光伏玻璃廠低碳運營模式研究

【中圖分類號】F279.23；TQ171.7；X322

【文獻標志碼】A

【文章編號】1673-1069(2025)05-0102-04

1引言

在碳達峰、碳中和的“雙碳”目標成為國家戰略主線的宏觀背景下，綠色低碳已成為制造業轉型升級的核心導向。作為新能源戰略支柱產業的重要組成部分，光伏產業的發展承載著能源結構優化的任務。光伏玻璃廠是高溫熔融及高能耗的典型重工制造單位，其在多個工藝環節中均存在大量化石能源消耗與間接碳排放問題。因此，構建光伏玻璃廠低碳運營模式，不僅是實現制造端碳強度控制的必由路徑，更是保障光伏產業綠色可持續性與全球市場競爭力的內在要求。

2光伏玻璃廠運營現狀

在當前運營模式下，光伏玻璃廠普遍呈現以高能耗驅動、高溫熔制為核心的傳統工藝路徑，生產過程依賴天然氣、煤炭等化石能源供熱方式，導致單位產品能耗水平持續處于高位，碳排放強度較高，同時玻璃熔窯熱效率普遍偏低，熱能回收利用不足，余熱管理機制缺失，造成能源使用結構不合理與資源利用效率不高并存的運行格局。在原材料采購與物流環節中，供應鏈碳足跡可追溯體系尚未構建，綠色采購與低碳運輸尚未形成閉環。企業對生產全過程碳排放的動態感知能力較弱，碳排監測手段依賴離線統計，難以實現碳強度的實時管控與優化調度。在生產組織過程中尚未引人能碳協同調度系統，能耗數據未與碳排放數據實現集成化管理，導致碳績效考核與決策支持體系功能缺失。廠區建設與設備配置未落實綠色建筑理念，整體能源系統數字化、智能化程度較低，碳資產管理機制尚處于起步階段，難以有效開展碳配額交易與碳金融工具應用，從而制約企業向低碳化轉型升級的路徑優化與實施落地。

3問題識別與成因剖析

3.1問題識別

3.1.1能源結構高度依賴傳統能源，綠色電力接入率低

在當前的能源結構中，光伏玻璃廠表現出對煤炭、天然氣等高碳能源的高度依賴，熱能供應系統以化石燃料為主，電力來源以區域電網的常規火電為基礎，清潔能源占比極低，綠色電力接人率長期滯后，未形成分布式光伏發電與清潔能源協同補能機制，造成單位產品綜合能耗與碳排放強度持續居高不下。能源系統的外部低碳性與內部能效性難以協同提升，其根源在于企業缺乏系統性的能源結構優化路徑與綠色能源替代戰略。光伏玻璃熔窯對熱負荷的連續性與穩定性要求極高，現有綠色能源供應能力不足以支撐生產全過程穩定運行。

3.1.2工藝環節碳效率低，清潔生產水平不高

光伏玻璃廠在高溫熔制、成型、退火等核心工藝環節中普遍存在碳效率偏低與清潔生產水平滯后的問題，主要體現為窯爐熱能轉化效率低、廢熱回收系統不健全、能耗工序控制精度不足、關鍵設備運行能效偏離最優區間，致使單位產出玻璃的能耗與碳排放強度處于行業上限水平。尤其在原料預處理與熔制階段，碳源控制與反應熱效率協同不足，原材料中的高碳組分在高溫條件下發生不可控氧化反應產生大量二氧化碳排放。生產過程各階段之間缺乏能碳協同管理機制與清潔工藝鏈條貫通設計，導致高能耗工序間存在熱損疊加與碳排放重疊現象。

