分散式發電的新時代
2025 年 9 月下旬，川崎重工悄然開放一款引擎的訂購，這項產品可能改變工廠、醫院和資料中心看待自身碳足跡的方式。該公司開始接受商用訂單，推出其所稱全球首款可使用含 30% 體積比氫氣與天然氣混合燃料發電的大型燃氣引擎。這項公告是減排的具體一步，無須業者拆除仍有數十年使用壽命的既有設施。此時推出產品，也回應了日益升高的電網穩定疑慮與能源成本；對全球設施管理者而言，氣候考量已從抽象的政策辯論，轉變為眼前的營運決策。
這款新引擎屬於 KG 系列平台，功率級距為 8 百萬瓦，常見於直接向工業設施或地方電網供電的分散式電廠。不同於僅存在於實驗室條件下的實驗原型，這款引擎附有保固和明確的維護時程，顯示這項技術已從研究階段邁向商業化。川崎重工在神戶工廠完成為期 11 個月的運轉驗證後才推出銷售；這項測試自 2024 年 10 月持續至 2025 年 9 月，讓引擎在真實工業環境而非受控測試條件下運轉。工程師在長時間運轉期間監測燃燒感測器、壓力和熱應力，以確認引擎在負載變動時的表現。
對許多設施管理者而言，能源轉型一直是政策文件和遙遠氣候會議中討論的抽象概念。但每月公用事業帳單送達，或夏季熱浪使老舊電網負荷吃緊時，情況就不一樣了。KG 系列引擎提供一條務實的折衷路徑，讓既有天然氣設施逐步提高氫氣使用比例，無須立即更換管線、儲槽或渦輪機廠房。這項產品問世之際，工業業者愈來愈需要證明減排成效，同時維持連續製造流程所需的可靠性。川崎重工提供既有設備的改裝選項，讓工廠業者得以延長資產使用年限，並開始轉用低碳燃料，避免興建全新發電設施所需的資本支出與許可延誤。
為何 30% 是理想比例
工程師在廣泛分析既有天然氣配送網後，選定 30% 氫氣混摻比例作為門檻。氫分子的行為與天然氣的主要成分甲烷不同，可能從能有效密封較大分子的密封件和接合處滲漏。然而，氫氣體積比不超過 30% 時，混合燃料通常可透過既有管線系統輸送，只需有限度調整壓縮和監測設備，無須全面重建配送基礎設施。
這項相容性門檻為過去十年內安裝 KG 系列引擎的設施帶來獨特價值。自 2011 年以來，川崎重工已在全球接獲超過 240 台早期世代機型的訂單。該公司證實，許多既有機組都能改裝，以配合目前新機型提供的相同 30% 氫氣共燃規格。對一座 10 年前興建、完全使用天然氣的電廠而言，這條升級途徑可延長營運年限並逐步降低碳排強度，無須等待全新機組全面到位。
改裝方案也帶來重大的經濟效益。興建新發電設施需要資本支出、環境許可，以及可能耗時數年的電網連接研究。相較之下，升級既有設施可讓業者立即開始減排，同時分期投入成本。這款引擎透過傳統四行程燃燒程序發電，但採用經修改的燃料噴射時序，以及經精密校準的空燃比，以因應氫氣火焰傳播速度快、可燃範圍廣的特性。
駕馭最輕元素
氫氣帶來獨特的工程挑戰，這些問題鮮少出現在行銷資料中，卻讓控制室投入大量心力。氫是已知最小的分子，可能從能有效密封甲烷的微小縫隙逸出。氫氣也會使某些金屬隨時間變脆，可能損害原本為天然氣用途設計的零件結構完整性。對安全工程師來說，或許最令人擔憂的是，氫氣在範圍遠較傳統碳氫化合物廣的燃料與空氣混合比例下都能點燃，而且所需點火能量更低。
在神戶為期 11 個月的驗證期間，工程師投入大量資源，測試安全系統在故障情境下的表現。這款商用引擎現已在燃料輸送路徑各處配置氫氣感測器，可在洩漏濃度達到爆炸程度前偵測到洩漏。啟動、停機或發生故障時，氮氣吹掃系統可清洗燃料管線；需要中斷氫氣供應時，也能使系統維持惰性。這些功能為操作人員和周邊社區提供多重防護，同時讓引擎符合標準工業安全規範運轉。
燃燒穩定性同樣需要審慎處理。氫氣的燃燒溫度高於甲烷，會增加形成氮氧化物（NOx）的風險；這類污染物會造成酸雨和呼吸道問題。為了控制排放，設計人員採用高壓燃料噴射，並重新設計燃燒室周圍的冷卻通道。測試證實，改良後的引擎在排放方面符合燃氣電廠法規限制，與純天然氣運轉相比，二氧化碳排放量約減少 10%。系統成功在 25% 至滿載的負載範圍內運轉，蒐集到的效能數據將用於改良即時運轉的數位控制系統。
從固定式電廠到船舶
川崎重工為 KG 引擎準備商用發電之際，平行開發團隊也著手將類似的燃燒技術應用於船舶推進系統。2025 年 10 月，也就是固定式引擎完成驗證的同月，由川崎重工、洋馬動力解決方案公司和日本引擎公司組成的聯盟，宣布完成全球首度船用氫氣引擎陸上運轉。這次示範採用新開發的液態氫供應系統，安裝於日本引擎公司位在兵庫縣的設施。
