民航二氧化碳排放

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1、中国民航大学本科生毕业论文民用航空二氧化碳排放研究院系：航空工程学院 专业：飞行器动力工程 班级：0 5 0 1 4 1 B 姓名：梁 伦 为 学号：050141222 指导老师：杨 晓 军 二零零九年六月民用航空二氧化碳排放研究梁伦为摘要：随着社会经济的发展，中国民航业正经历着迅速的成长。然而民航为国民带来生 活上的便利，为国家带来经济增长的同时，出现了环境污染的问题。由于民航事业的大 力发展，民航飞机数量的快速增加，飞机所产生的大气污染物总量也越来越大，并且涵 盖了中国大部分城市，尤其是经济发达地区污染较为明显。其中，民航飞机产生的温室 气体是全球变暖的一个重要原因并有上升的趋势。因此，本

2、文通过对2009中国国内国 际航线资料的收集以及整理，利用比较准确的二氧化碳排放量算法对2009年中国民航 业二氧化碳排放总量进行计算，看看民航业二氧化碳在温室效应中扮演着怎样的一个角引言3第1章绪论41.1温室效应概述41.2 “温室效应”增强后的危害51.3造成温室效应的气体61.4研究背景及目的7第二章二氧化碳排放量的计算方法.2.1飞行阶段的划分2.1二氧化碳排放计算方法第三章2009中国民航二氧化碳排放量的估算引言中国作为全球民航大国，其民航业的发展速度达到了空前的状态。一方面，民航在 交通运输环节有着快捷、安全的特点，为人们的生活以及交通带来了极大的便利，对国 家经济的发展起着至关

3、重要的作用。然而另一方面，伴随着民航飞机数量逐年快速上升 以及全国航线和航班数量的频繁化，再加上近年来大型飞机的使用越来越普遍，飞机消 耗的燃油总量快速增长，由此民航业所产生的大气污染物和温室气体的排放量也越来越 多。尤其是近几年，飞机起降排放产生的污染物以及由民航业带动的机场周围大量机动 车辆行驶所排出的污染物已经对居民的生活环境构成了一定程度的破坏。另外，由于飞 机通常在高空巡航飞行，而大气污染物在高空排放所引起的对环境的破坏程度比在地面 上更为严重，所以飞机巡航过程中的污染物排放也十分值得关注和研究。由于中国正处 于社会主义初级阶段，有其独特的经济发展模式，发展的程度与地域的分布有着紧密

4、的 联系，而民航业的分布与社会经济形式直接挂钩，所以中国的民航机场分布随着城市经 济呈现出由东到西由密到疏的非平衡的格局，因此对于经济较为发达的东部，民航污染 排放的研究更加有意义和重要。从时间角度来讲，民航整体发展是呈上升态势的，所以 相应的污染排放也呈上升态势。值得注意的是，随着新型飞机的加入，民航业整体的机 队科技含量越来越高，先进的飞机发动机由于燃烧效率的提高以及其它技术上的革新， 排放系数大大降低，这对于污染排放起到了一个良性的作用。同时，随着绿色环保的主 题在人们心中越来越被重视，人们对于生活环境的要求也越来越高，所以减少排放成为 了十分重要的一项措施，是保护环境的根源途径。总而言

5、之，在大力发展民航事业的同 时，如何确保与环境的和谐共处，是摆在民航从业人员乃至全体公民面前的难题。我们 必须通过对民航业污染排放的数据进行统计和分析，研究出针对中国民航特色的可行的 有效的方法和措施，并付之于行动。一方面，从改进航空技术着手，提高航空燃油的燃 烧效率，降低运营成本和污染排放量，并利用节约的资源作继续深入的研究和改进，形 成一个以高效和环保为最终目的的良性循环；另一方面，提高全民的环保意识，优化民 航人员配置，改善民航企业管理以及创造更为先进的运营手段，从而提高民航资源的利 用率和运输效率，实现民航业的健康发展。第1章绪论1.1温室效应概述温室效应是指地球大气层上的一种物理特性

6、。假若没有大气层，地球表面的平 均温度不会是现在 合宜的15C,而是十分低的-18C。这温度上的差别是由于一类名为 温室气体所引致，这些气体吸收红外线辐射而影响到地球整体的能量平衡。在现况中， 地面和大气层在整体上吸收太阳辐射后能平衡于释放红外线辐射到太空外（图一）。但受 到温室气体的影响，大气层吸收红外线辐射的份量多过它释放出到太空外，这使地球 表面温度上升，此过程可称为天然的温室效应。但由于人类活动释放出大量的温 室气体，结果让更多红外线辐射被折返到地面上，加强了 温室效应的作用。返回太空时的总红外技辂射灵木阳总辐射国加（瓦售平方米加（瓦售平方米太阳103瓦辱平方米大气层太阳蝠射经过 地球

