航空公司應用航空生物燃料的成本效益分析

孫洪磊，呂繼興，胡徐騰，李建忠，付興國，何皓

（1 中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院，北京 100195；2 中國民航大學，天津 300300）

國際民航組織（ICAO）將使用替代燃料作為民航業減少溫室氣體排放的重要手段[1]。2011年10月28日，中國石油、中國國航、中國航油、美國Boeing公司和Honeywell UOP公司在北京首都國際機場進行了中國首次可持續航空生物燃料的驗證飛行[2]。2013年4月24日，加注中國石化1號生物航空煤油的東航空客320型飛機經過近1.5h的試飛[3]。現階段航空生物燃料對民航運輸企業而言，并非是作為傳統航空燃料的替代，而是作為一種節能產品。本文從航空公司的視角對應用航空生物燃料所帶來的成本-效益進行分析，從而對航空生物燃料的潛在需求形成支撐。

1 航空公司現有節油手段成本效益

1.1 現有節油手段

結合《最大限度減少燃油用量并降低排放的各種運營機會》（國際民航組織第303號通告）[4]、《關于加快推進民航業節能減排工作的指導意見》[5]及《民航節能減排專項資金項目指南（2013—2014年度）》[6]，現階段針對民航運輸飛機，主要的節油手段及措施主要有：①飛機加/選裝翼尖小翼；②飛機發動機節能改造；③飛機減重；④飛機發動機清洗；⑤飛行運行節油優化。

1.2 節油成本效益分析

目前民航運輸企業大多已自發進行飛機發動機清洗以及飛行運行節油優化工作，因此需要其進行額外成本投資的節油項目主要為飛機加（選）裝翼尖小翼、飛機發動機節能改造以及飛機減重三項，對此三項節能效益進行分析。在此按我國航空運輸企業基本情況，假設采取節能措施飛機為150座雙發飛機，日均利用10h[7]。

（1）飛機加（選）裝翼尖小翼。加裝翼尖小翼后，單架飛機年節能量=0.05×10×365=182.5（t）。其中：0.05為加裝小翼后每利用小時節約航空燃料質量，t；10為每架飛機日利用時間，h；365指每年按365天計算。每架飛機進行此改裝價格約400萬元。

（2）飛機發動機節能改造。飛機發動機節能改造后，單架飛機年節能量=0.0125×10×365=45.625（t）。其中：改造后每利用小時節油12.5kg計[按飛機利用小時油耗2.5t計算，改造后降低油耗0.5%（行業數據）]；10為每架飛機日利用小時數；365指每年按365天計算。單臺發動機進行節能改造價格約1000萬元，每架飛機進行此改裝價格約2000萬元。

（3）飛機減重。飛機每小時因攜帶額外重量所多消耗的燃油量相當于額外重量的3%～4%，采用3.5%均值計算。假設飛機減重1kg，按日均10h利用率計算，單架飛機年節油量=1×10×365×0.035= 127.75（kg）。飛機減重可采用輕型座椅進行減重，相當于每個座椅減輕 3kg，則整個飛機減重達450kg，年節油量為57.49t。單個輕質座椅約合2萬元（不含安裝費用），整架飛機進行此改裝價格約300萬元。

可得上述3個項目投資及年節油量如表1所示。

為促進民航節能減排工作的有序開展，財政部安排民航節能減排專項資金對民航節能減排項目進行補貼，上述項目可分別享受30%、160萬元以及最低10%的補貼。同時設置上述設備折舊年限為10年，可得圖1。

表1 現有飛機節油手段投資及節能成效

圖1 飛機年均節油成本

圖2 飛機減排成本

其中負值代表此項措施節油效益大于投資，航空公司會基于市場行為進行自主實施。同時按傳統航空燃料排放系數為3.15計算，圖1可折算至年均每噸二氧化碳的減排成本，如圖2所示。

2 航空生物燃料減排成本效益

2.1 航空生物燃料成本

目前我國航空生物燃料處于試飛階段，現有航空生物燃料運輸均以實驗性質進行，故其成本與現行航空燃料可比性較差，所以采用與傳統燃料進行類比的方式進行比較推算。

2012年7月我國國內航油出廠價格約為6724元/t，銷售價格約為 7144元/t，銷售環節每噸加價420元。根據中國航油（新加坡）股份有限公司（中國航空油料集團公司子公司）年報數據[8]，上海浦東國際機場航空油料有限責任公司 2011年加油量為310萬噸，凈利潤為3790萬美元，2012年加油量同為310萬噸，凈利潤為3820萬美元，可得每噸傳統航油加注服務凈利潤約為78.3元（美元匯率按6.38計）。中國航油集團津京管道運輸有限公司2011年輸送航油約250萬噸，凈利潤為120萬美元，2012年輸送航油約260萬噸，凈利潤為180萬美元，可得每噸傳統航油管道運輸服務凈利潤約為4元（美元匯率按6.38計）。由此可估算得到傳統航空燃料在運輸、存儲及加注環節綜合平均成本約為 340元/t。

