“新能源與分布式發(fā)電技術(shù)”課程建設(shè)與實(shí)踐

摘要：在對“新能源與分布式發(fā)電技術(shù)”課程建設(shè)與實(shí)踐中，精選了教學(xué)內(nèi)容，在選擇教學(xué)內(nèi)容時注重知識面寬度與深度的結(jié)合，注重理論部分和實(shí)踐部分的結(jié)合，探索靈活多樣的教學(xué)方法與手段，并對考核方式等方面進(jìn)行了改革和實(shí)踐，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：新能源；分布式發(fā)電；課程建設(shè)；教學(xué)實(shí)踐

作者簡介：熊遠(yuǎn)生（1979-），男，河南新縣人，嘉興學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，副教授；劉青松（1965-），男，山西太原人，嘉興學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，副教授。（浙江 嘉興 314001）

基金項(xiàng)目：本文系嘉興學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院2012年教學(xué)改革項(xiàng)目的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）30-0108-02

新能源一般是指在新技術(shù)基礎(chǔ)上加以開發(fā)利用的可再生能源，包括太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮堋⑺堋⒑Ｑ竽芎统毕艿龋淮送猓€有氫能、沼氣、酒精、甲醇等，而已經(jīng)廣泛利用的煤炭、石油、天然氣等能源，稱為常規(guī)能源。隨著常規(guī)能源的逐步枯竭以及化石能源在燃燒過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染問題日益突出，以環(huán)保和可再生為特質(zhì)的新能源越來越得到各國的重視。研究開發(fā)新能源與能源轉(zhuǎn)換技術(shù)，不僅成為科技界的當(dāng)務(wù)之急，而且上升到了經(jīng)濟(jì)和戰(zhàn)略安全的范疇。在各種形式的新能源利用中，由于電能具有易傳輸、用途廣等一系列優(yōu)點(diǎn)，使得利用新能源進(jìn)行發(fā)電技術(shù)備受矚目。根據(jù)國家發(fā)改委2013年頒布的《分布式發(fā)電管理暫行辦法》，分布式發(fā)電是指在用戶所在場地或附近建設(shè)安裝、運(yùn)行方式以用戶端自發(fā)自用為主、多余電量上網(wǎng)，且在配電網(wǎng)系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)為特征的發(fā)電設(shè)施或有電力輸出的能量綜合梯級利用多聯(lián)供設(shè)施。相對于傳統(tǒng)的集中式發(fā)電，分布式發(fā)電因具有初期建設(shè)投資低、發(fā)電方式靈活等優(yōu)勢，在全球范圍內(nèi)越來越被看好。在分布式發(fā)電系統(tǒng)中，電源通常采用光伏、風(fēng)力等新能源。

隨著新能源與分布式發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展，培養(yǎng)這方面的人才顯得尤為重要。目前，我國部分高校的電氣專業(yè)已在本科高年級開設(shè)課程“新能源發(fā)電技術(shù)”或其相近課程，2012年開始，嘉興學(xué)院在電氣工程及其自動化專業(yè)中首次將“新能源與分布式發(fā)電技術(shù)”作為一門選修課，在大四上學(xué)期開設(shè)。其目的在于幫助學(xué)生比較全面地了解和基本掌握除常規(guī)發(fā)電形式以外的能源利用形式及其相關(guān)技術(shù)，特別是新能源發(fā)電技術(shù)的前沿動態(tài)，在拓寬學(xué)生新能源利用領(lǐng)域知識面的同時，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生投身新能源領(lǐng)域建設(shè)的使命感和責(zé)任感。學(xué)生學(xué)好該課程，可以提高對已學(xué)課程知識的綜合應(yīng)用能力，并對今后的就業(yè)和職業(yè)發(fā)展都有積極的意義。這門課程涉及內(nèi)容多且雜，涉及知識面廣，為了在有限的學(xué)時中能夠盡快引導(dǎo)學(xué)生入門，在理論與實(shí)踐兩個方面的能力都有所提高，筆者從課程教學(xué)內(nèi)容安排、教學(xué)方法與手段和考核方式等方面進(jìn)行了一定的探索和研究。

