風能與動力工程專業的課程體系探討

劉作軍，高 志，王華君，楊 鵬

（河北工業大學 控制科學與技術學院，天津 300130）

風能與動力工程專業是在2006年設置的新專業。由于風能與動力工程專業涉及電氣、機械、自動化、空氣動力學等多學科，各高校的辦學基礎和定位也各不相同，不同學校所制定的培養方案存在差別。本文對風能專業人才需求結構和教育銜接作了細致的分析研究，在綜合分析目前國內9所設置本專業高校所制定課程體系的基礎上，提出了一種可行的風能與動力工程專業課程體系參方案。

1 風能與動力工程專業的設置背景

隨著全球的石化能源枯竭，世界范圍認識到發展可再生能源的重要性，各國對風電發展高度重視，風力發電已經成為解決世界能源短缺的重要途徑。根據全球風能理事會的統計，全球的風力發電產業正以驚人的速度增長，2009年底，全球裝機總量達到了157，899MW。根據歐洲風能協會和綠色和平組織簽署的《關于2020年風電達到世界電力總量的12%的藍圖》的報告，期望并預測2020年全球的風力發電裝機將達到12.31億kW，年安裝量達到1.5億kW，風力發電量將占全球發電總量的12%［1］。

我國風力資源十分豐富，根據2009年底中國氣象局對外公布全國風能資源詳查和評價工作階段性成果，我國陸地50米高度上：達到3級（年平均風功率密度≥300瓦／平方米）以上風能資源的潛在開發量約23.8億千瓦；達到4級（年平均風功率密度≥400瓦／平方米）以上的潛在開發量約11.3億千瓦。我國近海（水深5～25米區域）50米高度層達到3級以上風能資源的可裝機容量約2億千瓦［2］。根據我國《可再生能源中長期規劃》，全國將著力建設新疆達坂城和蘇滬沿海等7個千萬千瓦級風電基地。2020年，我國的風電裝機總量將可達到1.5－2億千瓦［3］。

我國風能行業的發展涉及到從風電機組原材料、零部件到整機，從生產、運輸到裝配和調試，從風電場設計和施工到運行的幾乎所有方面。如何應對我國風能產業從初期發展到實現自主創新和消化吸收引進技術，對風能行業人才需求和教育銜接提出了更高的要求。風能與動力工程專業就是在這樣一種社會背景下開始建設的。

針對我國風能產業需求，教育部在2006年設置了風能與動力工程的本科專業。此類人才應掌握流體、機械和電氣等各相關學科的基礎理論，學習風能資源測量與評估、空氣動力學、機械設計與制造、自動控制技術，以及涵蓋電機、電力電子和電力系統等知識在內的電氣技術，并接受現代風力發電專業工程師的基本訓練。如何組織教學以滿足我國風能行業發展的教育銜接問題，就成為一個重要的研究課題。

2 風能與動力工程專業的教學現狀

風能與動力工程的專業代碼為080507S，現已有9所高校招生。目前9所設置本專業的高校因其發展基礎和辦學定位等方面的差別，所制定的培養方案也存在有一定的差別和側重。其中各個高校普遍開設的專業課程有：力學基礎類課程（包括“風力機空氣動力學”、“工程力學”、“理論力學”和“材料力學”等）、電氣基礎類課程（包括“電路”、“電子技術”、“電力電子技術”和“電機學”等）、機械基礎類課程（包括“工程圖學”、“機械設計基礎”和“金屬工藝學”等）、自動化類基礎課程（包括“自動控制理論”和“單片機原理與應用”等）、風力發電核心課程（包括“風力發電原理”、“風電機組設計與制造”、“風力機組檢測與控制”、“風電場電氣原理”和“風電場接入網技術”等）。

國內各高校目前風能與動力工程專業培養計劃都有不同的側重，總體上分成三個大類：偏動力機械類、偏電氣類和偏自動化類。如何綜合各高校的培養方案，結合我國風電行業發展的現狀和趨勢，從人才需求結構和教育銜接角度，制定一套系統化的風能與動力工程專業培養方案是十分有必要的。

