教學研互動模式下的新能源專業(yè)實踐教學體系的構建研究

董顥霞 劉建臣 趙明瞻

摘 要：理論與實際相結合，是實驗教學課程中重要組成部分。借助地域、企業(yè)、學科科研優(yōu)勢，依托學校現有重點實驗室，進行教學研互動模式下的新能源專業(yè)實踐教學體系構建的探討研究。

關鍵詞：新能源專業(yè) 宏觀選址 微觀選址 風電機組選型 風力發(fā)電實訓 風光互補發(fā)電實訓

1.新能源專業(yè)實踐教學的意義

新型能源業(yè)是國家重點鼓勵發(fā)展的優(yōu)勢產業(yè)，也是河北省張家口市經濟發(fā)展的戰(zhàn)略重點之一。近年來，河北省張家口市高度重視新能源產業(yè)發(fā)展，進一步開發(fā)利用新能源，壯大新型能源產業(yè)，建設華北地區(qū)重要的新能源基地，促進經濟持續(xù)快速發(fā)展。

風能是綠色、可再生能源，風電產業(yè)是最具發(fā)展力的新能源產業(yè)。張家口屬我國優(yōu)質風能資源區(qū)，城內風能資源儲量達2000萬千瓦以上，可開發(fā)量達1100萬千瓦以上，具備建設世界級大型風電場的良好條件。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，由丹麥等國投資的5000千瓦大型風力發(fā)電站已建成投入營運，是華北地區(qū)重要輸變電樞紐之一。多層次輻射推進、共同發(fā)展的開發(fā)格局正在形成。 目前壩上地區(qū)已被國家列為風能開發(fā)重點地區(qū)。

目前，我國太陽能利用技術主要有太陽能熱電技術、太陽能熱水技術、太陽能光伏發(fā)電技術三大類，其中太陽能光伏發(fā)電技術是未來發(fā)展的重點。目前，河北建投新能源有限公司在尚義縣建成了20千瓦風光互補發(fā)電站，張家口市太陽能發(fā)電已順利起步，發(fā)展前景十分廣闊。

實踐教學是鞏固理論知識和加深理論認識的有效途徑，是理論聯(lián)系實際、培養(yǎng)學生掌握科學方法和提高動手能力的重要平臺。專門、系統(tǒng)的實踐教學和技能培訓，能有效幫助大學生挖掘深層次的興趣，引導和激發(fā)他們的求知欲、培養(yǎng)他們的獨立思考能力與探索能力，讓他們在學習和實踐中成長為國家和社會需要的創(chuàng)新型人才。

2.教學研互動

河北建筑工程學院風能與動力工程專業(yè)是2010年經教育部批準設立的全國首批高等學校戰(zhàn)略性新興產業(yè)相關本科專業(yè)，2013年正式更名為新能源科學與工程專業(yè)。在專業(yè)建設過程中，始終堅持科研優(yōu)勢與本科教育有機互動的建設理念，將專業(yè)建設規(guī)劃融入學科發(fā)展，將學科優(yōu)勢轉化為專業(yè)優(yōu)勢。依托《風力發(fā)電設備遠程監(jiān)測系統(tǒng)研究》、《壩上地區(qū)風電場選址規(guī)劃中對風資源評估方法的應用研究》、《基于無線傳感技術的小型風光互補路燈遠程控制研究》、《大型風電葉片模具液壓翻轉機構的應用研究》、《基于物聯(lián)網的風電機組柔性并網研究》等省市級研究課題，結合河北大唐新能源有限公司、華能國際電力股份有限公司化德泰泓風電場等企業(yè)，在師資力量、課程建設、實踐教學體系建設等方面不斷進行改革與探索，使之成為我國新能源科學與工程專業(yè)領域高素質、復合型高級專門人才重要的培養(yǎng)基地。

