制約了民航業(yè)的可持續(xù)發(fā)展；中國民航業(yè)面臨不斷增大的環(huán)境保護(hù)壓力，開始低碳發(fā)展轉(zhuǎn)型升級(jí)，在保證行業(yè)持續(xù)發(fā)展的前提下增加節(jié)能減排投資，通過實(shí)施各類減排政策和減排方案降低碳排放對(duì)環(huán)境的不利影響，以期在未來實(shí)現(xiàn)行業(yè)的脫碳化發(fā)展。
2.2各子系統(tǒng)因果關(guān)系
2.2.1民航業(yè)與經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)
國民經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高帶動(dòng)三次產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使人們對(duì)于航空運(yùn)輸?shù)男枨蟛粩嗉哟螅瑢?dǎo)致航空客運(yùn)和貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量增加，而運(yùn)輸量的增加也會(huì)相應(yīng)帶動(dòng)運(yùn)輸附加值促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的增長。與此同時(shí)為了滿足不斷擴(kuò)張的運(yùn)輸需求，行業(yè)加大對(duì)于航空運(yùn)力的優(yōu)化投資，通過不斷引進(jìn)新的航空機(jī)隊(duì)增加航空運(yùn)輸供應(yīng)來彌補(bǔ)逐漸拉大的運(yùn)輸供需缺口。除此之外考慮到高鐵運(yùn)輸對(duì)于航空運(yùn)輸?shù)奶娲?yīng)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來高鐵運(yùn)輸需求增加的同時(shí)會(huì)對(duì)航空運(yùn)輸產(chǎn)生一定的沖擊和擠占效果，對(duì)航空運(yùn)量的增加起負(fù)向抑制作用。
2.2.2民航業(yè)與能源要素子系統(tǒng)
航空運(yùn)輸需求增加會(huì)導(dǎo)致客運(yùn)和貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量增加，從而帶來大量化石能源消耗和碳排放，碳排放增加會(huì)促進(jìn)行業(yè)加大對(duì)技術(shù)和運(yùn)營方面的節(jié)能投入從而提升行業(yè)節(jié)能效果，同時(shí)開始引入航空替代燃料并不斷提高其在商業(yè)航班活動(dòng)中的替代比例，氫能和電能飛機(jī)逐步進(jìn)入航空運(yùn)輸市場(chǎng)并逐步取代中短程機(jī)隊(duì)，從而減少了行業(yè)傳統(tǒng)化石能源的直接消耗。各類節(jié)能減排措施的應(yīng)用提升行業(yè)能源效率從而降低總能源消耗，實(shí)現(xiàn)行業(yè)整體碳排放的減少。
2.2.3民航業(yè)與成本要素子系統(tǒng)
民航業(yè)碳排放增加產(chǎn)生的環(huán)境影響給行業(yè)帶來減排壓力，行業(yè)開始逐漸加大對(duì)于節(jié)能減排方面的資金投入。節(jié)能投資成本為機(jī)隊(duì)翻新和運(yùn)行管理帶來基礎(chǔ)成本投入，氫能和電動(dòng)新動(dòng)力飛機(jī)的使用成本以及替代航空燃料等新技術(shù)的應(yīng)用成本隨著減排技術(shù)的突破和規(guī)模化應(yīng)用而相應(yīng)出現(xiàn)降低。碳抵消措施作為市場(chǎng)手段的減碳方式同樣對(duì)行業(yè)的碳減排成本產(chǎn)生重要影響，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的減排成本，而減排成本的提高意味著行業(yè)減排實(shí)施力度加大，從而帶來更少的碳排放。
2.2.4民航業(yè)與環(huán)境影響子系統(tǒng)
民航業(yè)發(fā)展帶動(dòng)航空運(yùn)輸量增加產(chǎn)生的碳排放會(huì)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成一定的損失和風(fēng)險(xiǎn)，而通過節(jié)能投資的方式可抑制行業(yè)碳排放，從而減少其對(duì)環(huán)境造成的污染損失。經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化促進(jìn)了航空客運(yùn)和貨運(yùn)的運(yùn)輸需求增長，帶動(dòng)相應(yīng)碳排放的增加，使環(huán)境污染損失增大，促進(jìn)了行業(yè)對(duì)節(jié)能減排方面的投資，從而實(shí)現(xiàn)了降低碳排放的效果。
2.3存量流量圖及參數(shù)方程
構(gòu)建中國民航脫碳路徑SD模型存量流量圖（圖略）[20]，設(shè)定系統(tǒng)主要參數(shù)方程見表1。模型準(zhǔn)確性檢驗(yàn)在5%的平均誤差內(nèi)，敏感度檢驗(yàn)結(jié)果顯示模型具有較好的結(jié)構(gòu)敏感性和參數(shù)敏感性，全面驗(yàn)證了模型的合理性和可靠性。
