Διερεύνηση των επιλογών των επιβατών και των αποκρίσεων των αεροπορικών εταιρειών σε αγορακεντρικά περιβαλλοντικά μέτρα με τη χρήση προτύπων διακριτής επιλογής και θεωρίας παιγνίων

Abstract

In this dissertation, the implementation of a market-based environmental policy on aviation industry is studied. Under this policy, each airline pays a carbon fee, as a function of its carbon dioxide emissions (CO2) and the pre-defined unit carbon price (per ton CO2). The impact on ticket prices, airlines’ market shares and network-wide carbon emissions is investigated via a methodology which includes an air travel demand model, an airlines’ behavior model and a method for estimating carbon emissions costs. The aggregate air travel demand model relies on discrete choice analysis of different airline connections in origin-destination markets. In particular, the Nested Logit model is used. The passengers’ utility is expressed as a function of various ight attributes that are specic to the itinerary, the airline and the airport. The airline's behavior model is based on the hypothesis that active airlines set their ticket prices under oligopolistic competition with the aim to maximize own profits. Ticket prices are simultaneously set by each airline in the market, which means that airlines play a non-cooperative game. After the implementation of the environmental policy, the airline’s behavior model is adjusted so as to incorporate the carbon fee in the airline’s marginal cost. For the computation of airline connection’s CO2 emissions and corresponding emissions cost, connections are organized in unique combinations of “aircraft type, flight distance, flight direction”. For every combination, the typical altitude profile is estimated and the CO2 emissions are computed by using the fuel flow coefficients given in the EUROCONTROL’s Base of Aircraft Data.The market-based environmental policy is implemented at the U.S. domestic aviation network for the study year 2012. The simulation analysis revealed that the implementation of the environmental market-based policy in the U.S. aviation could have some significant effects on ticket prices, air travel demand and resulting CO2 emissions for high ranges of carbon unit price. For the low scenario of $10 per ton CO2, which is close to the prevailing carbon price, the network-wide CO2 emissions are expected to decrease by 1.88% (due to air travel demand decrease). Taking into account the aviation industry ambitious goal to reduce net aviation CO2 emissions by 50% until 2050 (relative to 2005 levels), this dissertation suggests that airlines and policy makers may need to turn to alternative approaches to ensure economic and environmental sustainability. Although carbon pricing may contribute to CO2 emissions reduction, it seems that the low levels of carbon price would not trigger more significant changes in the air transport sector so as to act as a stand-alone measure. A combination of different policies (e.g. technological improvements, operational changes etc) could be needed to effectively work towards the environmental target. Finally, our simulation results indicate that airline competition distortions are expected to be rather low.