“大风车吱呀吱哟哟地转，这里的风景呀真好看……”当歌声照进现实，在河北省张家口涿鹿县的黄帝城小镇上，还真有一座好看又好用的“大风车”——它既是全球首个兆瓦级风热机组样机，同时也是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。

将风能转变为热能，这是一条新颖却难走的路。相信大部分人看到“空气动力学与电磁涡流制热理论”的说法，都会头大，而钟晓晖的起点其实也一样，并不得其法。‌‌

钟晓晖

从零起步

十余年前，风热技术几乎无人问津，但钟晓晖却风华正茂——2014年以前，他一直在华北理工大学深耕。但也正是在这个时候，因为一句“徐老师有个新的方向，没人做，你愿意吗？”他直接转换赛道。

这位“徐老师”，正是中国科学院院士、工程热物理所研究员徐建中；“新方向”，则是利用风能解决供热需求问题。

“那我试试看吧。”接下这份重任时，钟晓晖37岁。那一年，北京的雾霾还比较严重，我国风场建设也在如火如荼地进行着。

“大风车”

其实一直以来，风能制热都不是新概念，只是执行较难——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、电驱锅炉或热泵等环节。然而，由于新能源电力并网受限和电网稳定性问题，使得风能制热存在诸多障碍，不少研究者都选择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，很难说成是高分答卷。

风能制热流程

钟晓晖最初也想选择这条路线。而徐院士却提出了不同想法，“老师想实现的是风能直接驱动热泵制热，不经过发电环节。”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。”徐建中如此说服了钟晓晖。

信念坚定后，钟晓晖却发现现实往往更加残酷。没有团队、没有经费，几平方米的工位成了钟晓晖“初创”路上的唯一资产。这还不是最让人灰心的，因为新技术尚不到位的宣传，到处被“泼冷水”、接受质疑的日子，钟晓晖度过了不知有多少。

“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，往往都是这种声音萦绕耳畔。但钟晓晖偶尔沮丧却不气馁，因为他始终坚信“这都是由于新路还没有人走。并且，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”。

“创造幸福”

原有仿真设计软件不适用就自己创造，试验验证再困难都要克服，风热机组整机稳定性控制难度加大就日夜攻关……总之，面对从基础理论到关键技术几乎无方案可参考的现状，钟晓晖都一一接受了。“做科研不就是一直挑战嘛，总坐享其成有什么意思？”

后来，钟晓晖还遇到了许多伙伴。他们组成了风热团队，共同从整机系统设计、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，风热机组将面临危险。”钟晓晖和小队成员俨然把实验基地直接当成了家，一天到晚泡在离示范地仅有1公里的公寓里苦思冥想。“心里有各种担心，最开始几年做噩梦都是梦到风热机组塔倒了。”

这样的日子最终在2018年样机问世之后走到了尽头。那一年，钟晓晖和团队到行业里作报告，眼见着之前的质疑眼神统统变成了期待的目光。同年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支持经费。2019年年初，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。

进可督促基建、协调设备，退可亲手布置管道、拧螺丝……钟晓晖事无巨细地操持着每一项工作。2020年1月，冬日午后，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。当他从塔上下来，抬头看到阳光直射在塔筒上时，他好像第一次看到了“成功”的模样，于是他拿出手机记录下了这一刻。而这张对他有重要意义的照片至今还“金光闪闪”地展示在他的朋友圈里。

至此，吊装完成。经过反复调试后，风热机组在2020年4月正式运行。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。

钟晓晖坚守项目第一线

有了小机组的成功经验，钟晓晖马不停蹄地带领团队开始攻关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，当风速为7.8米/秒时，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。

而驻扎在示范地的这些年，除了科研，钟晓晖还做了很多本不擅长的事情，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。

突发状况是每天都有的，解决问题是永不停歇的，钟晓晖每天都无数次告诫团队，也告诉自己：“办法总比困难多。”同时，幸福也不是没有，因为风热机组的性能特点和市场分析，其在城镇建筑清洁供暖领域、油气领域和农业农村领域应用前景尤为突出。近年来，一些地方政府、企业对引入风热技术表现出了浓厚兴趣。

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”项目已开工建设，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。他自己也很快投身进一步攻克3兆瓦、6兆瓦及更大规模机组的系统设计、关键技术问题之中。“如果未来风热技术真能实现在降碳减排的基础上，守护千家万户四季冷暖的伟大愿景，这将是我最大的幸福！”他说。

来源: 我是科学人