3、民航業(yè)脫碳發(fā)展路徑仿真模擬
3.1減排情景設(shè)計(jì)
在構(gòu)建中國民航業(yè)的脫碳發(fā)展路徑時(shí)需要進(jìn)行減排情景設(shè)計(jì)，制定不同發(fā)展路徑和政策方案，以便能夠系統(tǒng)性評(píng)估各種可能發(fā)展路徑的經(jīng)濟(jì)適用性和減排潛力。在參考行業(yè)主流減排技術(shù)報(bào)告[21-24]和相關(guān)政策文件[25-28]的基礎(chǔ)上，結(jié)合SD模型設(shè)定5種單一政策情景：節(jié)能技術(shù)進(jìn)步、替代燃料應(yīng)用、新動(dòng)力能源推廣、碳抵消機(jī)制和高鐵替代情景，另設(shè)定8種組合政策應(yīng)用情景（表2）。凍結(jié)情景為中國民航業(yè)延續(xù)傳統(tǒng)發(fā)展路徑，燃油效率技術(shù)進(jìn)步達(dá)到瓶頸且沒有施加其他節(jié)能減排措施的趨勢(shì)外推情況（包含國際和國內(nèi)航線碳排放），在此基礎(chǔ)上針對(duì)不同場(chǎng)景設(shè)置不同參數(shù)的變化和調(diào)整③。5種單一政策情景模擬運(yùn)行結(jié)果見圖1
3.1.1節(jié)能技術(shù)進(jìn)步
民航業(yè)的節(jié)能技術(shù)進(jìn)步包括機(jī)隊(duì)翻新技術(shù)和運(yùn)營管理方面的改善。考慮到未來不同程度的節(jié)能技術(shù)投資對(duì)行業(yè)碳排放變化的影響程度，分別設(shè)置節(jié)能投資系數(shù)為0的凍結(jié)情景、節(jié)能投資系數(shù)為0.8×10-3的節(jié)能技術(shù)進(jìn)步情景1和節(jié)能投資系數(shù)為1.5×10-3的節(jié)能技術(shù)進(jìn)步情景2這3種不同政策模擬的情況，模型運(yùn)行結(jié)果見圖1所示。
隨著行業(yè)節(jié)能技術(shù)投資的不斷增加，機(jī)隊(duì)翻新和運(yùn)營管理帶來的各類機(jī)型的燃油效率也在不斷提升，從而直接影響當(dāng)年的燃油消耗和碳排放。模擬結(jié)果顯示，節(jié)能技術(shù)投資的增加可以有效降低行業(yè)碳排放，2060年凍結(jié)情景、節(jié)能技術(shù)進(jìn)步情景1和節(jié)能技術(shù)進(jìn)步情景2的行業(yè)碳排放分別為3.9億t、3.6億t和3.5億t。相對(duì)于凍結(jié)情景，節(jié)能技術(shù)進(jìn)步情景1和節(jié)能技術(shù)進(jìn)步情景2增加的累計(jì)減排成本分別為1.6萬億元和4.0萬億元；碳減排量分別為0.3億t和0.4億t；相應(yīng)的減排率分別為8%和10%。總體上通過加大節(jié)能減排投資能夠?qū)π袠I(yè)節(jié)能減排產(chǎn)生積極影響，雖然單純依靠傳統(tǒng)節(jié)能減排的技術(shù)手段帶來的減排效果相對(duì)有限，但從長期來看還是應(yīng)重視節(jié)能技術(shù)進(jìn)步給行業(yè)帶來的潛在減排率的提升。
3.1.2替代燃料應(yīng)用
IATA在2050年實(shí)現(xiàn)行業(yè)凈零排放的發(fā)展愿景中明確了關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)SAF占總?cè)剂闲枨蟮谋壤?，其?030年行業(yè)消耗燃料中SAF占總?cè)剂闲枨蟮?.2%，到2050年SAF占比達(dá)到65%。依據(jù)中國民用航空局發(fā)布的行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)的機(jī)型分類標(biāo)準(zhǔn)，將中國運(yùn)輸飛機(jī)劃分為寬體客機(jī)、窄體客機(jī)、支線客機(jī)以及貨運(yùn)飛機(jī)四類，以便更好地反映我國運(yùn)輸機(jī)隊(duì)能源結(jié)構(gòu)變化情況，逐年SAF滲透率比例進(jìn)行Gompertz曲線擬合處理。
目前市場(chǎng)替代燃料大規(guī)模應(yīng)用的具體前景還不明確，考慮到行業(yè)減排經(jīng)濟(jì)效益，只有SAF價(jià)格降低至傳統(tǒng)燃油水平，航空公司才有動(dòng)力廣泛應(yīng)用，不斷提高航油摻混比例。設(shè)置3種不同比例的SAF實(shí)施情況來模擬不同摻混措施對(duì)行業(yè)碳排放的影響程度。SAF情景3表示2020年中國開始逐步開展SAF的商業(yè)航班飛行并不斷提高摻混比例，在2030年航油摻混比例擴(kuò)大至4%，2050年摻混比例達(dá)到65%；考慮到中國SAF產(chǎn)業(yè)鏈與全球產(chǎn)業(yè)相比處于發(fā)展初期，故設(shè)置保守的SAF情景1和SAF情景2分別為2030年航油摻混比例分別達(dá)到2.4%和3.2%，2050年分別達(dá)到36%和50%。
