蓄冷式智能冷鏈裝備及系統(tǒng)解決方案的應用探索

文/童山虎

中國中車股份有限公司是全球規(guī)模領(lǐng)先、品種齊全、技術(shù)一流的軌道交通裝備供應商。始建于1905年的中車石家莊車輛有限公司是國家級高新技術(shù)企業(yè)，近年來大力發(fā)展高端裝備制造產(chǎn)業(yè)，形成集鐵路貨車、軌道裝備空調(diào)、城軌車輛、新能源汽車、環(huán)保新材料、冷鏈物流裝備等于一體的多元化發(fā)展新格局。近年來，致力于冷鏈物流多式聯(lián)運領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)、裝備制造和資本運營服務，研制出先進的蓄冷式智能冷鏈裝備，并開展公路、公鐵聯(lián)運、周轉(zhuǎn)冷庫等多方面的運營業(yè)務，打造全程冷鏈示范工程。本文主要對蓄冷式智能冷鏈裝備及系統(tǒng)解決方案的研發(fā)應用情況進行介紹。

一、項目背景

1.冷鏈市場規(guī)模及發(fā)展趨勢

來自中物聯(lián)冷鏈委的數(shù)據(jù)顯示，我國冷鏈物流市場規(guī)模連續(xù)多年呈現(xiàn)兩位數(shù)增長率，2021年預計突破5000億元；同時冷鏈物流行業(yè)將進入“3.0時代”，即全民冷鏈需求爆發(fā)、基礎(chǔ)設施體系日益完善、新技術(shù)對產(chǎn)業(yè)驅(qū)動強勁。

在新時期，中央部門和地方政府相繼出臺多項產(chǎn)業(yè)政策并配套財政資金予以冷鏈行業(yè)的發(fā)展，使產(chǎn)業(yè)環(huán)境不斷優(yōu)化；隨著國家和人民消費意識提升，對冷鏈的重視程度也在增加； 勞動成本越來越高，冷鏈企業(yè)不能一味靠人員來降低成本，自動化、智能化至關(guān)重要，冷鏈裝備亟待升級。

目前，冷鏈行業(yè)發(fā)展備受重視，僅2020年國家層面出臺的冷鏈相關(guān)政策、規(guī)劃就超過56項，從多維度指導部署推動冷鏈物流行業(yè)健康發(fā)展。其中，農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流體系建設更是關(guān)注的焦點。近幾年的“中央一號”文件都包含冷鏈相關(guān)內(nèi)容，2021年的“中央一號”文件尤其注重對農(nóng)村物流體系的建設，要求加快推進田頭小型倉儲保鮮冷鏈設施等基礎(chǔ)設施建設，助力釋放鄉(xiāng)村消費潛力。

初芯A25蓄冷式智能保溫箱（CA25LNA）

MD1型移動式充冷站（MD9022A型）

2.冷鏈現(xiàn)狀及問題

我國是農(nóng)產(chǎn)品大國，2019年全國的果蔬、肉制品、水產(chǎn)品、乳制品總產(chǎn)量突破13億噸，在采摘、運輸、儲存等物流環(huán)節(jié)上的損失率高達27%左右，每年由此產(chǎn)生的經(jīng)濟損失超過千億元。而發(fā)達國家的果蔬損失率則控制在5%以下，美國蔬菜水果可實現(xiàn)全程冷鏈，損耗率僅有1%～2%。此外，我國綜合冷鏈運輸率僅為30%左右，發(fā)達國家在95%以上。

3.冷鏈裝備現(xiàn)狀

在冷鏈物流裝備和基礎(chǔ)設施方面，我國目前依然存在諸多不足之處：

中車芯冷云平臺

首次公路干線批量運用

（1）冷藏車/箱市場“山寨工廠”多，二手箱充斥市場，能耗高、污染重、無追溯；行業(yè)標準及監(jiān)管不嚴，“假冷鏈、土保溫”等問題被公路時效所掩蓋。

（2）氨庫爆炸隱患多，安全事故頻發(fā)；庫內(nèi)大多人工操作，無法實現(xiàn)自動運行；大量氨庫有待改造；能耗成本高，萬噸冷庫年運營成本高達1400萬元以上。