2.1.1 航空生物燃料調合成本分析

在我國使用的航空生物燃料除了需要滿足美國材料與試驗協會（American Society for Testing Materials，簡稱 ASTM）2011年 7月發布的ASTM 7566-11《含合成烴航空渦輪燃料的標準》，同時還需滿足中國民用航空局針對航空生物燃料制定的技術規范CTSO-2C701《含合成烴的民用航空噴氣燃料》。其中調合目的主要為增加芳烴值、確保燃料霧化（揮發性）及密度[9]。

在我國航空生物燃料目前年產量（5～10）萬噸的情況下，可采用泵循環油罐調合或管道調合[10]，而非試飛階段所采用機械攪拌調合。伴隨航空生物燃料產能的不斷提高，其調合成本也會逐漸下降。假設航空生物燃料年產量5萬噸（調合后產量為10萬噸）的煉廠配套調合設備成本為5000萬元（按使用10年計算，在線自動調合設備），每年運營維護成本按 500萬元計，則平均調合成本為5000÷10÷10+500÷10=100（元/t）。

2.1.2 航空生物燃料運輸成本分析

我國航油運輸成本計算方式為：運輸費用=噸油噸公里運價×運距×運輸量。目前我國公路運輸價格約為 0.4元/(t?km)，鐵路運輸價格為 0.1301元/ (t?km)。取昆明為航空生物燃料運輸起點，則每噸航空生物燃料通過公路運至北京、上海、廣州、成都的成本分別為：1160元、910元、655元、315元，通過鐵路運至上述地區的成本分別為：378元、338元、213元、117元。因此，航空生物燃料加注地與煉廠之間的距離在很大程度上決定了航空生物燃料供應經濟性。

2.1.3 航空生物燃料存儲、加注成本分析

按MH/T 6020—2012《民用航空燃料質量控制和操作程序》中第七節“運輸、儲存和加注設備”規定，航空生物燃料存儲采用“專管專線”形式，尚未與傳統航空燃料形式混用。同時根據我國試飛經驗，中航油購置罐式加油車用以保障國航試飛任務[2]，中航油對將既有罐式加油車進行清洗并更換過濾分離器濾芯后用以保障東航試飛任務[3]，上述試飛任務均選派具有豐富經驗的加油員進行操作。因此在航空生物燃料的商業應用中需要航油保障單位對輸油管線、儲罐、加油車、運油車及其他特種車輛進行建設、購置或清洗后利用。

若進行建設、購置等固定資產投資，則將導致航空生物燃料儲存、加注成本短期內大幅上升；若采用清洗等管理保障手段，則航空生物燃料儲存、加注成本將與傳統航空燃料相差不大。現階段航空生物燃料供應量較少，故其儲存、加注環節成本可能高于現行平均價格（約340元/t），但隨著航空生物燃料產業規模發展，其儲存、加注環節成本將逐漸降低，并最終與傳統航空燃料成本保持基本一致。

2.2 航空生物燃料減排成本效益

2.2.1 減排成本

目前根據ICAO及歐盟相關文件，認定使用航空生物燃料可比傳統航空燃料減少溫室氣體（主要為二氧化碳）的排放（其中ICAO認定航空生物燃料減排比例為60%～90%[11]，歐盟排放交易體系中認定航空生物燃料的排放為 0[12]，即減排率達100%）。則可將航空公司使用航空生物燃料與傳統航空燃料之間的產生的價格差與對應減少的溫室氣體排放的比例定義為使用航空生物燃料的減排成本。

根據現有數據航空生物燃料原油價格約為17000元/t[13]，可對按 10%～90%、30%～70%及50%～50%三種比例調合后航空生物燃料，其中生物質油料比例分別為10%、30%及50%，按減排效果60%、90%、100%計，可得航空生物燃料減排成本計算公式如式（1）。

式中，Pbiofuel為航空生物燃料價格，Pjet-fuel為傳統航空燃料價格（取7000元/t），X指每噸調合后航空生物燃料中生物質油料比例（分別取 0.1、0.3、0.5），3.15為傳統航空燃料排放系數，Pi分別取0.6、0.9及1。

從圖3中可以看出，航空公司使用航空生物燃料的減排成本主要取決于航空生物燃料與傳統航空燃料兩者之間的價格差，而在當前航空生物燃料價格較高的情況下，使用航空生物燃料實現減少單位二氧化碳減排的成本較高（5000元以上）。

2.2.2 減排效益

使用航空生物燃料達到減少二氧化碳排放的目的，可獲得減排部分的二氧化碳的交易收益及航空生物燃料享受免稅優惠，則可將上述收益定義為航空公司使用航空生物燃料的減排效益，其成本效益計算公式如式（2）。

式中，Ptax為航空生物燃料增值稅優惠部分，按 400元/t計，Pcarbon為碳市場交易價格，按 24.6元/t、36.9元/t、246元/t以及820元/t（僅略低于歐盟排放交易體系罰款價格），同時Pi取值為1（歐盟排放交易體系下航空生物燃料減排效果為100%）。考慮收益后航空生物燃料的減排成本見圖4。

