雙碳背景下儲(chǔ)能工程碩士的協(xié)同創(chuàng)新培養(yǎng)模式探索

夏 濤 張仰飛 劉海濤

南京工程學(xué)院 江蘇南京 210000

1 儲(chǔ)能專(zhuān)業(yè)的時(shí)代意義

在“雙碳”目標(biāo)下，大力開(kāi)發(fā)新能源，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的可再生能源體系成為國(guó)家能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的必然需求[1]。大規(guī)模間歇性、波動(dòng)性可再生能源接入給電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了新挑戰(zhàn)，而儲(chǔ)能具有源-荷雙向調(diào)節(jié)特性，是促進(jìn)清潔能源消納和構(gòu)建未來(lái)電網(wǎng)的關(guān)鍵。為支撐能源領(lǐng)域碳達(dá)峰目標(biāo)如期實(shí)現(xiàn)，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局印發(fā)的《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》中提到，“十四五”期間要實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能全面市場(chǎng)化發(fā)展。此外，在2021年兩會(huì)中“碳達(dá)峰、碳中和”首次被寫(xiě)入政府工作報(bào)告[2-3]。同時(shí)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃的主要任務(wù)中明確指出：制定國(guó)家儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，支持新能源汽車(chē)、儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，推動(dòng)智能汽車(chē)創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施。這是儲(chǔ)能首次被寫(xiě)入年度國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃，可以預(yù)見(jiàn)儲(chǔ)能作為穩(wěn)定清潔能源發(fā)電波動(dòng)，是提高系統(tǒng)消納能力的關(guān)鍵手段，將在政策推動(dòng)下與新能源發(fā)電系統(tǒng)配套得到大規(guī)模應(yīng)用。未來(lái)，儲(chǔ)能技術(shù)與應(yīng)用策略的成熟、標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的制定、成本下降與規(guī)模化生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)、儲(chǔ)能應(yīng)用市場(chǎng)與價(jià)格機(jī)制的建立都將保障儲(chǔ)能為支撐中國(guó)實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)向低碳化轉(zhuǎn)型發(fā)揮更加堅(jiān)實(shí)的作用。

國(guó)外近年來(lái)也開(kāi)始大力發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)[4-6]。隨著補(bǔ)貼制度的完善，德國(guó)、澳大利亞和歐洲部分地區(qū)支持家庭光伏發(fā)電的自用蓄電池安裝項(xiàng)目在持續(xù)增加。由于美國(guó)發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)較早，其示范項(xiàng)目占全球數(shù)目的一半以上，從而催生出一批商業(yè)化運(yùn)行的儲(chǔ)能工程項(xiàng)目。同時(shí)，美國(guó)能源部專(zhuān)門(mén)成立全球儲(chǔ)能數(shù)據(jù)庫(kù)，用以跟蹤儲(chǔ)能技術(shù)最新進(jìn)展和項(xiàng)目運(yùn)行情況。在澳大利亞、德國(guó)和日本等市場(chǎng)，家用光儲(chǔ)系統(tǒng)在金融資本的支持下逐步盈利。加拿大、英國(guó)、美國(guó)紐約州、韓國(guó)及一些島嶼國(guó)家政府也出臺(tái)了儲(chǔ)能采購(gòu)的相關(guān)政策和規(guī)劃。在東南亞地區(qū)，共有菲律賓、馬來(lái)西亞、泰國(guó)、印度尼西亞、緬甸等8個(gè)國(guó)家規(guī)劃或投運(yùn)了儲(chǔ)能項(xiàng)目。而菲律賓、馬爾代夫作為島國(guó)，因其島嶼分散，電力網(wǎng)絡(luò)難以覆蓋全部區(qū)域，一些島嶼還長(zhǎng)期存在電力供應(yīng)不足的情況，從而使可再生能源和儲(chǔ)能市場(chǎng)快速發(fā)展，大規(guī)模儲(chǔ)能已經(jīng)上升到國(guó)家戰(zhàn)略層面，備受各部委高度重視，全球各國(guó)也給予儲(chǔ)能大量政策支持。

因此，綜合考慮全球各國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)研究趨勢(shì)，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和支撐儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，我國(guó)教育部、國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局印發(fā)了《儲(chǔ)能技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)科發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃(2020—2024)》。國(guó)內(nèi)多所高校根據(jù)教育部計(jì)劃和電力行業(yè)發(fā)展需求，成立了儲(chǔ)能科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)[7-8]。儲(chǔ)能專(zhuān)業(yè)作為一門(mén)交叉學(xué)科，它綜合了化學(xué)、電力、材料等多門(mén)學(xué)科，目的在于培養(yǎng)儲(chǔ)能行業(yè)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才，為儲(chǔ)能工業(yè)和產(chǎn)業(yè)的未來(lái)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的人才儲(chǔ)備。而儲(chǔ)能專(zhuān)業(yè)工程碩士作為一種專(zhuān)業(yè)應(yīng)用型高素質(zhì)人才，對(duì)構(gòu)建我國(guó)新型電力系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)清潔低碳能源具有重要意義。