（3）2019年全國冷庫總量超6000萬噸；但分布不均，其中東部地區(qū)占比大，西部嚴重緊缺；華東地區(qū)更是占比達40%。全國庫溫也分布不均，其中低溫庫占比71.8%，中溫庫占比12.7%，高溫庫占比10.5%。

（4）原有規(guī)劃中的鐵路冷鏈基地尚未建成；鐵路冷鏈裝備B10、B22等車型數(shù)量少、狀態(tài)差，加上信息化程度差，造成人工成本極高；難以滿足冷鏈碎片化的運輸需求，較難實現(xiàn)冷鏈門到門。

基于以上問題，尤其是針對鐵路冷鏈存在的短板，中車石家莊車輛有限公司推出蓄冷式智能冷鏈裝備——初芯A25保溫箱+MD1充冷站。

因為鐵路上的貨運車無法使用油和電直接制冷，所以選擇蓄冷方式，并主要由充冷裝備和蓄冷箱兩部分組成。簡單說，就是利用制冷機組和載冷劑，在制冷后通過熱交換對蓄冷箱進行充冷；蓄冷箱頂部鋪設有蓄冷裝置，可實現(xiàn)自然釋冷，從而滿足鐵路干線運輸、公鐵聯(lián)運等過程中的低溫運行。也就是通過“前置充冷+無源釋冷”，實現(xiàn)恒溫恒濕、一箱到底。

二、示范運用

1.產(chǎn)品參數(shù)

中車蓄冷式智能冷鏈裝備主要包括保溫箱和充冷站，并配合中車芯冷云平臺使用。其中，初芯A25蓄冷式智能保溫箱（CA25LNA）采用45英尺標準公鐵聯(lián)運集裝箱；箱型尺寸為13.716×2550×2896米；采用0℃～5℃的設計使用溫區(qū)；可滿足環(huán)境溫度在-40℃～80℃下使用；標準工況下保溫時長為120小時。

MD1型移動式充冷站（MD9022A型）為可移動式充冷站，是直充式快速充冷裝備，額定功率為90kw，規(guī)格尺寸為20英尺。

中車芯冷云平臺采用北斗和GPS的雙定位系統(tǒng)，定位精準、可視管理，運營維護；可實時溫度狀態(tài)及貨品監(jiān)測；具有蓄冷時長預測、充冷規(guī)劃服務。

2.蓄冷裝備運用情況（表1）

表1 蓄冷裝備運用匯總（截至2021年2月10日）

截至今年2月初，中車蓄冷式智能冷鏈裝備累計運用里程達到30萬公里，其中鐵路運輸在6萬公里以上，運輸?shù)呢浳锓N類包括水果、蔬菜、鮮切花等等。運用情況相關(guān)數(shù)據(jù)，見表1。

(1) 首次公鐵聯(lián)運

2018年11月，首次實現(xiàn)在公鐵聯(lián)運中應用，并通過品質(zhì)檢測，從而證明中車蓄冷式智能冷鏈裝備適用于鐵路軌道運輸?shù)男枨蟆?/p>

(2) 首次公路干線批量運用

2019年6月15日至10月15日，開展基于8臺初芯A25蓄冷箱和1臺充冷裝備的小批量示范運用，系統(tǒng)運用里程累計約18萬公里，主要承擔來自永輝超市、順豐冷鏈、養(yǎng)樂多等客戶的葡萄、火龍果、荔枝、乳制品等生鮮品運輸任務，貨運量超過1500噸，貨物價值超過2000萬元。

其中，蓄冷裝備恒溫恒濕的優(yōu)勢得到永輝超市的高度認可——葡萄運輸有效消除2%干耗失重，減少2000元貨品價值損失（單箱總重2 0噸，單價5元/k g），并且新鮮掛霜，品相上佳。因此，在當年7月20日開啟的全國大促活動中，指定中車蓄冷箱作為葡萄專用裝備。

