教學(xué)研互動(dòng)模式下的新能源專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建研究

董顥霞 劉建臣 趙明瞻

摘 要：理論與實(shí)際相結(jié)合，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程中重要組成部分。借助地域、企業(yè)、學(xué)科科研優(yōu)勢(shì)，依托學(xué)校現(xiàn)有重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行教學(xué)研互動(dòng)模式下的新能源專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建的探討研究。

關(guān)鍵詞：新能源專業(yè) 宏觀選址 微觀選址 風(fēng)電機(jī)組選型 風(fēng)力發(fā)電實(shí)訓(xùn) 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)

1.新能源專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的意義

新型能源業(yè)是國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，也是河北省張家口市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。近年來(lái)，河北省張家口市高度重視新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用新能源，壯大新型能源產(chǎn)業(yè)，建設(shè)華北地區(qū)重要的新能源基地，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展。

風(fēng)能是綠色、可再生能源，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)是最具發(fā)展力的新能源產(chǎn)業(yè)。張家口屬我國(guó)優(yōu)質(zhì)風(fēng)能資源區(qū)，城內(nèi)風(fēng)能資源儲(chǔ)量達(dá)2000萬(wàn)千瓦以上，可開(kāi)發(fā)量達(dá)1100萬(wàn)千瓦以上，具備建設(shè)世界級(jí)大型風(fēng)電場(chǎng)的良好條件。張北縣擁有110千伏、220千伏變電站各一座，35千伏變電站4座，由丹麥等國(guó)投資的5000千瓦大型風(fēng)力發(fā)電站已建成投入營(yíng)運(yùn)，是華北地區(qū)重要輸變電樞紐之一。多層次輻射推進(jìn)、共同發(fā)展的開(kāi)發(fā)格局正在形成。 目前壩上地區(qū)已被國(guó)家列為風(fēng)能開(kāi)發(fā)重點(diǎn)地區(qū)。

目前，我國(guó)太陽(yáng)能利用技術(shù)主要有太陽(yáng)能熱電技術(shù)、太陽(yáng)能熱水技術(shù)、太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)三大類(lèi)，其中太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)是未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)。目前，河北建投新能源有限公司在尚義縣建成了20千瓦風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電站，張家口市太陽(yáng)能發(fā)電已順利起步，發(fā)展前景十分廣闊。

實(shí)踐教學(xué)是鞏固理論知識(shí)和加深理論認(rèn)識(shí)的有效途徑，是理論聯(lián)系實(shí)際、培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)方法和提高動(dòng)手能力的重要平臺(tái)。專門(mén)、系統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)和技能培訓(xùn)，能有效幫助大學(xué)生挖掘深層次的興趣，引導(dǎo)和激發(fā)他們的求知欲、培養(yǎng)他們的獨(dú)立思考能力與探索能力，讓他們?cè)趯W(xué)習(xí)和實(shí)踐中成長(zhǎng)為國(guó)家和社會(huì)需要的創(chuàng)新型人才。

2.教學(xué)研互動(dòng)

河北建筑工程學(xué)院風(fēng)能與動(dòng)力工程專業(yè)是2010年經(jīng)教育部批準(zhǔn)設(shè)立的全國(guó)首批高等學(xué)校戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)本科專業(yè)，2013年正式更名為新能源科學(xué)與工程專業(yè)。在專業(yè)建設(shè)過(guò)程中，始終堅(jiān)持科研優(yōu)勢(shì)與本科教育有機(jī)互動(dòng)的建設(shè)理念，將專業(yè)建設(shè)規(guī)劃融入學(xué)科發(fā)展，將學(xué)科優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為專業(yè)優(yōu)勢(shì)。依托《風(fēng)力發(fā)電設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究》、《壩上地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)選址規(guī)劃中對(duì)風(fēng)資源評(píng)估方法的應(yīng)用研究》、《基于無(wú)線傳感技術(shù)的小型風(fēng)光互補(bǔ)路燈遠(yuǎn)程控制研究》、《大型風(fēng)電葉片模具液壓翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用研究》、《基于物聯(lián)網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組柔性并網(wǎng)研究》等省市級(jí)研究課題，結(jié)合河北大唐新能源有限公司、華能?chē)?guó)際電力股份有限公司化德泰泓風(fēng)電場(chǎng)等企業(yè)，在師資力量、課程建設(shè)、實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)等方面不斷進(jìn)行改革與探索，使之成為我國(guó)新能源科學(xué)與工程專業(yè)領(lǐng)域高素質(zhì)、復(fù)合型高級(jí)專門(mén)人才重要的培養(yǎng)基地。

3.教學(xué)研互動(dòng)模式下的新能源專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建

3.1教學(xué)研互動(dòng)模式的實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建

以風(fēng)電場(chǎng)可行性研究報(bào)告為依托，引導(dǎo)學(xué)生完成基于風(fēng)資源測(cè)評(píng)的風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃的各個(gè)模塊的實(shí)踐教學(xué)，包括風(fēng)資源測(cè)評(píng)、風(fēng)電場(chǎng)宏觀選址、風(fēng)電機(jī)組選型、微觀選址和風(fēng)機(jī)排布以及風(fēng)電場(chǎng)的電氣設(shè)計(jì)的實(shí)踐教學(xué)模塊。

