民航二氧化碳排放

中國民航大學

本科生畢業(yè)論文民用航空二氧化碳排放研究院系：航空工程學院專業(yè)：飛行器動力工程班級：050141B姓名：梁倫為學號：050141222指導老師：楊曉軍二零零九年六月民用航空二氧化碳排放研究梁倫為摘要：隨著社會經濟的發(fā)展，中國民航業(yè)正經歷著迅速的成長。然而民航為國民帶來生活上的便利，為國家?guī)斫洕鲩L的同時，出現(xiàn)了環(huán)境污染的問題。由于民航事業(yè)的大力發(fā)展，民航飛機數(shù)量的快速增加，飛機所產生的大氣污染物總量也越來越大，并且涵蓋了中國大部分城市，尤其是經濟發(fā)達地區(qū)污染較為明顯。其中，民航飛機產生的溫室氣體是全球變暖的一個重要原因并有上升的趨勢。因此，本文通過對2009中國國內國際航線資料的收集以及整理，利用比較準確的二氧化碳排放量算法對2009年中國民航業(yè)二氧化碳排放總量進行計算，看看民航業(yè)二氧化碳在溫室效應中扮演著怎樣的一個角TOC\o"1-5"\h\z引言 3\o"CurrentDocument"第1章緒論 4\o"CurrentDocument"1.1溫室效應概述 4\o"CurrentDocument"1.2“溫室效應”增強后的危害 5\o"CurrentDocument"1.3造成溫室效應的氣體 6\o"CurrentDocument"1.4研究背景及目的 7第二章二氧化碳排放量的計算方法.2.1飛行階段的劃分2.1二氧化碳排放計算方法第三章2009中國民航二氧化碳排放量的估算引言中國作為全球民航大國，其民航業(yè)的發(fā)展速度達到了空前的狀態(tài)。一方面，民航在交通運輸環(huán)節(jié)有著快捷、安全的特點，為人們的生活以及交通帶來了極大的便利，對國家經濟的發(fā)展起著至關重要的作用。然而另一方面，伴隨著民航飛機數(shù)量逐年快速上升以及全國航線和航班數(shù)量的頻繁化，再加上近年來大型飛機的使用越來越普遍，飛機消耗的燃油總量快速增長，由此民航業(yè)所產生的大氣污染物和溫室氣體的排放量也越來越多。尤其是近幾年，飛機起降排放產生的污染物以及由民航業(yè)帶動的機場周圍大量機動車輛行駛所排出的污染物已經對居民的生活環(huán)境構成了一定程度的破壞。另外，由于飛機通常在高空巡航飛行，而大氣污染物在高空排放所引起的對環(huán)境的破壞程度比在地面上更為嚴重，所以飛機巡航過程中的污染物排放也十分值得關注和研究。由于中國正處于社會主義初級階段，有其獨特的經濟發(fā)展模式，發(fā)展的程度與地域的分布有著緊密的聯(lián)系，而民航業(yè)的分布與社會經濟形式直接掛鉤，所以中國的民航機場分布隨著城市經濟呈現(xiàn)出由東到西由密到疏的非平衡的格局，因此對于經濟較為發(fā)達的東部，民航污染排放的研究更加有意義和重要。從時間角度來講，民航整體發(fā)展是呈上升態(tài)勢的，所以相應的污染排放也呈上升態(tài)勢。值得注意的是，隨著新型飛機的加入，民航業(yè)整體的機隊科技含量越來越高，先進的飛機發(fā)動機由于燃燒效率的提高以及其它技術上的革新，排放系數(shù)大大降低，這對于污染排放起到了一個良性的作用。同時，隨著綠色環(huán)保的主題在人們心中越來越被重視，人們對于生活環(huán)境的要求也越來越高，所以減少排放成為了十分重要的一項措施，是保護環(huán)境的根源途徑?？偠灾?，在大力發(fā)展民航事業(yè)的同時，如何確保與環(huán)境的和諧共處，是擺在民航從業(yè)人員乃至全體公民面前的難題。我們必須通過對民航業(yè)污染排放的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，研究出針對中國民航特色的可行的有效的方法和措施，并付之于行動。一方面，從改進航空技術著手，提高航空燃油的燃燒效率，降低運營成本和污染排放量，并利用節(jié)約的資源作繼續(xù)深入的研究和改進，形成一個以高效和環(huán)保為最終目的的良性循環(huán)；另一方面，提高全民的環(huán)保意識，優(yōu)化民航人員配置，改善民航企業(yè)管理以及創(chuàng)造更為先進的運營手段，從而提高民航資源的利用率和運輸效率，實現(xiàn)民航業(yè)的健康發(fā)展。