中國科學院工程熱物理研究所 鐘曉暉

在“雙碳”戰略的指引下，我國北方地區清潔供暖已成為一項緊迫的民生工程和生態任務。傳統的燃煤供暖面臨高碳排放壓力，而單純依賴風電、光電供暖，又受制于日益嚴重的電網消納能力和“棄風棄光”的困擾。有沒有一種技術，能繞開“并網”難題，直接將風能轉化為熱能，為千家萬戶送去溫暖？答案是肯定的，這就是正在快速發展的風熱機組供熱技術，其背后是一套日益成熟的“中國方案”。

風熱機組——一場“能量轉換”的革新

風熱機組，是風能直接驅動熱泵高效制熱的裝備。它不同于我們熟知的風力發電機。

傳統風電供暖路徑：風力發電機（風能→電能）→并入電網→電采暖設備（電能→熱能）。這個過程能量轉換鏈條長，每一環節都存在能量損耗和效率瓶頸，且受電網制約。

風熱機組供暖路徑：風能→直接驅動熱泵壓縮機→熱能。其核心原理可以簡單理解為：風力帶動風輪旋轉，這個旋轉的機械能不經過發電環節，而是直接驅動一個熱泵的壓縮機，從空氣、土壤或中提取熱量，并將熱量提升后用于供暖或生活熱水。這樣一來，不僅能量轉換路徑縮短，并且充分利用熱泵能量倍增原理，使最終輸出的熱能數倍于輸入的機械能，系統綜合能效得到質的飛躍。

“中國方案”——直面本土化挑戰

風熱技術要在中國大范圍推廣應用，必須解決一系列的挑戰，這正是“中國方案”的出發點：

成本與規模挑戰：早期小型機組產業配套少，造價高，難以滿足低成本供暖規模化需求。

技術與可靠性挑戰：需要攻克大型風熱機組高效一體化動態仿真技術、風熱機組降載與減振耦合控制技術、風熱機組一體化設計技術，確保在機組嚴寒地區風況多變惡劣環境下的穩定運行。

系統集成挑戰：如何將風熱與儲熱、地熱等其它能源耦合，構建穩定、高效、智慧的綜合能源系統。

應用場景挑戰：如何匹配中國北方多樣的供暖需求，從城鎮集中供暖到農村分散式供暖，再到工業領域的低品位熱需求。

“中國方案”——創新與實踐

面對諸多挑戰，我國的科研機構走出了一條從技術研發、工程示范到產業推廣的特色路徑，構成了風熱技術的“中國方案”核心。

1、技術創新：從實驗室走向規模化以中國科學院工程熱物理研究所研究團隊的研發歷程為代表，中國風熱技術實現了“從0到1”的突破。

小試牛刀：早在2020年，團隊研發的100kW風熱機組已在張家口投入運行，可為約4000平方米建筑提供100%可再生能源冷熱源。

重大跨越：2023年，團隊成功研制并投運2MW風熱機組。這是目前世界上單機容量最大的風熱機組之一。在7.8米/秒的風速下，其制熱量可達4437kW，制冷量達3200kW，標志著風熱技術具備了服務大型社區或工業園區的能力。風熱技術完成了從實驗室驗證到工程應用的重大跨越。目前，團隊已著手研發3MW、6MW及更大規模機組，并有條不紊地推動風熱機組的產業化進程。

2.系統集成：打造多元化綠色能源體系“中國方案”不局限于單一技術，而是強調集成創新與多能耦合。

風熱+光熱+地熱：2025年底，中國科學院在哈爾濱呼蘭區建設的“基于風熱機組新型風光儲綜合能源系統示范”項目，將1.5MW風熱機組與光伏光熱組件、地熱系統深度耦合，實現了風、光、地熱多能互補的穩定供能體系。

風熱+儲能+儲熱：在吉林乾安、河北張家口等地規劃的示范項目中，風熱機組與儲能、儲熱系統集成，構成了微電網綜合能源系統，提高了整體能源利用率和可靠性。

3.示范應用：瞄準國家重大需求中國的風熱項目正緊密圍繞我國鄉鎮清潔供暖替代和工業節能降碳的重大需求展開布局。

供暖主戰場：風熱技術特別適用于風能豐富、供暖期長的“三北地區”（東北、華北、西北），吉林松原、黑龍江大慶、河北察北等地已積極對接并啟動示范項目，旨在替代高成本、高污染的區域燃煤鍋爐。

工業新藍海：在油田等工業領域，大量低溫加熱需求（如原油脫水伴熱）是風熱機組的理想應用場景，能有效替代傳統的燃氣或電加熱，降低生產成本和碳排放。

4.資源循環：賦予退役設備“第二生命”。“中國方案”的另一個亮點是退役風電設備的梯次利用。呼蘭項目的成功示范為退役風機關鍵部件升級改造為風熱機組提供了技術支撐。這不僅大大降低了設備成本，也為大批即將退役的風電機組找到了資源化、高值化的利用新路徑，契合循環經濟理念。

展望未來——風送暖流，綠動中國

展望未來，風熱機組“中國方案”有望在以下方面發揮更大作用：

成為北方清潔供暖的“生力軍”：特別是“三北地區”集中供熱設施短缺的鄉鎮區域，風熱機組可作為分布式清潔熱源，直接滿足供暖需求。

助力工業領域低碳轉型：為食品加工、紡織、化工等需要大量低溫熱能的行業提供綠色、低成本的綠色熱源。

融入新型能源體系：作為多能互補微電網的重要一環，與光伏、儲能、智能控制系統深度融合，提升區域能源自給率和韌性。

綜上所述，從實驗室的原理驗證，到兆瓦級機組的工程示范，再到與多種能源的智慧耦合，風熱機組的“中國方案”正在將呼嘯而過的風，實實在在地轉化為清潔低碳的綠色能源。它不僅是一項技術創新，更是一套包含技術研發、系統集成、場景適配和資源循環的系統性解決方案。隨著技術的不斷成熟和成本的持續下降，這份源自中國的“風熱方案”，正以其獨特的智慧與路徑，守護著千家萬戶的四季冷暖，在實現能源轉型與降碳減排的道路上，書寫著科技與自然和諧共生的新篇章。

作者簡介：

鐘曉暉，中國科學院工程熱物理所研究員，風能熱利用方向負責人，中國科學院工程熱物理研究所“攀登人才計劃”，中國能源研究會低碳智慧供技術專委會委員，中國農業機械工業協會風能裝備分會委員。主要從事風能熱利用基礎理論及關鍵技術等方面研究工作，突破2MW風熱機組一體化設計、智能控制、熱力循環優化等核心技術，完成了全球首臺2MW風熱機組樣機的研制與工程示范。實現了風熱機組原創概念從“0到1”的突破，并成功走向產業化應用，已與國家電投集團黑龍江電力有限公司簽訂“3MW風熱機組供熱技術”科技成果賦權轉化合作意向協議，專利評估價值達7350萬元，有效推動了風熱技術邁向規模化應用新階段。成果曾獲省部級獎勵2項，主持中國科學院先導A、中國科學院先導C、國家重點研發計劃、國家自然科學基金、北京市自然科學基金以及企業合作課題多項。入選科技部、北京市科學技術委員會專家組，相關研究成果共發表論文100余篇、獲得發明專利授權50余項、獲得2024年度中國可再生能源學會科技創新人物獎。