考虑电网动态碳势与电价信号的双阶段熔盐制造低碳需求响应优化方法

为应对可再生能源并网挑战并提升电网灵活性，上海电力大学团队创新性地构建了基于状态任务网络（STN）的熔盐制造碳-能流耦合模型，提出融合动态碳势与分时电价的双阶段优化方法。通过改进NSGA-III算法协调设备运行速率与生产时序，实现短期订单电费降低29.73%、碳排放减少0.64%，为高耗能企业参与电网需求响应提供了"环境-经济"双激励解决方案。

　　

在全球能源转型背景下，中国"双碳"目标对高耗能产业提出严峻挑战。作为典型高耗能行业，熔盐制造过程涉及多级生产设备与复杂能源流动，其碳排放不仅取决于设备能效，更受电网动态碳势（反映可再生能源时空分布）与分时电价双重影响。传统静态碳核算方法无法捕捉电网碳强度波动，导致企业缺乏参与低碳需求响应的动力；而单一设备优化策略难以协调生产连续性与电网互动需求。

上海电力大学研究团队在《Renewable Energy》发表的研究中，开创性地将电网节点动态碳势追踪模型与状态任务网络（State Task Network, STN）框架结合，构建了熔盐制造全过程碳-能流耦合模型。通过改进NSGA-III多目标优化算法，建立双阶段优化框架：第一阶段以设备运行速率为变量实现内部生产节奏优化；第二阶段引入生产时序调度变量，同步响应电网碳势信号与电价信号。案例研究表明，该方法在IEEE-33节点系统中使企业获得显著环境经济效益。

关键技术包括：1）基于STN的碳-能流可视化建模，整合22个动态碳流方程；2）节点碳势追踪模型，通过功率潮流与碳流（Carbon Emission Flow, CEF）矩阵计算实时碳排放因子；3）改进NSGA-III算法处理离散-连续混合变量；4）双阶段分解框架协调生产约束与电网互动需求。

结构分析
研究构建了"电网-负荷"交互系统，通过熔盐企业接入节点12的IEEE-33测试系统，量化了光伏（节点7/20）、风电（节点13/29）等可再生能源波动对碳势的影响。

优化方法
提出的双阶段框架突破传统单层优化局限：第一阶段通过设备变频调节实现缓冲罐-反应釜协同控制；第二阶段利用分时电价（TOU）与碳价信号指导生产时序调整，形成"削峰填谷-低碳用能"双重效益。

案例验证
以4.8小时短周期和24小时日周期订单测试显示：短周期场景下电费降低29.73%（主要受益于电价响应），碳排放减少0.64%；日周期场景碳排放降幅达2.26%，证实长期调度更能发挥动态碳势调节优势。

该研究首次实现制造过程与电网碳流的动态耦合，其STN建模方法为流程工业提供了碳-能协同分析新范式。通过揭示缓冲罐存储容量与变频设备调节的协同效应，证明物料缓冲可提升系统响应灵活性。研究建立的"环境-经济"双目标优化框架，为高耗能企业参与新型电力系统建设提供了可复制技术路径，对实现《中国制造2025》绿色制造目标具有重要实践价值。未来可结合数字孪生技术深化动态碳势预测精度，并探索多企业集群协同响应机制。