时间:2023-12-02 15:40:42
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能源动力类专业是战略性新兴的新能源相关产业及新能源科学与工程等专业的发展基础
战略性新兴产业如新能源学科与工程等专业的发展需要以传统优势学科为其基础。传统产业的基础和发展现状将影响战略性新兴产业的形成与发展,战略性新兴产业的发展也将从传统产业的发展中获取帮助。能源动力类专业涉及的多是传统产业,而新能源科学与工程专业所涉及的是战略性新兴产业,因此,能源动力类专业的发展直接影响到新能源及其新能源科学与工程专业的发展。新能源科学与工程专业涉及的学科领域广泛且属交叉学科,涉及物理学、能源与动力工程、电子科学与技术、自动控制、材料科学、机械工程、化学等多个基础学科。新能源科学与工程专业是一个典型的多学科交叉专业并强烈地依托于能源与动力工程等工程技术的发展。基础学科是催生和促进新的学科领域特别是交叉学科、新兴学科发展的源泉。战略性新兴新能源产业及新能源科学与工程专业的发展离不开孕育其出生的能源动力类专业,能源动力类专业作为其发展的基础与源泉,并为新能源科学与工程专业的发展提供强大的理论基础。
国内外高校的新能源科学与工程专业的课程设置与能源与动力工程专业的设置有共同之处,如均以流体力学、工程热力学、传热学等作为专业基础课。国内已开设的新能源科学与工程专业的人才培养课程体系可知,大部分培养方案体现了能源动力类专业的学科基础(包括流体力学、工程热力学、传热学等),这些均与教育部新修订的《普通高等学校本科专业目录(2010)》中,将新能源科学与工程专业设为能源动力类特设专业的要求是一致的。北京工业大学新能源科学与工程专业的实践教学方面,主要依托热能与动力工程北京市实验教学示范中心的实践教学平台,并借助重点实验室的科研优势和动力工程及工程热物理学科优势,进行新能源科学与工程专业的创新性实验项目研究。
综上所述可知,国内大多数高校的新能源科学与工程专业多是建立在原来的能源动力类专业基础之上的,能源动力类专业是战略性新兴的新能源相关产业及新能源科学与工程等专业的发展基础,因此,需要深入探讨能源与动力工程专业的人才建设。
战略性新兴的新能源产业发展对能源动力类专业人才培养的需求
自2010年7月教育部下文开办新能源科学与工程专业的建设已有4年时间,该专业的发展取得了很大的进步,该专业主要是学生通过学习各种类新能源的特点、利用方式和方法以及新能源应用的现状、未来发展的趋势,学习动力工程及工程热物理学科宽厚理论基础,系统掌握新能源与可再生能源转换利用过程中所涉及到的能源动力、化工、环境、材料、生物等专业知识,培养具备热学、力学、电学、机械、自动控制、能源科学、系统工程等宽厚理论基础,受到新能源转换与利用以及新能源利用技术与设备的全面训练,具备能源科学及工程知识与现代信息技术,具有良好的团队合作精神和国际视野,具有较强工程实践与创新能力的专门人才。
经过近几年的发展,新能源科学与工程专业的人才培养目标及课程体系的设置取得了很大的进步,但是,从新能源科学与工程专业的人才培养目标以及课程设置体系设置的分析,可以看出,其侧重于将风能、太阳能、地热、生物质能、核电能等各种“新能源”如何高效的转换为“中间能源”,如将将太阳能转化为热能,生物质转换为生物油,将风能转化为机械能,将潮汐能转换为势能等“中间能源”。但是,新能源要高效地为我们所利用,还需要将这些“中间能源”合理高效转换为可以利用的“二次能源”如电能以及可以直接应用的生物油等,这些“中间能源”的高效转换需要有能源与动力工程专业的参与才能够高效完成“中间能源”向“二次能源”的转换。
因此,在大力发展新能源相关产业及新能源科学与工程专业的同时,对能源与动力工程专业的发展提出了新的挑战与机遇,需要针对新能源科学与工程专业设置的不足之处,针对各种“中间能源”的特点及转换特点,制定出合理的能源动力类专业的人才培养方案,使其与新能源科学与工程等新能源相关专业形成互补,共同完成从“新能源”向“中间能源”再到“二次能源”的高效转换,将新能源的利用率发挥到极致。
基于战略性新兴的新能源产业发展背景下的能源动力类专业人才培养的探讨
国内开设有能源动力类专业的高校有100余所,通过查阅并归纳国内各个高校能源动力类专业的人才培养目标:着力培养拥有扎实的动力工程及工程热物理学科宽厚基础理论与专业知识,并具有较高的人文社会科学和管理学的知识,系统掌握热力科学、控制技术和计算机应用技术、能源高效转换、清洁利用及其自动控制与运行的专业知识、基本技能及学科发展动态,具有较强的工程意识、工程素质、工程实践能力、自我获取知识的能力、创新素质、创业精神、社会交往能力、组织管理能力和国际视野的高素质人才。
根据战略性新兴产业之新能源发展的要求以及新能源科学与工程专业人才培养的特点,结合能源与动力工程专业的人才培养目标以及当今能源动力类专业自身发展的需求,提出了能源与动力工程专业人才培养的一些建议。
针对新能源产业的发展,调整能源与动力工程专业的人才培养课程体系
针对新能源产业的发展特点,以及新能源的能源转化特点,适当调整人才培养目标及课程体系使之满足新能源后续利用对人才的需求。如太阳能的热利用过程中,可设置高效吸收、储存及释放太阳能(热能)的相关课程,以及高效利用其储能材料释放的热能的动力机械的相关课程,完成从“新能源”(太阳能)到“中间能源”(储能材料所储存的热能)再到“二次能源”(如电能)的高效转换;可以添加高效热解生物质转换为高品质的生物油(“中间能源”)的课程,以及开设特定课程来讲解如何将生物油(“中间能源”)转换为可以直接高效利用的“二次能源”或直接将生物油“中间能源”高效利用的课程等等。
构建多层次、不同规格的人才培养体系
能源动力类专业(学科)的人才培养需要分为博士、硕士、本科及专科,满足不同层的人才需求。同时,不同性质的高校在本科层次的人才培养目的是不同的,如研究型大学主要培养学术型以及研究与应用人才、教学研究型大学培养学术和应用型人才为主、教学型大学培养应用型人才为主以及高等职业院校培养应用型学生为主。
加强职业教育与培训,发展继续教育,构建终身教育体系
虽然高校有多层次、不同规格的人才培养方式,可以针对不同层次的人才需求制定相应的人才培养目标并培养出合格的人才,但是,当今科技发展日新月异,知识发展迅猛,技术更新频繁,如果企业引进的人才仅仅靠在学校所学的知识是不能满足企业的快速发展的。总书记在十六大的政治报告中指出:要“加强职业教育与培训,发展继续教育,构建终身教育体系”。因此,需要为已经毕业的能源动力类专业人才制定继续教育培训计划,构建终身教育体系,使能源动力类人才时刻具备最新知识与技能,满足企业发展的需求。
采取的措施可以是要根据不同岗位的人员,帮助其制定终身的自我学习与培训计划,使其获得并完善各种知识与技能;与高校联合制定长期的培训计划,如每年对企业的人才进行专业相关新知识的培训或是按照企业的要求进行专业知识培训;邀请能源动力类的研究院所专家定期举行学术讲座,传播能源动力类的最新技术发展,起到抛砖引玉的作用;可以与行业协会共同举办相关知识的讲习班,使热能工程师掌握相关最新的专业技术;要求企业员工进行培训考证,使他们在考证过程中学习到相关知识,同时也使其保持强烈的学习愿望;出国进行短期培训学习,学习国外最新的能源动力类知识;采取要求每位员自己工定期举办讲座,将其学习、工作或查阅中所获得的知识进行相互交流,使大家能便捷地学习到更多的知识。
建立跨产业、跨领域、跨学科合作的人才培养模式
对能源动力类专业进行教育资源的整合,在培养常规的能源动力类人才基础之上与新能源相关产业合作培养跨产业人才,并与能源动力类之外的领域如化学工程及材料学科合作培养生物质能高效利用与新能源材料相关的专业技术人才。
建立高校与企业、研究院所及国外高校学联合的人才培养模式
