碳減排機制下航空低碳發(fā)展SD模型研究

余美紅，楊緒彪

（上海工程技術(shù)大學(xué)，上海 201620）

引言

如今碳減排問題成了全球關(guān)注的焦點。目前全球約有兩萬架飛機，每年航空乘客達30億人次。預(yù)計2040年全球飛機數(shù)量將達5萬架，會有越來越多的人乘坐飛機出行。國際航空溫室氣體排放量在全球排放量中所占比重不高，從2014年起，溫室氣體排放量比重約為1.4%。但是增長速度卻不容忽視，根據(jù)2016年根據(jù)國際民航組織（ICAO）環(huán)境報告，如果不采取措施，到2050年，國際航空的碳排放將從目前的7億噸增長至26億噸左右，其碳排放量將達到全球碳排放量的22%。根據(jù)中國提交的自主貢獻目標(biāo)，國務(wù)院于2016年10月27日印發(fā)了《“十三五”控制溫室氣體排放工作方案》，提出到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放需要比2015年下降18%，碳排放總量必須得到有效控制。

一、相關(guān)研究評述

（一）對航空業(yè)碳減排和碳稅方面的研究

Christian Azar et al.通過層次分析法構(gòu)建了經(jīng)濟類物理目標(biāo)指標(biāo)，組建了航空業(yè)碳排放的權(quán)重指數(shù)，以此來分析和預(yù)估排放的航空業(yè)碳排放的輻射效應(yīng)[1]。Paul E通過構(gòu)建相關(guān)模型模擬了增收碳稅對經(jīng)濟和環(huán)境的雙重響，模型結(jié)果顯示，雖然溫室氣體減排對相關(guān)經(jīng)濟有微弱影響，但整體就業(yè)率會有顯著提高。Ernst&Young[3]，Kathleen Bailey[4]通過收集分析相關(guān)數(shù)據(jù)得出，征收航空碳稅會導(dǎo)致航空票價的上漲，從而乘客需求大幅減少轉(zhuǎn)向別的交通方式。Piers M.de F.Forster認(rèn)為，征收航空碳稅，由于“共同而有責(zé)任”原則，會造成增收碳稅不公的現(xiàn)象，導(dǎo)致市場混亂[5]。

目前國內(nèi)學(xué)者對民航減排市場機制有了比較深刻的研究，文獻集中于歐盟強行推出的航空碳排放稅對我國航空業(yè)造成的相關(guān)影響。許小虎則重點就該碳稅政策對航空業(yè)的經(jīng)濟成本和利潤等做了統(tǒng)計和預(yù)估，研究了對航空業(yè)以及相關(guān)領(lǐng)域的競爭及減排效果的影響[6]。Mayor研究了歐盟開征航空碳稅，認(rèn)為如果國內(nèi)外旅游具有替代對碳減排和國內(nèi)外旅游所造成的影響。研究顯示，如果國內(nèi)外旅游具有明顯的替代效應(yīng)，那么征收航空碳排放稅有利于減少國內(nèi)碳排放[7]。Zhang首先對歐盟征收航空碳稅條約的合法性進行了探討，然后總結(jié)得出其一旦實施將對中國航空業(yè)和相關(guān)經(jīng)濟產(chǎn)生的不利影響，最后給出相關(guān)的措施建議[8]。胡曉紅認(rèn)為，對與我國而言，歐盟航空碳排放交易制度，既存在負(fù)面影響，也有正面效應(yīng)，我國應(yīng)當(dāng)盡快實施相關(guān)政策，以便從制度上防范碳成本所造成的副面影響，使我國企業(yè)的市場競爭力不受到壓迫，繼續(xù)穩(wěn)健提升[9]。

（二）系統(tǒng)動力學(xué)方面的應(yīng)用

研究表明，系統(tǒng)動力學(xué)在能源減排和航空業(yè)以及相關(guān)領(lǐng)域都有了比較深入的研究應(yīng)用。根據(jù)系統(tǒng)動力學(xué)來構(gòu)建模型進而對所建立的模型進行研究是非常有效的。潘崇義就是利用這一特點來研究江蘇省造船業(yè)的競爭力的[10]。在物流園區(qū)節(jié)能減排方面的研究也可以利用這一方法，尚羽就是利用這一特點研究了物流園區(qū)節(jié)能減排排放系統(tǒng)[11]。潘婿等人以連云港為例，基于系統(tǒng)動力學(xué)對港口城市禍合模型進行了模擬及仿真[12]。陶冶等對中國交通能源以及可持續(xù)發(fā)展等相關(guān)稅收政策進行了系統(tǒng)動力學(xué)模擬研究，并對中國未來的交通消耗總量以及未來能源價格的漲幅有了初步預(yù)估[13]。