第1章緒論1.1溫室效應概述'溫室效應’是指地球大氣層上的一種物理特性。假若沒有大氣層，地球表面的平均溫度不會是現(xiàn)在合宜的15°C,而是十分低的-18°C。這溫度上的差別是由于一類名為溫室氣體所引致，這些氣體吸收紅外線輻射而影響到地球整體的能量平衡。在現(xiàn)況中，地面和大氣層在整體上吸收太陽輻射后能平衡于釋放紅外線輻射到太空外（圖一）。但受到溫室氣體的影響，大氣層吸收紅外線輻射的份量多過它釋放出到太空外，這使地球表面溫度上升，此過程可稱為'天然的溫室效應'。但由于人類活動釋放出大量的溫室氣體，結果讓更多紅外線輻射被折返到地面上，加強了'溫室效應'的作用。返回太空時的總紅外技輅射■靈木陽總輻射■國加（｝瓦售平方米加（｝瓦售平方米太陽103瓦辱平方米大氣層太陽蝠射■經過地球的大氣漏部份紅外魏輻射會彼溫室氣愫所吸收和再次降液出來返回太空時的總紅外技輅射■靈木陽總輻射■國加（｝瓦售平方米加（｝瓦售平方米太陽103瓦辱平方米大氣層太陽蝠射■經過地球的大氣漏部份紅外魏輻射會彼溫室氣愫所吸收和再次降液出來*這效應罡泠地玨表面和大氣曷低質變部伶的太陽輜射會被地朦表面和大句屈所■折■諼大郭份的太陽幅射會皿3在地球表面上破收而地球令地面溫曖起來地球表面釋放的旺外螃犒射圖一簡略地說明地球大氣層的長期輻射平衡情況。太陽總輻射量（240瓦每平方米）和紅外線的釋放量應要均等。其中約三分之一（103瓦每平方米）的太陽輻射會被反射而余下的會被地球表面所吸收。此外，大氣層的溫室氣體和云團吸收及再次釋放出紅外線輻射，使到地面更暖，高出約33Co（來源：IntergovernmentalPanelonClimateChange,1994:RadiativeForcingofClimateChangeandAnEvaluationoftheIPCCIS92EmissionScenarios,CambridgeUniversityPress,U.K.）1.2“溫室效應，增強后的危害1）氣候轉變：'全球變暖’溫室氣體濃度的增加會減少紅外線輻射放射到太空外，地球的氣候因此需要轉變來使吸取和釋放輻射的份量達全新的平衡。這轉變可包括'全球性’的地球表面及大氣低層變暖，因為這樣可以將過剩的輻射排放出外。雖然如此，地球表面溫度的少許上升可能會引發(fā)其他的變動，例如：大氣層云量及環(huán)流的轉變。當中某些轉變可使地面變暖加劇（正反饋），某些則可令變暖過程減慢（負反饋）。利用復雜的氣候模式，'政府間氣候變化專門委員會’在第三份評估報告估計全球的地面平均氣溫會在2100年上升1.4至5.8度。這預計已考慮到大氣層中懸浮粒子傾于對地球氣候降溫的效應與及海洋吸收熱能的作用（海洋有較大的熱容量）。但是，還有很多未確定的因素會影響這個推算結果，例如：未來溫室氣體排放量的預計、對氣候轉變的各種反饋過程和海洋吸熱的幅度等等。2）海平面升高假若'全球變暖’正在發(fā)生，有兩種過程會導致海平面升高。第一種是海水受熱膨脹令水平面上升。第二種是冰川和格陵蘭及南極洲上的冰塊溶解使海洋水份增加。預期由1900年至2100年地球的平均海平面上升幅度介乎0.09米至0.88米之間。由此對人類生活造成的潛在影響如下：1） 經濟的影響全球有超過一半人口居住在沿海100公里的范圍以內，其中大部份住在海港附近的城市區(qū)域。所以，海平面的顯著上升對沿岸低洼地區(qū)及海島會造成嚴重的經濟損害，例如：加速沿岸沙灘被海水的沖蝕、地下淡水被上升的海水推向更遠的內陸地方。2） 農業(yè)的影響實驗證明在co2高濃度的環(huán)境下，植物會生長得更快速和高大。但是，'全球變暖’的結果可會影響大氣環(huán)流，繼而改變全球的雨量分布與及各大洲表面土壤的含水量。由于未能清楚了解'全球變暖’對各地區(qū)性氣候的影響，以致對植物生態(tài)所生成的轉變亦未能確定。3） 海洋生態(tài)的影響沿岸沼澤地區(qū)消失肯定會令魚類，尤其是貝殼類的數(shù)量減少。河口水質變咸可會減少淡水魚的品種數(shù)目，相反該地區(qū)海洋魚類的品種也可能相對增多。至于整體海洋生態(tài)所受的影響仍未能清楚知道。4） 水循環(huán)的影響