高校与企业联合人才的培养主要是让企业里面的既懂理论专业知识和具有丰富实践工程经验的工程师担任本科人才培养(毕业设计)的第二导师,让本科生在毕业设计阶段可以得到实际工程知识的训练,学习到如何将理论知识与实践工程联合起来解决实际工程问题的能力,学习如何将知识转换为生产力。其次,可以让企业参与硕士及博士人才的培养,由于硕士人才与博士人才培养目标不同,因此,对于硕士人才的培养主要是让学生参与企业的技术改革,解决较高难度的实际课题为主。博士人才的培养可以部分参照博士后流动站对其博士后工作人员的要求进行培养,参与企业的产品研发的研究工作。聘请国内能源动力类研究院所的知名专家院士来校进行学术交流,让学生有机会与这些学术泰斗面对面交流,学习他们的思维方式,以及他们所带来本领域的最新专业知识信息。可以聘请国外高校知名教授专家来国内短期讲课,让学生了解国外本领域的最新发展及相关知识。
注重能源动力类人才出国留学培养
选送优秀的学生在完成国内的课程以后,到国外动力类著名高校继续学习先进的能源动力类知识,使人才的培养具有国际水准,这些学生在国外完成本科、硕士或博士的学业之后回国工作,这样就可以为我国能源动力类的建设起到推波助澜的作用,加快我国能源动力类产业及新能源产业的快速发展。
能源动力类人才的后续培养
从高校毕业的博士、硕士、本科及专科具备一定理论知识,但是,这些人才要在企业做出成果,离不开企业的“二次培养”,就是按照不同层次人才的特点安排在不同的工作岗位进行专业技能、技术以及研发的后续培养锻炼,在此过程中培养出能够将知识转化为实际生产力的各个环节上的不同层次的人才,培养出如科技创新的领军人才、科学研究与技术开发人才、高技能的技术创新人才以及实际科技成果的转化人才等。
1、能源与动力工程:此专业学生主要学习动力工程及工程热物理的基础理论,学习各种能量转换及有效利用的理论与技术,受到现代动力工程师的基本训练,具有进行动力机械与热工设备设计、运行、实验研究的基本能力。
2、能源与环境系统工程:此专业培养具备宽厚热科学理论和能源与环境系统工程知识,能从事清洁能源开发、电力生产自动化、能源环境保护、制冷与低温、空调和储能、空调与人工环境等领域的设计、研究与管理的跨学科复合型高级技术人才。
3、新能源科学与工程:此专业面向新能源产业,根据能源领域的发展趋势和国民经济发展需要,培养在新能源科学研究及其利用的技术开发与实施等方面既有扎实的理论基础,又有较强的实践和创新能力的专门人才,以满足国家战略性新兴产业发展对该领域教学、科研、技术开发、工程应用、经营管理等方面的专业人才需求。
(来源:文章屋网 )
作者简介:陈建林(1975-),男,湖南浏阳人,长沙理工大学能源与动力工程学院,副教授;陈荐(1967-),男,湖南衡阳人,长沙理工大学能源与动力工程学院,教授。(湖南 长沙 410114)
基金项目:本文系长沙理工大学教研教改项目(项目编号:JG1236)的研究成果。
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)22-0020-03
风电和太阳能发电是我国战略性新兴产业之一,发展风能与太阳能也是我国实现传统化石能源为主过渡为可再生能源和清洁能源为主的必然之举。近年来,我国风电与太阳能发电迅猛发展,对新能源产业人才提出迫切需求。自2006年以来,我国相继有华北电力大学、河海大学、长沙理工大学等多所高等院校开办“风能与动力工程”本科专业;按照2010年《教育部办公厅关于战略性新兴产业相关专业申报和审批工作的通知》,自2011年开始,我国部分高等院校又设置“新能源科学与工程”、“新能源材料与器件”等新能源产业相关的本科专业;2013年,根据教育部要求,“风能与动力工程”专业将统一更名为“新能源科学与工程”专业。面对新能源产业发展需求和我国新能源产业人才培养现状,本文对“风能与动力工程”专业过渡为“新能源科学与工程”专业的人才培养模式进行探索与实践。
一、我国风电产业发展现状
1.总体装机情况
自2007年,我国风电装机容量呈高速增长趋势。如表1所示为2001~2012年我国新增及累计风电装机容量(数据来源:CWEA)。2010年,我国(不包括台湾地区)新增风电装机1893万千瓦,累计风电装机容量4473万千瓦,超过美国跃居世界第一位。至2012年底,全国新增安装风电机组7872台,装机容量1296万千瓦;累计安装风电机组53764台,装机容量达到7532万千瓦;风电并网总量达到6083万千瓦,发电量达到1004亿千瓦时,风电已超过核电成为继煤电和水电之后的第三大主力电源。
图1 2001~2012年中国新增及累计风电装机容量
至2012年上半年,我国规划建设的百万千瓦级、千万千瓦级风电基地包括甘肃酒泉基地(首期380万千瓦)、蒙东基地通辽开鲁基地(150万千瓦)、蒙西达茂巴音基地(160万千瓦)、河北承德基地(100万千瓦)、新疆哈密基地(1080万千瓦)的建设项目已部分或全部完成。此外,全国还有6个百万千瓦级风电基地正在组织开展建设前期工作,分别为宁夏贺兰山基地(450万k千瓦)、甘肃武威民勤红沙岗基地(100万千瓦)、吉林四平大黑山基地(170万千瓦)、锡林郭勒基地(300万千瓦)、兴安盟桃合木基地(200万千瓦)、呼伦贝尔基地(250万千瓦)等。
至2012年底,全国累计核准风电项目1651个,累计核准容量9040万千瓦(含国家核准计划外项目517万千瓦),其中累计核准容量2084万千瓦,居全国之首。2012年上半年全国风电累计吊装容量6190万千瓦,累计并网容量5572千瓦,在建容量3468万千瓦,并网容量占核准容量的62%。其中内蒙古风电并网容量突破1500千瓦,领跑全国,河北、甘肃、山东、黑龙江、江苏、新疆、山西、广东、福建等省区并网容量也均超过100万千瓦。
2.风力发电投资企业情况
2012年上半年,国电集团新增并网容量190万千瓦,累计并网容量1172万千瓦,继续保持全国风电并网容量首位;华能集团新增并网容量100万千瓦,累计并网容量759万千瓦,居第二;大唐集团新增并网容量101万千瓦,累计并网容量675万千瓦,居第三。五大发电集团累计并网容量3170万千瓦,约占全国并网容量的57%。2012年上半年全国投资企业基本保持稳定发展状态,同比2011年上半年并网容量降低了约16%。表1所示为2012年上半年主要投资企业并网容量统计情况。
3.风电机组制造商情况
大规模风电基地建设,为我国风电机组制造商开拓了广阔的市场。2012 年中国风电新增装机容量排名前二十的企业几乎占据了国内98%的市场份额,其中金风新增风电装机容量最多,达到2521.5兆瓦,占据19.5%的市场份额。2012 年,我国风电新增装机容量排名前三的企业分别为金风、联合动力和华锐。2012年中国风电新增与累计装机排名前二十的机组制造商分别如表2与表3所示。
另外,我国海上风电也取得较大进展。截至2012年底,中国已建成的海上风电项目共计389.6兆瓦,是除英国、丹麦以外海上风电装机最多的国家。我国海上风电开发提供风电机组的制造商中,华锐、金风、Siemens 所占份额较大,机型主要以2MW以上的风电机组为主。
二、我国风电人才需求及培养现状
风电产业的高速增长也带来了风电人才的短缺。我国的风电人才需求主要为三个方向:一是风电开发企业,如国电、华能、大唐、国华、华电、中电投、中广核、华润等下属的风电场,主要从事风电场运行与维护方面的工作;二是风电机组制造商,如华锐风电、金风、广东明阳、国电联合动力、湘电风能、Vestas、上海电气、东汽、Gamesa、GE等,这类企业一般需要高端的风电研发人才;三是风电规划设计或建设单位,主要从事风电场的规划、设计和施工等方面的工作。
目前,我国风电人才培养大体上形成了三个层次的格局:第一梯队是博士、硕士研究生培养,主要由国内各高校及研究机构借助风电领域的课题研究培养和造就一批具有较高学术水平、创新能力的风电领域高层次人才。第二梯队是本科生培养。据统计,自华北电力大学2006年创办我国第一个风能与动力工程本专业以来,包括长沙理工大学、河北工业大学、内蒙古工业大学等,全国已开设风能与动力工程本科专业学校有16所(2013年起,“风能与动力工程”专业更名为“新能源科学与工程”专业)。第三梯队是高职生。高职院校主要培养从事风电机组制造、风电场运行与维护的一线技能型人才。
从长沙理工大学(以下简称“我校”)首届风能与动力工程专业毕业生就业考研与出国情况来看,毕业生出现不同层次的走向。截至2013年3月20日,风能与动力工程专业2009级毕业生63人,已签约49人,就业走向主要为中国大唐集团、国电集团、华能集团、电力投资集团、华润集团等发电企业的下属新能源公司,少部分为风电机组制造商和电力建设单位;读研7人,分别被华北电力大学、中南大学、湖南大学等大学预录取;出国深造2人,分别为丹麦科技大学和德国汉诺威大学预录取。从目前人才需求角度来看,由于近几年风电项目的迅速扩张,风电行业对风电场运行与维护的技能型人才有较旺盛的需求。
