在距离北京2个小时车程的张家口涿鹿县黄帝城小镇，有一片自然田园，一座186米高的“大风车”矗立于此。这座“大风车”是全球首个兆瓦级风热机组样机。

过去几年，这里几乎成了中国科学院工程热物理研究所（以下简称工程热物理所）风电中心项目研究员钟晓晖的第二个家。他带领团队研发原创“风热机组”，将图纸变成现实，清洁高效地借“风”直接送“热”。

10余年前，风热技术无人问津。如今它已成为一种可以替代燃煤锅炉供暖并提高风能消纳能力的变革性可再生能源供热技术。作为总设计师，钟晓晖走了一条鲜有人走的路。

钟晓晖在项目现场。受访者供图

37岁从零起步

“徐老师有个新的方向，没人做，你愿意吗？”

“那我试试看吧。”

2014年，到工程热物理所做博士后时，钟晓晖37了。“徐老师”是中国科学院院士、工程热物理所研究员徐建中。而他提出的新方向，是利用风能解决供热需求问题。

那时，北京的雾霾还比较严重，我国风场建设正如火如荼地进行。

一直以来，风能制热是先把风能转化成电能，再用电来制热。过程需要经历叶轮把风能变成机械能、变速箱增速、发电机发电、变流、升压并网、电力输送、电驱锅炉或热泵等几个环节。然而，由于新能源电力并网受限，电网稳定性问题，使得风能制热存在诸多障碍，不少研究者通过储能的方式来解决风电波动性问题，但是经济性差和系统效率低，很难从根本上解决。钟晓晖最初也想选择这条路线。

而徐建中想实现的是风能直接驱动热泵制热，不经过发电环节。而这种方案，几乎没有人尝试过。

“如果有两条路线摆在面前，你要选择更难的那一条，因为它往往更有前途。”徐建中告诉钟晓晖。

没有团队、没有经费，钟晓晖在几平米的工位上开始苦苦探索。在此之前，钟晓晖是大学教授，日子过得十分安逸。

探索之路孤独，且不被看好。“风热是啥东西？没听说过”“风电发展那么好，你这成本能不能做得下来啊？”走进传统供热企业和风电企业寻求合作和支持时，钟晓晖到处被“泼冷水”。

面对质疑，钟晓晖自我暗示，“无所谓，他也不懂”。然后坚定转身，投入研究重新寻找合作伙伴。那时，钟晓晖深信这个研究的重量和意义——这能解决很多人心中的一个困惑。

为什么我国大力发展风光等新能源，碳排放依然很多？

钟晓晖表示，一方面，新能源装机量不断攀升，但由于电力并网和稳定性问题，新能源电力无法消纳，2023年，蒙西地区、青海省和甘肃省弃风率分别高达6.8%、5.8%和5%；另一方面，供热领域是碳排放的“大户”，我国仍以燃煤热电联供机组和天然气锅炉等高碳排放为主。

“探索和应用直接利用新能源进行供热的技术和方案，意义重大。”钟晓晖说。

越苦，幸福越大

原有仿真设计软件不适用、试验验证困难、风热机组整机稳定性控制难度加大……从基础理论到关键技术，几乎无方案可参考。

后来相继有学生和年轻人加入，他们组成风热团队，钟晓晖带领团队从整机系统设计、关键部件研制、热力学循环优化、能量传递规律、系统智能调控与多能源系统耦合等不同角度开展研究和布局，开发了风热机组仿真平台，揭示了创新风能系统多场耦合性能演化机理与控制机制。

“风热机组的控制是非常关键的，要根据风轮特性与压缩机特性进行实时调控，如果控制策略跟不上风速变化，风热机组就有飞车的危险。”钟晓晖告诉《中国科学报》，做应用研究，从一开始就要考虑工程化的问题，“最开始几年会做噩梦，梦到风热机组倒塔了。”

做基础理论探索的4年里，他们在实验室苦苦探索，完成了小试实验装置和风热机组仿真。这次，钟晓晖带着样机到行业里作报告，质疑声变成了期待的目光。

当年12月，中国科学院Ａ类战略性先导科技专项课题“风热机组关键技术研究及示范”立项，钟晓晖拿到了第一笔重要的经费支持。2019年初，钟晓晖带着研究走进黄帝城小镇，开展100千瓦风热机组样机研制与示范。

他在距离示范地一公里租了一套公寓，作为他和三个学生的临时住所。从基建、协调设备，到布置管道、拧螺丝……钟晓晖事无巨细地操持着现场的每一项工作。

2020年1月9日，一个冬日的午后，阳光正暖。钟晓晖徒手攀爬上30米塔筒，为制冷剂管道做保温措施。从塔上下来，抬头便看到阳光直射在塔筒上。他拿出手机，定格下这一瞬间，在朋友圈里写下“金光闪闪”四个字。仿佛卸下了千斤重担，疲惫的身体也随之变得轻盈了。

至此，吊装完成。经过反复调试，4月，正式开始运行。实际运行数据表明，这台100千瓦的风热机组可以为4000平方米建筑提供冷热源，实现了100%可再生能源供暖。

有了小机组的经验，钟晓晖带着团队立即开始攻关2兆瓦风热机组的关键技术并进行工程示范，2023年7月，项目验收现场，实际运行数据显示，当风速7.8m/s时，机组制热量达到额定值4437千瓦，机组制冷量达到额定值3200千瓦。

钟晓晖用“痛苦”形容这些年的经历，除了科研，他还做了很不多不擅长的事情：包括征地、跑手续、与村民谈判、修设备……他至今还记得与学生踩着雪去现场调试的场景，大家埋头苦干，冰天雪地间，只剩下机器的运转声与脚下踏雪的咯吱声。

问题几乎每天都有，他告诉自己，也告诉团队，“办法总比困难多”。

如今，两台风热机组都在平稳运行着。看到一大一小两台机组同时运行的画面，钟晓晖会拍个短视频记录，成就感油然而生，“之前有多苦，后来就有幸福。”往往这个时候，也是高水平成果诞生的时候。

产业进行时

“我国降碳形势日益严峻，传统供热行业亟需转型。清洁能源供暖是减少化石能源消耗、改善大气环境的关键举措。与传统风力发电制热相比，风热技术避免了对电网的冲击，降低了系统造价，大幅提升了风能利用效率。它被越来越多人看到。”钟晓晖说。

钟晓晖表示，根据风热机组的性能特点和市场分析，风热机组在城镇建筑清洁供暖领域、油气领域低温加热和农业农村领域应用前景广阔。近年来，一些地方政府、企业对引入风热技术表现出浓厚兴趣。

目前风热机组已在多地多场景落地，比如，哈尔滨龙江光谷产业园区的“基于2兆瓦风能热电联供机组新型风光储综合能源系统示范”已开工建设，吉林省乾安泥林“基于风热机组综合能源微电网示范项目”等项目已开展方案设计。

“我国已进入风力发电与风能制热多元发展时代。”钟晓晖对未来充满期待，他带领团队开始产业化推广，进一步攻克3兆瓦、6兆瓦以及更大规模机组的系统设计、关键技术和工程示范问题。

多年来，疲惫感虽常有，但钟晓晖找到了放松方式，“累了就去打羽毛球，让身体疲惫对冲精神疲惫”。

驶过乡间道路，巨大的白色风车在树影间若隐若现。钟晓晖感慨，科技与自然在此和谐共生，在实现降碳减排的道路上，风热技术守护着千家万户的四季冷暖。