全球降雨量可能會增加。但是，地區(qū)性降雨量的改變則仍未知道。某些地區(qū)可有更多雨量，但有些地區(qū)的雨量可能會減少。此外，溫度的提高會增加水份的蒸發(fā)，這對地面上水源的運用帶來壓力。1.3造成溫室效應的氣體幾種主要溫室氣體的特性溫室氣體源匯對氣候的影響二氧化碳（CO）21） 燃料2） 改變土地的使用（砍伐森林）1） 被海洋吸收2） 植物的光合作用吸收紅外線輻射，影響大氣平流層中q的濃度甲烷(CH)41） 生物體的燃燒2） 腸道發(fā)酵作用3） 水稻1） 和OH起化學作用2） 被土壤內的微生物吸取吸收紅外線輻射，影響對流層中O及OH的濃度，影響平流層中O和HO的濃度，生成cO2氧化二氮（NO）21） 生物體的燃燒2） 燃料3） 化肥1） 被土壤吸取2） 在大氣平流層中被光線分解與及和O起化學作用吸收紅外線輻射，影響大氣平流層中O3的濃度臭氧(O)3光線令O生成光化作甬與NOx，ClOx及HOx等化合物的催化反應。吸收紫外光及紅外線輻射氧化碳（CO）1） 植物排放2） 人工排放（交通運輸和工業(yè)）1） 被土壤吸取2） 和OH起化學作用影響平流層中O3和OH的循環(huán)，生成CO2氯氟碳化合物（CFCs）工業(yè)生產在對流層中不易被分解，但在平流層中會被光線分解和跟O生成化學作用吸收紅外線輻射，影響平流層中O的濃度3二氧化硫（SO）21） 火山活動2） 煤及生物體的燃燒1） 十和濕沉降2） 與OH生成化學作用形成懸浮粒子而散射太陽輻射1.4研究背景及目的在造成溫室效應的氣體中，二氧化碳影響所占的比例為72.37%.空氣中含有二氧化碳，而且在過去很長一段時期中，含量基本上保持恒定。這是由于大氣中的二氧化碳始終處于''邊增長、邊消耗〃的動態(tài)平衡狀態(tài)。大氣中的二氧化碳有80%來自人和動、植物的呼吸，20%來自燃料的燃燒。散布在大氣中的二氧化碳有75%被海洋、湖泊、河流等地面的水及空中降水吸收溶解于水中。還有5%的二氧化碳通過植物光合作用，轉化為有機物質貯藏起來。這就是多年來二氧化碳占空氣成分0.03%（體積分數(shù)）始終保持不變的原因。但是近幾十年來，由于人口急劇增加，工業(yè)迅猛發(fā)展，呼吸產生的二氧化碳及煤炭、石油、天然氣燃燒產生的二氧化碳，遠遠超過了過去的水平。而另一方面，由于對森林亂砍亂伐，大量農田建成城市和工廠，破壞了植被，減少了將二氧化碳轉化為有機物的條件。再加上地表水域逐漸縮小，降水量大大降低，減少了吸收溶解二氧化碳的條件，破壞了二氧化碳生成與轉化的動態(tài)平衡，就使大氣中的二氧化碳含量逐年增加?？諝庵卸趸己康脑鲩L，就使地球氣溫發(fā)生了改變。GlobalEmissionsbySectorWasteNON-ENERGYEMISSIONSOtherEnergyRelated(5%}Agriculture(14%)WasteNON-ENERGYEMISSIONSOtherEnergyRelated(5%}Agriculture(14%)航空占世界運輸中CO2排放的份額海鐵路與內河空運輕型車輛口輕型車輛海鐵路與內河空運輕型車輛口重型車輛口鐵路與內河口海運口空運 上圖是各部門二氧化碳排放所占的比例，其中的空運對氣候變化的影響以前都是被低估的，聯(lián)合國的一項研究表明，商業(yè)航運的二氧化碳排放量幾乎是以前估計的近3倍.據(jù)英國《衛(wèi)報》報道，全球航運每年排放約11.2億噸二氧化碳，約占全球二氧化碳排放量的4.5%，國際海事組織先前估計為4億噸。而在目前的時代背景下，航空業(yè)將更加迅猛的發(fā)展，隨之而來的就是污染物排放量的增加,因此，有必要對航空業(yè)二氧化碳的排放進行分析，對民航業(yè)二氧化碳排放量進行計算，看看民航業(yè)二氧化碳的排放對環(huán)境造成了什么樣的影響，根據(jù)影響其排放的因素采取措施，在航空業(yè)大力發(fā)展的同時控制好污染物的排放.第二章:計算二氧化碳排放的方法2.12.1飛行階段過程的劃分：如下圖：每一次飛行都可以分為以下幾個階段：（1） 滑行/慢車（2） 起飛（3） 爬升（4） 巡航（5） 進場著落其中（1）（2）（3）（5）可以使為一個階段一起飛著落循環(huán)階段（LTO-cycle）（這一階段與巡航階段的分界點是1000米（3000英尺）2.2二氧化碳排放量計算方法:（1）影響因素：二氧化碳的排放來源于飛機的煤油和航空汽油的燃燒，航空器有僅用于銷型的活塞式發(fā)動機飛機，占民航業(yè)比例不到1%。影響航空器二氧化碳排放的主要因素有。飛機機型。