随着美国电力需求的持续攀升，公用事业公司正积极寻求方法，最大化利用现有发电设备提升性能。特别是燃烧涡轮机，作为提供稳定、可调度的电力核心设备，在高温气候和紧张的能源市场中面临越来越大的运行压力。进气冷却（IAC）技术作为一种成熟、实用的解决方案，能够显著提升涡轮效率，为现有设备释放更多兆瓦的发电能力，成为应对需求增长的理想选择。
燃烧涡轮机的出力直接受到环境空气温度的影响。温度升高，空气密度降低，导致可用于燃烧的氧气减少，涡轮效率下降。研究表明，进气温度每降低4华氏度，涡轮出力可提升约1%。当夏季气温超过90华氏度（约32摄氏度）时，未采取应对措施的发电厂可能面临高达10%的性能损失。
进气冷却技术（IAC）通过在空气进入涡轮前对其进行冷却，有效缓解这一问题。许多涡轮机设计的最佳进气温度在50至60华氏度（约10至15摄氏度）之间，保持这一温度范围可释放10%或更多的额外容量，且无需新建发电设施。对于面临漫长并网排队、新涡轮交付周期长以及进口设备关税等挑战的运营商来说，IAC提供了一种快速、直接的解决方案，能够迅速增加电网的电力供应。
2024年，美国电力消费增长了2%，标志着近20年来需求首次出现显著上升趋势。美国能源信息署（EIA）预测，2025年和2026年电力需求将保持类似增长速度，这将是自2005至2007年以来首次连续三年需求增长。工业领域的半导体和电池制造工厂新增负荷，以及商业领域数据中心的快速扩张，是推动电力需求增长的主要动力。
从可行性研究开始
每个发电厂都有其独特特性，影响IAC改造的可行性和设计方案。因此，进行四级或五级可行性研究是确保项目规划可靠且成本效益高的关键一步。研究需要评估以下核心因素：
√ 涡轮类型、年限及热性能：不同涡轮对冷却需求的响应存在差异。
√ 场地布局及空间限制：现有管道系统和可用空间将影响设备安装。
√ 当地许可和环境限制：包括水资源使用或环境影响的法规要求。
√ 电力容量支持：冷却系统和热能储存（TES）所需的电力支持。
√ 运行需求：例如，是否需要支持基载运行或尖峰负荷。
空间往往是最大的制约因素。公用事业公司需要评估是否足以容纳冷却器、管道和热能储存罐。一些场地可选择模块化系统，安装更快、占地面积小；而其他场地可能更适合定制化程度更高的集中式公用设施厂，以实现长期灵活性。
进气雾化冷却系统是另一种降低进气温度的方案，相较于基于冷水机的IAC系统，初始投资成本更低。雾化系统通过向气流中喷射超纯水雾，利用蒸发冷却降低空气温度。在干燥气候下，雾化系统效果显著，但其性能高度依赖环境条件。在高湿度环境中，冷却效果不如冷水机系统稳定，且输出波动较大。此外，雾化系统耗电较少，但可能占用更多物理空间，并因产生较大水雾而对环境空气造成影响。设计时需特别注意喷嘴布置，确保水雾在进入涡轮前完全蒸发，以免对设备造成损害。
对于预算有限且环境条件适宜的场地，雾化系统可能具备一定优势。然而，对于追求稳定、高效出力的公用事业公司，基于冷水机的IAC系统通常能提供更高的可靠性和性能。
选择适合的IAC设计需综合考虑发电厂的运行模式、当地温度趋势以及涡轮的热特性。常用的离心式冷水机可通过串联配置或混合设置，针对涡轮应用进行优化。热能储存（TES）系统通过在非高峰时段储存冷量，减少冷水机在高峰用电时段的运行，从而降低运营成本。关键考量因素包括：
√ 所需温度降幅：根据涡轮规格和季节性温度极端值确定。
√ 设备容量及长交付周期限制：评估现有设备是否能支持新增负荷。
√ 冷却水可用性及环境限制：蒸发系统可能受水资源或环保法规约束。
对于有严格电力交付承诺的公用事业公司，可能需要内置冗余设计以确保稳定性；而运营灵活性较高的发电厂则可接受临时偏差。TES系统通过储存冷水并按需调度，弥补运行间隙并减少维护停机时间。通过合适的IAC系统，发电厂在极端高温下可实现10%或更高的出力提升。具体效果因场地而异，通常需要通过冷水机、冷却盘管、管道改造及电力系统升级，与现有发电设备无缝整合。
随着电力价格飙升和容量裕度收紧，即便是小幅出力提升也能带来显著经济价值，促使许多公用事业公司将IAC改造作为一种高性价比的选择。进气冷却技术为满足不断增长的电力需求、提升运行性能提供了精准而灵活的解决方案。
原文链接：
https://www.power-eng.com/gas/turbines/responding-to-power-demand-growth-with-inlet-air-cooling-retrofits/
作者：Chris Sanchez
本文已进行编译。
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