模擬結(jié)果表明，航油摻混比例的提高可以顯著降低行業(yè)碳排放，2060年SAF情景1、SAF情景2和SAF情景3的碳排放分別為2.2億t、1.6億t和0.9億t，相比凍結(jié)情景分別實(shí)現(xiàn)43%、59%和77%的減排效果，但是增加6.4萬億元、8.6萬億元和11.4萬億元的累計(jì)減排成本。2020—2030年間雖然SAF開始逐步進(jìn)入到航空運(yùn)輸市場(chǎng)，但是由于其在整體航油消耗比例中仍然不超過5%，很難發(fā)揮出對(duì)行業(yè)碳排放的抑制效果。2030年后隨著SAF的滲透率逐年增加，3種SAF情景下的減排效果開始顯現(xiàn)，有效遏制了后期碳排放的增長趨勢(shì)，推動(dòng)行業(yè)碳排放分別在2035、2034年和2032年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰?？梢钥闯鲈诰C合考慮SAF使用成本的情況下，推廣替代燃料規(guī)?；瘧?yīng)用可在短期內(nèi)發(fā)揮明顯的碳減排效果。
3.1.3新動(dòng)力能源推廣
目前各國都在積極推動(dòng)新能源飛機(jī)的研發(fā)和應(yīng)用，本文設(shè)置兩種新動(dòng)力能源應(yīng)用場(chǎng)景，情景1表示在2035年支線飛機(jī)開始逐步使用新動(dòng)力能源飛機(jī)，并在2060年實(shí)現(xiàn)覆蓋全部支線航空市場(chǎng)，部分貨運(yùn)和窄體飛機(jī)在2040年開始逐步推廣應(yīng)用新動(dòng)力能源飛機(jī)，到2060年僅覆蓋30%的窄體和貨運(yùn)機(jī)市場(chǎng)，不考慮寬體飛機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景；情景2表示在情景1的基礎(chǔ)上增大貨運(yùn)和窄體機(jī)的能源滲透率，即在2060年實(shí)現(xiàn)覆蓋50%的貨運(yùn)和窄體機(jī)市場(chǎng)。
模型結(jié)果表明，新動(dòng)力能源飛機(jī)的推廣應(yīng)用有效降低了行業(yè)在2060年的碳排放，在2040年后開始逐步發(fā)揮出減排效果。相比凍結(jié)情景，2060年兩種新動(dòng)力能源情景下分別實(shí)現(xiàn)26%和40%的減排效果，累計(jì)減排成本分別增加7.2萬億元和1.2萬億元。支線飛機(jī)在市場(chǎng)占比很小，難以對(duì)行業(yè)整體減排產(chǎn)生明顯作用，隨著貨運(yùn)機(jī)和窄體機(jī)在2040年逐步應(yīng)用新動(dòng)力能源，減排作用開始逐步顯現(xiàn)。新動(dòng)力能源推廣情景1在2049年實(shí)現(xiàn)碳排放達(dá)峰，并在之后進(jìn)入排放平臺(tái)期，2060年碳排放為2.9億t；新動(dòng)力能源推廣情景2在2044年實(shí)現(xiàn)碳排放達(dá)峰，之后碳排放進(jìn)入快速下降階段，2060年碳排放為2.3億t。因此，依賴新動(dòng)力飛機(jī)情景主要是在后期發(fā)揮減排效果。
3.1.4碳抵消機(jī)制
碳排放權(quán)交易通過市場(chǎng)機(jī)制控制和減少溫室氣體排放，為行業(yè)低碳發(fā)展提供新思路。國際上旨在通過市場(chǎng)手段抵消國際航班碳排放的國際航空業(yè)碳抵消與削減機(jī)制（CORSIA）將于2027年正式進(jìn)入第二階段（強(qiáng)制階段），中國《民航綠色發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃》明確提出“十四五”期間推動(dòng)建立統(tǒng)籌國內(nèi)、國際碳市場(chǎng)的運(yùn)輸航空飛行活動(dòng)碳減排市場(chǎng)機(jī)制。文中設(shè)置3種碳抵消機(jī)制的作用場(chǎng)景，情景1表示中國民航業(yè)自2027年開始通過使用合格排放單元的方式來抵消無法通過航空技術(shù)改進(jìn)、日常運(yùn)營技改以及SAF應(yīng)用等措施的國際航班碳排放；情景2表示在情景1的基礎(chǔ)上大力推動(dòng)國內(nèi)碳市場(chǎng)建設(shè)，不斷擴(kuò)大行業(yè)納入碳市場(chǎng)的交易比例，增加碳排放交易份額至覆蓋國內(nèi)65%行業(yè)排放；情景3在情景2的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增大實(shí)施力度，逐漸將當(dāng)年行業(yè)全部碳排放納入到全國碳市場(chǎng)交易行為。
模型結(jié)果表明，實(shí)施碳抵消機(jī)制對(duì)于行業(yè)碳排放的影響是直接且顯著的，相比凍結(jié)情景，在碳抵消機(jī)制情景1、情景2和情景3下行業(yè)2060年碳排放分別下降36%、78%和100%，累積碳減排成本分別增加7.4萬億元、15.9萬億元和18.0萬億元。相對(duì)于其他減排手段，碳抵消情景在行業(yè)減排成本明顯升高的前提下也表現(xiàn)出了更加顯著的減排效果，成本明顯增加主要是碳價(jià)在后期擁有較大的增長空間所致?；谑袌?chǎng)機(jī)制的碳抵消政策對(duì)于行業(yè)實(shí)施減排行動(dòng)來說初期成本相對(duì)低且減排效果更好，因此航空公司前期可能會(huì)傾向于購買合格的排放單元而不是其他直接的減排手段。但考慮到未來碳市場(chǎng)供應(yīng)和價(jià)格的不確定性以及減排項(xiàng)目的長期有效性，行業(yè)過度依賴碳抵消機(jī)制可能會(huì)面臨較大不確定性和風(fēng)險(xiǎn)。