發(fā)動機和燃油的種類。燃油的排放系數(shù)。飛行的距離。飛機的工作條件根據(jù)以上影響二氧化碳排放量的主要因素，我們有以下三種二氧化碳排放量地計算方法：方法一：這種方法是很簡單的算法，依靠的只是民航業(yè)燃油消耗總量這個數(shù)據(jù)步驟如下：。獲取民航業(yè)燃油總消耗量。計算二氧化碳排放量（二氧化碳排放來源于燃油的燃燒，航空汽油占的比例很少，可以基本視為煤油，可以通過排放系數(shù)獲得二氧化碳的排放量）公式如下：A:二氧化碳排放量B:燃油消耗量。平均排放系數(shù)A=B*C方法二：這種方法是簡單的方法,將一次飛行分為起飛降落階段和巡航階段，分別計算兩個階段的二氧化碳排放量再進行相加得出總的二氧化碳排放量，這個方法將國內航線和國際航線區(qū)別對待，因為兩者的巡航階段在整個飛行過程中占的比例不同。方法步驟如下（以國內航線為例，國際航線的計算方法類似）：。獲取國內航線燃油消耗的總量。獲得國內航線的起飛降落的次數(shù)。計算國內航線起飛降落階段燃油的消耗量（平均起飛降落階段的燃油消耗量乘以起飛降落次數(shù)）。計算國內航線巡航階段的燃油消耗量。計算國內航線起飛降落階段的二氧化碳排放量（用燃油消耗量乘以一個排放系數(shù)）。計算國內航線巡航階段的二氧化碳排放量（用燃油消耗量乘以一個排放系數(shù)）。計算國內航線總的二氧化碳排放量公式如下:A:總的二氧化碳排放量B:起飛降落階段的二氧化碳排放量C：巡航階段的二氧化碳排放量D：起飛降落階段燃油消耗量E：起飛降落次數(shù)F：起飛降落階段的排放系數(shù)G：起飛降落階段燃油消耗量平均值H：巡航階段燃油消耗量I：巡航階段二氧化碳排放系數(shù)J:總燃油消耗量A=B+CB=E*FD=E*GH=J-DC=H*I流程如下圖：

第三種方法：這種方法是精確的算法，通過獲得的飛行的數(shù)據(jù)對二氧化碳排放量進行計算，根據(jù)不同機型在不同距離下消耗的燃油量的不同計算二氧化碳的排放量。步驟如下：。獲得機型及這種機型飛行的數(shù)據(jù)（可以從民用航空記錄，機場記錄，空中交通管制機構或者航空貨運指南時間表獲得）。。獲得航行的距離。。從數(shù)據(jù)庫中獲得各機型的隨飛行距離變化的燃油消耗資料。。計算二氧化碳排放量（附表中只有某一特定的距離相對應的燃油消耗量，當飛行距離不再這一特定值時，可以根據(jù)現(xiàn)行法算出該距離下的燃油消耗值，再根據(jù)燃油消耗值計算二氧化碳的排放量）。

計算公式如下：A：消耗的燃油B：排放系數(shù)C:二氧化碳排放量C=A*B2.3方法的選擇：三種不同的算法準確度不一樣，需要的數(shù)據(jù)也不同，根據(jù)可獲得的數(shù)據(jù)采取不同的計算方法，決策樹如下圖：第三章2009中國民航二氧化碳排放的估算3.1方法的選則：目前，我國各航線數(shù)據(jù)都可從各網站上獲得，根據(jù)方法決策樹，為了計算的精確性，我們選擇適用第三種方法進行計算。3.2第三種方法詳細解釋：（1）原理：飛行造成的二氧化碳的排放取決于很多因素，包括航行距離天氣條件（逆風或者順風），載貨量,載客量，以及飛行高度.顯然，如果考慮以上所有因素，將使得對二氧化碳排放量的估算的計算量變得非常巨大，而且某些因素的數(shù)據(jù)還無法獲得因此，這個方法利用的是對二氧化碳排放量影響最大的因素一一飛行距離來對二氧化碳排放量進行計算。在一次飛行中，航程與燃油消耗量有相對應的關系，但是與陸地交通又有所區(qū)別的是燃油的消耗量與飛行的距離不是成簡單的線性關系.因為為了讓飛機達到巡航高度還需要額外的燃油消耗以及長途飛行還需攜帶大量的燃油所以將飛行分為兩個階段：1：起飛降落階段（包括離地1000米以下的所有過程），這一階段燃油讓飛機離地以及回到地面,不用考慮航線的距離.這一階段單位時間內比在巡航高度飛行單位時間內需要消耗更多的燃油.2：巡航階段（包括在離地1000米以上的所有過程），這個時候的燃油消耗量主要與飛行距離有關，隨飛行距離改變而改變這兩個階段在不同的飛行中占有的比例會不同,短途飛行中起飛降落階段占有的比例比長途飛行要大.但截止到2008年中國民航開辟的定期航班航線總數(shù)達1336條，其中國內航線1068條，通航140個國內城市；15家中國航空公司開辟了268條國際航線，通航42個國家和地區(qū)的91個城市。如果對每一條航線都分別進行計算，仍然會是很大的一個計算量，所以將航線根據(jù)航程進行分類，選取在這一航程范圍內具有代表性的的機型進行取代計算，這樣不會對計算的精度造成大的影響，同時也大大降低了計算量。（2）分類方法：1.根據(jù)目前中國的航線情況把國內航線分為以下兩類：支線航線：支線航線是指短距離、小城市之間的非主航線。干線航線：干線航線是指航行城市與城市之間的航線，比如廣州--北京的航班飛機，廣州--上海的航班飛機等。

