摘要：本文着重探讨了燃气轮机发电的技术特点，深入剖析了构建新型电力系统时对调节电源的需求，同时也阐述了燃气轮机在新型电力系统“源网荷”侧的应用价值。研究认为燃气轮机可以在新型电力系统中发挥重要作用，并给出了其规模化应用面临的挑战和发展对策。

关键词：新型电力系统；燃气轮机；清洁能源

1新型电力系统的内涵与发展

“构建以新能源为主体的新型电力系统”的总体要求是在2021年3月15日中国共产党中央财经委员会第九次会议上被第一次提出。我国电力系统发电装机总容量、清洁能源发电装机容量、长距离输电能力、运营电网规模等各项指标均处于世界第一的发展水平。然而问题与挑战仍然存在，一是近年来国际政治经济局势复杂多变，动力煤、天然气价格高企、供应紧张，新能源占比不断提高，其间歇性、随机性和波动性特点严重影响电力系统的灵活可靠性，电力供应安全形势依然严峻。二是新型电力系统中关键核心技术装备自主化、国产化程度仍然偏低，“卡脖子”技术装备亟需攻关突破和推广应用。

新型电力系统构建主要突出了四大重要特征，即安全高效、清洁低碳、柔性灵活和智慧融合。“大电源、大电网”与“分布式”兼容并举，多能互补高度耦合，稳住煤电“压舱石”，扩展气电“调节阀”，保证电力系统安全稳定运行。清洁能源发电逐步转变为装机主体和电量主体，碳排放总量逐步下降，实现电力系统整体低碳化转型。广泛应用分布式电源、多元负荷，使用户主体兼具生产和消费双重属性，源网荷储灵活互动、响应能力不断提升，实现电力系统柔性灵活。

2燃气轮机发电的原理与特点

燃气轮机是一种将化学能通过燃烧转化为机械能的旋转式机械，其工作的基本原理是通过压气机将外部空气进行压缩，同时燃料通过燃料喷嘴喷入燃烧室，与高压空气进行混合后燃烧，燃烧生成的高温高压烟气受热膨胀推动涡轮旋转做功。一方面带动压气机工作，一方面驱动被驱动设备，如驱动发电机则成为燃气轮机发电机组，如驱动压缩机则成为燃驱机组。

燃气轮机本身具有清洁高效、启动迅速、变负荷力强、能量密度高等特点，以其为核心的燃气轮机机组电站更拥有高效、低碳、节水、可黑启、占地少、易维护等优势，特别的是其建设周期很短，特别适合与清洁能源同步规划建设，应用于清洁能源丰富的小型孤岛和戈壁荒漠等场景。对于简单循环的航改型燃气轮机，正常启动到满负荷运行的时间一般为10-20min，而重型结构燃气轮机则稍长，需要15-30min。燃气轮机拥有很强的变负荷运行能力，能承受的变负荷范围大，负荷爬坡速度快，普遍的最小经济运行负荷可以设置到额定负荷的40%-50%。通过燃料调节阀和进口可调导叶的灵活快速协调动作，可以承受负荷短时间内大幅度增减，造就了燃气轮机强大的一次调频能力。燃气轮机拥有广泛的燃料适用性，能够实现高中低热值气体燃料的全面应用和气态、液态燃料的不停机稳定切换，并在掺氢、纯氢能力上持续投入，预计2030年100%燃氢燃气轮机即可成熟商用。如此短的启动时间、如此高的变负荷运行、如此广泛的燃料应用，使燃气轮机拥有了单日多次启停和多工况运行等极高的调峰调频调节能力。

3新型电力系统中燃气轮机的应用价值

受固有能源禀赋和产业发展制约，燃气轮机在中国传统能源体系中的角色相对较轻，在可预见的未来，凭借燃气轮机启停迅速、选址灵活、稳定调峰、优质调频等特点。在电源侧，新型电力系统主体从连续可控电源转变为随机波动电源，需要大量调峰稳定电源，燃气轮机发电相对于煤机调峰，在清洁环保、调峰能力、初始投资等方面有较大优势；相对于化学储能，在连续转动惯量和成本规模化上有较大优势；相对于抽蓄储能，燃气轮机发电站建设受地域资源限制较少。在储能技术尚未大规模商业化应用的前提下，燃气轮机发电是清洁能源不可或缺的最佳伴生电源，能够与风电和光伏充分耦合，同时解决规模和性能两大难题。是目前以新型电力系统电源侧与清洁能源同步建设和布置的最优选择。

在电网侧，新型电力系统将从大电网演变为大电网与分布式电网、微电网互补并存的形态，同时提高电网数字化智能化水平。大电网调峰辅助服务面临极大的容量缺口，预计2030年可能达到1200GW，燃气轮机可以提供客观的调峰辅助容量。燃气轮机控制系统自动化程度高，相关辅助和配套设备也拥有全面智能化和无人值守的可行性，具备融入能源互联网的基础条件，并且凭借优秀的电力品质可作为分布式电网和微电网的核心电源。

在用户侧，新型电力系统将从“源随荷动”过渡到“源荷互动”，用户侧的调节能力也十分重要。航改型燃气轮机体积小、重量轻、噪声低、环境兼容性好，可灵活布置在用户侧的建筑、园区或电力孤岛内，作为用电高峰时的响应电源或应急时的备用电源，保证用户侧的电力的安全稳定。

4燃气轮机规模应用的挑战与发展要求

现阶段燃气轮机发电在融合核心技术、降低投运成本、形成产业标准、疏导气电价格等方面仍然面临很大挑战。为更好适配新型电力系统的要求和特征，燃气轮机也应在以下几个方向持续发展。一是降低排放，通过提高对氢、氨燃料的适应性，降低碳排放，同时保持氮氧化物的超低排放水平；二是极致灵活，在启动速度、响应能力上深化优势，同时探索车载大功率移动电源和模块化快速布置回收方面的突破。三是数字智能，在燃气轮机电源站的建设、运行和维护中充分应用“云大物移智链边”等先进数字技术，实现自动控制、智能调度、智慧决策。

参考文献：

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作者简介：张宇迪（1989年12月），男，工程师，中国航发燃气轮机有限公司，研究方向：国产自主燃气轮机研发