一、精選教學(xué)內(nèi)容

“新能源與分布式發(fā)電技術(shù)”是一門專業(yè)性、綜合性較強(qiáng)的課程，其中新能源部分就涵蓋有風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮堋淠堋⒑Ｑ竽艿榷喾N新能源。[1，2]為充分就地利用這些新能源，一般采用分布式發(fā)電技術(shù)，分布式發(fā)電技術(shù)又涉及到儲能、并網(wǎng)及微電網(wǎng)等。[3]因其涉及的專業(yè)知識面比較寬廣，學(xué)生普遍反映不太容易找到學(xué)習(xí)規(guī)律，難以把握重點(diǎn)，部分內(nèi)容理解困難。因此，結(jié)合“新能源與分布式發(fā)電技術(shù)”課程的培養(yǎng)目標(biāo)，精選該課程的教學(xué)內(nèi)容，在選擇教學(xué)內(nèi)容時注重知識面寬度與深度的結(jié)合，注重理論和實(shí)踐部分的結(jié)合。

1.知識面寬度與深度的結(jié)合

為使對學(xué)生對“新能源與分布式發(fā)電技術(shù)”有全面的了解，風(fēng)能、太陽能、潮汐能、海洋能、地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能、氫能、儲能、微電網(wǎng)、并網(wǎng)等知識都出現(xiàn)在教學(xué)內(nèi)容中。對各種新能源的發(fā)展歷史、資源分布和特點(diǎn)、各種類型的新能源能量轉(zhuǎn)化方式、發(fā)電原理進(jìn)行簡單介紹，讓學(xué)生清楚其基本概念和原理即可。考慮到電氣工程及其自動化專業(yè)對學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)要求，對部分內(nèi)容可只做概述性講解，讓學(xué)生了解其基本概念即可。如太陽能熱轉(zhuǎn)換原理、風(fēng)力機(jī)的空氣動力學(xué)原理、生物質(zhì)熱裂解過程等。

在各種新能源發(fā)電中，目前應(yīng)用廣泛的是風(fēng)能和太陽能。為此，本課程對其中的光伏發(fā)電技術(shù)和直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行重點(diǎn)講解。對光伏陣列從廠家提供的手冊講起，推導(dǎo)出基于廠家提供參數(shù)的工程模型，結(jié)合軟件仿真得到光伏陣列的外特性，講授常用最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，并討論其具體實(shí)現(xiàn)。講解直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電的基本原理及常用最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法。討論其最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法的具體實(shí)現(xiàn)等。

在各種新能源與分布式發(fā)電中，并網(wǎng)系統(tǒng)是其中的主流。為此，本課程對并網(wǎng)進(jìn)行重點(diǎn)講解。主要內(nèi)容包括并網(wǎng)要求及標(biāo)準(zhǔn)、并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、并網(wǎng)控制策略、孤島檢測技術(shù)、低電壓穿越技術(shù)及并網(wǎng)逆變器實(shí)現(xiàn)等。

2.理論部分與實(shí)踐部分的結(jié)合

“新能源與分布式發(fā)電技術(shù)”是一門工科課程，更注重于實(shí)踐應(yīng)用。在對理論部分進(jìn)行講解后，配以相關(guān)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，加強(qiáng)學(xué)生對理論部分的掌握及提高實(shí)際動手能力。如在講述光伏陣列外特性及最大功率點(diǎn)跟蹤控制后，開設(shè)光伏陣列外特性測試實(shí)驗(yàn)。針對一塊具體的光伏陣列，要求學(xué)生連接實(shí)際電路，在尋找到最大功率點(diǎn)后，調(diào)整參數(shù)，測量并記錄其輸出電壓和輸出電流，從而繪制出其P/V特性曲線及I/V特性曲線。改變太陽光的入射角度后，重新測量記錄；部分遮擋情況下，進(jìn)行測量記錄，對照所講理論部分及最新文獻(xiàn)，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。在講述并網(wǎng)相關(guān)內(nèi)容后，開設(shè)并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，首先依據(jù)并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)對電能質(zhì)量的要求，利用電能質(zhì)量分析儀測試實(shí)際光伏并網(wǎng)逆變器的輸出電能質(zhì)量；隨后在模擬風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，借助于已有的軟硬件平臺，編寫自己的控制算法，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，并測試相應(yīng)的電能質(zhì)量。