3 專業培養方案規劃

由于風能與動力工程專業涉及電氣、機械、自動化、空氣動力學等多學科的交叉，培養方案中在基本的數學、計算機、英語和政治類必修課程之外，必須包含有一定比例的各個基礎專業課程。本校的建議性培養采用如下方案。

3.1 專業基礎課

表1 專業基礎課規劃方案

其中選修課程可以根據學校的培養方向和學生的個人興趣來選擇，對于側重動力機械類人才培養的高校，可以用少學時的“電工學”課程替代多學時的“電路理論”和“電子技術基礎”課程。

3.2 專業核心課

表2 專業核心課規劃方案

3.3 專業拓展選修課

在基礎課程及核心課程之外，我們還可根據各自的辦學基礎、科研優勢、區域特點和學生就業定位等，開設一些拓展選修課，例如：光伏方向的“太陽能利用技術”和“光伏發電系統工程”課程，熱電方向的“工程熱力學”、“鍋爐原理”和“汽輪機原理”等課程。

4 專業建設的主要問題

4.1 師資和教學組織問題

師資短缺是新辦專業普遍面臨的問題，教師除部分從事過與新專業相關科研項目的骨干教師外，一般都對新專業課程體系缺乏總體掌握，在教學中出現講解內容重復，在轉行教師中常出現的問題是教學內容組織缺乏面向新專業的針對性，對于骨干教師應注意的問題是科研成果向教學中的轉化問題，將風能最新技術進展融入到課堂教學中。

4.2 實驗室建設問題

風能與動力工程專業開辦時間短、缺少相關的教學實驗設備，加之風電機組的安裝條件等因素，限制了本專業的實驗室建設。目前國內只有少數單位開發了演示性風電實驗裝置。

為彌補實驗設備不足的問題，可以采用建立校企產學研合作的方式，例如：我校與天津濱海風能產業園區都建立有一定的合作關系。

4.3 教材問題

目前國內開設風能專業的各高校尚沒有組織過有關教學研討和教材規劃的會議，因此在教學體系，尤其是成體系的實用教材方面，存在很大的不足。

目前我國正式出版的風能類技術書籍大約有80多部，但其中能直接用于本科教學的書籍幾乎沒有。這些書籍主要分為三類：第一類為技術培訓類教材，其理論性和知識的系統性不足；第二類為理論性專著。這類書偏重理論性，深度大，很多章節取自作者的學位論文或者來源于技術報告，部分章節難度遠超本科生的理解能力；第三類是中國電力出版社出版的各種國家風電行業標準和操作規程，此類書籍是重要的教學輔助用書，但同樣不適于課堂教學。由于以上問題，目前各高校通常都采取自編校內講義的方式，并且有在經過兩到三屆的試用和修改補充后正式出版的計劃。

5 結語

為適應我國風能產業的發展對相關技術人員的迫切需求，在本科階段設立風能與動力工程專業，培養相關技術人才是十分必要和及時的。通過分析我國風能產業對專業人才知識技能結構的需求，規劃一套可行的專業課程體系方案將對風能與動力工程新專業的建設起到積極的促進作用。

［1］樊友民，錢洋.風能及風力發電問題［J］.上海：發電設備.2009（6）.464－466

［2］吳豐林，方創琳.中國風能資源價值評估與開發階段劃分研究［J］.北京：自然資源學報.2009.Vol.24（18）.1412－1421

［3］楊鋒，王春，符平.近海風能可開發資源綜合信息系統的設計及開發［J］.北京：水利水電技術.2009.Vol.40（9）.50－53

［4］劉作軍等.天津濱海新區對風能專業人才需求與教育銜接的研究［J］.天津：河北工業大學學報（社會科學版）.2010.Vol.2（3）.50－54

［5］張杰等.風能發電教學初探［J］.北京：科技創新導報.2009（24）.101－102