3.1.3數字化碳管理系統不完善，碳監控與核算機制缺失

光伏玻璃廠在碳排放管理體系構建方面存在顯著短板，數字化碳管理系統建設滯后，尚未形成覆蓋能源消耗全過程、數據采集全要素、排放源精準定位的多維度碳監控體系。碳數據獲取主要依賴人工填報與定期統計，缺乏基于物聯網技術的實時監測設備與邊緣計算節點部署，導致碳排放數據滯后、片面且不具備可追溯性，無法滿足精準核算與動態調控的管理需求。排放因子設定缺乏工藝工況差異化調整邏輯，碳核算模型缺乏針對性與精度支撐，未構建涵蓋直接排放、間接排放與生命周期排放的三級碳核算邊界，難以實現產品碳足跡量化與碳績效指標體系構建。

3.1.4供應鏈綠色協同程度低，原材料與下游碳協同斷鏈

光伏玻璃廠在全生命周期碳減排路徑中存在顯著的供應鏈協同障礙。在原材料采購壞節，未建立以碳排放因子為核心的綠色篩選機制，缺乏原料來源追溯體系與碳足跡評估標準，導致高碳原材料仍占據主導地位，難以實現源頭減排目標。供應鏈上下游之間未形成碳信息共享機制，企業無法獲取供應商與客戶的碳排放數據，制約了碳績效協同優化的實現。在運輸與包裝環節，綠色物流體系建設滯后，低碳配送路徑與可循壞包裝未系統部著。能源消耗與碳排放控制能力薄弱，且未建立多節點碳協同響應機制，無法實現碳減排責任在供應鏈環節的有效分解與傳導。

3.2成因剖析：技術、管理、政策、成本四大障礙

光伏玻璃廠在低碳轉型過程中面臨技術路徑不成熟、管理體系不完善、政策激勵不足與成本結構制約四重障礙的疊加影響。在技術層面，高溫熔制過程中低碳替代能源適配性差、清潔生產技術集成度不足、碳捕集與資源化利用設備尚未實現產業化配套應用，制約了高碳工藝環節的減排效能釋放；在管理層面，企業缺乏系統性碳資產管理架構與多維能碳協同調度機制，能源績效與碳排考核未納人核心運營指標，碳信息流通機制與決策支撐系統建設滯后，導致碳治理碎片化、響應遲滯；在政策層面，現行碳配額覆蓋范圍有限，綠色能源優先接人機制不完善，地方性財政激勵機制缺失，導致企業在綠色轉型過程中缺乏可持續的政策導向與資源傾斜支持；在成本層面，高效低碳設備、智能化碳監測系統及綠色材料采購投入高企，缺乏可量化回報周期評估模型，疊加碳交易市場機制尚未成熟，難以形成有效的經濟驅動機制。

4光伏玻璃廠低碳運營模式的構建路徑

4.1優化能源結構

4.1.1引入綠色電力與分布式光伏系統

在光伏玻璃廠的低碳運營路徑中，高耗能設備替代是能源結構優化的關鍵技術環節，必須以能效提升路徑為基礎，全面實現能耗控制與智能運行一體化協同。應以高溫熔制段及輔助能流環節為核心，推進傳統燃煤直燃設備與低效機械設備的系統性替代，構建由電熔窯與低氮燃燒爐等構成的新型高效能源系統，并結合清潔能源接入體系實現源頭替代。

圖1所示結構為典型的光伏電力接人系統，適合部署在光伏玻璃廠廠區屋頂或空置場地上。其核心組成包括太陽能電池陣列與逆變器，通過將太陽輻射轉化為直流電，再經逆變系統轉換為交流電，最終接入高壓電網，從而實現清潔能源的就地利用，形成工廠內部能源補充的閉環系統。在運行機制方面，該系統可結合高耗能設備的運行規律，實現用能的分時調度。通過數據采集器對溫度儀、輻照儀等環境監測裝置進行數據獲取，并與生產過程的實時采集模塊協同工作，所獲取的數據接人能效管理平臺，從而實現電源與負載之間的動態閉環調節，有效提升能源利用效率。