在风电大规模发展的同时,近几年我国太阳能发电也迅速扩张。截至2012年底我国累计光伏装机容量达到7.5GWp,预计2013年将新增光伏装机容量为10GWp,计划2015年新增光伏装机容量为40~50GWp,2020年新增80~100GWp。风电和太阳能发电作为新能源中两支主力军,出现并驾齐驱的局面,产业发展必然对专业人才提出迫切需求。2013年,教育部统一将“风能与动力工程”专业更名为“新能源科学与工程”专业。本专业也将面向更宽广意义的新能源产业需求,对专业培养方案进行调整。
三、新能源科学与工程专业人才培养模式的探索与实践
本科教育既是培养工程技术人才的中坚力量,又承担着为行业高端人才培养打基础的重要任务。本科生的优势在于理论基础、思维方法和发展潜力,但缺乏的是技术细节方面的训练。因此应始终以培养学生“基础理论扎实、工程实践能力与创新能力强为目标。从新能源产业自身发展角度来说,需要一批具有宽广知识体系、能够引领新能源技术发展的高水平创新型复合人才出现。新能源科学与工程本科教育应该既注重专业的基础性,又要注重工程实践性。为此,我校能源科学与工程专业人才培养模式在以下几方面进行了探索与实践。
1.以“厚基础、宽口径、强能力、高素质”为原则确立人才培养目标
2009年首届招生以来,本专业依托本校能源电力优势学科,立足新能源国家战略性新兴产业,面向风电产业人才需求,确定了“培养德、智、体、美等全面发展,基础扎实,知识面宽,有较高的综合素质、工程实践能力和创新能力强,具备较强的计算机应用能力和较高外语水平,系统掌握风能与动力工程专业基础理论和基本知识,能胜任风电场的规划、设计、施工、运行与维护,风力发电机组设计与制造,风能资源测量与评估,风力发电项目开发等风能与动力工程专业的技术与管理工作,并能从事其他相关领域的专门技术工作应用型高级工程技术人才”的人才培养目标。2011年,本专业被确定为湖南省省级特色专业。2013年,根据教育部对本科专业整理工作的统一部署,将“风能与动力工程”专业将更名为“新能源科学与工程”专业。本着“厚基础、宽口径、强能力、高素质”的原则,对专业培养方案做了相应的调整,但仍然保留“风能与动力工程”专业的特色,以风力发电为重点,涵盖太阳能光伏/光热发电等新能源知识体系,培养具有宽厚理论基础和创新精神、实践能力强的应用型高级工程技术人才。
2.注重基础性和实践性相结合设置课程模块与培养环节
根据学校的特色和优势,编制风能与动力工程人才培养计划,共开设必修课35门,开设选修课23门,现已开出课程门数为58门,学生需选修33学分选修课程,选修课在总学分中的占比为19.6%。设置了理论力学、材料力学、风力机空气动力学、机械设计基础、电机学、电路理论、自动控制原理、风力发电原理、光伏发电原理与应用、太阳能热利用原理与应用等主要理论课程和计算机辅助设计、电工电子技术、微机原理与接口技术、风资源测量与评估、风电机组设计与制造、风电机组控制与优化运行、风电场电气工程、海上风力发电等技术类课程;以金工实习、电子工艺实习、机械设计课程设计、风电场电气工程课程设计、风电机组设计与制造课程设计、风电场认识实习、检修拆装实习、仿真实习、运行(毕业)实习、毕业设计(论文)等作为主要实践教学环节。风能与动力工程专业在教学环节的设置上实践教学贯穿全程。共4次集中实习,课程模块与培养环节关系如图2所示。
图2 风能与动力工程专业课程模块与培养环节关系
3.在工程实践中培养创新意识和创新能力
创新型人才是支撑和推动新能源产业发展的主要动力。创新源于实践,在工程实践中培养创新意识和创新能力。长沙理工大学经过多年的探索与实践,构建了培养“具有创新精神的应用型人才”的学生能力结构体系、能力培养的实施方案、实践教学体系以及管理模式,提出了“工程基础训练+工程创新训练+大工程意识训练”的工程教育模式。基于工程教育理念,形成了“三层次、四模块、三结合”的实践教学体系,即实验、实习、设计等主要实践教学环节按基础训练、提高训练、综合训练三个层次进行系统设计;将实践教学内容分为实验、实习、设计、课外实践四个模块;采用课内外、校内外、第一课堂与第二课堂三结合的方式组织实践教学。
新能源科学与工程专业是一个实践性很强的专业,在办学过程中十分重视实践教学,并建立了稳定的校内校外实习实训基地,通过加强实践教学培养学生的创新意识和动手能力。
(1)校内实习基地。建立校内“风电机组运行特性分析实验室”、“风力机变桨控制实验室”、“风力机偏航控制实验室”、“风力机组检修拆装实验室”、“大型风电场运行仿真实验室”、“风力机叶片振动特性实验室”、“风力机设备腐蚀与磨损实验室”、“光伏发电实验室”等专业教学实验室,为专业实验课、认识实习、拆装实习、仿真实习提供良好的条件。
(2)校外实习基地。根据本专业人才培养目标和要求,制定与社会发展需要相适应的人才培养方案,与大唐华银城步南山风电场、华电郴州仰天湖风电场、中电投九江长岭风电场、大唐漳浦六鳌近海风电场、湘电集团有限公司、湖南兴业太阳能有限公司、北京木联能软件技术有限公司等省内外相关企业共建“风能与动力工程”专业,形成学校与企业产、学、研全面合作的长效机制。风电专业骨干教师共18人次先后到内蒙古华电新能源辉腾锡勒风电场、福建大唐漳浦六鳌近海风力发电场、河南南阳方城风电场、新疆电力设计院、大唐甘肃酒泉风电场等风力发电企业进行技术交流和科技服务。风电专业学生在华电郴州仰天湖风电场、宁夏贺兰山风电场与太阳山光伏电站等基地开展了丰富的暑期实践活动。依托专业实验室,学生开展了大量科技创新实践活动,专业教师指导学生开展了国家级(共4项)、校级(4项)“大学生研究性学习与创新性实验项目”的研究工作;参加全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛、“挑战杯”湖南省大学生课外学术科技作品竞赛等各类科技性竞赛活动,获得较佳的成绩。
4.转变技术类或实践类课程的学习过程
本科教育的缺失是职业技能或技术细节方面的训练。理论知识宽广但实践动手能力差是目前本科教育存在的较普遍现象。本科毕业生感觉学了很多东西,又感觉什么也没有学到,学到的都是一些理论或概论性的东西。相反,高职院校的职业技能针对性很强,注重实际动手操作能力的培养,而弱化理论知识体系的教育,相比于本科生,高职生在职业技术方面更容易上手。但如果本科生像高职生那样培养,势必过于狭隘,也违背了大学本科教育的初衷。本科生的优势就在于理论基础、思维方法和发展潜力。因此,本科生的理论基础课程的学习可以沿用传统的书本教学为主,培养思维方法;技术类或实践类课程学习则应放弃那种“先书本,再实践”或“只有书本,没有实践”的教学方式,而应遵循“在实践中学习”的原则。针对不同的专业特点有选择性地开设或加强职业技能型的课程。对于本专业来说,则应加强计算机绘图、电气与控制、模拟仿真、机械设计与制造等模块的技能培养。如此,本科生则不但具有宽广的理论基础,而且具有较强的职业适应能力。
四、结论
风电与太阳能发电作为我国战略性新兴产业,呈现蓬勃生机的发展局面。新能源产业发展为新能源科学与工程专业毕业生提供了广阔的就业空间,同时本专业人才也必将成为推动新能源产业发展的动力。本专业应以“工程实践能力”为核心,夯实理论基础,强化实践能力和创新意识的培养,支撑新能源产业的发展。
参考文献:
[1]中国可再生能源学会风能专业委员会.2012年中国风电装机容量统计[J].风能,2013,(3).
[2]李俊峰,蔡丰波,唐文倩,等.中国风电发展报告2011[M].北京:中国环境科学出版社,2011.
[3]袁剑波,郑健龙.工程实践能力:培养应用型人才的关键[J].高等工程教育研究,2002,(3).
[4]李录平,张拥华.基于工程意识和能力培养的理工院校实践教学改革与探索[J].黑龙江教育,2010,(4).
[5]李录平,张拥华,周键,等.高等学校实践教育多维度理念探析[J].中国大学教育,2011,(11).
[6]何建军,陈荐.风电人才需求与人才培养模式的研究[J].中国电力教育,2010,(31).