令上式中Ci=0，即不增加航空運輸企業減排成本，航空運輸企業可基于市場原則主動使用航空生物燃料，可計算得航空生物燃料與傳統航空燃料之間的價格關系如式（3）。

圖4 考慮收益后航空生物燃料的減排成本

在不增加航空運輸企業成本的情況下，航空生物燃料與傳統航空燃料之間價格呈線性關系，兩者差價受碳交易市場價格波動、稅收優惠以及政策補貼影響。使用航空生物燃料減排成本與其他手段的比較見圖5。

圖5 使用航空生物燃料減排成本與其他手段的比較

在目前情況下，航空生物燃料遠大于加裝小翼、飛機減重的減排成本，雖低于發動機改裝的減排成本，但發動機改裝對航空運輸企業最大的效益是提升安全品質。因而從減排成本效益分析，航空生物燃料并非航空運輸企業的首選。當行業出現絕對量減排需求時，航空運輸企業在保證運量不變甚至提高的情況下，會選擇航空生物燃料。

3 結 語

我國2013年4月傳統航油銷售價格約7500元/ t，航空生物燃料價格約為15300元/t，當前碳交易價格以及享受免稅優惠的情況下每噸航空生物燃料可獲收益510～540元，在此情況下，我國航空公司每使用 1t航空生物燃料需要增加額外成本約7260～7290元。若以我國目前航空生物燃料年產10萬噸計，完全消耗該部分產能將為我國民航業帶來約7.3億元。因此在現階段市場價格情況下，航空生物燃料的收益并不樂觀，對降低成本并未產生根本作用，因此若要航空生物燃料長期穩定發展，建議在《中華人民共和國可再生能源法》、《可再生能源發展專項資金管理暫行辦法》、《關于發展生物能源和生物化工財稅扶持政策的實施意見》以及《生物能源和生物化工原料基地補助資金管理暫行辦法》等法規、文件解釋中將航空生物燃料作為生物能源的重要部分、戰略部分納入財稅扶持政策范圍，同時在中央財政預算中設立專項資金，在我國西南地區扶持設立產學研聯合的航空生物燃料產業鏈示范基地，形成示范效應。同時可考慮將航空生物燃料發展形成《航空生物燃料發展規劃（2013—2020）》的明確計劃，設立關鍵時間點及航空生物燃料的關鍵發展評價標準，從而按照規劃有條不紊，又好又快發展。并制定公平、合理的航空生物燃料補貼統一標準，為航空生物燃料競爭市場的形成奠定基礎，從政策、稅收等多方面進行扶持。

[1] International Civil Aviation Organization.ICAO environmental report 2010[R].2010：162.

[2] 中國航空油料集團公司.中國航油為中國首次航空生物燃料驗證飛行加注動力[EB/OL].[2011-11-01] http：//www.cnaf.com/ templates/pu_news_content/index.aspx?nodeid=26&page=ContentPa ge&contentid=1429.

[3] 中國航空油料集團公司.中國航油為中國自主研發生物航煤首次試飛加注燃料[EB/OL].[2013-05-06] http：//www.cnaf.com/ templates/pu_news_content/index.aspx?nodeid=26&page=ContentPa ge&contentid=3849.

[4] International Civil Aviation Organization.ICAO Cir303 AN/176：Operational opportunities to minimize fuel use and reduce em issions[R].2003：16-22.

[5] 中國民用航空局.關于加快推進行業節能減排工作的指導意見[EB/OL].[2011-03-20] http：//sqgk.caac.gov.cn/000014170/201104/ t20110415_10856.htm.

[6] 中國民用航空局.關于發布《民航節能減排專項資金項目指南（2013—2014年度）》的通知[EB/OL].[2013-07-23] http：//www.caac.gov.cn/C1/201307/t20130723_57142.htm l.

[7] 中國民航航空局發展計劃司.從統計看民航2013[M].北京：中國民航出版社，2013.

[8] 中國航油（新加坡）股份有限公司.2012年年度報告[R].新加坡，2013.

[9] 胡徐騰，齊泮侖，付興國，等.航空生物燃料技術發展背景與應用現狀[J].化工進展，2012，31（8）：1625-1630.

[10] 季金林.油品調合工藝的選擇[J].石油商技，1998（5）：34-36.

[11] Philippe Novelli.Introduction to sustainable alternative fuels for aviation and ICAO’s activities[EB/OL].[2013-05-15] http：//www.icao.int/Meetings/Green/Documents/DAY 2/Day 2/PDF/ alternative fuels/5-Novelli.pdf.

[12] Official Journal of the European Union.Directive 2008/101/EC of the European parliament and of the council of 19，Annex Ⅳ：18.[EB/OL].http：//eur-lex.europa.eu/LexUriServ/ LexUriServ.do? uri=CELEX：32008L0101：en：NOT.

[13] Lufthansagroup.Biofuels：Supporting mobility of the future[EB/OL].[2012-10-15]http：//www.lufthansagroup.com/en/press/policy-brief/ topics/biofuels.htm l.