居民供热是关乎千家万户的重大民生工程，同时也是能源消耗和碳排放的大户。据统计，目前我国供热的能源消耗占社会总能耗的20%，因此研究利用清洁能源替代煤、油、气等传统热源，对于双碳目标的实现具有非常重要的意义。

“实际上，人体感到舒适的温度是18到26摄氏度之间，传统的燃煤供热是对高品位资源的浪费。”在哈尔滨工业大学（威海）新能源学院吴荣华教授眼中，污水、地表水、湖水、海水、工业余热等都是很好的供热原料，“只要解决好技术问题，这些分散的低品位能源都可以成为我们供热的新能源。”

从事清洁能源供热技术研发20多年，吴荣华带领团队开展了环境低品位能源的开发替代、新型多源热泵机组研制、区域能源站多源耦合系统研究、储能设计与构造、储能与智慧供热控制技术开发，构建出以清洁供热为中心、多种能源融合的综合能源互联网，为供热系统的绿色零碳化打通了技术通道。

从污水到各类水源 低品位水源热能为建筑物供热供冷

1995年吴荣华来到哈尔滨工业大学市政与环境工程学院热能工程系供热空调专业学习。

在供热期长达6个月的哈尔滨，保供暖是冬季重要民生工程之一。而当时哈尔市集中供热普及率不足30%，大部分居民家由小锅炉供热，一天三遍供热，锅炉一烧家里窗台积满烟灰、外面空中烟气弥漫。来自南方的吴荣华琢磨着，集中供热虽然可以提高燃煤效率，但不能彻底解决环境污染问题，能不能用清洁能源全面替代燃煤供暖？

攻读博士学位期间，吴荣华在导师孙德兴教授的带领下研究利用城市污水取暖、制冷的新技术，他们研究开发了污水冷热源及特殊的污杂物处理装置，克服了与水质极差的城市原生污水换热过程中管路设备的堵塞与污染问题，从城市污水中提取热、冷量向建筑物供热、供冷。与传统的冬季锅炉或热网供暖、夏季中央空调系统相比，该技术初投资与运行费用约可节省25%。2005年，黑龙江省科技厅组织成果鉴定，暖通空调、制冷、工程热物理领域的多位专家学者组成的鉴定专家组认定，“城市污水热能资源化工艺与技术”为“世界首创，技术水平国际领先”，“基于疏导换热的污水及地表水热泵供热供冷”技术为国际领先水平。

2005年博士毕业后，吴荣华留校做博士后，继续研究并揭示了污水及地表水等复杂流体的流动换热特性，开发了采用污水、地表水等作为热泵冷热源进行供热的系列技术与装备。

为验证和完善技术，他和团队开展了规模化示范应用，先后在哈尔滨望江宾馆、西安未来城、大连第七人民医院、北京南站等实现了示范供热，应用污水及地表水热泵供热示范面积超过2000万平方米，产生直接经济效益20余亿元，年节省标煤量20万吨以上、减排二氧化碳50万吨以上。2010年“城市污水热能资源化工艺与技术”获得黑龙江省技术发明奖一等奖。2024年6月，在《“碳中和与清洁能源利用”哈工大可持续发展报告》中，该项目位列碳中和与清洁能源利用领域的标志性贡献的首位。

从一地到全域 多能耦合清洁能源惠及更广阔区域

博士出站后，吴荣华先后到中国科学院青岛生物能源与过程研究所和青岛大学从事科研、教学工作，同时以青岛科创蓝新能源股份有限公司为平台，将研究成果转化落地。

他带领团队攻克了污水源热泵供热系统的高效转换、供热运行工况优化、区域化供热系统运行保障机制等关键技术，进一步开发出适应于规模化供热的高效技术和装备，实现了污水源热泵供热系统规模化、区域化、智能化替代传统燃煤供热。