热能与动力工程实质上是指热能的开发与动能的转换过程,并且两者之间在一定条件下可以实现相互转换和应用。不仅如此,热能与动能还能够实现与电能的相互转换,使三种能源都能够得到高效利用,有效实现了能源的节约与利用,在很大程度上促进了我国经济社会发展,实现经济效益和社会效益的同时提高,是我国实现健康可持续发展的关键。所以必须加强对热能和动能工程研究,以实现两者的科技创新,实现其经济价值和社会价值。热能与动力工程关系复杂多变且具有系统性,在对两者进行相关研究和分析时要注意以下几方面的认知:
1)热能的转换和利用,一般包括热能转换为动力和在动力控制工程中的应用,如热能新能源的开发和热能在其他能源环境中的利用等;2)从热能产出点内燃机和驱动系统的基础上了解,热能生产相关设备及程序主要包括热力发电机和汽车工程。3)基于机械能从电能转化而来的基础,了解到机械能与电能转换中使用到设备及工程包括流体机械和制冷低温工程[1]。
二、热能与动力工应用发展现状及问题
1)热能与动力工程中工业炉的应用发展现状。工业炉作为热能产出的重要设备,对热能供应效率起着不可代替的作用,并且工业炉还是工业体系的关键部分,实现工业炉热能产出效率和动力工程效率的提高,将在很大程度上促进工业的快速、健康和持续发展。但是工业炉燃烧材料实现热能供应时,产生大量的有害气体,破坏了生态平衡和污染了生活环境,所以近几年很多相关专家及企业对做出了相关研究,以探索低污染和低破坏的方法,来高污染燃烧材料实现热能供应。随着科学技术和社会经济的共同快速发展,使相关专家及企业进行新能源开发方法研究中,将科学技术充分融入到了工业炉产热能和动能中,并且还实现了电能、热能和动能的相互转换,促进工业炉发展的同时,也提高了能源利用率,有利于资源浪费的减少和工业节能发展的实现[2]。
2)热能项目中的风机问题。一方面,热能产出中离不开风机的传输与调节,对热能质量起着重要性作用,但是在热能供应中,往往因疏忽管理与养护,导致风机破损和停运,进而影响整个热能项目的进度,致使热能产出量下降,这要求相关工作人员进行风机操作时,要严格按照说明书进行,并且在必要的情况下还要根据热能生产实际需要,改进和完善风机功能。另一方面,风机本身存在叶轮结构复杂,其适用性较差,容易受到外界因素的影响,进而导致热能生产效率低和温度测量精准度等问题出现,并且因科学技术的不创新,使这些问题没有得到有效解决,所以热能项目的相关工作人员必须根据问题中涉及到的相关数据,研究和开发高效的测定软件,实现对风机叶片燃烧速度的精确测量与控制[2-3]。
三、热能与动力工程的科技创新实际应用
1、燃烧控制
1)持续燃烧控制体系,该系统的结构主要是由控制器和相关零部件组成,其主要作用在于利用熱电来实现对燃烧数值的测定,以此作为测量热能的数据依据,在很大程度上提高了燃烧数值和热能数值的测量精准度,实现设备燃烧的合理控制。但是该系统进行初期测定时还存在一定误差,所以进行测定时一定要邀请专业人员一起操作,如果有必要,还可以让专业人员对其进行进一步研究,以找出最精准的数值测定方法和技术;2)交叉式燃烧控制系统。交叉式燃烧控制系统主要作用于锅炉,锅炉的内部结构直接影响交叉式燃烧控制系统的运行效率。燃烧控制器、燃烧烧嘴、燃烧流量阀、燃烧热电偶等是锅炉的结构组成设备,锅炉进行温度转换时,需要实现燃烧数值的测定的和计算,并要求相关人员对计算出的数据进行分析,然后将分析结果与交叉式燃烧控制系统测定结果相比,看是否一致,以实现对燃烧的合理控制,这种燃烧控制方法明显优于持续燃烧控制体系,不但节省了省设备,实现了能源的节约,还有效提高了温度测定及控制的精准度,实现工业生产中的广泛应用[3]。
2、提高技术创新
1)热能与动力工程相关企业、部门及单位,要根据当下热能与动力工程的发展现状,结合时代科学技术发展特征,利用现代高科技技术对热能与动力工程进行科技上的创新,如数据信息技术、计算技术和远程操控技术等,以实现热能与动力工程的自动化;2)要积极引进和借鉴西方发达国家先进的热能及动力转换技术,并结合我国基本国情,研发有利于我国经济发展、工业发展、热能与动力工程发展的能源转换技术;3)热能与动力工程相关专业人员及专家,要积极进行相互之间的有效交流和沟通,以便于个成功经验和实际经验的总结,实现能源循环利用模式的构建,进而达到能源充分利用和有害物质排放减少的目的[4]。
四、结语
综上所述,经济全球化发展和科学信息化全面发展,促进了各能源行业发展,并出现其发展持续的趋势。为适应不断发展的社会经济和科学信息技术,必须不断对热能与动力工程进行改革和创新,以实现热能与动力工程相关技术功能的全面化、操作的简便化和管理的透明化。
(作者单位:邵阳学院)
作者简介:黄友军,机械与能源工程系,研究方向为热能与动力工程。
参考文献
[1]刘德兴.热能与动力工程的科技创新探讨[J].工程建设与设计,2015,05:121-123.
作者简介:代元军(1978-),男,河南正阳人,新疆工程学院电力工程系,副教授;孙玉新(1982-),女,吉林蛟河人,新疆工程学院电力工程系,讲师。(新疆 乌鲁木齐 830091)
中图分类号:G642.423 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)29-0102-02
能源是世界发展的重要资源和动力,能源的科学开发和优化配置,是当今各国现代工业以及国民经济和社会发展乃至富民强国的必由之路。新疆有着极为丰富的能源资源。据统计,新疆的石油、天然气和煤炭预测资源量,分别占全国陆地预测资源量的30%、34%和40%,光、热、风等资源也在全国占有较大份额,这为新疆建设国家能源战略基地奠定了坚实的基础。
在新疆如此丰富的特色资源下,新疆本科院校能源与动力本科专业如何在实践教学环节中结合新疆特色和学校特色,改革和创新层次分明、知识和能力逐级递增的实践教学体系,是摆在能源与动力工程教育工作者面前的难题。
一、分层次建立能源与动力工程专业基础教学实验中心
分层次建立能源与动力工程专业基础教学实验中心,将“工程流体力学”、“工程热力学”、“传热学”三门能源与动力工程专业基础技术课程的相关实验组合起来,并提出把“工程流体力学”、“工程热力学”、“传热学”课程所涉及的相关实验设置成四个层次的教学实验方案。
第一层次实验:基础性教学实验。主要是指与课堂教学内容紧密联系的实验(验证性实验),其中包括实验方法、实验技术的基本训练。例如在“工程流体力学”课程中设置了两个专项实验:雷诺实验、伯努利能量方程实验。在雷诺实验中,主要让学生观察水流的流态,即层流和紊流现象,然后测定上、下临界雷诺数,最终使学生了解流态与雷诺数的关系。在伯努利能量方程实验中,主要是观察流体流经能量实验管时的情况,并对实验中出现的现象进行分析,从而加深对能量方程的理解,并最终掌握测量流体流速的原理。在“工程热力学”课程中,设置CO2临界状态观测及P-V-T关系测定实验,通过该实验了解CO2临界状态的观测方法,增加对临界状态概念的感性认识,以及对课堂所讲的工质热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解,掌握CO2的P-V-T关系的测定方法,学会用实验测定实际气体状态变化规律的方法和技巧。
第二层次实验:“工程流体力学”、“工程热力学”、“传热学”中所涉及主要物理参数的测试手段和方法的实验。主要是指温度、压力、流量、比热、流速、传热系数、传热温差及数据采集等测试手段和方法的训练。例如在“工程热力学”课程中,设置气体定压比热测定实验。该实验让学生了解气体比热测定装置的基本原理和构思,熟悉本实验中测温、测压、测热、测流量的方法,掌握由基本数据计算出比热值和求得比热公式的方法,分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。在“传热学”课程中,设置综合传热性能实验。该实验通过测定不同表面状态及气流条件下管道的综合传热系数,观察和分析影响传热的各种因素,从而对传热过程有一个直观的了解。
第三层次实验:实现设计目标的综合性实验。主要是指以实现某一功能为目的,构建工程性、设计性实验,培养学生构想、设计、解决问题的能力。例如换热器结构改造的传热性能对比测试实验。该实验的测试对象为学生设计的换热器外表面不同形状的肋片,通过实验测试其传热系数,找到最佳的肋片形状。
第四层次实验:知识延展性实验。主要是指通过互联网、多媒体、可视化技术介绍新知识、新技术、新发展,以期延伸和拓展学生知识视野和相关专业知识面。
通过以上四个层次的实验训练,能够培养能源与动力工程专业学生的流体及热工实验的实验方法、实验设计、实验技术等实验能力,为进一步开展专业课学习和专业性实验打下坚实的基础。
二、分级建立能源与动力工程专业实验基地及教学实验中心
1.初级为专业基本实验
主要培养学生掌握能源动力工程领域常用的实验方法,使用常用仪器、仪表,学会处理数据,具有规范、熟练、准确的实验操作技能,重在学知识、练技能,属于专业学习中的初级水平。专业基本实验主要包括“公差与金属材料”组建2个实验台位,“自动控制原理”组建2个实验台位,“热工过程检测技术”组建2个实验台位。
2.中级为专业综合实验
以专业方向课程设置为主线分别以热电工程模块、制冷空调工程模块、新能源工程模块三部分构建专业平台实验。