3.1.5高鐵替代
隨著我國“八縱八橫”高鐵網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展和完善，高鐵出行成為航空運(yùn)輸?shù)闹匾a(bǔ)充方式，然而現(xiàn)有研究指出高鐵會(huì)對(duì)航空運(yùn)輸需求產(chǎn)生負(fù)面影響，對(duì)航空業(yè)產(chǎn)生沖擊和擠占效果[29]。設(shè)置替代系數(shù)為0.1×10-4的高鐵替代情景1和0.2×10-4的高鐵替代情景2的情景模擬。
模型結(jié)果表明，隨著高鐵網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，高鐵替代效應(yīng)可以發(fā)揮出一定的減排效果。高鐵運(yùn)輸降低了部分航空旅客的潛在需求，加速不同出行方式旅客行為偏好的分化進(jìn)程，從而對(duì)民航減排產(chǎn)生積極影響。相比凍結(jié)情景，高鐵替代情景1和情景2在2060年分別減少0.1億t和0.2億t碳排放，僅分別減排3%和6%。但高鐵替代情景相對(duì)其他減排措施并不需要民航額外增加相應(yīng)的減排成本和其他資金投入，因此高鐵替代措施對(duì)于民航業(yè)來說是一種相對(duì)綠色、性價(jià)比較高的節(jié)能減排方式。
3.2組合政策模擬
從以上研究結(jié)果可以看出，中國民航業(yè)依賴單一節(jié)能減排手段實(shí)現(xiàn)低碳可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)愿景存在局限性，需要綜合考慮各種減排措施的組合實(shí)施效果、減排成本和現(xiàn)實(shí)可行性，從而更全面地適應(yīng)未來復(fù)雜多變的外部環(huán)境。組合政策模擬情景設(shè)置見表2。同時(shí)，考慮到各項(xiàng)措施之間存在成本競(jìng)爭(zhēng)和相互影響，故設(shè)定：（1）SAF的生產(chǎn)和應(yīng)用成本在前期高于傳統(tǒng)化石燃料時(shí)會(huì)限制其推廣和應(yīng)用，航空公司會(huì)傾向于選擇繼續(xù)使用傳統(tǒng)化石燃料和節(jié)能技術(shù)，從而發(fā)揮對(duì)節(jié)能技術(shù)進(jìn)步的促進(jìn)作用，后期技術(shù)的進(jìn)步和政策支持使SAF應(yīng)用成本逐漸降低從而增強(qiáng)其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，表現(xiàn)出對(duì)節(jié)能技術(shù)進(jìn)步的擠出效應(yīng)。（2）新動(dòng)力能源情景應(yīng)用成本明顯高于節(jié)能技術(shù)進(jìn)步，故設(shè)定其長期表現(xiàn)出對(duì)技術(shù)進(jìn)步的促進(jìn)作用。（3）在碳抵消機(jī)制初期，航空公司會(huì)由于相對(duì)低的碳價(jià)格傾向于直接購買碳抵消額度來滿足減排要求，而不是積極投入研發(fā)和應(yīng)用節(jié)能技術(shù)且缺乏足夠動(dòng)力去推廣SAF、探索和應(yīng)用新動(dòng)力能源飛機(jī)，從而導(dǎo)致其他減排措施的實(shí)施力度減弱，后期碳價(jià)攀升至明顯高于當(dāng)年其他措施的減排成本時(shí)，這些減排措施的實(shí)施力度將得到增強(qiáng)。（4）高鐵情景下短途航空旅行的減少使航空公司更加關(guān)注長途航班的運(yùn)營效率和減排，而長途航班通常具有更高的能耗和碳排放，因此節(jié)能技術(shù)優(yōu)化能夠放大長途航班的減排效果，從而更有效地降低行業(yè)碳排放。8種組合政策情景下的模型仿真運(yùn)行結(jié)果如圖2和表3所示。
2020—2060年間基準(zhǔn)情景、替代情景、力度情景、抵消情景、高鐵情景、綜合情景1和綜合情景2相對(duì)于凍結(jié)情景分別累計(jì)減少碳排放32.8億t、37.7億t、57.9億t、57.5億t、27.6億t、88.4億t和99.2億t?；鶞?zhǔn)情景通過實(shí)施傳統(tǒng)節(jié)能技術(shù)和替代燃料可減排48%，帶來8.0萬億元的累計(jì)減排成本；替代情景由于考慮了新動(dòng)力能源應(yīng)用的飛機(jī)革命情景，其在2035年后新動(dòng)力能源規(guī)?；茝V的減排效果開始顯現(xiàn)，雖然相比基準(zhǔn)情景，減排率提升了13%，但累計(jì)減排成本也明顯增加；力度情景在此基礎(chǔ)上采取更激進(jìn)的實(shí)施力度，減排率達(dá)到88%，累計(jì)減排成本也約為基準(zhǔn)情景的3倍；抵消情景累計(jì)減排成本略高于基準(zhǔn)情景，但邊際減排成本小于基準(zhǔn)情景，這是由于前期較低的碳價(jià)使購買碳排放配額的成本較低，從而降低了其整體的邊際減排成本；雖然高鐵情景的減排率最差，僅為21%，但相應(yīng)累計(jì)減排成本也最低；綜合情景1由于發(fā)揮更多組合政策實(shí)施效果，其長期減排效果明顯提升，累計(jì)減排成本達(dá)到23.3萬億元；綜合情景2在綜合情景1的基礎(chǔ)上應(yīng)用組合政策力度加大，減少更多碳排放，累計(jì)減排成本也增加了21%，邊際減排成本和綜合情景1基本一致，兩種綜合情景下的邊際減排成本均低于平均值。
