燃油发电：柴油发电机组、重油电厂与成本

石油曾经是电厂的主流燃料之一。1973 年，它提供了全球约四分之一的电力（IEA）。到了 2025 年，这一比例已经降到约 2.6%，发电量约 840 TWh（Ember/OWID）。如今，燃油发电只在一些细分场景里存活下来，因为在这些地方，它的老优势仍然管用：能量密度高，容易储存和运输，发动机几乎装在哪里都行。比如海岛电网、偏远的矿山和村庄、备用电源、紧急调峰，还有少数几个每到夏天就烧原油和燃料油发电的产油国。在其他几乎所有地方，烧油都是大规模发电最昂贵的一种办法。

工作原理

燃油发出的电，主要通过三条技术路线进入电网。

**往复式发动机（柴油发电机组）。**由压燃式发动机带动交流发电机发电。规模小到 5 kW 的便携机组，大到由多台 10–20 MW 中速发动机组成的电站，应有尽有。这些发动机可以烧柴油（轻柴油）或重油，也越来越多地采用掺烧天然气的双燃料方案。大型发动机的发电效率可达 42–48%。小型机组满负荷时为 30–40%，部分负荷时还要差得多。

**燃油蒸汽电厂。**锅炉燃烧重油或原油，产生蒸汽来驱动朗肯循环，原理和燃煤电厂很像。这类电厂很多建于 1960 年代和 1970 年代初，当时燃料油价格很便宜。它们的效率一般为 33–38%。沙特阿拉伯、科威特、伊拉克、伊朗和日本仍有大批机组在役。其中有些机组（比如日本的）主要留作备用。

**燃用液体燃料的燃气轮机。**燃气轮机也可以烧柴油或轻质原油。在没有天然气的地方，这是它的主燃料；在天然气供应中断时，它就是备用燃料。简单循环的效率约为 30–40%，烧油的联合循环电厂则可以接近 50%。

发电成本和排放量，都取决于燃料消耗率（SFC）：

柴油的低位发热量约为 43 MJ/kg，折合每升约 36 MJ。重油约为 40 MJ/kg，原油约为 42 MJ/kg。用燃料能量含量计算器，可以在升、桶、吨和 kWh 之间换算各种油品的能量，并和天然气、煤炭作比较。

主要类型

这些数字背后的排放因子采用 IPCC 2006 默认值：轻柴油/柴油约 74.1 kg CO₂/GJ，渣油 77.4，原油 73.3。这样一来，燃油的排放强度就排在天然气（约 56）和煤炭（95–101）之间。

重油

重油就是炼油厂蒸馏塔底部剩下的那部分东西。它的黏度很高，必须加热到约 100–150 °C 才能泵送和雾化，但每 GJ 的价格比馏分油便宜。重油的含硫量一般为 1–3.5%，另外还含有钒、镍和灰分。如果不装烟气脱硫和颗粒物控制设施，按每 kWh 计算，重油电厂是污染最严重的一类电厂。2020 年 IMO 对船用燃料实行硫含量上限（0.5%），航运业对高硫燃料油的需求随之下降，其中一部分高硫油就转去了中东和南亚的电厂。

燃油发电仍在哪里运行

**海岛和孤立电网。**既没有天然气管道、也没有水电的海岛，往往几乎完全依靠进口柴油和燃料油发电。例子包括加勒比海大部分地区、太平洋岛国、加那利群岛和巴利阿里群岛（部分）、塞浦路斯，以及北极、澳大利亚和阿拉斯加的偏远社区。夏威夷至今仍有一半以上的电力来自石油（EIA），电价也因此是美国各州中最高的。当地电力公司因此有充分的理由转向光伏发电、储能电池和风电。每 kWh 光伏电力替代的是价值 $0.20–0.40 的燃料，所以即使是规模不大的光伏加储能系统，也能很快收回投资。你可以用光伏储能计算器模拟这类混合系统。

**中东。**沙特阿拉伯、伊拉克、科威特和伊朗都燃烧原油、燃料油和柴油发电，夏季空调负荷带来很高的用电高峰。JODI 数据显示，近几年大多数年份里，沙特原油直接燃烧量从春季到 7–8 月高峰期每天增加几十万桶。在国内烧掉的每一桶原油，都意味着少按国际价格卖出去一桶，这笔账算下来代价很高。沙特计划到 2030 年让天然气和可再生能源各占发电量约一半，主要目的就是把原油腾出来，拿去出口。

**调峰和紧急备用。**美国东北部、日本和欧洲部分地区的燃油燃机和蒸汽机组，只在遇到极端寒潮或供应危机时才会运行。在新英格兰的冬季用电高峰，管道天然气要优先保障供暖，这时燃油可以在短时间内提供很大一部分电力。2011 年福岛事故后，日本大幅增加燃油发电，用来顶替停运的反应堆，国家的贸易收支为此付出了沉重代价。另外，医院、数据中心和通信站点还保有大量柴油备用发电机，平时很少启动。