热电工程模块包括锅炉实验平台、汽轮机实验平台、热工过程自动化实验平台;制冷空调工程模块包括制冷原理及设备实验平台、空气调节实验平台、供热工程实验平台、食品冷冻冷藏原理与设备实验平台;新能源工程模块包括风能利用与控制技术实验平台、太阳能利用与控制技术实验平台。
3.高级为设计、创新实验
在三大专业方向模块综合实验的基础上,依据自主专业创新教学环节和毕业设计课题,组织大三、大四学生参加专业大赛或者参与教师科研项目。教师拟定实验大纲、提出问题让学生自行思考、分析、设计、优选,重在锻炼科学思维,发展创新能力,培养学生自主学习、大胆创新的学习习惯。这种设计创新实验是基于专业教学和科学研究之间的实验,主要结合专业大赛和毕业设计来进行。
三、建立能源与动力工程专业校内仿真实习基地,改革传统生产实习模式
生产实习教学环节是为了加强学生对所学专业理论课程的理解、增强对所学专业的感性认识,培养学生综合分析问题和解决问题的能力。在这一重要实践环节的实施过程中存在诸多问题,实习质量难以达到预期。以能源与动力工程专业方向之一的热电工程为例,能源与动力工程专业学生在电厂实习花费较大;电厂企业出于安全和经济效益的考虑,和学校很难建立起长期稳定的校外实习基地。由于电厂岗位工作的资质要求,实习学生不能上岗操作,生产实习只能是走马观花,流于形式,实习效果得不到保证。
为了解决以上问题,在自治区煤炭煤电煤化工实训基地建设工程的不断推进下,新疆工程学院能源与动力工程专业将传统的单纯的在电厂企业生产实习模式改为校内仿真实习与校外实习相结合,并逐步过渡到以校内仿真实习基地为主的生产实习模式。能源与动力工程专业的学生在新疆工程学院的300/600MW火电厂仿真实验室开展与实际电厂 1∶1仿真的运行操作和故障处理的训练。
在仿真实习中,学生主要熟悉、掌握锅炉机组及其主要附属设备的结构、工作原理和运行特性;熟悉锅炉机组各系统,如煤粉制备系统、风烟系统、疏水排污系统等的运行方式,运行监控系统及自动控制系统概况;熟悉锅炉机组正常运行中监视、调节的主要内容(参数)及其调节方法,如负荷、给水、燃烧、汽温等的调节和监视;熟悉锅炉机组起动前的准备内容,起动程序及起动过程中的有关注意事项;对锅炉机组的几种停运方式、停炉程序、停炉后的冷却和养护等熟练操作;掌握锅炉机组的事故预防和处理方法,学会分析有关事故,如给水、汽温、管子爆破、煤粉爆炸、熄火等,以及事故发生原因、预防处理的方法;熟悉考核锅炉运行的主要经济指标。生产实习模式的改革改进了学生的思维模式,强化了学生的工程意识,提高了学生参与实习的主动性、积极性,强化了学生的动手能力和综合能力,培养了学生严谨的科学作风。
四、改进能源与动力工程专业毕业设计,培养学生创新能力
毕业设计是能源与动力工程专业学生在毕业前关键性的综合性实践教学环节,是在教师的指导下学生独立完成的工程设计或者论文。通过该综合性实践教学环节的锻炼,复习和巩固本专业学生的专业基础知识和专业知识,培养学生对已学知识和未学知识的综合学习与运用能力。改进能源与动力工程专业的毕业设计,对培养学生的实践能力、创新能力和适应社会要求的能力具有重要意义。
毕业设计所涉及的内容,专业课程的任课教师应该在授课过程中加强讲授和训练,让学生尽早掌握毕业设计的理论知识。要根据专业方向和现有的新技术和新方法提出贴近生产一线的毕业设计题目,并且要保证题目的多样化,使得学生能尽量根据毕业后的工作方向确定题目,以便毕业后能够尽快适应工作岗位的专业要求。在毕业设计过程中,应该加强检查指导工作,保证学生能够按时按质的完成毕业设计。严格对毕业设计进行考核,通过考核评定出不同的等级,表彰设计过程中的优秀学生,以此来督促和提高学生做好毕业设计工作。
五、结束语
在新疆经济大发展的推动下,新疆工程学院热能与动力工程教研室通过积极调研和深入思考,对能源与动力工程专业实践教学环节进行了改革,并在实施过程中加以修订和调整,最终取得了较好的效果。
参考文献:
[1]秦春艳,才博.新疆新能源产业发展现状及对策研究[J].安徽农学通报,2009,15(22):3-5.
[2]程远,俞端仪,吴重光.建立校内仿真实习基地 改革传统生产实习模式[J].高等工程教育研究,1997,(3):32-36.
[3]新疆工程学院.2013级本科专业培养方案[Z].2013.
中图分类号:G642;TK0-4 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2015)11(b)-0171-03
Talking About Professional Introduction Course of Energy and Power Engineering
Li Jianzhong1 Yuan Li2 He Xiaomin1 Mao Junkui1 Zhang Jingyu1 Shi Bo1
(1.Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Jiangsu Province Key Laboratory of Aerospace Power System,Nanjing Jiangsu,210016,China;2.PLA University of Science and Technology, School of National Defense Engineering,Nanjing Jiangsu,210007,China)
Abstract:Based on training of professional talents and demand for talents of energy and power engineering,and also in view of school-running characteristics (aviation,aerospace,civil aviation) of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics and course highlights of energy and power engineering,professional characteristics and training objectives of energy and power engineering were introduced and the necessity of establishing professional introduction course was analysed.The teaching methods of theory and practice for professional introduction course of energy and power engineering were discussed.
Key Words:Energy and power engineering;Professional introduction;Teaching method;Professional characteristic
高等学校是培养专业型人才的摇篮和基地,制定合理的培养方案、设置具有综合体系的专业课程、配套相应的实践教学平台、改进教学方法、提高教师水平等是实现循序渐进地引导学生快乐学习、轻松了解和掌握专业技能及成为高技能专业型科技人才的保证。专业课程设置关系到如何让学生“喜欢学”、如何让学生知道“学什么”、及如何让学生掌握“如何学”。专业导论课,是进行系统专业学习的先导和铺垫,是引导学生了解所学专业和相关专业的入门课程,有利于帮助大学生尽早了解所学专业性质、培养专业兴趣、掌握专业学习方法、规划自身发展,能够起到重要的导航作用[1]。
1 专业特色及培养目标
国家即将启动以航空发动机/地面燃气轮机为核心的高效动力装置重大科技工程专项,明确提出要突破高性能动力装置的核心关键技术,提升我国各类核心装备、重大机械设备动力系统的自主保障能力。我国能源供需矛盾尖锐,结构不合理,能源利用效率低,一次能源消费以煤为主,化石能源的大量消费造成严重的大气污染,雾霾天气不断,严重影响人类的健康。如何满足持续快速增长的能源需求和能源的清洁高效利用,对能源科技发展提出重大挑战。国家正在推进清洁能源开发与高效利用技术、节能减排技术、高效动力技术等为主的多项计划,作为涵盖能源、动力及环境领域的核心学科之一,能源与动力工程学科必将在新能源开发与综合利用、高效低污染排放动力技术、节能减排技术等领域发挥关键的科学与技术支撑作用,为我国早日实现节能减排的宏伟目标提供强有力的技术保障,发展前景广阔。国家重大计划和实施纲要为能源与动力工程专业的发展提供了广阔和美好地前景,该专业迎来了历史性的发展机遇,同时也带了巨大地挑战,尤其在综合素质高、创新能力强的能源与动力工程专业人才培养方面,对如何进一步办好能源与动力工程专业、提高本科和研究生教学水平、做好高水平人才培育基地提出了更高地要求。
