食品冷链能效评估指标

摘要：王想, 邹金桂, 李由, 孙韵, 张小栓. 食品冷链能效评估与碳排放核算研究综述[J]. 智慧农业（中英文）, 2023, 5(1): 1-21. doi:10.12133/j.smartag.SA202301007 WANG Xiang, ZOU Jingu

本文节选自：

王想, 邹金桂, 李由, 孙韵, 张小栓. 食品冷链能效评估与碳排放核算研究综述[J]. 智慧农业（中英文）, 2023, 5(1): 1-21. doi:10.12133/j.smartag.SA202301007 WANG Xiang, ZOU Jingui, LI You, SUN Yun, ZHANG Xiaoshuan. Review on Energy Efficiency Assessment and Carbon Emission Accounting of Food Cold Chain[J]. Smart Agriculture, 2023, 5(1): 1-21. doi:10.12133/j.smartag.SA202301007

食品冷链能效评估指标

在上节中，选定统一的能耗折算标准后，便捷地计算出了该批食品冷链的综合能耗。但仅单一的综合能耗这一指标只能评估冷链的整体资源消耗程度，并不能评估冷链整体能源的利用程度和效率。因此，使用评估模型、方法等工具分析食品冷链的能源效率，提高冷链能效的透明度十分必要。

现有的文献、报告等鲜有对食品冷链这类能源密集型系统的综合能效以及综合能效指标体系的构建研究。因此，为了更为全面、系统地评估食品冷链系统的能效，本文参考李妍等构建的能源综合服务站系统的综合能效评估指标体系以及赵赫的能效评估相关理论，从而构建起涵盖宏观能效指标、微观能效指标、能源经济指标、能源环境指标、综合能效指标的食品冷链综合能效评估指标体系，如图1所示。

图1 食品冷链综合能效评估指标体系

Fig. 1 Comprehensive energy efficiency evaluation index system of food cold chain

1 宏观能效指标

宏观能效指标指从系统整体的角度分析系统的能源利用情况，包含单位产品综合能耗、能效比率、有效产品率、可再生能源利用占比。

（1）单位产品综合能耗（H1,kgce/kg)

是指统计报告期内，综合能耗与合格产品产量（作业量、工作量、服务量）的比值，在这里指的是该批次食品冷链综合能耗E与该批次最终售卖的重量A'

kg之比（公式（16）），该比值可反映本冷链整链能耗水平的进退，也服务于食品冷链行业的能源统计与管理。

（2）能效比率（H2）为综合能源消耗的实测值E'与理论值E之比（公式（17）），比率低表明能耗实际值较低于理论值，能源利用率高；比率高表明能耗实际值较高于理论值，能源利用率低

（3）有效产品率。食品在冷链各环节中或多或少地会产生质量损失和腐败变质，只有能够食用的食品才可以进行售卖。因此，有效产品率（H3）反映的是每批次冷链食品的有效保护程度，其值越高代表着该冷链能够提供更多高品质的产品，但随之带来的可能是较高的能源消耗和碳排放，计算方法如公式（18）。

（4）可再生能源利用占比（H4）指该批次食品冷链中可再生能源消耗占综合能耗的比例，计算方法如公式（19），该比值的大小反映的是食品冷链对可再生能源的消纳水平，同时也在一定程度上反映了食品冷链的可持续性强弱。

其中，Erei 为第i种可再生能源的消耗量；ηrei为第i种可再生能源的折标准煤系数。

2 微观能效指标

微观能效指标可用于分析食品冷链系统内部的能源利用情况，并有利于食品冷链各环节的优化设计和节能减排措施的实施。参考上一节内容，本节主要介绍两种微观能效指标，即单位产品环节能耗（Wqi)、环节能效比率（Wλi)（i = 1，2，3，∙∙∙,6）。单位产品环节能耗Wpi可反映冷链某环节能耗水平的进退，而环节能效比率Wλi则反映某环节能源利用程度的高低，计算方法如公式（20）和（21）所示。

其中，E'qi为第i环节能耗实测值，kgce；Eqi为第i环节能耗理论值，kgce，可参考上节能耗计算。

3 能源经济指标

能源经济指标可涵盖食品冷链的成本、产值等特性，从经济性的角度对冷链进行评估，包括能源经济成本、单位产值综合能耗。

（1）能源经济成本（J1，元/kg）指该批次食品冷链单位食品所消耗能源的经济成本，反映了该食品冷链系统的能耗经济性水平，计算方法如公式（22）所示。

其中，Pf 1、Pf 2、Pf 3为燃油的单位成本，元/L；Pe1、Pe2、Pe3为不同地区的电价，元/kWh。当使用可再生能源、改用新能源冷藏车等节能减排措施时，计算方法与公式（22）类似。

