小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電教學(xué)平臺建設(shè)

廉根寬　李宏毅　時海剛

[摘要]相比單純的風(fēng)力發(fā)電或太陽能光伏發(fā)電，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電更具天然優(yōu)勢，應(yīng)用前景廣闊。在電力職業(yè)院校建設(shè)小型風(fēng)光發(fā)電教學(xué)平臺，一方面是為了適應(yīng)新能源發(fā)電職業(yè)教育發(fā)展要求，另外一方面可以為風(fēng)光發(fā)電企業(yè)提供人才保障，從而促進(jìn)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電企業(yè)和電力職業(yè)院校共同發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]風(fēng)光互補(bǔ)；電力職業(yè)院校；教學(xué)平臺

[中圖分類號]G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1671-5918（2016）04-0114-02

引言

能源對人類的重要性不言而喻，近幾年隨著經(jīng)濟(jì)步伐的加快，世界各國也逐漸認(rèn)識到在常規(guī)能源利用過程中對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的破壞，人們對此也付出了沉重的代價，新的能源形式和利用呼之欲出，為此很多國家相繼出臺相關(guān)政策，治理和緩解已經(jīng)惡化的環(huán)境，并把挖掘開發(fā)、有效利用可再生、無污染的新能源作為可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。

風(fēng)能、太陽能是人們最先想到、最容易獲取和利用的可再生能源，但其不穩(wěn)定、不連續(xù)的特點(diǎn)在季節(jié)更替和天氣變化時又表現(xiàn)得十分突出，單一形式的風(fēng)力發(fā)電或單一形式的太陽能光伏發(fā)電都存在發(fā)電量不穩(wěn)定的缺陷而收到制約，但二者具有天然的互補(bǔ)優(yōu)勢，即白天光照強(qiáng)，夜間風(fēng)量多；夏天光照好、風(fēng)力弱而冬春季節(jié)風(fēng)大、光照弱。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)克服了單純風(fēng)能和太陽能發(fā)電的不足，具有較高的性價比，呈現(xiàn)出光明的應(yīng)用前景。

當(dāng)前，高等職業(yè)教育進(jìn)入新的發(fā)展階段，在堅持以服務(wù)為宗旨、以就業(yè)為導(dǎo)向積極適應(yīng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的需求的基礎(chǔ)上，很多職業(yè)院校根據(jù)國家新能源戰(zhàn)略以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級轉(zhuǎn)移的目標(biāo)要求，開設(shè)了新能源及相關(guān)專業(yè)。2010年教育部核定增選的新能源類專業(yè)就有新能源應(yīng)用技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備及電網(wǎng)自動化、新能源發(fā)電技術(shù)和光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用等。

為配合國家支持高等職業(yè)院校提升專業(yè)服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展能力要求和培養(yǎng)模式的改革，探索和實(shí)踐新能源應(yīng)用技術(shù)專業(yè)已成為職業(yè)院校一個新的目標(biāo)方向。

一、小型風(fēng)光互補(bǔ)教學(xué)平臺建設(shè)的目的意義

風(fēng)能、太陽都是重要的可再生的清潔、無污染能源，并且使用安全、儲量豐富、可持續(xù)發(fā)展等特點(diǎn)普遍收到重視和應(yīng)用。職業(yè)院校大力開展新能源的課程建設(shè)，以風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)為典型作為著手點(diǎn)，目的就是讓學(xué)生通過認(rèn)識、學(xué)習(xí)、掌握風(fēng)光發(fā)電技術(shù)的基本理論和基本技能，適應(yīng)今后新能源發(fā)電企業(yè)的崗位需求和要求，積極投身國家風(fēng)光發(fā)電事業(yè)，建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會。

當(dāng)前，在國家重視并大力發(fā)展職業(yè)教育的新時期，在電力職業(yè)院校里建設(shè)小型風(fēng)電互補(bǔ)發(fā)電教學(xué)平臺，必將促進(jìn)電力職業(yè)院校和風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電教學(xué)平臺共同發(fā)展。

（一）節(jié)約成本。在電力職業(yè)院校建設(shè)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電項(xiàng)目，能為學(xué)校的用電設(shè)備供電，節(jié)省了學(xué)校的用電成本。在學(xué)校辦公樓、教學(xué)樓、實(shí)訓(xùn)樓、餐廳等屋頂建設(shè)光伏發(fā)電，還會有“隱形效益”。在屋頂安裝太陽能電池板，使頂層房間在夏天時空調(diào)用電量減少，進(jìn)一步節(jié)省了用電成本，形成。

