一种基于碳排放交易的民航运输减排方法技术

本发明专利技术公开了一种基于碳排放交易的民航运输减排方法，建立航路空域碳排放时空分布预测模型，结合航班飞行动态数据以及交通需求中长期预测结果对中长期碳排放量进行预测；构建基于线性气候响应的大气环境影响模型，采用绝对全球温变潜能（AGTP）评价民航运输碳排放对地表温度变化的影响；提出基于碳排放交易机制的减排策略，根据不同绿色政策环境下可持续航空燃料的未来应用情况，运用情景分析法从碳排放碳达峰、环境影响、经济效益等角度对减排策略进行综合分析；该方法能科学预测民航运输碳排放时空分布及其对环境影响，提出市场经济手段的减排策略。段的减排策略。段的减排策略。

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳排放交易的民航运输减排方法


[0001]本专利技术涉及节能减排
，特别涉及一种基于碳排放交易的民航运输减排方法。

技术介绍

[0002]民航业高速发展带来的二氧化碳大量排放导致了严重的环境和气候问题，由于民航运输的不可替代性和高空碳排放对大气环境影响的放大效应，如何在民航运输总量大、增速快的形势下，实现节能减排、加速绿色民航建设是民航运输业亟需解决的现实问题。
[0003]基于市场机制的航空碳减排是国际民航组织和欧洲航空安全局积极推进的新型减排方法，通过基于市场经济的有效激励机制，即碳交易或碳抵消，将航空器运营商航空公司纳入减排利益相关方，从而起到调节和降低空域碳排放的目的。由于基于技术改进的减排方式在短期内减排贡献较为有限，而可持续航空燃油(SAF)是业内公认的最具前景的减排手段，但高昂的成本限制了其推广应用。基于市场机制的碳减排方法可有效激励SAF的应用，因此在行业内得到了广泛关注。目前，我国正在若干省市尝试开展碳市场建设试点工作，但主要集中于电力行业。
[0004]相比于国外已有部分付诸实践，国内在民航碳排放交易方面的研究基本处于空白。民航碳排放的准确测算与预测是碳交易的重要保障，国内外研究主要集中于根据航空燃油消耗量统计数据来测算并预测全国或全球范围内民航二氧化碳排放量，以及针对航空器在机场运行层面，建立了机场排放物清单。由于我国碳市场的碳排放量核算核查由各省市独立开展，需要测算各空域范围内产生的碳排放，且航班在LTO循环和巡航等飞行阶段产生的碳排放差异较大，目前很少有研究关注特定空域范围内全流程民航碳排放问题。民航碳交易机制方面研究主要采用总量管制与交易方法，根据历史排放量统计数据确定固定排放上限，当排放量超过碳配额时则需通过碳交易获取排放权。考虑到国内碳市场的特殊性，且我国民航碳交易尚未形成，缺乏可靠数据积累，导致现有方法缺乏灵活性，不适用于国内实际情况。
[0005]因此，亟需研究一种适用于国内的基于碳排放交易机制的民航碳减排方法，采用一种高效的预测方法，开展考虑飞行动态的航班全流程碳排放测算与时空分布预测研究，在此基础上，构建基于动态碳配额的分阶段民航碳交易机制模型，采用基于市场机制的管理手段调节并降低民航碳排放，这对于提升民航碳排放感知/预测能力、降低负面环境影响、助力实现民航碳达峰可持续发展目标、辅助制定绿色环境政策等方面具有重要意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种基于碳排放交易的民航运输减排方法；可显著增强空域碳排放感知和预测能力，为降低民航碳排放及环境影响提供支持，并为绿色政策的制定提供参考。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种基于碳排放交易的民航运输减排方法，包括以下步骤：
[0009]S1：分析微观航空器飞行动态和宏观交通需求发展趋势，构建空域碳排放时空分布预测模型，以实现对特定空域内航空器碳排放的中长期预测；
[0010]S2：建立基于线性气候响应的大气环境影响模型，采用绝对全球温变潜能AGTP来评估民航运输碳排放对地表温度变化的影响；
[0011]S3：结合步骤S2的评估内容，研究基于市场机制的民航碳减排组织架构和管控机制，建立二阶段碳排放交易模型，以实现基于碳排放交易的民航运输减排方法。