圖1光伏電力接入系統圖

4.1.2新能源協同利用

在光伏玻璃廠的低碳運營路徑中，新能源的協同利用是構建清潔能源供需耦合系統的關鍵技術環節。其核心目標在于通過多場景、多能源類型的可再生能源融合部署，打破生產工藝過程對傳統高碳能源的單向依賴，推動能源供給結構從單一化向多元化轉型，從而在保障產線連續性與穩定性的前提下，實現碳排放的結構性削減。目前，光伏玻璃生產主要依賴高溫熱能和高負載電能，若僅依靠常規火電和化石燃料，不僅碳排放系數居高不下，而且能源成本受市場價格波動影響明顯，增加了企業運營的不確定性。為此，有必要在原有能源結構中引入具備可再生屬性的新型清潔能源集群，如太陽能和風能等間歇性能源，通過電力轉換與熱能儲存技術，形成可控、高效的能源供給單元。在實際部署中，屋頂光熱系統通過集熱器采集太陽輻射能，加熱水或熱載體，經由熱交換設備輸送至退火、烘干等中低溫熱負載工藝段，用以替代傳統燃氣或電加熱方式。此舉不僅提升了清潔能源在熱工系統中的滲透率，也有效降低了對化石能源的依賴程度。

4.2生產流程綠色再造

4.2.1清潔生產工藝優化

光伏玻璃廠的低碳轉型需以全過程污染物削減與智能化運行協同為基礎，全面構建涵蓋原料處理、熔融成型、均化澄清、清洗與廢物治理等多個環節的低碳化運行鏈條，推動工藝系統的綠色再造。在原料處理環節，應以高純度、低雜質的石英砂替代高碳含量礦料，從源頭減少碳元素輸入。同時，在配料過程中引人高精度稱量控制系統，通過精準投料實現原料消耗的最小化，避免因配比誤差導致的工藝波動與資源浪費。在熔融階段，建議采用低碳電熔窯取代傳統重油或煤氣直燃窯爐，不僅可有效降低直接碳排放，還能借助優化后的熱場結構與熔池溫度感知系統，對熔制區域的溫度分布進行動態調節，從而實現單位熱能釋放效率與二氧化碳排放削減量的協同提升。在均化澄清過程中，應采用分段攪拌技術確保玻璃液流動均勻，并促進雜質的徹底析出。這一措施有助于提升產品質量，減少由于瑕疵導致的重復熔融和廢品報廢，從而降低間接能源消耗與碳排增量。清洗工段則應引入去離子水循環系統，既可有效減少新鮮水資源的消耗，又能降低后續水處理環節的運行負荷。同時，在各工藝段設置粉塵與廢水收集裝置，實現污染物的源頭分類控制與清潔排放，進一步優化環境績效。

4.2.2原材料循環利用

光伏玻璃廠應構建以原材料回收、再生資源再投、邊角料再用與工藝殘渣再處理為主軸的閉環物質流動體系，通過工藝設計優化、原料配比調整與材料循環路徑重構，實現生產性廢棄物向資源性原材料的系統轉化，有效降低單位產品原生資源消耗量并同步壓降碳足跡指標。循環經濟結構模型如圖2所示。

圖2循環經濟結構模型圖

該模型體現了從原材料效率提升、制造工藝能效優化、產品使用階段殘余價值利用到最終廢棄物安全處理全流程的循環路徑。其中，光伏玻璃廠在制程中應通過邊角料粉碎，將切割余料與次品玻璃等加工殘留高效回收，并采用精密粒徑分級系統，提升回收料純凈度后按比例摻人原配料系統中重新熔融，保證熔制穩定性與光學性能符合要求。在高溫原料儲運環節，部署密閉傳輸管道，減少物料損耗。在生產數據平臺，建立原材料投人與回收輸出動態平衡模型，結合原料碳因子數據庫開展原材料碳強度結構優化，推動低碳原料優先采購與循環材料利用優先配置。通過產品生命周期評價(LCA），量化再生原料摻混比例對單位碳排的邊際削減貢獻值，并在能源調度系統中引入再生原料熔融比能模型，優化熔制曲線，以減少因原料熱穩定性差異導致的熱耗波動]。