7、的大气漏部份红外魏辐射会 彼温室气愫所吸收 和再次降液出来* 这效应罡泠地珏表 面和大气曷低质变部伶的太阳辎射会被 地朦表面和大句屈所折谖大郭份的太阳幅射会 皿3 在地球表面上破收而 地球 令地面温暧起来地球表面释放 的旺外螃犒射图一简略地说明地球大气层的长期辐射平衡情况。太阳总辐射量（240瓦每平方米） 和红外线的释放量应要均等。其中约三分之一（103瓦每平方米）的太阳辐射会被反射而 余下的会被地球表面所吸收。此外，大气 层的温室气体和云团吸收及再次释放出红外 线辐射，使到地面更暖，高出约33Co （来源：Intergovernmental Panel on Climate Change,

8、1994: Radiative Forcing of Climate Change and An Evaluation of the IPCC IS92 Emission Scenarios, Cambridge University Press, U.K.）1.2 “温室效应，增强后的危害1）气候转变：全球变暖温室气体浓度的增加会减少红外线辐射放射到太空外，地球的气候因此需要转变来使吸 取和释放辐射的份量达全新的平衡。这转变可包括全球性的地球表面及大气低层 变暖，因为这样可以将过剩的辐射排放出外。虽然如此，地球表面温度的少许上升可 能会引发其他的变动，例如：大气层云量及环流的转变。当中某些转

9、变可使地面变暖加 剧（正反馈），某些则可令变暖过 程减慢（负反馈）。利用复杂的气候模式，政府间气候变化专门委员会在第三份评估报告估计全球的地 面平均气温会在2100年上升1.4至5.8度。这预计已考虑到大气 层中悬浮粒子倾于对 地球气候降温的效应与及海洋吸收热能的作用（海洋有较大的热容量）。但是，还有很 多未确定的因素会影响这个推算结果，例如：未来温室气体排放量的预计、对气候转 变的各种反馈过程和海洋吸热的幅度等等。2）海平面升高假若全球变暖正在发生，有两种过程会导致海平面升高。第一种是海水受热膨 胀令水平面上升。第二种是冰川和格陵兰及南极洲上的冰块溶解使海洋水份增加。预 期由1900年至21

10、00年地球的平均海平面上升幅度介乎0.09米至0.88米之间。由此对人类生活造成的潜在影响如下：1）经济的影响全球有超过一半人口居住在沿海100公里的范围以内，其中大部份住在海港 附近的城 市区域。所以，海平面的显著上升对沿岸低洼地区及海岛会造成严重的经济损害，例如： 加速沿岸沙滩被海水的冲蚀、地下淡水被上升的海水推向更远的内陆地方。2）农业的影响实验证明在co2高浓度的环境下，植物会生长得更快速和高大。但是，全球变暖的 结果可会影响大气环流，继而改变全球的雨量分布与及各大洲表面土壤的含水量。由 于未能清楚了解全球变暖对各地区性气候的影响，以致对植物生态所生成的转变 亦未能确定。3）海洋生态的

11、影响沿岸沼泽地区消失肯定会令鱼类，尤其是贝壳类的数量减少。河口水质变咸可会减少淡 水鱼的品种数目，相反该地区海洋鱼类的品种也可能相对增多。至于整体海洋生态所 受的影响仍未能清楚知道。4）水循环的影响全球降雨量可能会增加。但是，地区性降雨量的改变则仍未知道。某些地区可有更 多雨量，但有些地区的雨量可能会减少。此外，温度的提高会增加水份的蒸发，这对 地面上水源的运用带来压力。1.3造成温室效应的气体几种主要温室气体的特性温室气体源汇对气候的影响二氧化碳（CO）21）燃料2）改变土地 的使用（砍伐 森林）1）被海洋吸收2）植物的光合作用吸收红外线辐射， 影响大气平流层 中q的浓度甲烷(CH)41）生