（2）单位产值综合能耗（J2,kgce/万元）指统计报告期内，综合能耗与用能单位总产值或增加值（可比价）的比值［24］。这里指该批次食品冷链综合能耗（E）与该批次食品最终售卖额（Pp，万元）之比，表示产生单位价值食品所投入的能源量，反映的是冷链发展对能源的依赖程度，其值越低，表示依赖程度越低。计算方法见公式（23）。

4 能源环境指标

单位产品环境负荷（N，kg/kg）是指该批次食品冷链整个流程中有效运输单位重量食品所产生的污染物总量，计算方法见公式（24）。本文主要考虑温室气体的排放，即总碳排放F kg。此外，单位产品环境负荷还可以反映该食品冷链的清洁水平和可持续性程度等。

5 综合能效指标

综合能效（S）能将能效的内涵加以一定程度的扩大化，针对某一系统整体，在符合其基本要素和运行约束的前提下，将各类投入转化为产出的综合效率。由上文可知，食品冷链可由诸多能效指标进行评估，各指标间也存在着相互的制约，典型的例子就是有效产品率与单位产品综合能耗、单位产品环境负荷之间的约束，欲提高终端食品的感官品质和品质质量，就应适当降低整链食品的温度，相应地，整链的能源投入和碳排放也会因此增加。

为此，为了全面权衡各能效指标，在综合能效计算模型中，往往将功能性、经济性、环保性等多维度指标综合起来，赋予相应权重，从而构建起综合能效指标评价模型，进而评价系统的整体能效。

6 其他能效评估指标

目前，关于不同能源密集型供应链的能源消耗和评价指标的各种研究已有报道。Marchi和Zanoni提出了一种考虑质量损失的食品冷链简化通用模型，实现了在特定能耗上评估能效措施对提高冷链可持续性的影响。Xiao等基于单位能量因数能耗法提出了一种用于鲜食葡萄供应链管理的节能潜力评估方法，实现了正常链、保温链和冷链三种供应链模式下的能耗计算和节能潜力评估。Diaz等对牛肉供应链的三种潜在能效措施进行了生命周期评价和生命周期成本评估，结果表明，最佳潜在能效措施是利用牛肉废弃物进行厌氧消化生产出新能源。

国内外炼油行业的能效评价体系也较为完善，因此，其中的评价指标和分析方法也可应用到食品冷链的能效评估中。比如，Zhang和Li根据能量因数法，计算了产品整个生命周期的能耗并估算了其节能潜力。谢小华通过采用单位能量因数能耗法评估了炼油工业的能耗和节能潜力，结果表明，该方法可以有效地代表炼油工业过程的节能潜力。董爽等建立了基于能量密度指数（Energy Intensity Index，EII）的能效评价指标模型，该模型可用于衡量包含炼油和化工装置的石油化工企业综合能耗水平。周英明等采用灰色系统理论分析法，建立灰色关联序，得出了原油集输系统联合站能耗影响因素的主次性。冯洪庆等也运用灰色关联理论提出了针对炼油企业能耗的星级指标评价体系，该方法能从宏观上反映炼油企业总体能耗水平，并从微观上反映企业内部各装置能耗是否合格。因此，在食品冷链上也可采用灰色系统理论分析法来评估能耗影响因素的顺序，从而针对最大影响因素制定相应能效措施。

通过以上的研究，得出5种能效评估指标在食品冷链中具有相对更大的参考价值，其产品类型、原理以及优缺点如表1所示。实际比能耗（Specific Energy Consumption，SEC）的计算模型虽然相对复杂，所需参数更多，但其同时考虑了库存水平、储存时间、填充水平以及食品质量损失等对比能耗的影响。所以，在条件充足时，可参考应用。此外，还可运用节能潜力评估法来确定冷链的平均节能潜力，从而提高整冷链能耗的透明度，然后再运用灰色系统理论分析法建立灰色关联序，从而得出食品冷链中能耗影响因素的主次，最终可根据最大影响因素制定特定能效措施，从而达到能耗与碳排放最小化及利润最大化的目的，实现食品冷链经济与环境的平衡，促进食品冷链的可持续发展。

表1 5种能效评估指标的比较

Tble 1 Comparison of five energy efficiency evaluation indicators

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