大部分刚踏入大学校门的新生对自己专业认知及毕业后从事工作岗位了解甚少,对大学生活和专业学习既好奇又迷茫,同时,中学阶段被动式学习和吸收,学习时间紧,作业量大,承受具大考试压力,而进入大学以后,很多学生像脱缰的野马,摆脱了家长和老师的束缚,学生的自主学习、独立学习积极性降低,失去学习目标。鉴于此,一般高校在大一期间都设置了专业导论课,不仅要指导学生解除在该专业一些问题上的困惑,还要能引导学生更好地适应大学生活,帮助学生领会大学的学习方法及提升自主学习能力,消除学生的不适应性以提升学生自立、自主学习的能力,帮助学生更好地规划学习,实现学习目标。专业导论课教学内容一般包括:(1)介绍专业背景和专业特色。(2)专业人才培养方案的课程体系及相互逻辑关系。(3)涉及的基本专业知识、专业拓展及交叉学科。(4)本科和研究生学科的对接关系。开设专业导论课可以帮助学生了解未来的就业和发展趋势,增强专业学习兴趣,为顺利完成大学学业奠定基础。高中生进入大学后,常常因为不适应大学学习生活环境、不明确自己努力的方向而迷茫、放松自我约束,不能快速顺利地完成由高中生向大学生的角色过渡,造成学习成绩和思想滑坡。教学实践表明,开设专业导论课程有利于学生了解专业,激发学生学习专业课的兴趣,对以后学习专业及专业基础课具有良好的导向作用。探索在本科低年级阶段开设专业导论课程对教学质量的提高、学生素质培养具有重要意义[2]。高校应该在更新教育观念、加强教学管理、集中优势师资、编写特色教材等环节着手进行改革,全面推进专业导论课的开设,切实提高人才培养质量[3]。
南京航空航天大学能源和动力工程专业传承了本校的航空、航天和民航特色,长期致力于动力领域的基础研究及相关技术,形成了高效燃烧组织、强化换热理论及应用、复杂流动仿真与控制、新概念动力装置设计等多个优势明显的特色方向。能源与动力工程专业紧密结合国家和江苏省工业和国民经济发展,以科学技术转化生产力为目标,为国家和地方经济发展提供重要技术支撑和人才储备。南京航空航天大学的能源与动力工程专业在多年的专业建设和发展过程中,始终弘扬学校“负重奋进、献身国防,唯实创新、志在超越”的办学精神,把人才培养放在首要位置,研究能力持续攀升,产学研效果突出,素质教育特色出众,创新型优秀人才培养成效突出,教学改革、课程群建设及国际交流不断完善和进步。因此,南京航空航天大学的能源与动力工程专业以素质教育为导向的人才培养体系特色突出,国防特色鲜明,基础研究能力和服务地方经济发展能力出众,师资力量雄厚、专业综合实力强,具备了非常广阔地发展前景。
专业课程群是优化学生知识结构、培养学生创新能力、提高学生工程技术能力的基础,直接影响实验实践教学体系和师资队伍的建设。借鉴国外著名大学中相关专业的培养方案及课程体系设立模式,在充分考虑南京航空航天大学能源与动力工程专业特色的现有培养方案基础上,增加了实践性教学环节在专业教学计划中的比重,强调学生的应用知识和实施能力。该专业发展核心专业课程体系的核心指导思想为完善基础类课程体系、优化课件,建立了开放式虚拟热工基础试验系统,提升教学效果;建设了燃气轮机动力系统、节能减排、新能源利用3个核心课程群,理顺各门课程知识领域的相互关系,遵循教育教学规律,突出特色,逐步完善该专业的课程知识体系,以流体力学、热工学为理论基础,辅助以机电、计算机和控制等学科的理论知识,培养具有高尚人格品行和社会责任感,具备扎实的理论基础和专业水平,熟悉能源利用、转化及动力系统原理、应用技术的专业人才,可以从事能源动力、环境保护、新能源研究开发、动力系统设计、制造、控制和管理等的工作。
2 专业导论课的教学方法
专业导论课作为学科启蒙课程之一,旨在促进低年级学生在较短时间内概略了解自己所学专业的概念、内涵、地位、作用、专业现状、应用前景,增强新生学习目的性,激发学习兴趣和动力,引导学生对该专业的人才培养计划和培养目标、课程体系等了解,提高学生对所学专业的认知度,培养学生专业感情,有助于学生确立专业学习目标,促进学生以积极的心态投入未来的学习生活[4-6]。专业导论课从培养方案讨论开始,让学生总体了解大学的培养模式,了解课程设置的特点,了解每门课的作用以及各课程之间的关系等,帮助学生认识到其在低年级所学在高年级有所用。不仅有助于学生提高学习兴趣,更有助于学生制定中长期学习计划。
南京航空航天大学能源与动力工程专业导论课采取理论教学和实践教学相结合的方式,培养学生对所学专业从宏观上了解该专业的课程体系和课程结构。理论教学环节,专业导论课的授课采用多位教师和专家联合授课的方式,通过专业负责人对能源与动力专业培养方案解读和相关专业老师以航空、航天、民航及相关领域为背景进行具体的专业介绍,让学生对所学专业有更深地了解。重点强调普适性教学,授课内容不包含具体方法、原理等,专业内容选择上应全面,表现形式应具启发性,且新颖、形象,具有一定的综述性,深浅适当。课堂上创设更加宽松的学习氛围,多些特色、多些思考、多些讨论、多些实践。专业导论课的教学目标设计成具有引导学生认识专业、了解专业,促使学生热爱专业、明确个人发展规划。实践教学环节,安排现场参观、实验演示等,对提升学生的学习兴趣、调动学生学习积极性具有作用积极。学生组队专题讨论,就某个同该专业领域相关专题开展调研和论述,合作撰写论述报告,小组成员上台讲述并分别回答如下问题:选题同该专业有何联系?目前发展状态?未来发展趋势?可能会涉及哪些知识?该专业哪些课程会涉及这些知识?该选题同哪些企业和研究机构相关等?南京航空航天大学能源与动力工程专业导论课以宽松、多样化的教学安排调动学生学习的积极性和提升学习效果。为了实现能源与动力工程专业导论课在有效教学中的作用及其实施对策,在本科专业建设项目“能源与动力工程专业导论视频课”的支持下,拍摄并制作了八个单元的能源与动力工程专业导论课程视频,在学校网络教学平台上建成课程网站、上传主要课程PPT、课程视频、课程教学大纲等材料,学生可以更深入学习该课程和深入了解该专业。
3 结语
专业导论课是为大一新生能够初步了解专业知识、掌握学习方法、做好职业生涯规划的一门启蒙和科普课程,启发、调动大一新生的自主学习积极性,引导新生熟悉能源利用、转化及动力系统原理、应用技术等知识,了解能源与动力工程专业涉及能源动力、环境保护、新能源研究开发、动力系统设计、制造、控制和管理等行业,引导学生热爱所学专业、进行大学成长规划及职业生涯规划及实施,逐渐提高自主学习能力,有计划地进行自我培养。能源与动力工程专业导论课教学模式是采用专业组长和同行专业教授配合理论教学和实践教学的灵活性和多元化教学方法,使得专业导论课程能够很好地激发学生的参与意识和学习兴趣,帮助学生掌握专业学习方法,为高效地学习后续专业知识打下了坚实的基础。专业导论课是引领大学生建立专业自信心和专业归属感、走入专业领域的向导,在大学一年级新生在大学的学习和成长过程中,具有重要的领航作用。
参考文献
[1] 杨善林,潘轶山.专业导论课―― 一种全新而有效的大学新生思想教育方法[J].合肥工业大学学报:社会科学版,2004(4):1-3.
[2] 刘光明,于斐,周雅,等.大学低年级课程中开设专业导论课的探索[J].高教论坛,2007(1):37-39.
[3] 杨晓东,崔亚新,刘贵富.试论高等学校专业导论课的开设[J].黑龙江高教研究,2010(7):147-149.
0引言
2010年教育部批准河北建筑工程学院开设风能与动力工程专业,2011年我校开始招收第一批风能与动力工程(080507S)专业学生。风能与动力工程是一门交叉学科,教学环节涉及控制、电气、计算机、机械、自动化等多种学科。根据教育部2012年本科专业设置方案,我校风能与动力工程专业更名为新能源科学与工程(080507T)。全国开设新能源科学与工程的高校中,各个高校侧重点不同,结合我校学科群特点和优势我校该专业继续定位在风能方向。下面结合我校实际特点就新能源科学与工程的专业培养方案进行简要探讨。
1.专业培养目标
我校的该专业培养掌握新能源科学与工程基本理论,具有扎实学科领域基础知识与应用能力,综合掌握风力发电工程设计、风电设备原理及风电场运行的理论和技能,具有创新精神和实践能力的高素质新能源科学与工程专业人才。这样使毕业生主要在风电场设计与运行、控制与维护、风电机组设计及制造领域从事专业技术工作和管理工作,也可在相关研究机构从事研发设计工作。
2.课程培养方案设置
2.1学科大类基础课程和跨学科基础课设置
由于我校该专业方向为风能方向,侧重点为电气、自动化、控制部分。但该专业本身涉及到控制、电气、计算机、机械、自动化等多种学科,结合我校是河北省电子信息教育创新高地的资源优势,我校学科大类基础课程和跨学科基础课设置如下表。结合我校的优势学科,我校在跨学科基础课程上设置了许多计算机、物联网类课程,这对于学生在以后学习风电机组电气工程、监测维护、电力系统调度等做了充足的理论准备。
2.2专业基础课程设置
对于该专业的学生,我们力图通过四年的培养达到如下条件:
(1) 培养学生具有良好的综合素质和创新意识,富有社会责任感,具有国际一流的视野,具备新能源科学与工程这一强交叉学科宽厚扎实的科学基础理论,系统掌握新能源科学与工程应用专业知识及技能、新能源装置及系统运行技术。
(2) 培养学生具有扎实的自然科学基础,良好的政治理论基础,较好的社会科学基础和正确运用本国语言、文字的表达能力;
(3) 本专业主要学习空气动力学、风资源测量与评估、电工学、管理学、自动控制的理论和技术,接受现代风力发电专业的基本训练,使学生具有进行风电机组及风电场的设计、制造、运行、试验研究、项目投资与管理的基本能力。
(4) 较系统地掌握本专业领域所必须的专业知识,如风力发电原理、风电机组设计与制造、风电场电气部分、风电场运行与控制、风力发电项目开发等。