12、物体的 燃烧2）肠道发酵 作用3）水稻1）和OH起化学作 用2）被土壤内的微生 物吸取吸收红外线辐射， 影响对流层中O 及OH的浓度，影 响平流层中O和 HO的浓度，生成 cO2氧化二 氮（N O）21）生物体的 燃烧2）燃料3）化肥1）被土壤吸取2）在大气平流层中 被光线分解与及和 O起化学作用吸收红外线辐射， 影响大气平流层 中O3的浓度臭氧(O)3光线令O生成 光化作甬与 NOx，ClOx 及 HOx 等化合物的催化反 应。吸收紫外光及红外线辐射氧化碳（CO）1）植物排放2）人工排放（交通运输 和工业）1）被土壤吸取2）和OH起化学作 用影响平流层中O3 和OH的循环，生成CO2氯氟碳化

13、 合物（CFCs）工业生产在对流层中不易被 分解，但在平流层中 会被光线分解和跟 O生成化学作用吸收红外线辐射， 影响平流层中O 的浓度 3二氧化硫（SO）21）火山活动2）煤及生物 体的燃烧1）十和湿沉降2）与OH生成化学 作用形成悬浮粒子而 散射太阳辐射1.4研究背景及目的在造成温室效应的气体中，二氧化碳影响所占的比例为72.37%.空气中含有二氧化碳，而且在过去很长一段时期中，含量基本上保持恒定。这是由 于大气中的二氧化碳始终处于边增长、边消耗的动态平衡状态。大气中的二氧化碳 有80%来自人和动、植物的呼吸，20%来自燃料的燃烧。散布在大气中的二氧化碳有 75%被海洋、湖泊、河流等地面的

14、水及空中降水吸收溶解于水中。还有5%的二氧化碳 通过植物光合作用，转化为有机物质贮藏起来。这就是多年来二氧化碳占空气成分 0.03% （体积分数）始终保持不变的原因。但是近几十年来，由于人口急剧增加，工业迅猛发展，呼吸产生的二氧化碳及煤炭、 石油、天然气燃烧产生的二氧化碳，远远超过了过去的水平。而另一方面，由于对森林 乱砍乱伐，大量农田建成城市和工厂，破坏了植被，减少了将二氧化碳转化为有机物的 条件。再加上地表水域逐渐缩小，降水量大大降低，减少了吸收溶解二氧化碳的条件， 破坏了二氧化碳生成与转化的动态平衡，就使大气中的二氧化碳含量逐年增加。空气中 二氧化碳含量的增长，就使地球气温发生了改变。G

15、lobal Emissions by SectorWasteNON-ENERGY EMISSIONSOther Energy Related (5%Agriculture (14%)航空占世界运输中CO2排放的份额海铁路与内河空运轻型车辆口轻型车辆口重型车辆口铁路与内河口海运口空运上图是各部门二氧化碳排放所占的比例，其中的空运对气候变化的影响以前都是 被低估的，联合国的一项研究表明，商业航运的二氧化碳排放量几乎是以前估计的近3 倍.据英国卫报报道，全球航运每年排放约11.2亿吨二氧化碳，约占全球二氧化碳 排放量的4.5%，国际海事组织先前估计为4亿吨。而在目前的时代背景下，航空业将更加迅猛的发

16、展，随之而来的就是污染物排放量的增加,因此， 有必要对航空业二氧化碳的排放进行分析，对民航业二氧化碳排放量进行计算，看看民航业二氧化碳 的排放对环境造成了什么样的影响，根据影响其排放的因素采取措施，在航空业大力发展的同时控制 好污染物的排放.第二章:计算二氧化碳排放的方法2.12.1飞行阶段过程的划分：如下图：每一次飞行都可以分为以下几个阶段：（1）滑行/慢车（2）起飞（3）爬升（4）巡航（5）进场着落其中（1）（2）（3）（5）可以使为一个阶段一起飞着落循环阶段（LTO-cycle）（这一阶段与巡航阶 段的分界点是1000米（3000英尺）2.2二氧化碳排放量计算方法:（1）影响因素：二氧化

17、碳的排放来源于飞机的煤油和航空汽油的燃烧，航空器有仅用于销型的活塞式发动机飞机，占民航业比例不到1%。影响航空器二氧化碳排放的主要因素有。飞机机型。发动机和燃油的种类。燃油的排放系数。飞行的距离。飞机的工作条件根据以上影响二氧化碳排放量的主要因素，我们有以下三种二氧化碳排放量地计算方法：方法一：这种方法是很简单的算法，依靠的只是民航业燃油消耗总量这个数据步骤如下：。获取民航业燃油总消耗量。计算二氧化碳排放量（二氧化碳排放来源于燃油的燃烧，航空汽油占的比例很少，可以基本视为 煤油，可以通过排放系数获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。平均排放系数A=B*C方法二：这种