(3) 首次實現(xiàn)無源的全程冷鏈

2020年疫情期間，承擔云南至湖北的生鮮品運送任務，主要通過鐵路運輸和公鐵聯(lián)運方式，在疫情期間發(fā)揮出民生保障和應急物流作用，并且首次實現(xiàn)“最后一公里”直達，充分發(fā)揮出無源、環(huán)保優(yōu)勢，以箱代儲、落地成庫。

(4) 首次實現(xiàn)鮮花的鐵路長干線運輸

2020年2月18～21日，自昆明斗南花卉市場，經(jīng)王家營西站（昆）至咸寧站（武），裝載鮮花8t，保溫運輸65小時。

由于鮮花對溫濕度要求極高，現(xiàn)有機械式冷藏裝備無法實現(xiàn)長時間或長運距的公路或者鐵路運輸。利用中車蓄冷箱首次實現(xiàn)鮮花品類的長干線鐵路運輸、公鐵聯(lián)運后，蓄冷技術(shù)優(yōu)勢得到昆明斗南花卉市場貨主認可。

(5) 首次實現(xiàn)蓄冷箱批量落地成庫

在南京某批發(fā)市場真正實現(xiàn)落地成庫，通過將蓄冷箱進行排列，從而變成批發(fā)市場的周轉(zhuǎn)冷庫，可以隨著商戶檔口變動而遷移，不僅場地靈活，而且安全可靠，可避免批發(fā)市場內(nèi)供冷時的電力鋪設及用電安全問題；此外，通過集中制冷，機組效率高，并利用峰谷電價差，可實現(xiàn)節(jié)能降本。

以此為延伸，利用中車蓄冷箱可做到“以箱代庫”，用作田間地頭共享流動冷庫、鐵路貨場內(nèi)集外配的臨時冷庫。

三、系統(tǒng)優(yōu)勢

1.基于儲能技術(shù)的節(jié)能環(huán)保特點

以沃柑的冷鏈運輸為例，將風冷式與蓄冷式的冷藏箱進行對比，如表2。

表2 風冷式與蓄冷式方式比較

2.基于相變蓄冷的恒溫保鮮優(yōu)勢

從溫度波動度、箱內(nèi)相對濕度、干耗、保存期等方面，將機械式與蓄冷式的冷藏箱進行對比，如表3。

表3 機械式與蓄冷式方式比較

農(nóng)產(chǎn)品物流研究領(lǐng)域權(quán)威機構(gòu)通過果品采樣和檢測，對油麥菜、芒果、紅樹莓、草莓等品類通過蓄冷箱運輸前后的各項指標進行對比，結(jié)果證明大多指標無顯著差異。

這里以鮮花儲運效果為例，在長途運輸方面，從昆明至上海采用蓄冷式移動冷庫通過鐵路運輸96小時，灰霉病斑未見明顯擴散；而采用機械式冷鏈車通過公路運輸36小時，灰霉病斑擴散嚴重，甚至會出現(xiàn)腐爛狀態(tài)。在長期存儲方面，采用蓄冷技術(shù)可將瓶插期延長至15天到30天，從而可促使鮮花物流和供應鏈模式發(fā)生巨大改變。

首次實現(xiàn)蓄冷箱批量落地成庫

3.基于蓄冷智能物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)信安全

為了對在途運輸和儲存過程中的蓄冷箱狀態(tài)進行跟蹤監(jiān)控，特別引入物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，如應用基于北斗+5G的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并自主研發(fā)智能算法、通信協(xié)議以及數(shù)據(jù)庫，全面掌握“源代碼”及核心數(shù)據(jù)，突破國外制冷設備品牌對信息源代碼的壟斷，保障冷鏈信息安全和國家安全。

借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可為“最初一公里”和“最后一公里”的全程冷鏈提供安全透明可追溯的信息數(shù)據(jù)庫，徹底解決各環(huán)節(jié)參與者的后顧之憂；物聯(lián)網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，可為裝備在冷鏈全環(huán)節(jié)、全流程中的運用，提供最佳經(jīng)濟性、適用性的整體解決方案。