（二）教學(xué)示范。在電力職業(yè)院校建設(shè)小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電教學(xué)平臺，一方面電力職業(yè)院校擁有專業(yè)教師，發(fā)揮自身的優(yōu)勢，可以增設(shè)新能源專業(yè)方向，充分發(fā)揮教學(xué)平臺的教學(xué)示范功能，培養(yǎng)新能源專業(yè)的學(xué)生，畢業(yè)后可以去太陽能、風(fēng)能發(fā)電企業(yè)工作；另外一方面可以對風(fēng)能、太陽能發(fā)電企業(yè)員工進(jìn)行技能鑒定。

二、小型風(fēng)光互補(bǔ)教學(xué)平臺的建設(shè)

（一）系統(tǒng)組成。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽能光伏電池組、控制器、蓄電池、逆變器、交流直流負(fù)載等部分組成，可從以下幾方面給來具體來描述。

1.風(fēng)力發(fā)電的原理是風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，風(fēng)力發(fā)電機(jī)再將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，進(jìn)而通過風(fēng)電控制器對蓄電池充電，最終經(jīng)過逆變器對負(fù)載供電。

2.光伏發(fā)電的原理是太陽能電池板受光照后產(chǎn)生光伏效應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)換為電能，然后通過控制器對蓄電池充電，最后經(jīng)逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電對負(fù)載進(jìn)行供電.

3.逆變系統(tǒng)由幾臺逆變器組成，把蓄電池中的直流電變成標(biāo)準(zhǔn)的220V交流電，保證交流電負(fù)載設(shè)備的正常使用。同時還具有自動穩(wěn)壓功能，可改善風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。

4.控制部分根據(jù)日照強(qiáng)度、風(fēng)力大小及負(fù)載的變化，不斷對蓄電池組的工作狀態(tài)進(jìn)行切換和調(diào)節(jié)：一方面把調(diào)整后的電能直接送往直流或交流負(fù)載。另一方面把多余的電能送往蓄電池組存儲。發(fā)電量不能滿足負(fù)載需要時，控制器把蓄電池的電能送往負(fù)載，保證了整個系統(tǒng)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

5.蓄電池部分由多塊蓄電池組成，在系統(tǒng)中同時起到能量調(diào)節(jié)和平衡負(fù)載兩大作用。它將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來，以備供電不足時使用。

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)力和太陽輻射變化情況，可以在以下三種模式下運(yùn)行：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單獨(dú)向負(fù)載供電；光伏發(fā)電系統(tǒng)單獨(dú)向負(fù)載供電；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和光伏發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合向負(fù)載供電。

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電比單獨(dú)風(fēng)力發(fā)電或光伏發(fā)電有以下優(yōu)點(diǎn)：利用風(fēng)能、太陽能的互補(bǔ)性，可以獲得比較穩(wěn)定的輸出，系統(tǒng)有較高的穩(wěn)定性和可靠性；在保證同樣供電的情況下，可大大減少儲能蓄電池的容量；通過合理地設(shè)計與匹配，可以基本上由風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)供電，很少或基本不用啟動備用電源如柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組等，可獲得較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

（二）平臺建設(shè)。依據(jù)職業(yè)院校專業(yè)建設(shè)要求風(fēng)，建設(shè)小型風(fēng)光互補(bǔ)教學(xué)平臺可從課程建設(shè)、實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)建設(shè)三個方面著手進(jìn)行。

1.課程建設(shè)

圍繞學(xué)校新能源教學(xué)大綱目標(biāo)要求規(guī)劃課程建設(shè)，其中風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)為理實(shí)一體化類型課程，作為職業(yè)院校高年級學(xué)生必修課，按照預(yù)期需要達(dá)到的知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)，安排、規(guī)劃和設(shè)計教學(xué)課程的主要內(nèi)容、課程進(jìn)度和教學(xué)方法，使學(xué)生掌握風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行原理和結(jié)構(gòu)組成，掌握風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中風(fēng)力供電裝置和光伏供電裝置的安裝、調(diào)試與使用，能夠進(jìn)行適當(dāng)?shù)娘L(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計。

（1）在課程教學(xué)設(shè)計中，主導(dǎo)以學(xué)生為本來設(shè)計分配教學(xué)任務(wù)，以任務(wù)驅(qū)動引領(lǐng)，嚴(yán)格實(shí)施“教、學(xué)、練、做”過程，緊密結(jié)合購置的風(fēng)管互補(bǔ)實(shí)訓(xùn)裝置，充分利用形式多樣的現(xiàn)代化教學(xué)手段和方法，生動活潑地開展實(shí)訓(xùn)教學(xué)活動。

