玻璃产品是工业生产和日常生活中不可或缺的材料，广泛应用于交通运输、仪器仪表、新能源汽车、航空航天和核能工程等领域[1]、[2]。全球年产量约为63,000吨，玻璃制造主要采用两种加热方式：利用化石燃料的火焰加热[3]和基于电阻元件的电加热[4]，这两种方式在温度控制和能源效率方面各有优势[5]。火焰加热的玻璃窑主要使用天然气、煤气和石油等化石燃料，Hu等人的最新研究表明[6]，这些燃料在传统制造系统中的总能耗占比分别为40%、24%和20%。使用化石能源存在多个问题，它们会向空气中排放大量二氧化碳和污染气体，导致全球变暖、环境污染和生态破坏[7]。化石燃料是非可再生资源，目前已确认可开采的化石燃料量约为500万吨。能源资源分布分析显示，中国国内天然气和石油储量严重不足[8]，Wang等人[9]提出了能源多样化策略，张等人的最新政策评估也进一步强调了这一点[10]。目前，电加热玻璃窑所消耗的电力主要来自煤炭燃烧，这一过程会产生大量二氧化碳和污染气体。为了实现“碳峰值”和“碳中和”的发展目标，工业生产的能源消耗和生产方式已经进行了调整，以迈向低碳经济[11]。
针对上述问题，许多研究人员研究了玻璃窑的节能和减排措施。Wang等人[12]通过引入新的废热回收循环提高了能源利用率。Tahsin等人[13]的研究重点在于过热烟气热回收，实施了先进的热交换网络。Massimo等人[14]通过设计带有内部热回收功能的新型燃烧器提高了系统的能源效率，而Springer等人[15]则研究了包括过程控制和燃烧技术在内的更广泛的技术。针对有机朗肯循环（ORC）的应用，Pili等人[16]和Danieli等人[17]探讨了其废热回收潜力，尽管存在热效率限制，但两项研究均报告了发电潜力。Gärtner等人[18]探索了新兴的氢能集成概念，在富氧燃烧环境中实现了电力转氢系统，尽管特定能源需求增加了25%，但仍实现了60%的二氧化碳减排。碳捕获集成是另一个有前景的方向，Gärtner等人[19]通过为窑炉燃烧流设计过程模拟模型进行了研究。Cui等人[20]通过对玻璃窑进行全面升级（包括结构设计、材料选择、燃料、燃烧、自动化、建模和烟气处理）实现了节能和减排。Khouya等人[21]在太阳能窑中加入了集成热存储装置，提高了热回收效率。Ning等人[22]通过战略调整（包括能源结构、运行效率和原材料结构的改进）降低了能源消耗。OuYang等人[23]研究了碎玻璃作为原材料的可行性，改进了隔热技术，并利用烟气废热发电实现了系统性的节能和减排。He等人[24]根据玻璃行业实现双碳目标的方法分析了氢能在玻璃行业的应用可行性，发现氢能替代化石燃料是一个重要的发展方向。Zeng等人[25]研究了玻璃窑中热化学重整的可行性，表明它可以显著降低能源消耗和排放。Hu等人[26]分析了原材料优化、燃烧结构优化、氧燃料燃烧和废热回收对玻璃窑节能和减排的影响。迄今为止，许多学者对窑炉进行了大量研究以提高能源利用率和减少碳排放，但尚未有关于可再生能源在浮法玻璃熔炉应用方面的研究。因此，本研究在指导浮法玻璃熔炉低碳经济和能源效率提升方面具有理论意义。
“碳峰值”和“碳中和”政策推动了可再生能源的更快、更复杂的发展。根据中国目前的风能和太阳能发电进展，可以预测到2050年不同条件下的风能和太阳能发电渗透率。根据当前政策发展，2050年风能和太阳能发电的渗透率将达到45.8%；在可持续发展情况下，这一比例将达到59.0%；而在碳中和情况下，渗透率将达到68.9%。与正常发展情况相比，这代表了发电量的显著增加，这些电力可以用于多种工业应用。
为了应对“碳峰值”和“碳中和”政策，工业生产增加了可再生能源的使用，节约了能源并减少了排放，从而促进了碳中和。本研究旨在通过使用太阳能为电熔浮法玻璃窑供电来实现玻璃生产的低碳经济。系统模型将用于分析能源和质量平衡。提出的解决方案的可行性将从多个性能指标进行评估，包括生产成本、能源消耗、碳排放、能源效率、碳交易以及太阳能和风能的利用情况。本研究为未来的浮法玻璃生产提供了有益的见解。