3.1.1宏觀選址

在風(fēng)能的實(shí)際應(yīng)用中，首先必須考慮的是風(fēng)電場(chǎng)的選址問(wèn)題，它對(duì)風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性起到了非常重要的作用。風(fēng)電場(chǎng)宏觀選址過(guò)程是從一個(gè)較大的地區(qū)，對(duì)氣象條件等多方面進(jìn)行考慮后，選擇一個(gè)風(fēng)能資源豐富，而且最有利用價(jià)值的小區(qū)域的過(guò)程。如何選擇有利的氣象條件，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)力求最大限度發(fā)揮風(fēng)力發(fā)電機(jī)組效益，有著重要的意義。

3.1.2微觀選址

微觀選址是在宏觀選址選定的小區(qū)域內(nèi)，考慮由風(fēng)場(chǎng)環(huán)境引發(fā)的自然風(fēng)的變化及由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組自身所引起的風(fēng)擾動(dòng)（即尾流）因素，確定如何排列布置風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，使整個(gè)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)年發(fā)電量最大，從而降低能源的生產(chǎn)成本以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.1.3設(shè)計(jì)良好的電氣系統(tǒng)

包括電氣一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)。電力從電廠送至用戶過(guò)程中，在主干網(wǎng)絡(luò)和配電網(wǎng)絡(luò)均引起電能損失即功率損耗，主要包括輸電線路功率損耗和變壓器功率損耗。風(fēng)電場(chǎng)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)性有很大的影響，需考慮風(fēng)電場(chǎng)的地區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃，結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)總體規(guī)?？紤]送出，避免重復(fù)建設(shè)；遵循輸變電系統(tǒng)無(wú)功容量采取就地平衡原則，在風(fēng)電場(chǎng)升壓變電站主變低壓側(cè)加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，提高線路有功輸送容量，降低線損，節(jié)約運(yùn)行成本。

3.2依托重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系的構(gòu)建

依托現(xiàn)有的以重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、企業(yè)實(shí)踐教學(xué)基地等為基礎(chǔ)的立體實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，進(jìn)一步推進(jìn)本科生科研訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，試行將原來(lái)的課外科技創(chuàng)新項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為課內(nèi)學(xué)分，開(kāi)設(shè)《科研實(shí)踐》課程，完善以全程導(dǎo)師制為特征的實(shí)踐教學(xué)體系。開(kāi)展以點(diǎn)帶面的教學(xué)方式方法改革。特別以河北建筑工程學(xué)院新能源科學(xué)與工程教研室的STR-WIND2100風(fēng)力發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)和STR-SW3100風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)為依托，進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電和風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的實(shí)訓(xùn)教學(xué)。

3.2.1風(fēng)力發(fā)電實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系的構(gòu)建

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要由軸流風(fēng)機(jī)、永磁同步發(fā)電機(jī)、風(fēng)速儀等組成。在風(fēng)力發(fā)電發(fā)電系統(tǒng)中，利用軸流風(fēng)機(jī)吹出不同風(fēng)速的來(lái)模擬自然界中多變的風(fēng)能，當(dāng)軸流風(fēng)機(jī)開(kāi)啟轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的風(fēng)能帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，由機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能，即閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中作切割磁感線運(yùn)動(dòng)，電路中就會(huì)產(chǎn)生電流，為了區(qū)分一般稱為感應(yīng)電流，這種現(xiàn)象稱謂電磁感應(yīng)現(xiàn)象。利用風(fēng)力發(fā)電實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，完成“風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)的最佳功率匹配”等七個(gè)教學(xué)課程的實(shí)訓(xùn)。

3.2.2風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系的構(gòu)建

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)主要由光伏供電裝置、光伏供電系統(tǒng)、 風(fēng)力供電裝置、風(fēng)力供電系統(tǒng)、逆變與負(fù)載系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)組成。利用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，完成“光伏供電裝置實(shí)訓(xùn)”等五個(gè)教學(xué)課程的實(shí)訓(xùn)。

4.結(jié)束語(yǔ)

順應(yīng)國(guó)內(nèi)外新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合學(xué)科研究特色，進(jìn)一步梳理現(xiàn)有課程設(shè)置，結(jié)合科研優(yōu)勢(shì)，校企聯(lián)合，完善"重基礎(chǔ)、強(qiáng)實(shí)踐"的課程體系。同時(shí)，變灌輸式學(xué)習(xí)為引導(dǎo)式學(xué)習(xí)，變被動(dòng)式學(xué)習(xí)為自主性、探索性、研究性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)新時(shí)代的有創(chuàng)造力的新能源人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]武高輝，楊韜，趙希文，等.本科生創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力培養(yǎng)體系的構(gòu)建[J].高等工程教育研究，2002（3）：21-23.

[2]姜長(zhǎng)寶.本科生科研能力培養(yǎng)的途徑與方法探討[J] .科技管理研究，2010（8）：152-154.

[3]韓春福，南明君.基于WAsP的風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源評(píng)估的應(yīng)用及分析.能源工程，2009（4）.