【行业动态】战略升级改造延长G级燃气轮机使用寿命

导读：据三菱官网12月18日报道，全球电力行业正经历根本性变革。随着风能、太阳能等间歇性可再生能源在发电量中的占比不断提升，燃气轮机电厂的运营需求也在发生转变。

在可再生能源并网率较高的诸多地区，大型公用事业电厂不再需要持续提供稳定的基荷电力，其运行模式正变得更加动态化——为平抑风光发电固有的波动性、缓解日益凸显的“鸭子曲线”效应，电厂需要具备更强的调峰能力、更快的启动速度与负荷响应速率。

许多数十年前投运的燃气轮机电厂，其设计工况并不适配当下的新型负荷曲线，亟需通过战略升级改造来保障电网可靠性。对于三菱动力M501G系列燃气轮机运营商而言，将蒸汽冷却燃烧室改造为空气冷却燃烧室，是提升电厂灵活性、缩短启动时间、满足高可再生能源渗透率电力市场高效运行需求的关键方案之一。

该项改造还能增强机组掺氢燃烧能力，无需更换发电容量即可为未来降低二氧化碳排放创造条件。

从蒸汽冷却到空气冷却燃烧室的改造

采用传统蒸汽冷却燃烧室的G系列燃气轮机，在过去20年间已累计实现超700万小时的可靠运行。M501GAC系列燃气轮机沿用了原蒸汽冷却G系列的成熟技术，同时集成了先进的空气冷却燃烧室。

在M501GAC构型下，压缩机排气直接为燃烧室部件提供冷却，不仅省去了蒸汽冷却系统，还彻底摆脱了燃气轮机对底循环蒸汽品质的依赖。每台燃烧室均配备全预混燃料喷射系统，可最大限度降低氮氧化物与一氧化碳排放，大幅提升机组适应现代电网需求的灵活性。

GAC改造工程可在电厂常规计划停机期间完成，核心施工内容包括：

- 安装新型空气冷却燃烧室并改造燃烧室机匣

- 改造一级涡轮叶环

- 拆除燃烧室旁通装置及相关设备

- 新增燃气供应层级

- 移除冷却蒸汽供应与回流管路

- 安装新的仪表设备并更新控制逻辑

佐治亚州麦道纳-阿特金森电厂的前瞻性升级

三菱动力近期为美国佐治亚电力公司位于士麦那市的麦道纳-阿特金森联合循环电厂完成了两台M501G燃气轮机的空气冷却燃烧室改造。该项目的核心目标是，通过省去燃气轮机启动前的蒸汽准备环节，以及负荷提升阶段建立稳定蒸汽工况所需的额外时间，缩短发电单元的启动时长。

更换为空气冷却燃烧室后，机组调峰能力显著增强，不仅能减少启停次数，还能维持必要的旋转备用容量以保障电网可靠性，同时提升电厂设备利用率，为未来更高比例可再生能源并网做好准备。

此次GAC改造与多项性能提升升级工程同步实施，包括采用预混引燃技术以增强燃烧稳定性、降低污染物排放；实施KAI涡轮升级以提高机组出力、改善热效率；加装涡轮冷却空气（TCA）旁通系统以优化冷却空气用量，进一步提升涡轮综合性能。

调峰能力提升与启动时间缩短

麦道纳-阿特金森电厂的升级改造成功达成了佐治亚电力公司缩短启动时长的目标——机组从启动到输出可调度可靠电力的时间缩短了3小时。

结合全预混燃料喷射、冷却流量调节与TCA旁通系统的协同作用，升级后的机组调峰范围拓宽约20%，在更低负荷下仍能保持稳定高效运行，大幅提升了运行灵活性。

TCA旁通系统是一种涡轮空气旁路装置，通过减少参与燃烧的冷却空气量，提高部分负荷工况下的燃烧温度，降低一氧化碳生成量，从而帮助电厂降低最低环保合规负荷（MECL），拓展机组运行边界。

掺氢燃烧能力增强

除提升调峰能力与缩短启动时间外，GAC构型改造还助力佐治亚电力公司实现了通过掺氢燃烧推进发电脱碳的长期目标。

2025年6月，佐治亚电力公司与三菱动力合作，在电厂一台M501GAC燃气轮机上成功完成了部分负荷与满负荷工况下的氢气-天然气混合燃料燃烧二次试验。

该示范项目首次在先进等级燃气轮机上验证了50%掺氢燃烧的可行性，是迄今为止规模最大的同类测试。当掺氢比例达到50%时，与纯天然气燃烧相比，二氧化碳排放量减少约22%。在此次50%掺氢示范试验之前，项目团队还开展了掺氢比例5%至50%的多轮测试。

降低运维成本提升电厂可靠性

此次升级改造同样助力电厂降低运维成本、提高设备可靠性。预混引燃技术的应用，将氮氧化物排放浓度降至13ppm以下。这不仅带来显著的环保效益，还减少了燃气轮机选择性催化还原（SCR）系统的氨水消耗量，直接降低运行成本。

此外，由于不再需要冷却蒸汽，电厂拆除了包括辅助锅炉、燃烧室旁通装置在内的多个高维护需求系统。燃气轮机启停次数减少，降低了燃烧室等关键部件的应力损伤，有助于减轻设备材料疲劳、减少检修需求、延长计划停机检修间隔。

三菱动力发电服务产品线总监罗恩·霍弗表示：“随着可再生能源发电规模扩大，以及人工智能驱动的能源需求重塑电网格局，对可靠、灵活电力的需求达到了前所未有的高度。三菱动力致力于与客户合作，提供战略解决方案，提升发电可靠性与性能，助力发电资产向脱碳未来转型。麦道纳-阿特金森电厂项目正是三菱动力与运营商携手共建可靠、可持续发电未来的典范。”

加速向低碳未来转型

蒸汽冷却燃烧室技术诞生于上世纪90年代，旨在实现联合循环发电效率的行业突破。尽管该技术至今仍保持可靠运行，但当下燃气轮机面临快速启动、深度调峰、兼容氢气燃料等新需求，使得空气冷却技术成为当前更受青睐的方案。

通过升级为先进的空气冷却燃烧室，G系列燃气轮机运营商能够以经济高效的方式延长电厂使用寿命。结合其他战略升级改造措施，这些燃气轮机可被升级为灵活的调峰资产，既能保障当前电力系统稳定运行，又能为低碳未来奠定基础。

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