所以在专业基础课程和专业核心课程的设置上进行了侧重。
3教材的选用
教材是体现教学内容和教学方法的知识载体,也是深化教育教学改革、全面推进素质教育、培养创新人才的重要保证。教育部《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》(教高司[2001]4号)中明确指出“教材的质量直接体现高等学校教育和科学研究的发展水平,也直接影响本科教学质量”。为了进一步规范教材选用与管理,选用高水平的教材,杜绝质量低劣的教材进入课堂,健全科学的教材选用制度,不断提高教学质量,我专业教材选用采用如下办法。
3.1教材选用原则
(1)优先原则:优先选用国家级、省部级获奖教材;优先选用国家级、省(部)级重点教材和规划教材;优先选用“面向21世纪课程教材”。
(2)择优、择新、适用原则:树立精品意识,在同类教材中,通过比较,选用质量最好的、近三年出版的、适用的新版教材。
3.2教材选用标准
(1)选用的教材必须符合社会主义市场经济建设、社会发展和科学进步对人才培养的需要。能运用辩证唯物主义和历史唯物主义的方法,全面、准确地阐述本学科的基本理论、基本知识和基本技能。
(2)选用的教材必须符合本专业人才培养目标及课程教学的要求,取材合适,深度适宜,份量恰当,符合认知规律,富有启发性,有利于激发学生学习兴趣,有利于学生知识、能力和素质的培养。
(3)选用的教材应体现科学性、先进性和适用性的有机统一,能反映本学科领域国内外科学研究的先进成果,正确阐述本学科的科学理论,完整表达课程应包含的知识,结构严谨,理论联系实际,具有学科发展上的先进性和教学上的适用性。
近年来,能源科技日新月异,风电等新能源快速发展,新能源领域的人才培养日益受到政府、高校和社会各界的广泛重视[1]。2011年教育部批准设置新能源科学与工程专业本科专业(080503T),全国许多高校纷纷增设新能源科学与工程专业,2012年原有的风能与动力工程和新能源科学与工程合并统一调整为新能源科学与工程,如何办好战略性新兴产业背景下的新专业是一项全新而艰巨的课题。作为传统能源特色高校的风电等新能源学科和专业发展面临着许多新的挑战,由风能与动力工程专业调整转变过来的新能源科学与工程专业人才面临诸多现实和复杂的研究课题[2],正在进行中的新能源专业人才培养应该予以及时解决。本文将结合校企共建远程监控中心建设项目的实践,探索一种新型的实际教学模式。
一、新能源专业校外实习面临的挑战
新能源专业的实践教学模式的探索和实践是一项十分紧迫的现实任务。新能源专业直接面对新能源产业的生产一线,具有很强的工程实践性,实践教学必须与生产实践相结合,需要有良好的实验环境和实践基地[3]。学校办学应与企业需求紧密结合,加强校企双向调研,优化新能源专业设置及相关课程设置,修订专业教学计划,共同培养出更多符合企业需要的高素质的实践型人才。在长沙理工大学的新能源专业的培养方案中,有两次校外集中实习和两次校内集中实践教学环节,探索有效可行的实践教学模式是一项重要的任务。风电专业校外实习面临较大的实际困难。长沙理工大学开设的“新能源科学与工程”专业主要面向风力发电生产一线,实习单位主要为建成运行的风电场,而当前周边的风电场大都建在远离市区的山顶,风电专业学生实习路途遥远、费用高、费时长、交通不便、安全隐患重重,而且风电场一般不能为集体实习的师生提供住宿和饮食条件,生活极为不便,给校外实习的经费、实习时间、安全、住宿和生活带来很大困难,很大程度上影响了实习效果。为了破解这一难题,结合智能风场和互联网+行动计划,学校在产学研合作的基础上,开创性地探索校企共建远程集中监控平台,探索校企联合人才培养的新模式。
二、校企共建风电远程集中监控平台建设的可行性分析
远程监控技术成熟。现代远程监控与诊断模式是随着通信、计算机和网络技术发展而产生的[4],其特点是现场的采样设备将各种传感器获得的设备状态信息转变成数字信号后,通过网络传送给远程诊断工程师[5]。基于计算机网络技术的远程实时监控系统不仅可以实现异地控制,也可实现多风场大范围的资源共享。采用无线通信技术为安装具有开通快捷、维护迁移方便、造价低等优点的监视控制和数据采集系统已经运行使用多年,技术成熟、性能稳定可靠[6]。校企共建远程集控平台和校企双方经济效益显著。将新能源发电远程监控中心建在学校校区,企业可以节省房屋建设或租赁费用;企业可以充分利用学校的相关资源和校区内完善的生活设施,降低运行成本和员工的生活成本。另外,企业投资建设新能源发电远程监控及仿真中心,学校则可节省新能源发电远程监控中心的建设成本;新能源发电远程监控中心由企业对其进行运行维护,学校还可节省新能源发电远程监控中心的运行维护成本。这种模式能充分发挥新能源发电远程监控示范效益、人才培养效益、科研效益、社会效益。学校在全国电力行业特别是中南地区电力行业有一定优势,为企业的相关业务向中南地区电力行业推广有一定较好的作用。人才培养效益主要是为学校能源类本科生提供认识实习、风电场运行与维护实习、风电机组远程监控实习基地;为研究生提供新能源技术领域的课题研究机会,特别是风电场远程监控和故障诊断的机会。在新能源发电远程监控建设和运行中开展科研合作能使校企双方共同受益;新能源发电远程监控与仿真中心建成后,可以对湖南省新能源发电进行监控和故障诊断,对相关人员技术提供培训服务,还可作为示范中心向全国相关单位推广。
三、新能源校企共建共享新模式的构建
学生在校内能借助“远程监控”完成运行跟班实习,充分利用多风场、多机型和多种风资源状况的实时运行情况,全面提高实习效果。建立一套具有统一软、硬件架构平台的集中监控系统,满足新能源自身监控需求及企业对所辖风电场、光伏电站的集中监管、调度控制,为新能源领域相关教师及工程技术人员提供科研平台。随着装机容量的快速增长,以及电网公司对风电场、光伏电站调度规划的需求,企业在借鉴国内外风电集中监控系统建设经验的基础上,建立了一套具有统一软、硬件架构平台的集中监控系统,可以满足新能源自身监控需求,同时公司可对所辖风电场、光伏电站的集中监管、调度控制,实现湖南区域风场群、光伏电站群的远程监控和管理。企业还充分利用学校能源动力学科的优势,合作开展新能源发电领域科学技术研究,以及开展下属企业新进员工开展业务培训。这种模式能很好地破解实践教学难题,全面提升专业办学水平。在整合学校特别是能源动力工程类学科现有技术机构、设施设备、人才队伍的基础上,建成新能源发电远程监控与仿真中心、新能源发电远程监控与仿真产学研基地,以及“新能源发电远程监控与仿真大学生实践教学基地”,实行统一的运行管理机制,从而大力提升学校新能源发电远程监控与仿真中心水平,推动学校新能源发电技术领域科学研究、学生实习、社会服务等方面的健康、协调和可持续发展,保障学校新能源发电技术大学生校内实习基地目标的顺利实现。
四、新能源远程监控中心建设的内容
根据项目建设目标,拟建的“新能源发电远程监控与仿真中心”建设内容主要分为“新能源发电远程监控平台、新能源发电实习实训平台、新能源发电关键技术研究与开发平台、学术交流与培训中心”等四个主要部分。1.新能源发电远程监控平台。主要由企业负责建设。根据公司的发展规划,该平台将纳入该公司下属十余个能源开发项目,总规划容量达1000MW以上。具体建设内容分为软件、硬件两大部分。软件部分包括大容量实时/历史数据库、报表系统等;硬件部分包括采集设备、存储设备、传输设备、互联互通设备等。2.新能源发电实习实训平台。主要由学校负责建设。利用该平台可对在校学生开展各项实践教学活动(包括认识实习、运行实习、仿真实习、毕业实习、新能源综合实验、创新性实验、课外科技活动等),年均达1000人次以上。具体建设内容包括场地建设、相关设备及仪器仪表建设、师资队伍教室、文档资料建设等。3.新能源发电关键技术研究与开发平台。校企合作共建科研和实验平台,对新能源发电的关键技术难题(如新能源发电并网技术、先进控制技术、状态监测与故障诊断技术、风资源评估及风功率预测技术等)联合攻关,合作开发科学研究项目,建设内容包括场地建设、专用工具和仪器仪表、测试及分析软件等。4.学术交流与培训中心。主要由学校负责建设,可承接企业员工培训、相关教师的工程化锻炼及业内学术交流等,培训人工年均人次数达50人次以上,每年教师赴企业进行工程化锻炼3—5人次,每年不定期举行多场次以上学术交流活动。建设内容包括培训教室、会议中心等场地建设、培训计划制订、培训教材编写、工程案例准备等。
五、新能源专业多环节实践教学的效果
在中心建设和运行过程中,研究新能源实验课程、核心专业课程的课程设计、仿真实习、认识实习、运行实习和毕业设计等环节的调整,实验室和实习条件的建设方案等。这主要包括以下方面内容:新能源专业实践教学内容和环节的研究、省部共建风能与动力工程专业实验室功能的调整与改造、新能源实验和实践教学环节教学质量标准的研究、新能源新增实践教学条件的建设方案研究。利用笔者所在高校“电力生产与控制国家级虚拟仿真实验教学中心”的优质资源,高标准建设新能源发电过程仿真实验室。产学研结合不仅是新能源这样的工科专业人才培养的必然要求,能使学校学科和教学受益,同时也应做足做实让企业获利,实现双赢,这样的产学研合作模式才能真正发挥其应有的效能。本文不仅为高校新能源专业人才培养模式提供一种新思路,也为企业的校企合作提供有用的参考。
参考文献:
[1]李俊峰,蔡丰波等.2014中国风电发展报告[R].2014.
