社科在线中国科学院工程热物理研究所 钟晓晖
在“双碳”战略的指引下，我国北方地区清洁供暖已成为一项紧迫的民生工程和生态任务。传统的燃煤供暖面临高碳排放压力，而单纯依赖风电、光电供暖，又受制于日益严重的电网消纳能力和“弃风弃光”的困扰。有没有一种技术，能绕开“并网”难题，直接将风能转化为热能，为千家万户送去温暖？答案是肯定的，这就是正在快速发展的风热机组供热技术，其背后是一套日益成熟的 “中国方案” 。
风热机组—— 一场“能量转换”的革新
风热机组，是风能直接驱动热泵高效制热的装备。它不同于我们熟知的风力发电机。
传统风电供暖路径：风力发电机（风能→电能）→并入电网→电采暖设备（电能→热能）。这个过程能量转换链条长，每一环节都存在能量损耗和效率瓶颈，且受电网制约。
风热机组供暖路径：风能 → 直接驱动热泵压缩机→ 热能。其核心原理可以简单理解为：风力带动风轮旋转，这个旋转的机械能不经过发电环节，而是直接驱动一个热泵的压缩机，从空气、土壤或中提取热量，并将热量提升后用于供暖或生活热水。这样一来，不仅能量转换路径缩短，并且充分利用热泵能量倍增原理，使最终输出的热能数倍于输入的机械能，系统综合能效得到质的飞跃。
“中国方案”——直面本土化挑战
风热技术要在中国大范围推广应用，必须解决一系列的挑战，这正是“中国方案”的出发点：
成本与规模挑战：早期小型机组产业配套少，造价高，难以满足低成本供暖规模化需求。
技术与可靠性挑战：需要攻克大型风热机组高效一体化动态仿真技术、风热机组降载与减振耦合控制技术、风热机组一体化设计技术，确保在机组严寒地区风况多变恶劣环境下的稳定运行。
系统集成挑战：如何将风热与储热、地热等其它能源耦合，构建稳定、高效、智慧的综合能源系统。
应用场景挑战：如何匹配中国北方多样的供暖需求，从城镇集中供暖到农村分散式供暖，再到工业领域的低品位热需求。
“中国方案”——创新与实践
面对诸多挑战，我国的科研机构走出了一条从技术研发、工程示范到产业推广的特色路径，构成了风热技术的“中国方案”核心。
1、技术创新：从实验室走向规模化 以中国科学院工程热物理研究所研究团队 的研发历程为代表，中国风热技术实现了“从0到1”的突破。
小试牛刀：早在2020年，团队研发的100kW风热机组 已在张家口投入运行，可为约4000平方米建筑提供100%可再生能源冷热源。
重大跨越：2023年，团队成功研制并投运2MW风热机组。这是目前世界上单机容量最大的风热机组之一。在7.8米/秒的风速下，其制热量可达4437kW ，制冷量达3200kW ，标志着风热技术具备了服务大型社区或工业园区的能力。风热技术完成了从实验室验证到工程应用的重大跨越。目前，团队已着手研发3MW、6MW及更大规模机组，并有条不紊地推动风热机组的产业化进程。
2.系统集成：打造多元化绿色能源体系 “中国方案”不局限于单一技术，而是强调集成创新与多能耦合。
风热+光热+地热 ：2025年底，中国科学院在哈尔滨呼兰区建设的“基于风热机组新型风光储综合能源系统示范”项目 ，将1.5MW风热机组与光伏光热组件、地热系统深度耦合，实现了风、光、地热多能互补的稳定供能体系。
风热+储能+储热 ：在吉林乾安、河北张家口等地规划的示范项目中，风热机组与储能、储热系统集成，构成了微电网综合能源系统，提高了整体能源利用率和可靠性。
3.示范应用：瞄准国家重大需求 中国的风热项目正紧密围绕我国乡镇清洁供暖替代和工业节能降碳的重大需求展开布局。
供暖主战场 ：风热技术特别适用于风能丰富、供暖期长的“三北地区”（东北、华北、西北），吉林松原、黑龙江大庆、河北察北等地已积极对接并启动示范项目，旨在替代高成本、高污染的区域燃煤锅炉。
工业新蓝海：在油田等工业领域，大量低温加热需求（如原油脱水伴热）是风热机组的理想应用场景，能有效替代传统的燃气或电加热，降低生产成本和碳排放。
4.资源循环：赋予退役设备“第二生命” 。“中国方案”的另一个亮点是退役风电设备的梯次利用。呼兰项目的成功示范为退役风机关键部件升级改造为风热机组提供了技术支撑。这不仅大大降低了设备成本，也为大批即将退役的风电机组找到了资源化、高值化的利用新路径，契合循环经济理念。
展望未来——风送暖流，绿动中国
展望未来，风热机组“中国方案”有望在以下方面发挥更大作用：
成为北方清洁供暖的“生力军”：特别是“三北地区”集中供热设施短缺的乡镇区域，风热机组可作为分布式清洁热源，直接满足供暖需求。
助力工业领域低碳转型：为食品加工、纺织、化工等需要大量低温热能的行业提供绿色、低成本的绿色热源。
融入新型能源体系：作为多能互补微电网的重要一环，与光伏、储能、智能控制系统深度融合，提升区域能源自给率和韧性。
综上所述，从实验室的原理验证，到兆瓦级机组的工程示范，再到与多种能源的智慧耦合，风热机组的“中国方案”正在将呼啸而过的风，实实在在地转化为清洁低碳的绿色能源。它不仅是一项技术创新，更是一套包含技术研发、系统集成、场景适配和资源循环的系统性解决方案。随着技术的不断成熟和成本的持续下降，这份源自中国的“风热方案”，正以其独特的智慧与路径，守护着千家万户的四季冷暖，在实现能源转型与降碳减排的道路上，书写着科技与自然和谐共生的新篇章。
作者简介：
钟晓晖，中国科学院工程热物理所研究员，风能热利用方向负责人，中国科学院工程热物理研究所“攀登人才计划”，中国能源研究会低碳智慧供技术专委会委员，中国农业机械工业协会风能装备分会委员。主要从事风能热利用基础理论及关键技术等方面研究工作，突破2MW风热机组一体化设计、智能控制、热力循环优化等核心技术，完成了全球首台2MW风热机组样机的研制与工程示范。实现了风热机组原创概念从“0到1”的突破，并成功走向产业化应用，已与国家电投集团黑龙江电力有限公司签订“3MW风热机组供热技术”科技成果赋权转化合作意向协议，专利评估价值达7350万元，有效推动了风热技术迈向规模化应用新阶段。成果曾获省部级奖励2项，主持中国科学院先导Ａ、中国科学院先导C、国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金以及企业合作课题多项。入选科技部、北京市科学技术委员会专家组，相关研究成果共发表论文100余篇、获得发明专利授权50余项、获得2024年度中国可再生能源学会科技创新人物奖。