[0012]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
[0013]进一步地，步骤S1的具体内容为：
[0014]S1.1：根据航空器雷达飞行轨迹实时追踪数据和航空器飞行计划数据，分析航空器飞行动态微观特征，即提取飞行阶段、飞行时间、航空器重量、发动机型号和数量信息，确定航空器在不同飞行状态下的燃油流率，计算不同飞行路径中燃油消耗量FE
a,l,e
，公式如下：
[0015][0016]式中，FE
a,l,e
表示第a条飞行路径、飞行高度层为l、发动机型号为e的航班在待研究空域内的碳排放量；EI表示排放指数，n表示发动机数量；j表示航空器不同的飞行阶段，包括起飞、爬升、进近、停车和巡航五种情况，其中巡航体现了飞行高度；β
j,a
表示状态指示参数；FF
j,l,e
表示第j种飞行阶段、飞行高度层为l、发动机型号为e的航空器的燃油流率；tt
a,j
表示第a条飞行路径、第j种飞行阶段下航空器的飞行时间；
[0017]S1.2：分析交通需求发展趋势的宏观特征，即统计待研究空域范围内历年空中交通流量数据，根据交通流量时序数据Y
1:t
，采用动态线性模型对中长期交通需求Y
t+k
进行预测；
[0018]S1.3：在分析微观航空器飞行动态和宏观交通需求发展趋势的基础上，建立空域碳排放时空分布预测模型：
[0019][0020]式中，E
t+k
表示第k年待研究空域碳排放预测量；FE
a,l,e
表示步骤S1.1中计算得到的第a条飞行路径、飞行高度层为l、发动机型号为e的航班碳排放量，根据飞行路径即可对应飞行阶段；Y
t+k
表示步骤S1.2中确定的中长期交通需求预测量；p
a
％、p
l
％、p
e
％表示相应飞行路径、飞行高度及发动机型号的交通流量占比；r％表示平均碳排放下降率；
[0021]通过建立的空域碳排放时空分布预测模型对未来一段时间待研究空域内的航空器碳排放量进行中长期预测。
[0022]进一步地，步骤S2的具体内容为：
[0023]S2.1：建立线性气候响应的大气环境影响模型ΔT(H)＝AGTP(H)E来度量民航运输碳排放对大气环境的负面影响；其中，AGTP(H)表示AGTP系数，表示排放单位浓度的二氧化碳在未来某一给定时间H造成全球平均地表温度的变化，E表示碳排放预测量；
[0024]S2.2：计算单位浓度碳排放的辐射强度以及单位
辐射强度造成的全球地表温度响应进而计算得到单位碳排放的AGTP系数式中，A表示单位浓度碳排放造成的辐射强迫初始值，a
i
、α
i
是模型参数，表示大气生命周期对辐射强迫的影响；c
j
、d
j
为模型参数，j＝1表示海洋混合层对辐射强迫造成的全球地表温度响应，j＝2表示深海层对辐射强迫造成的全球地表温度响应；
[0025]S2.3：利用大气环境影响模型ΔT(H)，结合步骤S1得到的待研究空域内航空器碳排放的中长期预测量，预测待研究空域年度碳排放在未来一端时间内对大气环境影响的演化趋势；
[0026]S2.4：结合步骤S2.3的内容，进一步预测待研究空域在一段时间内持续碳排放量放在未来时间段中对大气环境影响的累积效应，具体如下：
[0027]建立持续碳排放累积效应模型：
[0028][0029]式中，ΔT(t,H)表示第t年的碳排放对第H年造本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于碳排放交易的民航运输减排方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：分析微观航空器飞行动态和宏观交通需求发展趋势，构建空域碳排放时空分布预测模型，以实现对特定空域内航空器碳排放的中长期预测；S2：建立基于线性气候响应的大气环境影响模型，采用绝对全球温变潜能AGTP评估民航运输碳排放对地表温度变化的影响；S3：结合步骤S2的评估内容，研究基于市场机制的民航碳减排组织架构和管控机制，建立二阶段碳排放交易模型，以实现基于碳排放交易的民航运输减排方法。2.根据权利要求1所述的一种基于碳排放交易的民航运输减排方法，其特征在于，步骤S1的具体内容为：S1.1：根据航空器雷达飞行轨迹实时追踪数据和航空器飞行计划数据，分析航空器飞行动态微观特征，即提取飞行阶段、飞行时间、航空器重量、发动机型号和数量信息，确定航空器在不同飞行状态下的燃油流率，计算不同飞行路径中燃油消耗量FE
