现代发电技术与输配电系统高效运行的优化策略研究

作者简介：潘理（1986.11-），男，汉族，湖南冷水江，工程师，本科学历，研究方向：高压输变电

摘要：本论文聚焦现代发电技术与输配电系统高效运行的优化策略研究。系统梳理现代发电技术的分类体系，深入剖析传统发电技术与新能源发电技术的发展趋势，结合详实数据揭示输配电系统在输电损耗、配电自动化等方面的运行现状与问题。从发电技术革新、输电系统智能化升级、配电系统优化改造等维度提出针对性优化策略，并围绕电力市场政策完善、跨部门协同管理等方面制定保障措施，旨在为提升电力系统整体运行效率、推动能源可持续发展提供全面且具实操性的理论与实践指导，助力构建清洁低碳、安全高效的现代电力体系。

关键词：现代发电技术；输配电系统；高效运行；优化策略；电力市场政策；协同管理

引言

在全球 “双碳” 目标引领与能源结构深度调整的背景下，电力行业作为能源转换与供应的核心枢纽，其运行效率直接影响国家能源安全与可持续发展进程。现代发电技术的迭代升级与输配电系统的优化完善，是实现电力高效生产、可靠传输与精准分配的关键路径。然而，当前发电领域存在传统能源占比过高、新能源消纳困难等问题，输配电系统则面临线路损耗居高不下、智能化水平不足等挑战。深入探究现代发电技术与输配电系统高效运行的优化策略，对于推动电力行业绿色低碳转型、满足社会日益增长的用电需求、实现能源高质量发展具有重要的现实意义与战略价值。

一、现代发电技术概述

（一）发电技术分类

现代发电技术依据能源类型可清晰划分为传统发电技术与新能源发电技术两大阵营。传统发电技术中，火力发电凭借其成熟的技术体系与稳定的供应能力，仍是全球电力供应的主力。以超超临界燃煤机组为例，其发电效率可达 45% - 50%，较亚临界机组提升约 5 - 8 个百分点，显著降低了煤耗与污染物排放 。水力发电依托江河水流势能，通过大型水电站（如三峡水电站，装机容量达 2250 万千瓦）与小型分布式水电设施协同，实现清洁能源的大规模开发与灵活利用。新能源发电技术近年来发展迅猛，风力发电领域，海上风电机组单机容量已突破 10 兆瓦，叶片直径超 180 米，捕捉风能效率大幅提升；太阳能发电中，光伏电池转换效率持续突破，PERC 电池量产效率已达 23% - 24%，钙钛矿电池实验室效率更是超过 33%。此外，生物质能发电通过秸秆气化、垃圾焚烧等方式实现有机废弃物的能源化利用；地热能发电利用地下热水或干热岩资源，为区域供热与电力供应提供稳定热源；海洋能发电借助潮汐、波浪等能量，在沿海地区展现出独特的开发潜力。

（二）发电技术发展趋势

现代发电技术正沿着高效化、清洁化、智能化的方向加速演进。高效化方面，超临界二氧化碳布雷顿循环发电技术有望将能源转换效率提升至 50% 以上，且系统体积更小、成本更低；联合循环发电技术通过燃气轮机与蒸汽轮机的组合，使能源综合利用率超过 60%。清洁化进程中，全球风电、光伏累计装机容量持续攀升，2023 年全球新增光伏装机超 400GW，风电新增装机超 100GW，清洁能源发电占比不断提高。智能化趋势显著，数字孪生技术在发电设备运维中广泛应用，通过建立虚拟模型实时模拟设备运行状态，提前预测故障风险；人工智能算法优化发电调度，根据天气、负荷等数据动态调整新能源发电出力，提升发电系统的稳定性与灵活性。同时，多能互补集成优化发电系统逐渐兴起，通过太阳能、风能、储能、氢能等多种能源的协同配合，实现能源供应的高效、稳定与可持续。

二、输配电系统运行现状及问题

（一）输电系统分析

当前输电系统在保障电力跨区域输送中发挥着关键作用，但也面临诸多挑战。据统计，我国输电线路损耗率约为 5.5%，部分远距离输电线路损耗甚至超过 8%，主要源于线路电阻损耗、变压器损耗以及不合理的电网结构。在智能化水平方面，尽管部分特高压输电线路已部署无人机巡检与在线监测系统，但仍有大量中低压输电线路依赖人工巡检，故障定位时间长、修复效率低。随着新能源大规模接入，分布式电源的间歇性与波动性对输电系统稳定性构成威胁，如西北地区风电、光伏集中上网时，易引发电压波动与频率偏移，传统输电系统的调度与控制模式难以满足新能源消纳需求。此外，输电走廊资源紧张，城市电网扩容改造难度大，制约了电力输送能力的进一步提升。