以上文獻對碳減排和系統(tǒng)動力學(xué)問題都有很深入的研究，對該領(lǐng)域研究做出巨大貢獻。但是，目前現(xiàn)有的文獻及相關(guān)研究主要在靜態(tài)相關(guān)性分析上，國內(nèi)外目前主要分析將歐盟頒布的碳減排交易機制運用于航空碳排放方面所設(shè)計的相關(guān)工作及影響上，而定量分析研究尚不成熟。本文運用系統(tǒng)動力學(xué)理論與方法構(gòu)建航空業(yè)低碳發(fā)展系統(tǒng)模型，分析和預(yù)估碳稅和航空器運行速度對航空業(yè)碳減排發(fā)展影響的動態(tài)機制，為以后我國制定減排相關(guān)措施和政策提供理論依參考據(jù)。

二、系統(tǒng)動力學(xué)模型分析

（一）模型假設(shè)

航空業(yè)的低碳減排協(xié)同作用是一個龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及飛機制造、航空公司、空管局等上下游相關(guān)企業(yè)等諸多因素，以及許多減排措施、技術(shù)和操作，在定量分析中很難考慮到每個部分和每個因素。因此，本文對于系統(tǒng)影響不大的一些非關(guān)鍵因素忽略不計，只選擇了重要的代表性指標(biāo)進行分析，構(gòu)建相關(guān)模型。本文選取2013—2015年中國航空業(yè)相關(guān)歷史數(shù)據(jù)，對模型參數(shù)進行估計和檢驗；選取2016—2018年仿真結(jié)果預(yù)測年份。

1.本模型只考慮航空業(yè)和貿(mào)易量對GDP的影響，不考慮其他產(chǎn)業(yè)對GDP的影響。

2.本模型重點研究航空的減排制度對經(jīng)濟和環(huán)境的影響，其他產(chǎn)業(yè)對能源消耗和污染排放在此研究中不作考慮。

3.本模型的污染氣體以二氧化碳排放為主要指標(biāo)變量。

4.本模型中采用各項減排措施造成航空業(yè)成本的增加通過價格機制對其他方面產(chǎn)生影響，假設(shè)不會有其他的影響途徑。

（二）系統(tǒng)動力學(xué)模型建立

1.模型變量表達式

（1）污染損失系數(shù)：單位排放量的二氧化碳對經(jīng)濟發(fā)展的阻礙率；

（2）周轉(zhuǎn)量拉動GDP系數(shù)：年周轉(zhuǎn)量對GDP增長的貢獻率；

（3）投資效果系數(shù)：單位飛機技術(shù)減排投資的減排效果，即將技術(shù)減排投資額轉(zhuǎn)化為減排量系數(shù)；

（4）節(jié)能系數(shù)：航速降低百分比與燃油消耗降低之間的轉(zhuǎn)化系數(shù)；

（5）航空能源替代彈性：碳稅對能源需求量的影響程度，即碳稅稅率每增加一個單位，航空業(yè)對能源需求降低的百分比。

2.模型中主要參數(shù)方程

（1）終止時間=2017

單位：年

（2）GDP=INTEG（GDP 增長率-GDP阻礙率，124105）

單位：億元

（3）GDP增長率=碳稅+GDP×GDP增長系數(shù)+航空業(yè)GDP

單位：億元

（4）GDP增長系數(shù)

=（時間，（[（2013，0）—（2017，0.25）]，（2013，0.015），（2014，0.038），（2015，0.045），（2016，0.059），（2017，0.039）））

（5）GDP阻礙率=航空業(yè)補貼十SMOOTH（污染損失，5）

單位：億元

（6）初始時間=2013年

單位：年

初始時間：2013

（7）二氧化碳排放量=（燃料油消耗量*燃料油碳排放因子）

單位：萬噸

（8）全社會客運運輸周轉(zhuǎn)量==GDP*0.296-21060

單位：億噸公里

（9）周轉(zhuǎn)量拉動GDP系數(shù)=0.2

單位：億元/億噸公里

（10）燃料油碳排放因子==3.2

單位：噸

（11）（碳稅二二氧化碳排放量*碳稅率*10）（-4）

單位：億元

（12）碳稅稅率=40

單位：元/噸碳

（13）能源增長率=能源消耗量*能源增長系數(shù)

單位：萬噸

（14）能源增長系數(shù)