4.3碳排放數字化監測體系建設

4.3.1應用物聯網實現碳排可視化

為實現碳排放的實時感知與可視化呈現，光伏玻璃廠應構建覆蓋全過程的多層級碳排監測系統。系統應在原材料預處理、玻璃熔融、退火、清洗等關鍵工序環節部署高頻響應的工業級碳監測終端，對二氧化碳、甲烷等關鍵溫室氣體進行多點位、高精度同步監控。與此同時，應同步部署溫度、壓力、氣流速度等運行參數采集模塊，構建多源異構數據采集體系。借助邊緣服務器實現本地數據的初步清洗、異常修正與規范化處理，確保數據質量后再上傳至中心數據庫，實現計算負荷的前端分擔與網絡帶寬的優化利用。在數據中心平臺，應基于設備運行狀態建立碳強度計算模型，并利用能耗一碳排耦合關系開展多維模型擬合，構建動態的碳排放溯源鏈條。通過集成GIS建模與工業BIM（建筑信息模型）技術，構建三維車間空間場景，實現生產系統運行狀態的可視化還原。系統最終以圖表、熱力圖、實時曲線等形式動態呈現碳排放數據，構建面向用戶的碳排放可視化界面。在管理端，結合權限分級機制，實現按時間段、按部門、按設備等多維度的碳排數據查詢，支持崗位級的精細化績效評估與碳達標執行反饋。

4.3.2實時排放監控技術集成

實時排放監控技術的集成，是構建多源排放點全過程動態監管體系的關鍵技術路徑。其核心在于以分布式智能傳感技術為基礎，融合邊緣計算節點，構建具備高響應性與高準確度的一體化排放數據流動與處理系統。在系統架構層面，應在排放關鍵節點布設具備多組分識別能力的紅外氣體分析儀，實時獲取包括二氧化碳、氮氧化物、顆粒物等污染因子的瞬時濃度與體積流量等數據。上述原始監測信息經由邊緣計算模塊進行實時去噪與濾波處理，形成結構化、可用的本地監測數據集，保障數據處理的時效性與完整性。在邊云協同架構支持下，系統可實現本地快照分析與云端歸檔存儲的同步運行。邊緣端完成初步篩選與短時響應，云端則承擔歷史數據的長期保存與趨勢分析，為后續的大數據建模與策略調整提供數據基礎。依托工業互聯網平臺，排放監控系統與能耗監測系統可實現高并發場景下的協議級互聯互通。中央控制系統通過集成式監控大屏，融合熱力分布圖、指標異常曲線及實時數據報表，構建多維度可視化展示界面，實現對不同監測維度的動態對比分析。在數據分析層，應構建基于多因子數據輸人的排放異常識別模型，識別超標排放行為的路徑與誘因，并觸發自動化預警機制，確保在排放異常初發階段即可實現精準響應。同時，系統可根據預設排放因子閾值，自動生成分類排放報告，并進行歷史對比與指標歸檔，提升數據的管理價值與追溯能力。該系統可作為企業碳管理體系的核心支撐模塊，為碳強度考核、能碳績效分析、排放限額分配以及碳交易前期準備等工作提供實時化、結構化的決策依據，從而推動企業在精準減排與市場化碳管理路徑中實現數字化治理的落地應用。

