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分类: 工业

”巴黎之后”系列(3):航空工业的挑战

倪金刚 / 中航商用航空发动机有限责任公司 高级专家 / 2016-01-15

尽管《巴黎协定》没有针对各国航空工业(包括航空运输业和航空制造业)规定明确的责任和义务,但对于以中国为代表的经济高速发展的发展中国家来说,无疑将面临前所未有的巨大压力和挑战。


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《联合国气候变化框架公约》第21次缔约方大会于2015年11月30日至12月11日在法国巴黎布尔歇展览中心举行。184个国家提交了应对气候变化“国家自主贡献”文件,涵盖全球碳排放量的97.9%。大会的目的是促使196个缔约方(195个国家+欧盟)形成统一意见,达成一项普遍适用的协议,并于2020年开始付诸实施。

2015年12月12日,《联合国气候变化框架公约》近200个缔约方一致同意通过《巴黎协定》,协定将将全球气候治理的理念进一步确定为低碳绿色发展。全球气候谈判的历史,实际上是全球从过去依赖化石能源的经济形态向去碳化的低碳绿色经济发展的历程。《巴黎协定》的通过,展示了各国对发展低碳绿色经济的明确承诺,向世界发出了清晰而强烈的信号:走低碳绿色发展之路是人类未来发展的必然选择,绿色低碳成为未来全球气候治理的核心理念。

《巴黎协定》奠定了世界各国广泛参与减排的基本格局。根据《巴黎协定》,所有成员国承诺的减排行动,无论是相对量化减排还是绝对量化减排,都将纳入一个统一的有法律约束力的框架。

事实上,1990年世界气候谈判启动以来,遵循的是保护臭氧层谈判的模式,即自上而下的模式,先谈判减排目标,再往下分解。《巴黎协定》确立了2020年后,以“国家自主贡献”目标为主体的国际应对气候变化机制安排。

尽管《巴黎协定》没有针对各国航空工业(包括航空运输业和航空制造业)规定明确的责任和义务,但对于以中国为代表的经济高速发展的发展中国家来说,无疑将面临前所未有的巨大压力和挑战。

航空运输业: 欧盟航空碳税法案的缺陷和全球性协议的建立

2005年1月,欧盟正式启动“碳排放交易体系”(ETS)。 2008年,欧盟立法生效,规定从2012年1月1日起把航空业纳入碳排放交易体系,所有抵达或离开欧盟成员国境内机场的航班都被纳入欧盟“碳排放交易体系”。只有少数的目视飞行、搜索、救灾、人道主义航班例外。2011年3月,欧盟委员会公布了首个航空业年度碳排放限额,即2012年不超过2.13亿吨,2013年起不超过2.09亿吨。

按照欧盟的航空碳税法案,2004-2006年,全球航空公司飞往欧盟境内航班总量产生排放的平均值的97%被定为“免费额度”,然后再按照2010年全球各航空公司的市场份额进行分配,配额的时效期限为8年。在8年中,任何一家航空公司的排放超出免费配额,就必须按吨来购买碳排放配额。

由于欧盟碳排放体系免费配额计算公式采取的是“祖父原则”,体现在温室气体减排上就是“航空公司历史排放量越多,现在获得的免费配额就越多”。

中国民航局公布的数据显示,2011-2014年,中国客机机队规模分别为1618架、1832架、2095架、2357架,年均增速为15.3%。2014年我国民航完成运输总周转量748亿吨公里,比2013年增长11.4%。其中,国内航线508亿吨公里,比上一年增长10.2%;国际航线240亿吨公里,比上一年增长14.0%。

中国国际航空公司的波音777大型宽体客机

中国国际航空公司的波音777大型宽体客机

有关市场研究预测结果显示,未来20年(2015-2034),中国客机机队的规模预计将达到6230架,年均增速5.0%。考虑到中国民航市场的急速增长,2012-2020年期间,中国航空公司(不包括港澳台的航空公司)为欧洲航线付出的碳税预计将高达176亿元。

欧盟航空碳税对正在快速成长中的航空公司的影响是最大的,这些航空公司多分布在近几十年来经济发展水平提升较快的地区,而其对于欧盟地区的航空公司而言,由于其航空运输市场趋于稳定,发展水准相对放缓,所受的影响很小。

由于欧盟不经与其他国家和地区协商便单方面强制征收航空碳排放税,此项法案一经推出便遭到大多数与欧盟有航空服务贸易往来的国家的抵制。包括中国、美国、俄罗斯、印度、泰国、阿拉伯联盟在内的国际民航组织36个成员国中的26个明确表示反对欧盟强制将全球航空公司纳入其碳排放交易体系,指责欧盟违背了《国际民用航空公约》和国际民航组织(ICAO)对航空减排的基本立场,实施范围超越了欧盟的管辖权,违反了惯例国际法,并触犯了其他国家的主权。这些国家都表示将采取报复性行为以向欧盟施压,使其放弃目前的碳排放交易体系,在联合国的监管下重新商议出一项全球性的碳排放交易政策。

2012年11月12日,欧盟委员会提出暂停实施欧盟单方面采取的对进出欧盟国家的民用航班征收碳排放税的法案,同时希望届时召开的国际民航组织代表大会能够就解决这一问题达成一个多边协议。

国际航空运输协会(IATA)表示,欧盟的航空碳税政策对于全球性的碳排放解决方案的建立是一个障碍。全球性“节能减排”解决方案的成败与否,关键要看能否建立一套能保障“公平竞争、和平共处”的全球性协议。