**脆弱电网。**在尼日利亚、黎巴嫩、伊拉克、巴基斯坦等地，电网供电不可靠，家庭和企业只好自己装上了数以百万计的小型柴油和汽油发电机。在一些国家，这些小发电机加起来的总容量，可以和国家电网相当，它们的尾气让本已糟糕的城市空气雪上加霜。

效率与容量系数

大部分燃油发电装机一年到头几乎不怎么运行。在美国，燃油蒸汽轮机和燃气轮机的容量系数一般只有几个百分点，最多 10% 左右（EIA）。业主保留这些机组，看重的是供电可靠性，而不是它们能发多少电。海岛上的发动机电站是例外，它们昼夜不停地运行，利用率常在 40–70%。小型机组在低负荷时效率会大打折扣，而在由光伏承担午间负荷的混合系统里，机组低负荷运行恰恰很常见。在 25% 负荷下，每 kWh 的油耗可能比满负荷时高出 30–60%。容量系数计算器能显示调峰电厂一年只攒下多少满负荷小时。

成本

主流 LCOE 研究（Lazard、IEA/NEA、NREL ATB）一般已不再测算新建燃油电厂，因为几乎已经没有人再建这类电厂。它的成本主要由燃料决定：

• 原油价格 $80/bbl 时，燃料本身约 $13–14/GJ。放在效率 35% 的蒸汽电厂里，光燃料就约 $135–145/MWh。
• 柴油到货价每升 $0.80–1.30，机组每 kWh 用 0.27 升，燃料成本为 $0.22–0.35/kWh。偏远海岛和矿山还要再加上运输、储存和装卸的费用。
• IRENA 和世界银行针对海岛的研究经常报告，柴油发电成本可达 $0.25–0.50/kWh 或更高，而公用事业级光伏的 LCOE 如今常常低于 $0.05/kWh。

燃油电厂的资本成本很低，发动机电站约为 $500–1,000/kW，所以如果某部分容量一年只需要运行几个小时，燃油机组仍是最便宜的选择。你可以在 LCOE 计算器里把这种燃料贵、投资低的电厂和光伏或风电比一比。

燃油发电为什么一落千丈

1973–74 年和 1979–80 年的两次石油危机，让原油价格在十年之内涨了约十倍。OECD 各国政府纷纷出台政策应对。1974 年成立的 IEA 推动燃料多元化。美国在 1978 年通过《电厂和工业燃料使用法》，限制新建电厂使用石油和天然气，法国、日本等国启动了大规模核电计划。电力公司转向燃煤、核电，后来又转向天然气。石油用在交通和石化领域更值钱，在那里也很难找到替代品，所以发电成了最先放弃的用途。

土地、水和材料

燃油电厂本身占地不多。发动机电站的冷却用水很少，通常用散热器来冷却。蒸汽电厂每 MWh 的用水量则和燃煤电厂差不多。更大的环境足迹在上游，包括石油开采、炼制和油轮运输，还有泄漏的风险。通往偏远站点的燃料供应链又长又贵，还带来额外风险：一旦风暴延误油轮，海岛就可能断油。

全生命周期 CO2 排放

IPCC AR5 第三工作组附录 III 并没有把燃油单独列为一类。**IPCC SRREN（2011）**的文献综述给出燃油发电全生命周期排放约 510–1,170 gCO2e/kWh，中位数约 840。这个水平接近燃煤，远高于燃气联合循环（中位数约 490 g）。开采、火炬燃烧和炼制这些上游环节带来的排放，大约还会在燃烧排放的基础上再增加 10–25%，重质原油或伴随火炬燃烧的原油还会更多。

安全与健康影响

燃油燃烧时，尤其是燃烧高硫重油和原油时，会排放 SO₂、NOx、颗粒物和重金属。Our World in Data 在 Markandya & Wilkinson（Lancet，2007）基础上的综合数据显示，燃油每 TWh 约造成 18.4 人死亡，仅次于燃煤（24.6），远高于燃气（2.8）以及核电、风电和光伏（约 0.03–0.04）。在人口稠密的城市里，没有任何过滤装置的小型发电机让周边居民大量暴露在柴油尾气中，而 WHO 把柴油尾气列为 1 类致癌物。

前景

可以预见，燃油在电力中的比例还会继续下降。海岛电力公司正在安装光伏加储能的混合系统，柴油用量能因此减少 50–90%。海湾国家则在大规模建设燃气、光伏和核电装机，阿联酋的 Barakah 核电站就是一例。在电网脆弱的国家，从巴基斯坦到撒哈拉以南非洲，屋顶光伏和微电网光伏都在快速增长。燃油发电大概会在紧急备用电源和最偏远的地方坚持得最久，日后可能会逐步让位给绿氢衍生燃料或可再生柴油。世界能源地图显示哪些国家仍靠燃油发电，技术对比则把它的成本和排放与其他方案并排列出。