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνάται η επίδραση ενός αγορακεντρικού περιβαλλοντικού μέτρου στην ανταγωνιστική αγορά των αερομεταφορών. Με την εφαρμογή του μέτρου οι αεροπορικές εταιρείες πληρώνουν ένα επιπλέον κόστος εκπομπών το οποίο εκφράζεται συναρτήσει της ποσότητας διοξειδίου του άνθρακα (CO2) που εκπέμπουν και του μοναδιαίου κόστους (ανά τόνο CO2) που καθορίζεται στα πλαίσια της περιβαλλοντικής πολιτικής. Η επίδραση στις τιμές των εισιτηρίων, στα μερίδια αγορών των αεροπορικών εταιρειών και στις συνολικές εκπομπές CO2 σε ένα αεροπορικό δίκτυο διερευνάται μέσω της ανάπτυξης μιας μεθοδολογίας η οποία περιλαμβάνει ένα πρότυπο μεταφορικής ζήτησης, ένα πρότυπο συμπεριφοράς των αεροπορικών εταιρειών και μια μέθοδο υπολογισμού του κόστους εκπομπών.Η αεροπορική ζήτηση αναλύεται με τη χρήση προτύπων διακριτών επιλογών. Πιο συγκεκριμένα, χρησιμοποιείται το ιεραρχικό πρότυπο logit (nested logit model). Η χρησιμότητα του επιβάτη από την επιλογή μιας αεροπορικής σύνδεσης εκφράζεται ως συνάρτηση των χαρακτηριστικών της σύνδεσης, των αεροδρομίων προέλευσης-προορισμού και της αεροπορικής εταιρείας που εκτελεί το δρομολόγιο. Η συμπεριφορά των εταιρειών βασίζεται στην υπόθεση ότι οι εταιρείες διαμορφώνουν τις τιμές των εισιτηρίων υπό συνθήκες ολιγοπωλιακού ανταγωνισμού με γνώμονα τη μεγιστοποίηση των κερδών τους. Κάθε εταιρεία διαμορφώνει τις τιμές των εισιτηρίων της ταυτόχρονα με τις άλλες εταιρείες που δραστηριοποιούνται στην ίδια αγορά, αναπτύσσοντας ένα μη συνεργατικό παίγνιο. Μετά την εφαρμογή της περιβαλλοντικής πολιτικής, το πρότυπο συμπεριφοράς των αεροπορικών εταιρειών αναπροσαρμόζεται ώστε στο οριακό κόστος κάθε αεροπορικής εταιρείας να ενσωματωθεί το κόστος εκπομπών. Για τον υπολογισμό των εκπομπών CO2 και του αντίστοιχου κόστους, κάθε διαδρομή κατατάσσεται σε μοναδικούς συνδυασμούς «αεροσκάφους, απόστασης πτήσης και προσανατολισμού πτήσης». Για κάθε συνδυασμό εκτιμάται το τυπικό μονοπάτι κατακόρυφης πορείας του αεροσκάφους και με τη χρήση του μοντέλου Base of Aircraft Data του EUROCONTROL υπολογίζονται οι εκπομπές CO2.Η εφαρμογή του αγορακεντρικού περιβαλλοντικού μέτρου εξετάζεται στο αεροπορικό δίκτυο των Ηνωμένων Πολιτειών για το έτος 2012. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η αύξηση στις τιμές των εισιτηρίων και η μείωση της αεροπορικής ζήτησης μπορεί να είναι σημαντική αν η τιμή του άνθρακα είναι υψηλή. Για το χαμηλό σενάριο των $10 ανά τόνο CO2 που είναι κοντά στην τρέχουσα τιμή άνθρακα η μείωση των συνολικών εκπομπών CO2 (λόγω μείωσης της αεροπορικής ζήτησης) εκτιμήθηκε ίση με 1,88%. Λαμβάνοντας υπόψη τον στόχο της αεροπορικής βιομηχανίας για μείωση των εκπομπών CO2 των αεροπορικών μεταφορών κατά 50% μέχρι το 2050 (σε σχέση με τα επίπεδα του 2005), η παρούσα διατριβή δείχνει ότι είναι ανάγκη οι αεροπορικές εταιρείες και οι άλλοι φορείς της βιομηχανίας να στραφούν σε εναλλακτικές προσεγγίσεις για να διασφαλιστεί η οικονομική και περιβαλλοντική βιωσιμότητα των αερομεταφορών. Η ανάλυσή της διατριβής δείχνει ότι η τιμολόγηση των εκπομπών CO2 συμβάλλει στη μείωση των εκπομπών CO2. Παρ’ όλα αυτά, τα χαμηλά επίπεδα της τιμής του άνθρακα δεν αναμένεται να οδηγήσουν σε σημαντικές αλλαγές στον τομέα των αεροπορικών μεταφορών από την εφαρμογή μόνο ενός περιβαλλοντικού μέτρου. Τέλος, η εφαρμογή της πολιτικής δεν αναμένεται να επηρεάσει τον ανταγωνισμό των αεροπορικών εταιρειών που δραστηριοποιούνται στην ίδια αγορά.