衡量成功：一种用于评估长期持续改进的精炼方法论

《Resources, Conservation and Recycling》：Measuring success: A refined methodology for estimating long-term continuous improvement

　　摘要
成功的资源管理系统需要关于运营和公司层面绩效的即时和详细反馈。随着企业问责制的加强，这些绩效指标的准确性和可靠性变得越来越重要。传统的节省估算方法（尤其是线性回归）可能难以理解，并且可能会提供不同的结果。本文回顾了常见的效率指标，并指出了使用现有方法估算总节省额和百分比节省额时存在的数学上的不一致性。本文提出了一种改进的方法来计算长期效用节省额，该方法简化了现有方法，利用比率来定义一个调整后的基准线，从而能够在从资源到公司绩效的多个层面上实现一致和公正的结果聚合。一个简化的例子展示了所提出的方法如何改进现有方法，特别是在中间年份。本文的主要贡献在于将建模的效用使用转化为估算节省额的简化方法，以及实现跨尺度可比、可聚合和可操作结果的一致性汇总方法。

引言
在过去半个世纪中，全球每年能源消耗量几乎都在增加[Ritchie等人，2020年]。预计未来十年数据中心行业的能源需求将增加能源消耗的增长速度，特别是在美国[美国能源信息署（EIA），2026年]。因此，能源和资源效率成为企业和政策框架的核心，以帮助缓解需求增长问题[Ritchie等人，2020年；Ritchie和Roser，2018年]，因为效率是节省运营成本的最经济策略[美国能源效率经济委员会（ACEEE），2016年]。可以通过多种途径提高效率，包括运营变革、改造现有设备、安装更高效的技术或采用智能制造[Sundaramoorthy等人，2023年]。这可以从美国能源部的Better Plants Challenge计划最近进行的制造业能源效率评估中看出，该计划发现平均总能源节省率为19%，主要来自于“低垂的”快速回报机会[Miera等人，2024年]。采用最佳可用技术和发展更先进的效率解决方案可以在关键工业子行业（如钢铁、水泥和石灰以及玻璃）中长期额外节省20-40%的能源[Worrell和Boyd，2022年]。诸如ISO 50001标准[国际标准化组织（ISO），2018年]这样的战略能源管理计划可以通过提供持续反馈来帮助企业成功且持续地提高效率[McKane等人，2017年]。类似的管理标准也适用于那些致力于减少用水（ISO 46001[国际标准化组织（ISO），2019年]和废物（ISO 14001[国际标准化组织（ISO），2026年]）的组织。这些标准通常概述了成功管理计划的关键组成部分，但没有规定实现或量化节省的具体程序。

资源效率目标有多种形式，例如绝对值或基于生产力的强度降低。能源目标通常是基于强度的，可以按站点能源计算，以关注公司边界内的使用情况，或者按源能源计算，包括发电和分配损失。能源采购目标通常是发电容量目标或来自特定来源的总使用量的指定百分比，无论是现场发电还是通过合同采购。水资源减少目标也可以是绝对的或基于强度的，关注总用水量、摄入量、排放量或其他指标。废物减少目标相对较新，有多种选择，从废物转移到底部减少[Chaudhari等人，2024年]。其他企业目标则专注于常见工业副产品的绝对减少（例如，制冷剂、污染物）[Ranganathan等人，2015年]。国际上，各个国家和地区都有自己的效率目标和路径，例如中国计划从2020年的水平提高工业强度13.5%[Huld，2024年]，欧盟实施了更严格的效率政策，包括对非住宅建筑新的最低能源性能标准，并要求到2030年住宅建筑的能源性能提高16%，同样以2020年为基准[欧盟委员会，2024年]。消费者、员工和股东的期望以及能源效率带来的经济增长效益[Zakari等人，2022年；国际能源署（IEA），2025年]意味着能源和资源效率目标正受到更多科学研究和分析的关注[Kartal等人，2024年]。

测量与验证（M&V）是任何成功组织持续改进计划的关键部分。M&V是“为验证和报告[能源]节省而进行规划、测量、收集和分析数据的过程”[效率评估组织（EVO），2012年]。没有M&V，公司对其进展及当前行动方案的有效性和适当性了解有限。企业报告团队必须能够确定能源节省是否是可持续的，是效率项目的结果，还是仅仅由于产量降低或天气变温和所致。M&V方法在划定系统边界和用于估算节省的计算方法上各不相同。例如，可以通过设备规格估算新设备的能源节省，或者在安装前后通过分表直接测量。如果使用回归类型的方法来标准化不同时间段之间的节省额，还可以考虑系统级因素，如运行时间或吞吐量。这些原则也可以通过建立全设施范围的基准线并在实施变更前后跟踪使用情况来扩展到现场层面，同时对外部因素（如天气条件和生产水平）进行额外调整。

