在电网负荷高峰时段，机组在能够达到的最高负荷下运行；在电网低谷时段，机组则能够在较低的负荷下运行，并且机组能够以较快的速度来升降负荷来满足电网负荷变化。变负荷调峰运行方式的操作简便，只要改变机组的负荷来配合电网需求，不需要通过启停机组来实现，降低了对机组本身的损伤。由于机组存在最低安全负荷，限制了变负荷调峰运行方式的调峰幅度，通常情况下汽轮机允许的最低负荷要比锅炉的最低负荷低，但是由于汽轮机本体膨胀、排气湿度、排气温度、差胀等的变化不大，所以低负荷调峰运行方式的最低负荷主要来自锅炉。

变负荷调峰运行方式主要通过维持蒸汽参数、改变调节汽门的开度（即低压运行）或者保持阀门开度不变、改变主蒸汽压比（即滑压运行）来实现，调峰能力受锅炉低负荷稳燃的限制。

变负荷调峰要求机组能以较快速度变化机组负荷以适应电网的需要。相比于其他几种调峰方式，变负荷调峰的安全性最好。相对于其他几种调峰方式来说，低负荷运行方式的机动性要更好一些且操作量最少，然而由于机组大多是为了带基本负荷而设计，采用变负荷调峰运行时，当负荷低于70%时机组效率就会急剧下降，如果夜间负荷降至可能的最低值时，机组的效率会降至很低，因此相比于两班制调峰，变负荷调峰的经济性很差。

汽轮机在负荷大幅变化过程中的安全性问题，由于蒸汽温度变化较大，转子或汽缸都会发生较大的膨胀或收缩。热膨胀问题是机组进行调峰时限制负荷响应速度的一个关键因素。绝对膨胀不畅可能引发机组振动增大而需要延长暖机时间或降低负荷变化速率；而相对膨胀即胀差对调峰机组更为重要，若按基本负荷设计的机组，其动静间隙要比按调峰要求设计的机组间隙小得多，变工况性能较差。机组负荷变化对胀差的影响最大，控制不当即会发生动静摩擦，造成机组振动突增、弯轴、动静部分损坏等严重事故。故汽缸的轴向热膨胀是一个重要的监视指标，一般用控制汽缸左右温度差的方法，规定主蒸汽和再热蒸汽的两侧蒸汽温度差不应超过28℃。

一般来说，当机组的负荷降低时效率也随之降低，当负荷低于70%时，效率将急剧下降，显然经济损失的大小与带低负荷的时间有关。因此，对于一个电厂，在低负荷时各台机组之间如何进行合理的负荷分配及调峰运行方式的选定，使整个电厂最为经济，取决于机组的经济性能、调峰负荷量及调峰运行时间。

要进行深度调峰时，在负荷变化过程中，为了避免出现过大的胀差和热应力，应当合理控制蒸汽的温升速度和负荷变化速度，合理地使用汽缸和法兰螺栓加热装置，以及利用轴封供汽控制胀差。

提高火电机组的运行灵活性是提高火电调峰能力的重要举措。火电机组灵活性运行要求机组有深度调峰能力、快速负荷响应能力和快速启停能力等。为提高汽轮机在深度调峰时的安全性和经济性，可以采取以下措施：①优化凝结水节流调频技术，采用兼顾节能和快速响应能力的给水调频技术、抽汽调频技术。②利用汽轮机热力系统的蓄能，如回热系统蓄能、汽轮机背压蓄能，用于在机组快速变负荷过程中补偿系统能量。③对汽轮机变负荷时的胀差进行分析，优化汽封结构和形式，减少变负荷时的汽封漏汽。④采用零号高加技术，在部分负荷下，通过切换到更高压力的回热抽汽来加热给水，显著提高给水温度，提高汽轮机效率。同时，通过对零号抽汽进行调节，可提高机组一次调频响应水平。