（二）配电系统分析

配电系统作为电力供应的终端环节，直接关系用户用电体验。目前，我国部分城市配电网存在网架结构薄弱问题，约 30% 的配电线路供电半径超过合理范围，导致末端电压偏低、线损增加。配电设备老化严重，部分地区运行超过 20 年的变压器占比达 25%，设备故障率较高。配电自动化水平亟待提升，全国配电自动化覆盖率不足 60%，故障平均修复时间长达 2 - 3 小时，远高于国际先进水平（约 30 分钟） 。随着分布式电源、电动汽车充电桩等新型负荷快速增长，配电系统潮流双向流动特性加剧，对电压控制、保护配置与运行管理提出更高要求。此外，配电系统缺乏统一的规划与协调，不同区域发展不均衡，影响了整体供电可靠性与电能质量。

三、发电技术与输配电系统高效运行优化策略

（一）发电技术优化策略

传统发电技术优化方面，火力发电应大力推广超超临界燃煤机组与 IGCC 技术，推进煤电灵活性改造，提高机组调峰能力，使煤电机组最低技术出力降至 30% - 40% 额定负荷。水力发电需完善流域梯级水电站联合调度机制，利用大数据与人工智能技术优化发电计划，提高水能利用率。新能源发电领域，持续研发高效光伏电池材料与工艺，推动 HJT、TOPCon 等新型电池产业化；优化风力发电机组气动设计，降低叶片重量与成本，提高发电效率。加强储能技术与新能源发电的融合，推广锂电池、液流电池等电化学储能，以及压缩空气储能、飞轮储能等物理储能方式，解决新能源发电的间歇性问题。探索风光储氢一体化、多能互补微电网等新型发电模式，实现能源的高效协同利用。

（二）输电系统优化策略

降低输电损耗是提升输电系统效率的关键环节，而新型输电材料的应用为解决这一问题提供了有效途径。低电阻导线通过优化金属材质与结构设计，显著降低线路电阻，减少电能在传输过程中的热损耗；高导电率铝基复合材料凭借其优异的导电性能和机械强度，在同等输送功率下，能够大幅降低线路损耗，且重量较轻，便于安装与维护。在输电线路路径规划方面，借助地理信息系统（GIS）与卫星遥感技术，可对地形地貌、生态环境及负荷分布进行全面分析与精准建模，科学规划最短路径，避免因线路迂回造成的不必要损耗，同时减少对生态环境的破坏。 提升输电系统智能化水平是大势所趋。部署智能传感器能够实时采集输电线路的电流、电压、温度等关键参数，结合无人机集群巡检系统，可对线路进行全方位、高频次监测，及时发现线路缺陷与故障隐患，并实现故障预警。构建基于数字孪生的智能输电调度平台，通过对输电系统进行虚拟建模，利用大数据分析与人工智能算法，能够根据实时运行状态动态优化电力传输路径与潮流分布，提高输电效率与稳定性。针对新能源接入带来的挑战，加强柔性直流输电（VSC - HVDC）技术应用，可实现新能源的点对点、多端互联输送，降低交流系统对新能源的限制；建立新能源与火电、水电等传统电源的协调调度机制，依据各类电源的特性与实时出力情况，合理分配发电任务，保障输电系统安全稳定运行。