能源和资源效率目标的增加在很大程度上是一种分散的努力，具有基于组织或认可计划的各种目标和范围。例如，两个著名的美国能源效率计划是能源部的Better Buildings, Better Plants计划，该计划旨在十年内将能源强度降低25%，以及Energy Star Challenge for Industry计划，该计划的目标是在五年内将能源强度降低10%。这两个计划提供了类似但略有不同的关于如何跟踪和估算能源节省的指导[Price等人，2020年；美国环境保护署（EPA），2020年]。还有许多其他州级和公用事业级的计划，每个计划都有自己的重点（例如，田纳西河谷管理局的EnergyRight?计划、德克萨斯州能源保护办公室的Texas Industrial Energy Efficiency计划）。虽然国际标准化组织（ISO）50001标准[国际标准化组织（ISO），2018年]概述了成功能源管理系统的组成部分，但其在美国的实施范围有限[国际标准化组织（ISO），2024年]，并且仅建议建立与能源相关的关键绩效指标，而没有规定这些指标的具体内容。效率计划的多样性以及缺乏中央指导导致了计算跟踪改进指标时的不确定性和冲突。大多数关于能源跟踪的指导提供的实际信息有限，未能说明如何根据现实世界环境中的天气、生产等因素对能源节省进行调整，这些因素通常对能源消耗的影响大于大多数效率项目。在这种情况下，严格的、可辩护的调整对于区分能源节省与正常消耗波动至关重要。当前的M&V协议在应用这些调整时通过在节省额中加法或减法来计算百分比改进，这会导致在计算百分比改进时出现不一致性，而百分比改进本质上是一个乘法指标。如第3节所讨论的，基准线调整、节省额和百分比改进是相互独立的指标，在跨能源流或组织比较结果时会导致功能问题。本文探讨了这些问题，并将其归因于用于标准化能源消耗以考虑期间变化的加法调整。本文提出了一种新的基准线调整方法，使用比率和比例而不是加法/减法，创建了一种更加简洁、内部一致的方法来估算节省额并在多个设施之间合并结果，这种方法可以轻松地纳入现有的M&V协议中。这种新方法使得能源管理计划的采用更加容易和广泛，并提供了关于公用事业、设施和公司层面绩效的更好、更可靠的反馈。

当前跟踪进展的方法
估算指定时期内节省额（Si）的最简单方法是从基线期消耗量（Ab）中减去分析期消耗量（Ai），这一过程在本节后面被称为绝对方法。对于本文而言，分析期是指与基准期长度相等的时间段。基准期是第一个分析期，通常为单个年份。然而，外部因素的差异...

当前节省额计算中的挑战
公司经常使用不同的方法来跟踪不同公用事业或设施的绩效。在将不同来源的改进合并为公司层面的总节省额时，正确加权这些改进对于评估组织能源管理计划的整体绩效非常重要。尽管这是一种常见做法，但目前还没有标准或一致的方法来“汇总”多个绩效指标。

提出的方法
如前所述，使用当前方法计算节省额和百分比节省额混合了根本不同的数学运算和分母。估算任何参数的变化通常是通过几何缩放或比率来进行，而不是通过加法/减法。例如，生产增加后的故障率估算是通过将之前的故障率乘以新的生产水平来计算的，而不是通过对之前的数字进行某种调整。

完美模型示例的结果
重新审视完美模型示例展示了新方法如何提供改进的分析结果。绝对值和基于能源强度的分析结果保持不变。将提出的（13）、（14）、（15）应用于所有LR模型年度，得到表2中显示的结果。现在，年度节省额与所有分析年度的设计2%年度改进率相匹配，无论模型年度如何。此外，百分比节省额现在通过节省额和...

结论
本文提出了一种新的、内部一致的方法来估算节省额和百分比改进，用于效率跟踪。报告和基准期内的模型使用比率来调整基准消耗量。然后通过从实际当前使用量中减去这个调整后的基准量来计算节省额，百分比节省额是这些节省额与调整后基准量的商。通过在整个方法中融入调整后基准量的概念，避免了...

作者贡献声明
Christopher Price：写作 - 审阅和编辑，写作 - 原始草案，可视化，验证，软件，方法论，调查，正式分析，数据整理，概念化。
Kristina Armstrong：写作 - 审阅和编辑，写作 - 原始草案，可视化，验证，监督，软件，资源，项目管理，方法论，调查，资金获取，正式分析，数据整理，概念化。
Alexandra Botts：写作 - 审阅和编辑。

利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢
本研究得到了关键矿物和能源创新办公室、工业技术办公室以及美国能源部的支持，合同编号为DE-AC05-00OR22725，由UT-Battelle, LLC管理和运营。注意：该手稿由UT-Battelle, LLC根据与美国能源部的合同编号DE-AC05–00OR22725撰写。美国政府保留此手稿的所有权利，出版商在接受文章发表时承认...

制造科学部门，橡树岭国家实验室，One Bethel Valley Road, NTRC, 2360HVC, MS 6472, Oak Ridge, TN 37830, USA