四、項目進展及發(fā)展愿景

1.將蓄冷箱應用在“最初一公里”，打造流動共享冷庫

在田間地頭推廣應用蓄冷箱，可補齊產(chǎn)地“最初一公里”冷鏈短板，促進全程冷鏈建設，助力“鄉(xiāng)村振興”。主要可達到以下效果：調(diào)節(jié)冷鏈設施需求隨果蔬等成熟期呈季節(jié)性、區(qū)域性，及庫溫、庫容變動的供需平衡；無需土建等基礎(chǔ)設施建設，“最初一公里”冷鏈設施“零成本”增加；延長保鮮時間和品質(zhì)，解決農(nóng)產(chǎn)品成熟期“低價”和“滯銷”等農(nóng)民痛點；助力鄉(xiāng)村振興建設，保障農(nóng)民利益。

圖 應用蓄冷“溫控+能源”解決方案打造全程冷鏈

2.蓄冷式冷庫及運營方案

（1）以“蓄冷—溫控—儲能”為核心的恒溫恒濕庫建設。

因在鮮花儲運方面應用效果很好，所以目前正與花企合作建設鮮花專用庫，保證溫控范圍為2±1℃，濕度為70%～90%，能耗降低超20%

（2）以公鐵聯(lián)運冷鏈基地為重要節(jié)點，促進“能源流”與物流傳統(tǒng)四流融合。

以蓄冷冷庫為中心，建立蓄冷裝備運用閉環(huán)；移動冷庫與固定冷庫互為補充，柔性調(diào)節(jié)；充冷設施布局，促進蓄冷裝備規(guī)模化應用；“冷隨貨走”不斷鏈，能源集約化管理。

3.助力“一帶一路”建設

積極參與國家“一帶一路”建設，充分發(fā)揮中國中車高端裝備制造和科技創(chuàng)新優(yōu)勢針對中歐班列運距長、環(huán)境惡劣的運輸條件，開展中歐班列關(guān)鍵技術(shù)課題的研究，以解決現(xiàn)有裝備故障率高、溫控效果差的問題，從而適應中歐班列維保困難、回程高附加值貨物運輸?shù)葘嶋H需求。

4.蓄冷新能源城配方案

將中車新能源車產(chǎn)業(yè)與蓄冷技術(shù)相結(jié)合，打造蓄冷新能源城配方案：保溫箱體+蓄冷模塊，蓄冷模塊標準化、互換性；通過換裝蓄冷箱體，充分利用現(xiàn)有城配車輛資源；解決新能源冷鏈車里程焦慮問題。

運用方案是建立城配車輛樞紐，統(tǒng)一調(diào)度管理；以中央廚房、冷鏈分揀中心、冷庫為樞紐或節(jié)點，集中充冷、換冷；并可釋放冷庫機組能力，降低系統(tǒng)成本。

5.蓄冷冷鏈零擔方案

航空運輸時效快，但也存在費用高、易斷鏈、周轉(zhuǎn)次數(shù)多等問題。結(jié)合蓄冷技術(shù)可實現(xiàn)全程蓄冷保證生鮮品質(zhì)、同時一定程度降低制冷能耗。

通過高鐵貨運與蓄冷技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)各類貨物混裝、生鮮不斷鏈，充分發(fā)揮高鐵優(yōu)勢。

為方便鐵路快遞業(yè)務開展，可通過蓄冷集裝單元+快運魔方系統(tǒng)，使貨物像乘客一樣沿著鐵路線隨站隨下隨上，提高周轉(zhuǎn)率，實現(xiàn)冷鏈零擔貨物多式聯(lián)運的需求。

最終的發(fā)展愿景是，通過科技賦能和各方協(xié)作，將蓄冷“溫控+能源”解決方案更廣泛地推廣應用，從而助推產(chǎn)業(yè)升級。