欧盟的航空碳税法案由于设计上存在一些缺陷,有失“公平、合理、合法、合规”的准则,损害了多数国家的利益而被迫搁置。但是同时我们应该看到,国际航空运输业为全面推进节能减排、降低污染、保护环境而共同付出努力是大势所趋,而对包括中国在内的经济高速发展的国家来说,只能积极参与其中,例行职责,并扮演重要的角色。

航空制造业:发动机技术与创新是关键

我们知道,飞机的污染物或碳排放主要来自于为飞机提供飞行动力的航空发动机,而发动机中的燃烧室性能及燃油品质决定了污染物或碳排放的水平高低。虽然航空发动机的排放只占全球热动力装置中燃烧污染排放的很小一部分(约3~5%),但它具有排放地域和空域集中的特点。

航空发动机的研制具有技术难度大、研发周期长、投资规模大、经营风险高等显著特点。世界上能够独立研究开发先进航空发动机的国家只有美国、俄罗斯、英国和法国等少数航空工业发达国家,而民用航空发动机制造商“俱乐部”里只有美国的通用电气航空集团(GE)、普惠公司,英国的罗罗公司和法国的斯奈克玛公司(赛峰集团)四家原始设备供应商(OEM)。

民用航空发动机的设计技术,在“安全性、经济性、环保性、舒适性”(简称“四性”)等方面有特殊需求,特别是对“环保性”做出了强制规定,必需符合国际适航当局(FAA、EASA)的强制性规定和要求。民用航空发动机的污染物排放包括氮氧化物(NOx),一氧化碳(CO),未燃碳氢(UHC)等,其危害主要分为两大类:一是对局部空气质量的影响,对机场附近的乘客、机场工作人员和周围居民的健康造成伤害;二是对全球气候变化的影响。为了提高发动机的整体效率和性能,燃烧室的工作压力和温度不断提高,使NOx成为最难控制的污染物。

为了降低民用航空污染物排放,美国由国防部和国家航空航天局(NASA)主导,从20世纪50年代开始,每年出资2-3亿美元,执行了一系列国家大型科技开发计划,以支持民机低排放燃烧室的基础研究和技术验证,如:“高效节能发动机计划”(E3)、“高性能发动机综合技术计划”(IHPTET)、“先进涡轮发动机燃气发生器研究计划”(ATEGG)、“联合技术验证机研究计划”(JTDE)等,以每15年NOx排放降低50%的速度发展,所开发的先进技术被广泛应用于现代民用飞机发动机设计中,如GE90(装备波音777宽体客机)、GEnx(装备波音787宽体客机)、GP7000(装备空客A380超大型宽体客机)、LEAP(装备空客A320neo、波音737MAX、中国商飞C919等窄体客机)、PW1000G(装备空客A320neo)等。

 

GE与斯奈克玛合作研制的LEAP系列发动机

GE与斯奈克玛合作研制的LEAP系列发动机

截至目前,国际民航组织(ICAO)已经公布了关于民用航空发动机排放标准(CAEP)的4个版本,目前执行的是2005年修订后的CAEP/6标准,更高一级的标准CAEP/8预计将于2016年出台并贯彻实施,对冒烟、一氧化碳和未燃碳氢的规定从CAEP/1到现在没有太多改变,主要是对NOx的限制规定日趋严格。1990年以后取证的航空发动机基本上都符合CAEP/6标准,但为了满足航空公司客户的需求并在市场竞争中占据优势,发动机制造商仍在不断追求更低的排放。NOx排放将进一步降低15%,并且考虑设置二氧化碳(CO2)的排放标准,对细小颗粒物(PM 2.5)排放的限制也将更加严格。美国通用电气航空集团于2000年开发成功了双环预混旋流燃烧室(TAPS),燃油消耗比常规发动机减少15%,NOx等污染物排放比CAEP/6标准低50%以上。TAPS燃烧室技术目前已经发展到第三代,被广泛应用于GEnx发动机(装备波音787宽体客机)、LEAP系列发动机(装备空客A320neo、波音737MAX、中国商飞C919等窄体客机)、GE9X发动机(装备波音777X下一代宽体客机)。

针对航空发动机NOx污染排放,国际民航组织(ICAO)于2010年提出,对于民用航空发动机,中期(到2016年)的目标为较CAEP/6标准低45%,远期(到2026年)比CAEP/6标准低60%。NASA针对民用飞机动力,要求分别在2015年、2020年和2025年,将航空发动机的NOx排放比现行标准CAEP/6降低60%、75%和75%以上。

不可否认的是,我国的民用航空发动机研究与开发工作才刚刚起步,整体技术水平比国际航空发动机“标杆”企业(GE、罗罗、普惠、斯奈克玛)落后30-50年。另外,国际民航组织(ICAO)和适航机构(FAA、EASA)将民用航空发动机的技术“门槛”设置得越来越高,使得所有期望进入该领域的“新手们”都望而却步。

当前,我国正面临航空发动机发展的大好机遇,同时也面临着前所未有的严峻挑战。国家经济实力全面增强,科技水平和工业基础日益提高,国家对飞机发动机的重视程度前所未有,并已经将发展大型飞机和发动机列为国家重大科技专项,明确要求研制具有自主知识产权的先进大涵道比涡扇发动机。我们应该充分汲取和借鉴国际航空发动机“标杆”企业的成功经验,全面提升我国自主创新的能力,实现军机、民机、燃机、舰船动力等方面的同步协调和健康快速发展,满足国防和国民经济建设的迫切需要,彻底扭转我国航空动力落后的被动局面,争取早日跻身世界航空发动机的先进行列,为世界提供绿色环保的动力。