=WITHLOOKUP（時間，（[（2013，0.05）—（2017，0.3）]，（2013，0.1039），（2014，0.0976），（2015，0.096），（2016，0.0624），（2017，0.0587）））

3.回歸分析

計量經(jīng)濟學(xué)軟件EVIEWS是一種簡單、實用、方便的回歸分析方法，是專門為大型機構(gòu)開發(fā)的、用以處理時間序列數(shù)據(jù)，經(jīng)常用于處理數(shù)據(jù)回歸性分析。數(shù)據(jù)處理了模型中GDP與航空周轉(zhuǎn)量之間的時間序列關(guān)系。通過相關(guān)數(shù)據(jù)建立回歸模型，總結(jié)出變量之間的相關(guān)線性關(guān)系。利用EVIEWS方法對序列進行OLS回歸，回歸模型為：

得航空運輸周轉(zhuǎn)量與GDP之間的線性關(guān)系為y=0.286x+22492.32，其中，x為 GDP值，Y為航空運輸周轉(zhuǎn)量，R2=0.992，說明X與Y之間高度線性相關(guān)，模擬結(jié)果如表1所示。

表1 航空運輸業(yè)總周轉(zhuǎn)量模擬

三、航空運輸?shù)吞及l(fā)展模擬及政策建議

（一）模擬方案

模擬仿真是系統(tǒng)動力學(xué)模型中通過仿真政策措施來達到支持決策的關(guān)鍵步驟?？紤]到模型歷史數(shù)據(jù)的時間跨度和未來長期預(yù)測的不確定性，模型仿真起始時間為2013年，終止時間為2017年，時間跨度為4年。考慮的三個低碳發(fā)展道路運輸路徑，如市場減排技術(shù)減排和操作減排，設(shè)計了碳排放稅，減速比、補貼強度等6個模擬方案設(shè)計（見表2），方案1仿真為沒有任何措施的模擬結(jié)果，為后續(xù)模擬方案做效果參照。測試各種政策或政策組合對能源消耗、二氧化碳排放和經(jīng)濟的影響，為我國航空運輸業(yè)制定低碳減排政策提供方向和理論依據(jù)，如表2所示。

表2 仿真模擬方案

（二）模擬結(jié)果

1.征收碳稅效果模擬。方案1、2、3、4的模擬效果如圖1所示。從圖1可得，征收碳稅是控制能源消耗、減少CO2排放的最有效政策手段。征收碳稅的稅率越高，碳減排的效果越明顯，但同時對經(jīng)濟會造成阻礙作用。

2.降低航速效果模擬。方案1與方案5的模擬效果比較見圖2。結(jié)果表明，適當(dāng)降低航速能夠有效降低能源消耗總量和CO2排放總量。其原因是能源消耗和飛行航速的呈三次方線性相關(guān)，適當(dāng)降低航速可以節(jié)約大量能源消耗和CO2減排效果。在目前航空運輸市場經(jīng)濟持續(xù)增長的的市場情況下，適當(dāng)降低航速也不會對經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生較大的負(fù)面牽制作用。

圖1 征收碳稅效果模擬圖

圖2 降低航速效果模擬

3.碳稅與征收碳稅與補貼政策組合效果模擬。方案1、2和6的模擬效果比較見圖3。模擬結(jié)果表明，征收碳稅與補貼政策相作用的情況下不會對經(jīng)濟造成阻礙作用，反而促進了經(jīng)濟的增長。其原因是碳稅補貼在一定程度上可以降低碳稅所造成的成本問題，緩解了航空運輸企業(yè)的經(jīng)濟壓力，促進航空相關(guān)企業(yè)推出碳減排的相關(guān)管理運營、技術(shù)、空管政策。

圖3 方案1、2和6的模擬效果比較

（三）政策建議

合理征收碳稅，推行碳減排市場交易機制已成為國際上的主流趨勢，通過模型構(gòu)建可以得到征收碳稅方案，可以促進航空碳減排和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的相關(guān)低碳發(fā)展。

適當(dāng)降低航速。航空器飛行航速與能源消耗成線性關(guān)系，在達到運輸需求的前提下，找到適當(dāng)?shù)娘w行速度可以對航空碳減排產(chǎn)生積極作用。

通過結(jié)論可以得出，在征收碳稅的同時適當(dāng)進行碳稅補貼，可以減小由于征收碳稅所帶來的成本，在一定程度上可以緩解貪睡的成本壓力，達到更好的減排效果。

結(jié)語

本文以航空運輸業(yè)為研究對象。由于我國基本統(tǒng)計數(shù)據(jù)存在缺失，在收集數(shù)據(jù)和確定相關(guān)指標(biāo)之間的關(guān)系時存在一定的不準(zhǔn)確和不定性。模型構(gòu)建過程中一些功能被簡化，如速度、稅率、補貼等，在實踐中，需要根據(jù)具體的碳減排問題確定合適的功能形式。希望在今后的研究過程中，能夠進行更加細致的研究，使模型更具針對性。