【行業動態】戰略升級改造延長G級燃氣輪機使用壽命

導讀：據三菱官網12月18日報道，全球電力行業正經歷根本性變革。隨著風能、太陽能等間歇性可再生能源在發電量中的占比不斷提升，燃氣輪機電廠的運營需求也在發生轉變。

在可再生能源并網率較高的諸多地區，大型公用事業電廠不再需要持續提供穩定的基荷電力，其運行模式正變得更加動態化——為平抑風光發電固有的波動性、緩解日益凸顯的“鴨子曲線”效應，電廠需要具備更強的調峰能力、更快的啟動速度與負荷響應速率。

許多數十年前投運的燃氣輪機電廠，其設計工況并不適配當下的新型負荷曲線，亟需通過戰略升級改造來保障電網可靠性。對于三菱動力M501G系列燃氣輪機運營商而言，將蒸汽冷卻燃燒室改造為空氣冷卻燃燒室，是提升電廠靈活性、縮短啟動時間、滿足高可再生能源滲透率電力市場高效運行需求的關鍵方案之一。

該項改造還能增強機組摻氫燃燒能力，無需更換發電容量即可為未來降低二氧化碳排放創造條件。

從蒸汽冷卻到空氣冷卻燃燒室的改造

采用傳統蒸汽冷卻燃燒室的G系列燃氣輪機，在過去20年間已累計實現超700萬小時的可靠運行。M501GAC系列燃氣輪機沿用了原蒸汽冷卻G系列的成熟技術，同時集成了先進的空氣冷卻燃燒室。

在M501GAC構型下，壓縮機排氣直接為燃燒室部件提供冷卻，不僅省去了蒸汽冷卻系統，還徹底擺脫了燃氣輪機對底循環蒸汽品質的依賴。每臺燃燒室均配備全預混燃料噴射系統，可最大限度降低氮氧化物與一氧化碳排放，大幅提升機組適應現代電網需求的靈活性。

GAC改造工程可在電廠常規計劃停機期間完成，核心施工內容包括：

- 安裝新型空氣冷卻燃燒室并改造燃燒室機匣

- 改造一級渦輪葉環

- 拆除燃燒室旁通裝置及相關設備

- 新增燃氣供應層級

- 移除冷卻蒸汽供應與回流管路

- 安裝新的儀表設備并更新控制邏輯

佐治亞州麥道納-阿特金森電廠的前瞻性升級

三菱動力近期為美國佐治亞電力公司位于士麥那市的麥道納-阿特金森聯合循環電廠完成了兩臺M501G燃氣輪機的空氣冷卻燃燒室改造。該項目的核心目標是，通過省去燃氣輪機啟動前的蒸汽準備環節，以及負荷提升階段建立穩定蒸汽工況所需的額外時間，縮短發電單元的啟動時長。

更換為空氣冷卻燃燒室后，機組調峰能力顯著增強，不僅能減少啟停次數，還能維持必要的旋轉備用容量以保障電網可靠性，同時提升電廠設備利用率，為未來更高比例可再生能源并網做好準備。

此次GAC改造與多項性能提升升級工程同步實施，包括采用預混引燃技術以增強燃燒穩定性、降低污染物排放；實施KAI渦輪升級以提高機組出力、改善熱效率；加裝渦輪冷卻空氣（TCA）旁通系統以優化冷卻空氣用量，進一步提升渦輪綜合性能。

調峰能力提升與啟動時間縮短

麥道納-阿特金森電廠的升級改造成功達成了佐治亞電力公司縮短啟動時長的目標——機組從啟動到輸出可調度可靠電力的時間縮短了3小時。

結合全預混燃料噴射、冷卻流量調節與TCA旁通系統的協同作用，升級后的機組調峰范圍拓寬約20%，在更低負荷下仍能保持穩定高效運行，大幅提升了運行靈活性。

TCA旁通系統是一種渦輪空氣旁路裝置，通過減少參與燃燒的冷卻空氣量，提高部分負荷工況下的燃燒溫度，降低一氧化碳生成量，從而幫助電廠降低最低環保合規負荷（MECL），拓展機組運行邊界。

摻氫燃燒能力增強

除提升調峰能力與縮短啟動時間外，GAC構型改造還助力佐治亞電力公司實現了通過摻氫燃燒推進發電脫碳的長期目標。

2025年6月，佐治亞電力公司與三菱動力合作，在電廠一臺M501GAC燃氣輪機上成功完成了部分負荷與滿負荷工況下的氫氣-天然氣混合燃料燃燒二次試驗。

該示范項目首次在先進等級燃氣輪機上驗證了50%摻氫燃燒的可行性，是迄今為止規模最大的同類測試。當摻氫比例達到50%時，與純天然氣燃燒相比，二氧化碳排放量減少約22%。在此次50%摻氫示范試驗之前，項目團隊還開展了摻氫比例5%至50%的多輪測試。

降低運維成本提升電廠可靠性

此次升級改造同樣助力電廠降低運維成本、提高設備可靠性。預混引燃技術的應用，將氮氧化物排放濃度降至13ppm以下。這不僅帶來顯著的環保效益，還減少了燃氣輪機選擇性催化還原（SCR）系統的氨水消耗量，直接降低運行成本。

此外，由于不再需要冷卻蒸汽，電廠拆除了包括輔助鍋爐、燃燒室旁通裝置在內的多個高維護需求系統。燃氣輪機啟停次數減少，降低了燃燒室等關鍵部件的應力損傷，有助于減輕設備材料疲勞、減少檢修需求、延長計劃停機檢修間隔。

三菱動力發電服務產品線總監羅恩·霍弗表示：“隨著可再生能源發電規模擴大，以及人工智能驅動的能源需求重塑電網格局，對可靠、靈活電力的需求達到了前所未有的高度。三菱動力致力于與客戶合作，提供戰略解決方案，提升發電可靠性與性能，助力發電資產向脫碳未來轉型。麥道納-阿特金森電廠項目正是三菱動力與運營商攜手共建可靠、可持續發電未來的典范。”

加速向低碳未來轉型

蒸汽冷卻燃燒室技術誕生于上世紀90年代，旨在實現聯合循環發電效率的行業突破。盡管該技術至今仍保持可靠運行，但當下燃氣輪機面臨快速啟動、深度調峰、兼容氫氣燃料等新需求，使得空氣冷卻技術成為當前更受青睞的方案。

通過升級為先進的空氣冷卻燃燒室，G系列燃氣輪機運營商能夠以經濟高效的方式延長電廠使用壽命。結合其他戰略升級改造措施，這些燃氣輪機可被升級為靈活的調峰資產，既能保障當前電力系統穩定運行，又能為低碳未來奠定基礎。

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