18、方法是简单的方法,将一次飞行分为起飞降落阶段和巡航阶段，分别计算两个阶段的二氧化碳 排放量再进行相加得出总的二氧化碳排放量，这个方法将国内航线和国际航线区别对待，因为两者 的巡航阶段在整个飞行过程中占的比例不同。方法步骤如下（以国内航线为例，国际航线的计算方 法类似）：。获取国内航线燃油消耗的总量。获得国内航线的起飞降落的次数。计算国内航线起飞降落阶段燃油的消耗量（平均起飞降落阶段的燃油消耗量乘以起飞降落次数）。计算国内航线巡航阶段的燃油消耗量。计算国内航线起飞降落阶段的二氧化碳排放量（用燃油消耗量乘以一个排放系数）。计算国内航线巡航阶段的二氧化碳排放量（用燃油消耗量乘以一个排放系数）。计算国

19、内航线总的二氧化碳排放量公式如下:A:总的二氧化碳排放量B:起飞降落阶段的二氧化碳排放量C：巡航阶段的二 氧化碳排放量D：起飞降落阶段燃油消耗量E：起飞降落次数F：起飞降落阶段的排放 系数G：起飞降落阶段燃油消耗量平均值H：巡航阶段燃油消耗量I：巡航阶段二氧化 碳排放系数J:总燃油消耗量A=B+CB=E*FD=E*GH=J-DC=H*I流程如下图：第三种方法：这种方法是精确的算法，通过获得的飞行的数据对二氧化碳排放量进行计算，根据不同机型在不同 距离下消耗的燃油量的不同计算二氧化碳的排放量。步骤如下：。获得机型及这种机型飞行的数据（可以从民用航空记录，机场记录，空中交通管制机构或者航空货运指南

20、时间表获得）。获得航行的距离。从数据库中获得各机型的随飞行距离变化的燃油消耗资料。计算二氧化碳排放量（附表中只有某一特定的距离相对应的燃油消耗量，当飞行距离不再这一特 定值时，可以根据现行法算出该距离下的燃油消耗值，再根据燃油消耗值计算二氧化碳的排放量）。计算公式如下：A：消耗的燃油B：排放系数C:二氧化碳排放量C=A*B2.3方法的选择：三种不同的算法准确度不一样，需要的数据也不同，根据可获得的数据采取不同的计算方法，决策 树如下图：第三章2009中国民航二氧化碳排放的估算3.1方法的选则：目前，我国各航线数据都可从各网站上获得，根据方法决策树，为了计算的精确性，我们选择适用 第三种方法进行

21、计算。3.2第三种方法详细解释：（1）原理：飞行造成的二氧化碳的排放取决于很多因素，包括航行距离天气条件（逆风或者顺风），载货 量,载客量，以及飞行高度.显然，如果考虑以上所有因素，将使得对二氧化碳排放量的估算的计算 量变得非常巨大，而且某些因素的数据还无法获得因此，这个方法利用的是对二氧化碳排放量影 响最大的因素一一飞行距离来对二氧化碳排放量进行计算。在一次飞行中，航程与燃油消耗量有相对应的关系，但是与陆地交通又有所区别的是燃油 的消耗量与飞行的距离不是成简单的线性关系.因为为了让飞机达到巡航高度还需要额外的燃 油消耗以及长途飞行还需携带大量的燃油所以将飞行分为两个阶段：1：起飞降落阶段（包

22、括离地1000米以下的所有过程），这一阶段燃油让飞机离地以及回到地 面,不用考虑航线的距离.这一阶段单位时间内比在巡航高度飞行单位时间内需要消耗更多的燃 油.2：巡航阶段（包括在离地1000米以上的所有过程），这个时候的燃油消耗量主要与飞行距离 有关，随飞行距离改变而改变这两个阶段在不同的飞行中占有的比例会不同,短途飞行中起飞降落阶段占有的比例比长 途飞行要大.但截止到2008年中国民航开辟的定期航班航线总数达1336条，其中国内航线1068条，通航 140个国内城市；15家中国航空公司开辟了 268条国际航线，通航42个国家和地区的91个城市。 如果对每一条航线都分别进行计算，仍然会是很大的

23、一个计算量，所以将航线根据航程进行分 类，选取在这一航程范围内具有代表性的的机型进行取代计算，这样不会对计算的精度造成大 的影响，同时也大大降低了计算量。（2）分类方法：1.根据目前中国的航线情况把国内航线分为以下两类：支线航线：支线航线是指短距离、小城市之间的非主航线。干线航线：干线航线是指航行城市与城市之间的航线，比如广州-北京的航班飞机， 广州-上海的航班飞机等。下表是目前各航空公司拥有飞机情况:2009年5月国内运营民航机型数量、分布状况各机型在航空公司的分布数量三大航空地方航空民营航空其他航空飞机型号合计国际东 方南 方厦门海南上海四 川山东重 庆深圳奥凯 等中货邮政 等B737-3