a,l,e
，公式如下：式中，FE
a,l,e
表示第a条飞行路径、飞行高度层为l、发动机型号为e的航班在待研究空域内的碳排放量；EI表示排放指数，n表示发动机数量；j表示航空器不同的飞行阶段，包括起飞、爬升、进近、停车和巡航五种情况，其中巡航体现了飞行高度；β
j,a
表示状态指示参数；FF
j,l,e
表示第j种飞行阶段、飞行高度层为l、发动机型号为e的航空器的燃油流率；tt
a,j
表示第a条飞行路径、第j种飞行阶段下航空器的飞行时间；S1.2：分析交通需求发展趋势的宏观特征，即统计待研究空域范围内历年空中交通流量数据，根据交通流量时序数据Y
1:t
，采用动态线性模型对中长期交通需求Y
t+k
进行预测；S1.3：在分析微观航空器飞行动态和宏观交通需求发展趋势的基础上，建立空域碳排放时空分布预测模型：式中，E
t+k
表示第k年待研究空域碳排放预测量；FE
a,l,e
表示步骤S1.1中计算得到的第a条飞行路径、飞行高度层为l、发动机型号为e的航班碳排放量，根据飞行路径即可对应飞行阶段；Y
t+k
表示步骤S1.2中确定的中长期交通需求预测量；p
a
％、p
l
％、p
e
％表示相应飞行路径、飞行高度及发动机型号的交通流量占比；r％表示平均碳排放下降率；通过建立的空域碳排放时空分布预测模型对未来一段时间待研究空域内的航空器碳排放量进行中长期预测。3.根据权利要求2所述的一种基于碳排放交易的民航运输减排方法，其特征在于，步骤S2的具体内容为：S2.1：建立线性气候响应的大气环境影响模型ΔT(H)＝AGTP(H)E来度量民航运输碳排放对大气环境的负面影响；其中，AGTP(H)表示AGTP系数，表示排放单位浓度的二氧化碳在未来某一给定时间H内造成全球平均地表温度的变化，E表示碳排放预测量；S2.2：计算单位浓度碳排放的辐射强度以及单位辐射强度造成的全球地表温度响应进而计算得到单位碳排放的AGTP系数
式中，A表示单位浓度碳排放造成的辐射强迫初始值，a
i
、α
i
是模型参数，表示大气生命周期对辐射强迫的影响；c
j
、d
j
为模型参数，j＝1表示海洋混合层对辐射强迫的全球地表温度的响应，j＝2表示深海层对辐射强迫的全球地表温度的响应；S2.3：利用大气环境影响模型ΔT(H)，结合步骤S1得到的待研究空域内航空器碳排放的中长期预测量，预测待研究空域年度碳排放在未来一端时间内对大气环境影响的演化趋势；S2.4：结合步骤S2.3的内容，进一步预测待研究空域在一段时间内持续碳排放量放在未来时间段中对大气环境影响的累积效应，具体如下：建立持续碳排放累积效应模型：式中，ΔT(t,H)表示第t年的碳排放对第H年造成的地表温度变化，等式左边则表示t1至t2时期内的持续碳排放对第H年造成地表温度的累积变化；AGTP(H)为环境影响系数，表示单位碳排放在时间范围为H时导致的地表温度变化；E
t
表示第t年的碳排放预测量；通过上述持续碳排放累积效应模型，预测待研究空域在一段时间内持续碳排放量在未来时间段中对大气环境影响的累积效应。4.根据权利要求3所述的一种基于碳排放交易的民航运输减排方法，其特征在于，步骤S3的具体内容为：S3.1：明晰民航碳排放交易的参与主体及其主要职能，构建基于市场机制的民航碳减排组织架构；参与主体包括空中交通管理机构的ATM环保部门、航空公司和民航碳交易机构，所述ATM环保部门负责通过基于步骤S1和S2的内容，预测待研究空域的碳排放量及其对大气环境的影响，以确定航空公司的碳配额；航空公司根据碳配额及碳排放情况，通过民航碳交易机构购买或出售排放权并缴纳排放税；民航碳交易机构负责排放权的购买/出售以及排放税的征收，并将相关数据提供给ATM供分析参考；S3.2：在步骤S1中，ATM环保部...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈丹，顾俊，徐凤，刘钊，于慧，钟玉刚，汤程，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：