整體來看，不同減排技術(shù)手段的應(yīng)用帶來行業(yè)減排率提升和減排成本改變，同時(shí)采用多種政策的組合模擬情景可以更全面地實(shí)現(xiàn)行業(yè)的脫碳發(fā)展，中國民航單純依靠自身內(nèi)涵式發(fā)展難以實(shí)現(xiàn)碳中和，需要依靠外部抵消的綜合措施才可能實(shí)現(xiàn)凈零排放的長期目標(biāo)。
4、研究結(jié)果與討論
（1）構(gòu)建的中國民航減排路徑綜合評(píng)估模型，基于SD原理和情景分析方法從減排率、減排成本以及現(xiàn)實(shí)可行性等多維度系統(tǒng)評(píng)估行業(yè)多種可能的脫碳路徑方案，考慮了行業(yè)特性和現(xiàn)實(shí)約束以及民航業(yè)在運(yùn)營、管理、技術(shù)革新和政策實(shí)施等方面的現(xiàn)實(shí)情況，確保了評(píng)估結(jié)果的全面性和實(shí)用性，探討了不同發(fā)展情景下行業(yè)碳排放變化趨勢(shì)和脫碳方案的綜合實(shí)施效果。
（2）凍結(jié)情景在不考慮燃油效率提升以及其他減排手段的發(fā)展路徑模擬中，行業(yè)碳排放持續(xù)走高并在2060年達(dá)到3.9億t。同類型研究中，李心怡等[10]和韓博等[30]的中國民航運(yùn)輸碳排放峰值預(yù)測(cè)雖然和本文選的關(guān)鍵碳排放影響因子不同，但其基于各影響因素平緩增長的趨勢(shì)外推預(yù)測(cè)的碳排放峰值預(yù)測(cè)結(jié)果和本文凍結(jié)情景較接近。
（3）單一政策模擬方案無法實(shí)現(xiàn)行業(yè)的碳中和式長期發(fā)展目標(biāo)。具體地，在節(jié)能技術(shù)進(jìn)步模擬中，行業(yè)依靠傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)步手段實(shí)現(xiàn)了減排效果穩(wěn)步提升，減排率為8%～10%，雖然減排效果相對(duì)有限，但是長期來看還是應(yīng)重視其帶來的直接能源消耗和碳排放減少；替代燃料應(yīng)用在短期內(nèi)可以明顯抑制行業(yè)碳排放，助力行業(yè)碳排放進(jìn)入平臺(tái)期，減排率為43%～77%，但航空公司運(yùn)營成本明顯增加，因此未來SAF產(chǎn)能和價(jià)格是影響替代燃料規(guī)?；茝V的關(guān)鍵；新動(dòng)力能源推廣主要依賴飛機(jī)清潔能源轉(zhuǎn)型在2040年后發(fā)揮對(duì)行業(yè)脫碳的積極作用，減排率為26%～40%；碳抵消機(jī)制通過市場(chǎng)化手段具有明顯的減排效果和巨大的潛在減排空間，但過度依賴碳抵消機(jī)制可能會(huì)面臨較大的碳價(jià)和市場(chǎng)的不確定性風(fēng)險(xiǎn)，不利于行業(yè)減排項(xiàng)目的長期有效性；高鐵替代的減排空間相對(duì)受限，減排率較低，但不會(huì)帶來額外的減排成本，相對(duì)其他措施是一種性價(jià)比高、相對(duì)綠色的節(jié)能減排方式。
（4）不同措施的組合政策表現(xiàn)出不同的減排率、累計(jì)減排成本和邊際減排成本。組合政策的累計(jì)減排成本最高的是綜合情景2（28.2萬億元），最低為高鐵情景（4.0萬億元）；邊際減排成本最高的是力度情景（0.45萬元/tCO2），其次是替代情景，最低的是高鐵情景。抵消情景邊際減排成本和碳市場(chǎng)價(jià)格關(guān)系密切。組合策略的模擬結(jié)果表明，民航應(yīng)采用多種策略的組合手段才有可能實(shí)現(xiàn)行業(yè)的脫碳式發(fā)展，依靠自身手段難以在2060年實(shí)現(xiàn)凈零排放的目標(biāo)。綜合情景1的累計(jì)減排成本較低但無法實(shí)現(xiàn)行業(yè)的凈零排放目標(biāo)，綜合情景2在綜合考慮應(yīng)用成本的情況下實(shí)現(xiàn)零排放，且邊際減排成本低于平均水平，是具備更好減排效果和經(jīng)濟(jì)適用性的最優(yōu)路徑方案。
（5）隨著減排措施的實(shí)施力度加大，各項(xiàng)措施之間的規(guī)模效應(yīng)和協(xié)同效應(yīng)逐漸顯現(xiàn)。例如，采用多種組合政策的綜合情景減排效果更好，雖然總減排成本有所上升，但其減排的邊際成本均低于平均值，說明組合策略能夠使不同政策間實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)和強(qiáng)化從而使減排效果更明顯，同時(shí)降低了單位CO2減排量的應(yīng)用成本。本文結(jié)果與許績輝等[31]計(jì)算得到的平均總成本大致接近，雖然可能由于其研究方法考慮了各項(xiàng)減排技術(shù)的全周期成本，導(dǎo)致各情景下的邊際減排成本普遍低于本文，但本文側(cè)重于直接應(yīng)用成本的分析，以便更準(zhǔn)確地把握技術(shù)方案在實(shí)際應(yīng)用中的直接減排成本。