3.教學研互動模式下的新能源專業(yè)實踐教學體系的構建

3.1教學研互動模式的實踐教學體系的構建

以風電場可行性研究報告為依托，引導學生完成基于風資源測評的風電場規(guī)劃的各個模塊的實踐教學，包括風資源測評、風電場宏觀選址、風電機組選型、微觀選址和風機排布以及風電場的電氣設計的實踐教學模塊。

3.1.1宏觀選址

在風能的實際應用中，首先必須考慮的是風電場的選址問題，它對風力發(fā)電的經濟性起到了非常重要的作用。風電場宏觀選址過程是從一個較大的地區(qū)，對氣象條件等多方面進行考慮后，選擇一個風能資源豐富，而且最有利用價值的小區(qū)域的過程。如何選擇有利的氣象條件，對風電場力求最大限度發(fā)揮風力發(fā)電機組效益，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，考慮由風場環(huán)境引發(fā)的自然風的變化及由風力發(fā)電機組自身所引起的風擾動（即尾流）因素，確定如何排列布置風力發(fā)電機組，使整個風力發(fā)電場年發(fā)電量最大，從而降低能源的生產成本以獲得較好的經濟效益。

3.1.3設計良好的電氣系統(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程中，在主干網絡和配電網絡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。風電場電氣系統(tǒng)設計的好壞，對風電場的經濟性有很大的影響，需考慮風電場的地區(qū)電網規(guī)劃，結合風電場總體規(guī)模考慮送出，避免重復建設；遵循輸變電系統(tǒng)無功容量采取就地平衡原則，在風電場升壓變電站主變低壓側加裝無功補償裝置，提高線路有功輸送容量，降低線損，節(jié)約運行成本。

3.2依托重點實驗室的實訓教學體系的構建

依托現有的以重點實驗室、學生創(chuàng)新實驗室、企業(yè)實踐教學基地等為基礎的立體實踐教學平臺，進一步推進本科生科研訓練計劃項目，試行將原來的課外科技創(chuàng)新項目轉化為課內學分，開設《科研實踐》課程，完善以全程導師制為特征的實踐教學體系。開展以點帶面的教學方式方法改革。特別以河北建筑工程學院新能源科學與工程教研室的STR-WIND2100風力發(fā)電實訓系統(tǒng)和STR-SW3100風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)為依托，進行風力發(fā)電和風光互補發(fā)電的實訓教學。

3.2.1風力發(fā)電實訓教學體系的構建

風力發(fā)電系統(tǒng)主要由軸流風機、永磁同步發(fā)電機、風速儀等組成。在風力發(fā)電發(fā)電系統(tǒng)中，利用軸流風機吹出不同風速的來模擬自然界中多變的風能，當軸流風機開啟轉動時，產生的風能帶動風力發(fā)電機，使得風力發(fā)電機開始運動，由機械能轉化成電能，即閉合電路的一部分導體在磁場中作切割磁感線運動，電路中就會產生電流，為了區(qū)分一般稱為感應電流，這種現象稱謂電磁感應現象。利用風力發(fā)電實訓平臺，完成“風輪與發(fā)電機的最佳功率匹配”等七個教學課程的實訓。

3.2.2風光互補發(fā)電實訓教學體系的構建

風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)主要由光伏供電裝置、光伏供電系統(tǒng)、 風力供電裝置、風力供電系統(tǒng)、逆變與負載系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)組成。利用風光互補發(fā)電實訓平臺，完成“光伏供電裝置實訓”等五個教學課程的實訓。

4.結束語

順應國內外新能源產業(yè)發(fā)展趨勢，結合學科研究特色，進一步梳理現有課程設置，結合科研優(yōu)勢，校企聯(lián)合，完善"重基礎、強實踐"的課程體系。同時，變灌輸式學習為引導式學習，變被動式學習為自主性、探索性、研究性學習，培養(yǎng)新時代的有創(chuàng)造力的新能源人才。

參考文獻：

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