24、0011331202516129B737-300QC/F246711B737-40099B737-500321B737-60022B737-7001222032281584375B737-8002705294426572717344B737-90055B747-200F33B747-400M66B747-40044B747-400F2462311B757-200481317810B757-200SF22B767-200ER0B767-30011434B767-300ER11434B777-20014104B777-200ER66MD820MD9022913MD111046Boeing总计708

25、A300-600F413A300-600R1275A319-10013133143720112131A320-2001965744518450A321-10022A321-200381115357A330-2003620565A330-30023158A340-3001165A340-600752Airbus总计491ATR72553CRJ-2001855532CRJ-70022Do328Jet2929ERJ145331061232ERJ19014104（注：各航空公司总计数量由于仅统计本表内所列机型，与实际飞机总数会有出入，资料来源于民航社区网）参考上表信息：支线航线选取ERJ机型进行替代计

26、算。ERJ飞机耗油量与航程关系如下表：航程（km）231.5463926138918522778油耗（kg）572.56879.351422.601985.522561.003751.37干线航线采用空客A320机型进行替代计算.A320飞机耗油量与航程关系如下表：航程(km)231.546392613891852277837044630油耗（kg）1644.42497.33660.64705.06027.28332.010865.913441.32.国际航线不能通过上表获得的信息选取机型，考虑目前国际航线主要采用空客A340与波音747-400的两种机型飞机，去两者的平均值作为替代计算。空客

27、A340飞机耗油量与航程关系如下航程（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飞机耗油量与航程关系如下:航程（km）231.54639261389185227783704油耗（kg）6330.99058.313404.617750.922097.230921.640266.

28、7463055566482740883349260101861111249480.259576.969888.380789.291986.5103611.4115553.0128170.8平均得:航程（km）231.54639261398185227783704油耗（kg）4175.47363.710943.514530.918149.225527.433273.3463055566482740883349260101861111241087.949345.957881.166842.276033.085640.695560.7105931.43.3计算：(1)典型计算:国内航班支线航线：出发

29、地目的地航班类型航程每周航班总数年耗油量阿克苏乌鲁木齐支线857KM14994844kg步骤1：支线航线选取ERJ机型飞机进行替代计算。步骤2：航程857km介于463km与926km之间，根据航程与耗油量之间的关系表单次航行耗油量计算采用线性法。单次航行耗油量=879.35kg+(1422.60kg-879.35kg)/(926km-463km)*(875km-463km)=1362.8kg步骤3：每周耗油量=单次航行耗油量*每周航班数=1362.8kg*14=19079.2kg年耗油量=365/7*19079.2=994844kg国内航班干线航线与国际航线同理(2)目前国内航班与油耗汇总：

30、出发地目的地航班类型航程每周航班总数阿克苏乌鲁木齐支线875KM14阿勒泰乌鲁木齐支线450KM12安康西安支线208KM6安庆广州支线929KM3北京英石干线1510KM14北京怀化干线1500KM3北京郑州干线690KM70北京济南干线412KM70北京上海干线1178KM440北京包头干线579KM56北京长沙干线1446KM105北京张家界干线1358KM14北京义乌干线1189KM7北京西安干线1034KM112北京延吉干线1196KM28北京广州干线1967KM231北京井冈山干线1500KM7北京合肥干线959KM28北京呼和浩特干线444KM70北京兰州干线1356KM77北京

31、无锡干线1120KM28北京佳木斯干线1395KM10北京深圳干线2077KM199北京长春干线933KM242北京武汉干线1133KM126北京贵阳干线2039KM63北京银川干线1107KM63北京南京干线981KM189北京昆明干线2266KM175北京海口干线2493KM42北京南宁干线2250KM63北京西宁干线1780KM28北京大连干线579KM147北京景德镇干线7北京重庆干线1640KM154北京连云港干线705KM7北京三亚干线2710KM42北京哈尔滨干线1010KM161北京盐城干线7北京朝阳干线14北京湛江干线2409KM7北京乌海干线1111KM7北京南昌干线1398KM63北京沈阳干线649KM168北京运城干线744KM21北京宁波干线1338KM91北京福州干线1681KM70北京珠海干线2098KM35北京青岛干线