师资短缺是新办专业普遍面临的问题,之前没有这方面的人才储备,也缺乏这方面的专业教育资源,现有的少数高级人才相对集中在一些科研单位。教师除部分从事过与新专业相关科研项目的骨干教师外,一般都对新专业课程体系缺乏总体掌握,在转行教师中常出现的问题是教学内容组织缺乏面向新专业的针对性。对于骨干教师应注意的问题是科研成果向教学中的转化问题,将风能最新技术进展融入到课堂教学中。结合我国风电行业发展的现状和趋势,从人才现实需求和高等教育衔接的角度立足于内蒙古的资源优势、地域特色及毕业去向,构建以风能与动力工程专业为核心,形成创新型、实践型为主的风电人才培养体系,不求规模的最大化,但求优势和特色的互补。在横向对比其他院校风能与动力工程专业人才培养的基础上构建创新人才培养体系,将培养创新能力和工程实践能力视为风能与动力工程专业的主要人才培养模式,同时培养学生具备到边远艰苦地区工作的身体素质和意志品质。
二、风能与动力工程专业课程体系设置规划
风力发电系统是一个综合电机制造、空气动力学、电力电子、电力系统、先进控制理论等多学科知识的高度交叉的新技术系统工程,现有风能与动力工程专业的教材缺乏系统性、实用性和时效性,同时复合型师资和教育资源有所欠缺,各学科交叉联合攻关研究的学术氛围不浓。在调研其他院校风能与动力工程专业课程体系的基础上,本着学以致用的思想,立足内蒙古风电大发展的现实,面向风电制造企业和风电场,秉承服务社会的理念,优化整合教学资源,既要保证理论知识的掌握又要提升学生实际动手能力,构建科学合理、特色鲜明的以风力发电为主体专业课程体系。在完善风电人才教育体系的基础上构建了内蒙古工业大学风能与动力工程专业选课指导,如图1所示。
课程体系设置以综合素质教育为核心,实践能力和创新精神培养为重点,要求学生具备较宽广的电气学科工程技术基础和风能与动力工程领域专业知识,接受风能开发利用技术的基本科研和工程训练,具有分析和解决风能利用方面问题的基本能力,能把握电机电器、电力系统、电力电子、自动控制与风力机械和风电场的有机结合,强化多学科交叉融合与实际工程应用能力的紧密联系。其专业主干课程主要包括:工程力学、机械制图、电路原理、电子技术基础、电力电子技术、自动控制理论、电机学、电力拖动自动控制系统、风力机空气动力学、风资源测量与评估、风电机组控制技术、风电场电气工程、风力发电系统建模与仿真、风电机组测试与维护、太阳能发电技术、可再生能源。
风能与动力工程专业作为一个工科专业,要求很强的实践性,需要配备良好的实验环境和实践基地。由于开办时间短、缺少相关的教学实验设备,加之风电机组的安装条件等因素,高校虽然拥有良好的育人环境,但是教学资源和实践基地的缺失已经严重制约了风电人才的培养。目前国内只有少数单位开发了演示性风电实验装置。为弥补实验设备不足的问题,可以采用建立校企产学研合作的方式,充分利用地区优势,与内蒙古范围内的风力发电企业建立实习基地。
目前我国正式出版的风能技术书籍不少,但其中能直接用于本科教学的书籍较少。主要是由于这些书籍集中于以下三类:第一类为技术培训类教材,理论性和知识的系统性不足;第二类为理论性专著,偏重理论性,有深度,很多内容源自作者的学位论文或技术报告,部分章节的难度远超本科生的理解能力;第三类是各国风电行业标准和操作规程,可作为教学辅助用书,但同样不适于课堂教学。由于以上问题,内蒙古工业大学在没有进行专业师资培训的前提下,教师们通过自身科研和刻苦自学克服了很多实际困难,采取自编校内讲义和其他近似参考教材相结合的方式开出了风能与动力工程专业所有大纲要求的专业课程,如风力发电系统建模与仿真、风电机组测试与维护、无功补偿技术等专业课程,计划在经过两到三届的试用和修改补充后正式出版一些教材。
中图分类号:TK227 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)15-0386-01
引言
随着当下我国能源问题的日益加剧,经济的持续发展了也受到一定的影响,这就要求了我们在能源不充足的条件下,大力提高能源的利用率。锅炉在我国的工业生产中使用很广泛,也是我们主要研究的对象,研究在锅炉中进行的能量转换。由于某些企业贪图私利,对资源无节制的开发,政府管理不力等造成能源大量浪费。我们知道,煤炭完全或不完全燃烧会产生二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫等有毒的气体(二氧化碳无毒),对动植物和环境都有较坏的影响。因此,我们的主要任务是,在将煤炭资源较为高效的转化和利用的同时,尽量减少有害气体的产生。
一、热能与动力工程简介
“热能与动力工程”是多门科学技术的综合,其中包括现代能源科学技术,信息科学技术和管理技术等,主要涉及热能动力设备及系统的设计、运行、自动控制、信息处理、计算机应用、环境保护、制冷空调、能源高效清洁利用和新能源开发等工作。我们顾名思义,也能了解热能与动力工程专业是研究热能和动力之间的相互转化,具体了包括热力发动机、热能工程、流体机械及流体工程、热能工程与动力机械、制冷与低温技术、能源工程、工程热物理、水利电动力工程和冷冻冷藏工程等九个方面。热能动力工程的研究层面横跨多种科学领域,并且,具有多方面的发展方向。热能与动力工程是现代动力工程的基础,其主要解决的问题是能源方面的,并且是可以用来解决热能源问题的有效工具,应该起到一定的缓解资源压力、保护环境的作用,我们应该给予热能与动力工程专业以高度的重视。
二、热能动力工程的发展前景
我国的动能与动力工程专业设置的比较早,近些年来,在实践中又经过不断地创新和发展,动能与动力工程专业的技术也渐趋成熟,主要发展趋势如下:
一方面,控制工程方面会有发展,并且前景较广,为了在该方面获取较大的发展,需要我国的相关人员了解并熟悉控制工程方面的各种知识等,并且对实际进行大胆的创新,将热能与动力工程与控制工程领域更完全的融合。
另一方面,在热力发动机及汽车工程方向有一定的发展前景,这就需要相关人员了解并掌握“内燃机”的原理、设计结构、并对内燃机进行一系列的数据测试,内燃机所用燃料以及燃烧产物,汽车工程概论、环境工程以及能源工程概论,内燃机电子控制、热力发动机排放与环境工程以及制冷低温工程和流体机械方向等各方面的知识概念。在丰富的知识积累中,工作人员会对目前汽车工程中存在的热力发电机问题做出改善,大大提高能源利用效率。
三、锅炉的结构组成
热能与动力工程锅炉的两个重要组成部分包括一个金属壳和烧气锅炉电器的操纵部分。锅炉的外壳包括底壳和面壳。锅炉的底壳的作用是使锅炉固定,以免发生未知的意外。同时,在其底壳上还放置着通过底壳连接着的其他的一些零件,能够使功能发挥的更加完善。锅炉的外壳作用与底壳不同,它主要是在锅炉正常工作时,它能够起到防风防尘的作用。笔者认为锅炉最重要的还是燃气锅炉电器控制部分,它起着至关重要的作用。其主要是通过对燃料的充分燃烧使锅炉能正常工作。之后,随着计算机不断走进我们的生活,它的精确度和科学性也受到了许多企业的青睐,因此,许多企业都会采用计算机来控制燃料的燃烧。
四、热能动力工程中锅炉的发展及存在的问题
锅炉在世界上出现的历史很悠久,锅炉的创造和使用对人类文明的进步和发展有着很大的作用。锅炉是由锅和炉组成的,上面的盛水部件为锅,下面的加热部分为炉,锅和炉的一体化设计称为锅炉。锅炉是一种能量转换设备,向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能、高温烟气的热能等形式,经过锅炉转换成蒸汽能。在一般工厂的工业生产过程中,使用的是工业炉来进行燃料的燃烧和能量的转换。根据文献材料可知,最早的工业炉出现在我国的商代时期,它的主要作用是提炼熔铸青铜器,并且,我国在春秋时期就能够铸造铁器,这个进步说明了我国控制工业炉的工艺有了很大的进步。在当代,工业炉更是有着广泛的应用和较大的发展。
工业炉在工业生产中仍然存在着较大的问题,主要包含四个,一是污染物排放量大、面广。二是单体容量小,平均容量在8吨/小时左右,10吨/小时以下燃煤小锅炉的数量为42万台,占总数的2/3.三是排放贴近地面,对环境质量影响很大。四是锅炉技术、主辅机不匹配,运行状况差。此外,大多数小锅炉缺乏除尘、脱硫和脱硝装置,导致现在锅炉的二氧化硫和粉尘排放普遍不达标。煤粉燃烧是先进的燃煤技术,具有燃烧速度快、燃尽率高、烟气热损失低等优点,实践证明,煤粉燃尽率达98%以上,锅炉运行热效率达88%以上,与传统燃煤锅炉相比,可节能35%。同时,我国还有几个比较综合型的大问题,工业锅炉技术基础工作比较薄弱,管理水平、工艺水平落后,制造厂家多且生产能力低,难以形成规模化生产等,所以,我国如果想解决工业炉的问题,还需要进行多方面的整治。
结束语
总而言之,热能动力工程一定要根据实际出发。在锅炉方面的掌握,我们一定要提高它的燃烧效率,降低它的能源损耗率。掌握了锅炉的基本组成,从而促进对能源损耗的掌握。要熟练掌握热能动力技术,才能使燃料在锅炉的使用上,提高燃料利用率。要深刻意识到能源损耗与经济发展息息相关。面对锅炉的能源损耗问题上,我们要直面面对,努力学习相关的理论知识,掌握热能动力工程技术,成为这方面的人才,降低能源的损耗。
参考文献
[1] 林日亿,黄善波.热能与动力工程专业认识实习的探索与实践[J].内蒙古石油化工,2007,07:35-37.
[2] 崔海亭,王振辉,郭彦书.热能与动力工程专业建设探索与实践[J].河北科技大学学报(社会科学版),2006,02:98-100.
[3] 马士峰.浅谈热能与动力工程发展方向[J].科技与企业,2014,02:131.