（三）配电系统优化策略

优化配电系统网架结构是提升电力供应质量的关键环节。实施配电网升级改造工程时，采用网格化、环状结构布局，能够有效打破传统放射式供电模式的局限，通过合理划分供电区域、优化线路连接，显著缩短供电半径，减少电能在传输过程中的损耗，大幅提高供电可靠性。例如在城市核心区域，网格化供电可使每个网格独立运行且互为备用，即便局部故障也能快速切换，维持整体供电稳定。 加快老旧配电设备更新换代，推广智能配电变压器、智能断路器等先进设备，借助物联网、传感器等技术实现设备状态的在线监测与智能控制。实时掌握设备运行参数，提前预警潜在故障，降低设备故障率。推进配电自动化建设，构建“三遥”全覆盖的配电自动化系统，利用通信网络与智能终端，实现故障的快速定位、隔离与非故障区段的自动恢复供电，将故障修复时间严格控制在15分钟以内，极大减少用户停电时长。针对分布式电源与新型负荷的大量接入，制定统一接入标准，建立多源协调控制机制，通过智能电表、微电网控制器等设备，实现分布式电源与负荷的双向互动与优化调度，确保配电系统稳定运行。开展需求侧管理，通过分时电价引导用户错峰用电，利用负荷聚合技术整合零散负荷资源，实现削峰填谷，有效提升配电系统运行的经济性与稳定性。

四、政策与管理措施

（一）电力市场政策

在双碳目标与能源转型的时代背景下，完善电力市场政策体系成为推动电力行业高质量发展的关键抓手。全国统一电力市场的建设，能够打破省间壁垒，优化电力资源在更大范围内的配置，降低交易成本，提高电力资源配置效率。建立现货市场、辅助服务市场与中长期市场协同运行机制，可实现不同时间尺度下电力电量的精准平衡。现货市场反映电力实时供需，辅助服务市场保障电网安全稳定运行，中长期市场则为市场主体提供风险对冲工具，三者相互配合，构建起功能完备的电力市场体系。 新能源消纳激励政策的出台，旨在破解新能源发展的瓶颈。度电补贴能直接降低新能源发电企业成本，增强其市场竞争力；优先发电权保障了新能源优先上网，提升利用小时数。制定可再生能源电力消纳责任权重，明确各方责任，配额制促使市场主体主动消纳新能源，绿证交易则通过市场机制实现新能源环境权益的价值变现。同时，加强电力市场监管刻不容缓。公平透明的市场准入与退出机制，能防止资本无序进入与劣币驱逐良币现象；规范市场主体交易行为，打击哄抬电价、串谋操纵等不正当竞争，维护市场秩序，确保电力市场在法治轨道上健康运行，为电力系统高效运行与能源转型筑牢政策根基。

（二）管理措施

在电力行业发展进程中，加强统筹规划与协同管理迫在眉睫。由于电力系统涵盖发电、输电、配电等多个复杂环节，且各区域电力需求与资源禀赋存在差异，因此需建立跨部门、跨区域的协同管理机制。各部门应打破信息壁垒，共享电力数据，协同制定发展规划；不同区域间则可依据自身资源优势，实现电力余缺互济，例如 “西电东送” 工程，就是统筹规划与区域协同的典型范例，有效促进了电力资源的优化配置 。推进电力体制改革，需深化厂网分开、主辅分离，减少垄断环节，构建公平竞争的市场环境，同时鼓励社会资本以 PPP 模式等参与电力基础设施建设与运营，激发市场活力，缓解电力建设资金压力。

人才与技术是电力行业发展的核心驱动力。加大人才培养投入，支持高校与科研机构设立电力相关专业，优化课程体系，将发电技术、智能电网、电力市场等前沿知识融入教学，培养适应行业发展需求的复合型人才。建立产学研用协同创新平台，企业可提出实际技术需求，科研机构与高校发挥科研优势，共同开展超导输电、智能电网控制等关键技术攻关，加速技术成果转化应用，提升电力系统运行效率。强化电力系统安全管理，要建立健全风险预警与应急响应机制，运用大数据、人工智能等技术对电力系统运行状态进行实时监测与风险评估，提前发现潜在隐患；加强电力设施保护，完善法律法规，严厉打击破坏电力设施的行为；同时，制定多场景应急预案，定期开展应急演练，提高电力系统应对自然灾害、网络攻击等突发事件的能力，切实保障电力系统安全稳定运行。

结束语

现代发电技术与输配电系统高效运行的优化是实现能源可持续发展的核心任务，需要技术创新、政策支持与管理优化的协同发力。通过推进发电技术革新、输配电系统智能化升级，完善电力市场政策与管理体系，能够有效提升电力系统整体运行效率，推动能源结构绿色低碳转型。在未来发展中，随着能源技术的持续突破与电力体制改革的不断深化，需持续探索更高效、更智能、更绿色的优化策略，为构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系提供坚实支撑，助力实现 “双碳” 目标与能源高质量发展。

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