（2）在課程的教學(xué)內(nèi)容和要求上，設(shè)計單元化和模塊化教學(xué)內(nèi)容，運(yùn)用情境教學(xué)形式實(shí)施教學(xué)進(jìn)程。教材選用國家示范性高等職業(yè)院校規(guī)劃教材《風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)》，內(nèi)容包括風(fēng)能、太陽能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計、風(fēng)光互補(bǔ)路燈照明系統(tǒng)設(shè)計、PLC風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)安裝與維護(hù)以及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

（3）在考核評價方面，注重過程和結(jié)果、理論與實(shí)踐的多元化考評方式，把培養(yǎng)學(xué)生的動手實(shí)踐能力、分析解決實(shí)際問題的能力落到實(shí)處，對有進(jìn)取和創(chuàng)新意識的學(xué)生給予鼓勵和重點(diǎn)培養(yǎng)。

2.實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)建設(shè)

建立與課程相配套的實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)是建設(shè)教學(xué)平臺的重要部分。

（1）根據(jù)學(xué)生人數(shù)和實(shí)訓(xùn)裝置所占空間，按照學(xué)校實(shí)訓(xùn)室建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)要求，選擇適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)建立小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)室。

（2）購置或搭建小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)裝置（以南京康尼科技有限公司的KNT—WP01風(fēng)光互卒f，E電實(shí)訓(xùn)裝置為例）。

整套設(shè)備設(shè)計了關(guān)于光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的19個實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，較為全面地介紹了光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識，系統(tǒng)主要功能是按照實(shí)訓(xùn)模擬要求，對小型風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)控與保護(hù)。利用該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)裝置通過實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)，學(xué)生（學(xué)員）可達(dá)到自行完成對系統(tǒng)的安裝、接線、故障排查、PLC控制、組態(tài)畫面設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試等系列實(shí)訓(xùn)操作的能力目標(biāo)要求。

整個系統(tǒng)由風(fēng)力供電控制單元、光伏供電控制單元、小型風(fēng)力機(jī)模擬單元、小型光伏板模擬單元、逆變輸出單元。其中風(fēng)力供電控制單元和小型風(fēng)力機(jī)模擬單元構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，光伏供電控制單元和小型光伏板模擬單元構(gòu)成太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，兩個系統(tǒng)發(fā)出的電能經(jīng)儲能電池（輸出電壓為12VDC）送入逆變單元，最后轉(zhuǎn)換為交流電（220VAC）供給外部負(fù)載。

通過課程和實(shí)訓(xùn)兩方面的建設(shè)，基本形成了小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電教學(xué)平臺，可以看出教學(xué)平臺的建立不僅涵蓋了風(fēng)光發(fā)電、電力電子、PLC、組態(tài)軟件等都門課程知識，而且還可以進(jìn)行現(xiàn)場情境授課，發(fā)揮教學(xué)示范功能。在此基礎(chǔ)上，還可帶領(lǐng)學(xué)生拓展挖掘?qū)嵱?xùn)項(xiàng)目，為學(xué)生提供更加豐富的畢業(yè)設(shè)計研究內(nèi)容和實(shí)踐機(jī)會。

3.師資建設(shè)

在擁有課程和實(shí)訓(xùn)建設(shè)的基礎(chǔ)上，配備“雙師型”的師資隊(duì)伍是現(xiàn)代高等職業(yè)教育的重要方面，如果實(shí)現(xiàn)良好的理論教學(xué)和實(shí)訓(xùn)功能的充分發(fā)揮，那么就要選配具有豐富的理論教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐操作技能的教師隊(duì)伍。

通過加快培養(yǎng)和人才引進(jìn)相結(jié)合壯大“雙師型”隊(duì)伍，同時，通過校企合作方式，適當(dāng)聘用經(jīng)驗(yàn)豐富的現(xiàn)場人員為兼職講師到校講授實(shí)訓(xùn)課程。

毋庸置疑，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)教學(xué)平臺的建設(shè)，能更好地體現(xiàn)學(xué)校貫徹國家職業(yè)教育的理念，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為本，服務(wù)新能源專業(yè)需求，將來更好地為社會服務(wù)的宗旨。

三、結(jié)論

建設(shè)小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電教學(xué)平臺，無論從環(huán)境保護(hù)和生態(tài)文明理念，還是從有效開發(fā)利用新能源的意識上教育和啟發(fā)學(xué)生，更重要的是符合國家培養(yǎng)職業(yè)人才的戰(zhàn)略方針，為國家的電力事業(yè)發(fā)展提供智力支持和人才保障，必將產(chǎn)生巨大的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

（責(zé)任編輯：章樊）