二、探索靈活多樣的教學(xué)方法與手段

1.重點(diǎn)講授與專題討論相結(jié)合

目前正是人類大規(guī)模開發(fā)利用新能源的關(guān)鍵時期，因此有關(guān)新能源與分布式發(fā)電技術(shù)的新知識必定也層出不窮，并且由于部分知識點(diǎn)有一定的難度，僅依靠學(xué)生自己獲取相關(guān)知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。從教學(xué)實(shí)踐來看，教師對關(guān)鍵知識點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)講授是必要的，尤其是涉及風(fēng)光發(fā)電技術(shù)及并網(wǎng)等，可加深學(xué)生對知識點(diǎn)的理解和掌握。

授課教師在對關(guān)鍵知識點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)講授之后，可以提出一些討論專題讓學(xué)生去選擇，學(xué)生在選定各自專題后，進(jìn)行相關(guān)文獻(xiàn)的查閱、閱讀、歸納和總結(jié)。結(jié)合所學(xué)知識提出自己的觀點(diǎn)。然后進(jìn)行課堂討論，其他同學(xué)可以針對該專題提出問題或發(fā)表自己的見解。專題討論之后，師生一起歸納和總結(jié)討論的主要內(nèi)容，幫助學(xué)生掌握該專題的內(nèi)容，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

2.理論講解與仿真應(yīng)用相結(jié)合

為改進(jìn)“新能源及分布式發(fā)電技術(shù)”的教學(xué)效果并讓學(xué)生做到理論聯(lián)系實(shí)際，將PSIM仿真軟件引入到課堂教學(xué)中，通過仿真實(shí)現(xiàn)理論講解和仿真應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合。如在對光伏陣列的外特性進(jìn)行理論講解后，應(yīng)用PSIM中自帶光伏陣列模型，在PSIM中搭建測試電路，改變其輸出電壓，測量其輸出電流和輸出電壓，計(jì)算出輸出功率，并繪制出相應(yīng)的P/V特性曲線及I/V特性曲線。進(jìn)一步改變光強(qiáng)和溫度，繪制出不同環(huán)境下光伏陣列的P/V特性曲線及I/V特性曲線。通過直觀的圖形，加深學(xué)生對光伏陣列的外特性及隨后的最大功率點(diǎn)跟蹤控制的理解。

三、選擇合理的考核方式

考核環(huán)節(jié)是整個教學(xué)過程的重要環(huán)節(jié)之一。長期的實(shí)踐證明，此環(huán)節(jié)能有效地促使學(xué)生復(fù)習(xí)和鞏固所學(xué)內(nèi)容。本課程成績從平時表現(xiàn)、課程論文及論文答辯三方面考核。其中平時表現(xiàn)、課程論文和論文答辯分別占總成績的40%、30%和30%。平時表現(xiàn)注重對學(xué)生的出勤、討論發(fā)言、提問、作業(yè)及實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行考核。課程論文考核部分提供給學(xué)生一些論文主題，要求學(xué)生從中選擇一個或結(jié)合自己的認(rèn)知水平，擬定一個和課程相關(guān)的主題，查閱文獻(xiàn)資料，進(jìn)行相關(guān)仿真研究或?qū)嶒?yàn)研究，并撰寫一篇綜述性論文或者研究性論文。提交論文后，組織學(xué)生進(jìn)行答辯，由學(xué)生制作PPT對論文講解后，教師提問，學(xué)生回答。

四、教學(xué)效果

通過教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生對該課程學(xué)習(xí)充滿了興趣，在課堂上積極主動發(fā)言，專題討論時能積極思考，課下認(rèn)真查閱相關(guān)文獻(xiàn)。在實(shí)驗(yàn)課上，大多數(shù)學(xué)生能夠獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的基本部分，部分學(xué)生能與教師討論后，完成提高部分。從最終考核交上來的40份課程論文中，學(xué)生在選題上發(fā)揮了主觀能動性，選題范圍比較寬，共選題18個，涉及風(fēng)光發(fā)電技術(shù)、并網(wǎng)技術(shù)、孤島檢測、微電網(wǎng)及各類新能源發(fā)電。綜述性論文涉及內(nèi)容有一定的寬度，研究性論文涉及內(nèi)容有一定的深度。

總之，學(xué)生在該課程學(xué)習(xí)過程中發(fā)揮了主體作用，提高了分析問題和解決問題的能力。通過對該課程的建設(shè)和實(shí)踐，取得了較好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱永強(qiáng).新能源與分布式發(fā)電技術(shù)[M].北京：北京大學(xué)出版社，

2010.

[2]惠晶.新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[3]殷桂梁，楊麗君，王珺.分布式發(fā)電技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.