下表是目前各航空公司擁有飛機情況:2009年5月國內運營民航機型數(shù)量、分布狀況各機型在航空公司的分布數(shù)量三大航空地方航空民營航空其他航空飛機型號合計國際東方南方廈門海南上海四川山東重慶深圳奧凱等中貨郵政等B737-30011331202516129B737-300QC/F246711B737-40099B737-500321B737-60022B737-7001222032281584375B737-8002705294426572717344B737-90055B747-200F33B747-400M66B747-40044B747-400F2462311B757-200481317810B757-200SF22B767-200ER0B767-30011434B767-300ER11434B777-20014104B777-200ER66MD820MD9022913MD111046Boeing總計[708A300-600F413A300-600R1275A319-10013133143720112131A320-2001965744518450A321-10022A321-200381115357A330-2003620565A330-30023158A340-3001165A340-600752Airbus總計[491ATR72553CRJ-2001855532CRJ-70022Do328Jet2929ERJ145331061232ERJ19014104（注：各航空公司總計數(shù)量由于僅統(tǒng)計本表內所列機型，與實際飛機總數(shù)會有出入，資料來源于民航社區(qū)網）

參考上表信息：支線航線選取ERJ機型進行替代計算。ERJ飛機耗油量與航程關系如下表：航程（km）231.5463926138918522778油耗（kg）572.56879.351422.601985.522561.003751.37干線航線采用空客A320機型進行替代計算.A320飛機耗油量與航程關系如下表：航程(km)231.546392613891852277837044630油耗（kg）1644.42497.33660.64705.06027.28332.010865.913441.32.國際航線不能通過上表獲得的信息選取機型，考慮目前國際航線主要采用空客A340與波音747-400的兩種機型飛機，去兩者的平均值作為替代計算?？湛虯340飛機耗油量與航程關系如下航程（km）231.5464.09261389185227783704油耗（kg）2019.95669.18482.411310.914201.220133.226279.8463055566482740883349260101861111232695.539114.845873.952895.260079.467669.775568.383692.0波音747-400飛機耗油量與航程關系如下:航程（km）231.54639261389185227783704油耗（kg）6330.99058.313404.617750.922097.230921.640266.7463055566482740883349260101861111249480.259576.969888.380789.291986.5103611.4115553.0128170.8平均得:航程（km）231.54639261398185227783704油耗（kg）4175.47363.710943.514530.918149.225527.433273.3463055566482740883349260101861111241087.949345.957881.166842.276033.085640.695560.7105931.4

3.3計算：(1)典型計算:國內航