這項船舶計畫由日本新能源及產業技術綜合開發機構（NEDO）管理的綠色創新基金支持，該基金已編列約 2 兆日圓，推動日本在 2050 年前實現碳中和。聯盟測試了可在額定輸出下使用氫氣的中速四行程引擎，驗證引擎在船舶負載曲線下能穩定燃燒。另一款用於大型貨輪主推進系統的低速二行程引擎，預定於 2026 年春季開始試運轉。三種引擎配置皆採用雙燃料架構，船員可依各港口的加注供應情況，在氫氣和船用柴油之間切換。
這種雙燃料能力回應了一項未來數十年仍將存在的實際限制：除了實驗設施之外，全球幾乎沒有供船舶使用的氫氣加注基礎設施。配備氫氣引擎、並以傳統柴油作為備用燃料的船舶，可先沿用既有航線營運，再隨供應鏈成熟逐步轉用潔淨燃料。這項技術需要先進的燃燒控制，以因應氫氣可燃範圍廣、點火能量低的特性，並透過系統設計防止回火，也就是火焰逆向竄入燃料供應管線的危險現象。
基礎設施落差
引擎可能在供應燃料所需的網絡建成之前，就已具備商用條件。日本幾乎所有主要能源都仰賴進口，國內氫氣產量不足以支應大規模工業採用。川崎重工注意到這項瓶頸，因此同步開發進口與儲存設施，未來將供應沿海加注站和內陸電廠。該公司明白，若燃料供應不可靠，再先進的燃燒技術也會成為閒置資產，無法帶來環境效益或經濟回報。
2025 年 11 月，川崎重工與日本液化氫能源公司在川崎市扇島，為川崎液化氫接收站舉行動土儀式。這座設施被稱為日本首座商用規模液態氫進口基地，核心設備是一座低溫儲槽，可在接近攝氏零下 253 度的溫度下儲存約 5 萬立方公尺液化氫。接收站將設置船舶裝卸、再氣化和卡車調度系統，預計約於 2030 年投入商業營運。為供應這座接收站，合作夥伴正在建造一艘容量 4 萬立方公尺的液化氫運輸船，規模遠超數年前完成澳洲至日本首次氫氣運輸示範的實驗船「Suiso Frontier」。
野村圭是川崎重工氫能策略部執行中央經理。談及船舶示範與基礎設施開發時，野村強調公司長期致力於建立必要的技術基礎。
液態氫是實現永續能源社會的重要關鍵，我們長期致力於打造支援這項技術所需的基礎。
供應來源的搜尋範圍不只限於亞太地區。川崎重工與加拿大的組織合作，包括艾德蒙頓地區氫能中心和亞伯達工業中心區，探索兩國之間的液態氫貿易路線。加拿大擁有豐富且成本低廉的天然氣，以及碳捕捉能力，可生產氫氣出口，彌補日本取得國內再生能源和天然氣儲量的限制。這些國際合作旨在建立穩定的供應來源，讓工業買家有信心簽訂長期氫氣採購協議。
早期採用者面臨的經濟現實
儘管技術有所突破，KG 系列引擎進入市場時，燃料供應仍嚴重受限。早期採用者面臨三個都不理想的選擇：支付高價購買有限的當地氫氣、只使用天然氣而不啟用已購買的氫氣功能，或等到供應鏈成熟後再決定是否購買。這些選擇都無法立即大規模帶來環境效益，形成典型的供需僵局：基礎設施開發商等待確定需求，潛在買家則等待價格可負擔的燃料。
公共資金模式試圖打破這種僵局。NEDO 綠色創新基金承擔私人市場可能不願承受的開發風險，資助氫氣閥門的長期耐久性研究、船員在海上操作低溫燃料的訓練計畫，以及升級既有引擎所需的改裝套件。這項政府支持反映出一項策略性決定：避免資產閒置，確保今日興建的電廠和船舶能適應明日的燃料，而不會在碳排法規進一步收緊時淪為過時的負擔。
對關注能源成本的設施業者而言，眼前的價值在於保留選擇，而非一夕之間實現脫碳。KG 系列可因應未來燃料價格波動和法規變化，同時保留資本投資，並為氫氣供應增加後進一步減排預留技術途徑。商用銷售所附的保固和維修支援，顯示製造商有信心這些機組能可靠運轉數十年，為目前仰賴天然氣的現況與未來氫能經濟搭起橋梁。
重點整理
- 川崎重工於 2025 年 9 月推出全球首款可使用 30% 氫氣共燃燃氣引擎的商用機型，此前已完成為期 11 個月的運轉測試。
- 這款 8 百萬瓦 KG 系列引擎可改裝並用於既有電廠，讓全球超過 240 台已安裝機組能升級以使用氫氣混合燃料。
- 安全系統包括分散式洩漏偵測器和氮氣吹掃裝置，以因應氫分子體積小、點火範圍廣的特性。
- 川崎重工與洋馬及日本引擎公司組成聯盟，持續開發船用氫氣引擎；大型船舶的測試預定於 2026 年春季開始。
- 日本正興建川崎液化氫接收站，儲存容量為 5 萬立方公尺，並建造容量 4 萬立方公尺的運輸船，目標於 2030 年前建立進口基礎設施。
- NEDO 綠色創新基金提供 2 兆日圓公部門資金，支持氫氣供應鏈和引擎技術開發。