4.4構建綠色供應鏈與全鏈條協同機制

4.4.1構建綠色原材料采購與碳足跡溯源制度

在構建光伏玻璃廠低碳運營體系過程中，原材料采購端的綠色轉型是實現碳排放前端控制的關鍵環節。通過對原材料來源碳強度的識別、全生命周期環境負荷評估以及綠色采購協議的制度嵌人，可有效降低單位產品的初始碳負載，同時，提升材料使用階段的環境績效水平。該制度體系應以碳足跡數據庫、采購合同中的環境條款以及碳排放溯源機制為核心構成。在實踐中，應針對光伏玻璃生產所涉及的核心原料與添加劑，建立詳盡的碳足跡溯源體系，對原料的采掘方式、運輸路徑、加工能耗、包裝材料及轉運頻次進行全過程追蹤，并將其轉化為標準化的環境負荷參數。借助工業碳因子模型算法平臺，可對各批次原料的碳足跡數據進行可視化處理，在供應鏈管理平臺中嵌入碳足跡查詢接口，實現綠色供應的優先匹配機制。采購部門在外部原料采購過程中，應按照“采購前碳因子篩選一采購中碳數據同步一采購后碳績效審計\"的三階段流程，實施碳排放全流程動態管控。在供應商管理層面，應構建綠色供應商認證機制。依據歷史碳排放水平、環保投人指數、環境合規性等維度建立供應商評分與評級模型，推動優質低碳供應商優先進人采購體系。對于碳強度較高的原料，應建立采購限額制度與準人門檻，防止高碳物料進人綠色產業鏈。在合同管理層面，應推動綠色采購向制度化、契約化方向深化。采購合同應明確嵌人原材料碳排上限指標，并設立履約碳審計機制，以合同形式強化碳排放控制的剛性約束。結合碳資產管理平臺，可將原材料采購端的碳排放數據與整體碳資產進行系統耦合，推動碳強度控制在供應鏈前端的預警與調節，真正實現碳排放“從源頭管控”的精細化目標。

4.4.2構建多節點碳協同機制

構建多節點碳協同機制，是推動光伏玻璃產業鏈全生命周期減排的重要路徑。其核心在于依托跨組織碳排數據互通平臺與碳激勵約束機制，打破傳統單節點靜態核算模式，推動上下游主體圍繞碳強度指標與碳成本結構實現數據共享與協同管控。在平臺構建層面，應在企業信息集成平臺中接入原料來源碳數據、制造過程碳排信息以及用戶側的碳反饋數據，形成覆蓋全流程的多維碳信息模塊。借助物聯網傳感器設備，對供應鏈各關鍵節點的碳排放狀態進行實時采集與初步預處理，確保數據的時效性與準確性。基于收集的數據，可運用時間序列分析方法構建完整的碳流圖譜，描繪碳因子的空間-時間演化路徑。在碳協同模型中引人“邊際碳效益指標”，用于量化上游節點碳強度對中下游碳負荷的聯動效應，使協同作用具有可計量、可評估的評價體系。在供應鏈管理實踐中，應建立以碳績效對比與碳配額動態調整為基礎的節點協同控制機制。上游節點的低碳績效將轉化為中下游節點的碳配額激勵，而高碳排節點則面臨碳預算壓縮的約束，從而形成倒逼式減碳壓力傳導鏈條。在生產組織環節，可引入聯合排放控制策略，通過對生產排程、工藝路徑與設備運轉方案的動態重構，實現基于碳最優化目標的跨節點聯動調度。此舉有助于提升整體碳效率與能源利用率，推動設備協同運行與能耗最小化自標的協同演化。在機制設計層面，應設立節點聯動激勵機制與碳協同獎懲制度。對于協同減碳效果顯著的主體節點，給予碳收益分成與供應鏈合作優先權等正向激勵；對于未達成協同自標的節點，則通過下調信用評級、限制采購份額等方式實施約束性管理。

5結語

綜上所述，通過優化能源結構、生產流程綠色再造、碳排放數字化監測體系建設、構建綠色供應鏈與全鏈條協同機制，光伏玻璃廠能夠實現碳排放源頭可控、過程透明、全鏈高效。光伏玻璃廠低碳運營模式的建立，不僅提升了資源利用效率及碳治理能力，也為我國高耗能制造行業的綠色轉型提供了范式支撐與路徑借鑒，具有重大戰略價值與現實推廣意義。

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