他们创新性开发了干热式大型空气源热泵技术，以水源热泵的形式提取空气能，将水源、地源和空气源有效耦合，构建了国内空气源热泵供热行业发展的新方向。

他们原创了冷水相变储能热泵供热技术，利用冬季近冰点的低温水提取相变潜热供热，为新能源供热全面替代燃煤供热的多元耦合技术提供了重要支撑。

他们解决了多种热源的能量转换、不同技术的耦合匹配、系统综合能耗的优化配置、极端工况下的运营保障等技术难题，实现了新能源供热系统的多能耦合。

他们构建了多能耦合供热系统的安全智能调控系统，通过灵活配置模块化控制系统和集成运行控制指标，实现了热源侧和用户侧基于负荷匹配的协同控制和安全稳定供热。

2017年，研究团队将这些新技术、新装备整合起来，牵头建设了河北魏县中心城区新能源供热替代工程。作为国内首个城市新能源整体改造项目，供热面积达1000万平米，每年可节省燃煤12万吨以上，减排二氧化碳30万吨以上。

2021年，他们承担的科技惠民计划青岛高新区区域新能源供热项目一期投入使用，建立了从设计到建设、从能源站到建筑物、从无人值守到无人管理的互联网+云端一体化信息控制平台，实现了基于智能监测的运维全过程管控和碳流动统计。

供热是微利行业，更是民生工程。由于提高了能源利用效率并避免了矿物能源（煤、燃气、油等）的直接使用，近年来研究团队在多个清洁能源供热示范项目中累计供热面积超过5000万平方米，产生直接经济效益50余亿元，年节省标煤50万吨以上，减排二氧化碳近100万吨。

这期间吴荣华先后入选青岛市、省级和国家级人才计划，被授予国家有突出贡献的中青年专家，享受国务院政府特殊津贴。他领导组建了山东省低值能源供热工程技术研究中心、青岛市清洁能源供热工程研究中心等多个省市级研发平台，培养了大量行业技术人才，成为该领域内产学研合作和推动行业技术创新发展的重要力量。

从供热到电力 消纳探索不同能源网的互补互联互通

2023年12月，吴荣华回到哈工大，在威海校区新能源学院开始了事业发展新征程。“在哈工大学习工作16年的经历塑造了我，我希望在学校这个平台上再干一番事业。”

他很快投入工作。为本科生讲授《传热学》，新招了1名硕士研究生和1名博士研究生，组建起“新能源与储能技术”团队，围绕清洁能源与地热能利用领域的储能系统与装备开发继续深入研究，已承接多项企业横向合作课题，目前同步开展示范工程建设，有望在供热领城实现储能技术的突破。

据统计，2023年我国风电光伏发电的装机总量已经占到煤电的一半。但因为风电光电本身的不稳定，大量接入将对电网的稳定性构成威胁，因此风电光伏发电并没有得到完全利用。而如果不能消纳这些新能源，将会使新能源装机容量下降，导致可再生能源产业链的下滑。

“解决‘产销’矛盾的关键就是储能技术。”吴荣华表示，“只有将风电光伏发电等不稳定发电在用不着时存储起来，在需要时再稳定地释放出来，才能使新能源得到有效利用。”

储能技术，也是2018年新能源学院成立之初的一个重要研究方向。2020年初国家发展改革委、教育部和国家能源局印发《储能技术专业学科发展行动计划》，提出加快培养储能领域“高精尖缺”人才，增强产业关键核心技术攻关和自主创新能力。

在吴荣华的新能源供热体系中，一端是多能耦合的供热“源”，另一端是千家万户的需求“荷”，连接这两个有机独立端的就是储能库。他设想，把新能源发电并入供热系统，利用水土储能技术，将夏季多余的能源存储起来冬天用，将白天用不上的能源存储起来晚上用，削平新能源的峰与谷，从而实现新能源的时空调度。

“未来，我们将探索使用水土及相变储能技术，让各种清洁能源在供热系统中耦合，让不同能源网互补互联互通，最终解决供热系统的绿色零碳化和新能源的电力消纳问题。”