綜上，為實(shí)現(xiàn)中國民航業(yè)長期脫碳發(fā)展目標(biāo)，行業(yè)應(yīng)在短期內(nèi)積極推廣SAF規(guī)?；瘧?yīng)用，中期加大對(duì)于氫能、電能、混合動(dòng)力飛機(jī)的研發(fā)引進(jìn)，積極采用高鐵替代等綜合交通方式，長期持續(xù)改進(jìn)行業(yè)節(jié)能減排技術(shù)水平，推動(dòng)民航業(yè)納入全國碳市場(chǎng)。這涉及到技術(shù)創(chuàng)新、航空燃料改進(jìn)、運(yùn)營優(yōu)化、碳市場(chǎng)參與等多個(gè)方面。因此，中國民航業(yè)要實(shí)現(xiàn)低碳可持續(xù)的發(fā)展目標(biāo)，需要將多種行業(yè)減排措施實(shí)現(xiàn)綜合的科學(xué)合理應(yīng)用，使中國民航業(yè)在低碳可持續(xù)發(fā)展的道路上能夠不斷堅(jiān)實(shí)地邁進(jìn)。
參考文獻(xiàn)：
[1]MasiolM,HarrisonRM.Aircraftengineexhaustemissionsandotherairport-relatedcontributionstoambientairpollution:areview[J].AtmosphericEnvironment,2014,95:409-455
[2]彭天鐸,袁志逸,任磊,等.中國碳中和目標(biāo)下交通部門低碳發(fā)展路徑研究[J].汽車工程學(xué)報(bào),2022,12(4):351-359.PengTD,YuanZY,RenL,etal.StudyonthelowcarbondevelopmentpathoftransportationsectorunderChina’scarbonneutralitytarget[J].JournalofAutomotiveEngineering,2022,12(4):351-359(inChinese)
[3]WangK,WangX,ChengS,etal.NationalemissionsinventoryandfuturetrendsingreenhousegasesandotherairpollutantsfromcivilairportsinChina[J].EnvironmentalScienceandPollutionResearch,2022,29(54):81703-81712
[4]LyuC,LiuX,WangZ,etal.Anemissionsinventoryusingflightinformationrevealsthelong-termchangesofaviationCO2emissionsinChina[J].Energy,2023,262:125513
[5]YuJ,ShaoC,XueC,etal.China'saircraft-relatedCO2emissions:decompositionanalysis,decouplingstatus,andfuturetrends[J].EnergyPolicy,2020,138:111215
[6]LiuX,HangY,WangQ,etal.Driversofcivilaviationcarbonemissionchange:atwo-stageefficiency-orienteddecompositionapproach[J].TransportationResearchPartD:TransportandEnvironment,2020,89:102612
[7]AndreoniV,GalmariniS.EuropeanCO2emissiontrends:adecompositionanalysisforwaterandaviationtransportsectors[J].Energy,2012,45(1):595-602
[8]ZhouW,WangT,YuY,etal.ScenarioanalysisofCO2emissionsfromChina’scivilaviationindustrythrough2030[J].AppliedEnergy,2016,175:100-108
[9]袁志逸,彭天鐸,任磊,等.基于機(jī)隊(duì)視角的中國民航運(yùn)輸?shù)吞及l(fā)展情景分析[J].動(dòng)力工程學(xué)報(bào),2022,42(11):1068-1076.YuanZY,PengTD,RenL,etal.Scenarioanalysisoflow-carbondevelopmentofcivilaviationtransportationinChinabasedonfleetperspective[J].JournalofPowerEngineering,2022,42(11):1068-1076(inChinese)
[10]李心怡,趙瑞嘉,高成男,等.中國民航運(yùn)輸碳排放解耦分析和達(dá)峰預(yù)測(cè)[J].環(huán)境污染與防治,2022,44(6):729-733,739.LiXY,ZhaoRJ,GaoCN,etal.DecouplinganalysisandpeakingpredictionofcarbonemissionsfromcivilaviationtransportationinChina[J].EnvironmentalPollutionandPrevention,2022,44(6):729-733,739(inChinese)
[11]LiuX,HangY,WangQW,etal.Flyingintothefuture:ascenario-basedanalysisofcarbonemissionsfromChina’scivilaviation[J].JournalofAirTransportManagement,2020,85:101793
[12]胡榮,王德蕓,馮慧琳,等.碳達(dá)峰視角下的機(jī)場(chǎng)航空器碳排放預(yù)測(cè)[J].交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息,2021,21(6):257-263.HuR,WangDY,FengHL,etal.Carbonemissionpredictionofaircraftatairportsundertheperspectiveofcarbonpeaking[J].TransportationSystemsEngineeringandInformation,2021,21(6):257-263(inChinese)
[13]DrayL,Sch?ferAW,GroblerC,etal.Costandemissionspathwaystowardsnet-zeroclimateimpactsinaviation[J].NatureClimateChange,2022,12(10):956-962
[14]G?sslingS,HumpeA,FichertF,etal.COVID-19andpathwaystolow-carbonairtransportuntil2050[J].EnvironmentalResearchLetters,2021,16(3):034063
[15]YangH,O’ConnellJF.Short-termcarbonemissionsforecastforaviationindustryinShanghai[J].JournalofCleanerProduction,2020,275:122734
[16]LiuD,XiaoB.CanChinaachieveitscarbonemissionpeaking?AscenarioanalysisbasedonSTIRPATandsystemdynamicsmodel[J].EcologicalIndicators,2018,93:647-657
[17]LiL,ShiJ,LiuH,etal.Simulationofcarbonemissionreductioninpowerconstructionprojectsusingsystemdynamics:aChineseempiricalstudy[J].Buildings,2023,13(12):3117
[18]AkbariF,AlirezaM,MohammadRA.EvaluationofenergyconsumptionandCO2emissionreductionpoliciesforurbantransportwithsystemdynamicsapproach[J].EnvironmentalModeling&Assessment,2020,25:505-520
[19]田利軍,徐森雨.基于LMDI-Tapio模型的中國民航碳排放驅(qū)動(dòng)因素與脫鉤效應(yīng)研究[J/OL].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2024[2024-06-11].http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.3979.C.20231211.1657.002.html.TianLJ,XuSY.StudyonthedriversanddecouplingeffectsofcarbonemissionsofChina’scivilaviationbasedonLMDI-Tapiomodel[J/OL].JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics(SocialScienceEdition),2024[2024-06-11].http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.3979.C.20231211.1657.002.html(inChinese)
[20]徐森雨.中國民航碳排放驅(qū)動(dòng)因素分解及脫碳路徑研究[D].天津:中國民航大學(xué),2024.XuSY.DecompositionofcarbonemissiondrivingfactorsanddecarbonizationpathofcivilaviationinChina[D].Tianjin:CivilAviationUniversityofChina,2024(inChinese)
[21]InternationalCivilAviationOrganization(ICAO)CommitteeonAviationEnvironmentalProtection.Reportonthefeasibilityofalong-termaspirationalgoal(LTAG)forinternationalcivilaviationCO2emissionreductions[EB/OL].2022[2024-06-18].https://www.icao.int/environmental-protection/LTAG/Documents/REPORT%20ON%20THE%20FEASIBILITY%20OF%20A%20LONG-TERM%20ASPIRATIONAL%20GOAL_ch.pdf.
[22]NLRRoyalNetherlandsAerospaceCentre,SEOAmsterdamEconomics.Destination2050:aroutetonetzeroEuropeanaviation[EB/OL].2021[2024-06-18].https://www.destination2050.eu/wp-content/uploads/2021/03/Destination2050_Report.pdf
[23]InternationalAirTransportAssociation(IATA).Aircrafttechnologyroadmapto2050[EB/OL].2021[2024-06-18].
https://www.eflight.com/wp-content/uploads/2021/05/Aviation-Technology-Roadmap-IATA2050.pdf
[24]AirTransportActionGroup.Waypoint2050[EB/OL].2021[2024-06-18].
https://aviationbenefits.org/media/167417/w2050_v2021_27sept_full.pdf
[25]中國民用航空局.2022中國民航綠色發(fā)展政策與行動(dòng)[EB/OL].2022[2024-06-18].https://www.gov.cn/xinwen/2022-09/25/5711791/files/de8b4158371b4a618522ce305287360a.pdf.CivilAviationAdministrationofChina(CAAC).2022Chinacivilaviationgreendevelopmentpoliciesandactions[EB/OL].2022[2024-06-18].https://www.gov.cn/xinwen/2022-09/25/5711791/files/de8b4158371b4a618522ce305287360a.pdf(inChinese)
[26]中國民用航空局.“十四五”民用航空發(fā)展規(guī)劃[EB/OL].2021[2024-06-18].https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2022-01/07/5667003/files/d12ea75169374a15a742116f7082df85.pdf.CivilAviationAdministrationofChina(CAAC).Civilaviationdevelopmentplanforthe14thFive-YearPlan[EB/OL].2021[2024-06-18].https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2022-01/07/5667003/files/d12ea75169374a15a742116f7082df85.pdf(inChinese)
[27]中國民用航空局.關(guān)于深入推進(jìn)民航綠色發(fā)展的實(shí)施意見[EB/OL].2018[2024-06-18].https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2018-12/31/content_5438087.htm.CivilAviationAdministrationofChina(CAAC).Implementingopinionsondeepeningthegreendevelopmentofcivilaviation[EB/OL].2018[2024-06-18].https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2018-12/31/content_5438087.htm(inChinese)
[28]中華人民共和國中央人民政府.綠色航空制造業(yè)發(fā)展綱要（2023—2035年）[EB/OL].2023[2024-06-18].https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/202310/P020231010771078868473.pdf.TheStateCouncil,thePeople’sRepublicofChina.Greenaviationmanufacturingdevelopmentprogram(2023?2035)[EB/OL].2023[2024-06-18].https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/202310/P020231010771078868473.pdf(inChinese)
[29]NurhidayatAY,WidyastutiH,Sutikno,etal.Researchonpassengers’preferencesandimpactofhigh-speedrailonairtransportdemand[J].Sustainability,2023,15(4):3060
[30]韓博,鄧志強(qiáng),于敬磊,等.碳達(dá)峰目標(biāo)下中國民航CO2與NOx減排協(xié)同效益分析[J].交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息,2022,22(4):53-62.HanB,DengZQ,YuJL,etal.AnalysisofthesynergisticbenefitsofCO2andNOxemissionreductioninChina'scivilaviationunderthecarbonpeaktarget[J].TransportationSystemsEngineeringandInformation,2022,22(4):53-62(inChinese)
[31]許績輝,王克.中國民航業(yè)中長期碳排放預(yù)測(cè)與技術(shù)減排潛力分析[J].中國環(huán)境科學(xué),2022,42(7):3412-3424.XuJH,WangK.Medium-andlong-termcarbonemissionforecastsandanalysisoftechnologicalreductionpotentialinChina’scivilaviationindustry[J].ChinaEnvironmentalScience,2022,42(7):3412-3424(inChinese)