2 儲(chǔ)能工程碩士培養(yǎng)模式的探索

目前，世界各國(guó)高等教育機(jī)構(gòu)會(huì)根據(jù)社會(huì)需求不斷調(diào)整人才培養(yǎng)目標(biāo)和模式，特別是我國(guó)“雙碳”目標(biāo)和新工科政策的提出，儲(chǔ)能工程碩士的培養(yǎng)應(yīng)更加緊密結(jié)合我國(guó)社會(huì)發(fā)展方向，注重培養(yǎng)實(shí)用人才的專(zhuān)業(yè)技能和應(yīng)用能力[9-11]。但中國(guó)工程碩士教育相比于學(xué)術(shù)型碩士，存在著發(fā)展時(shí)間短、培養(yǎng)機(jī)制不夠成熟的短板，多采用學(xué)術(shù)型碩士研究生培養(yǎng)模式，注重理論知識(shí)的掌握[12-15]。儲(chǔ)能技術(shù)作為新興專(zhuān)業(yè)和研究領(lǐng)域，其工程碩士的培養(yǎng)應(yīng)緊密結(jié)合行業(yè)背景與需求，掌握更加廣泛的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能，并具備創(chuàng)新思維和能力。而我國(guó)儲(chǔ)能工程碩士現(xiàn)行的培養(yǎng)目標(biāo)、教育理念、措施和機(jī)制都處于初級(jí)階段，不能很好適應(yīng)“雙碳”目標(biāo)下對(duì)儲(chǔ)能高層次應(yīng)用人才的需求。因此，如何將儲(chǔ)能工程碩士的培養(yǎng)與儲(chǔ)能行業(yè)相結(jié)合、推動(dòng)其培養(yǎng)模式和目標(biāo)改革、促進(jìn)其有序發(fā)展，已成為雙碳背景下儲(chǔ)能工程碩士培養(yǎng)的重要研究方向和實(shí)踐課題。

本文針對(duì)現(xiàn)階段儲(chǔ)能工程碩士培養(yǎng)模式所存在的不足，以協(xié)同創(chuàng)新作為突破口，充分利用各協(xié)同單位的人力資源、科研項(xiàng)目以及實(shí)驗(yàn)條件等資源優(yōu)勢(shì)，將儲(chǔ)能工程碩士的培養(yǎng)與“2011計(jì)劃”相結(jié)合，探索儲(chǔ)能工程碩士的聯(lián)合培養(yǎng)模式與方案，從而培養(yǎng)出滿(mǎn)足儲(chǔ)能行業(yè)需求的高素質(zhì)人才。在協(xié)同創(chuàng)新培養(yǎng)模式下，研究生可以充分利用協(xié)同企業(yè)和研究院所資源，在實(shí)際項(xiàng)目中鍛煉自身的科研技能，在實(shí)踐中達(dá)到技術(shù)創(chuàng)新的目標(biāo)。同時(shí)，企業(yè)和研究院所在培養(yǎng)過(guò)程中促進(jìn)了科技成果轉(zhuǎn)化和落地，完成技術(shù)革新升級(jí)，并借機(jī)宣傳自身文化理念，讓研究生產(chǎn)生文化認(rèn)同感，提前做好人才挑選和智力儲(chǔ)備工作。因此，基于協(xié)同創(chuàng)新的儲(chǔ)能工程碩士培養(yǎng)模式可以實(shí)現(xiàn)互利互惠、共同發(fā)展和協(xié)同育人的目標(biāo)，是高校、企業(yè)和研究院所之間更有效、更深入和更高層次的協(xié)同方式。

3 協(xié)同創(chuàng)新的基本培養(yǎng)模式

儲(chǔ)能工程碩士的協(xié)同創(chuàng)新培養(yǎng)模式是從時(shí)代背景和行業(yè)需求出發(fā)，通過(guò)江蘇省協(xié)同創(chuàng)新中心，積極主動(dòng)與儲(chǔ)能企業(yè)和科研院所對(duì)接，提升研究生工程科研和實(shí)踐能力，從而讓其適應(yīng)新時(shí)代產(chǎn)業(yè)的需求，保證儲(chǔ)能行業(yè)高效發(fā)展。當(dāng)前，我校具備工程碩士學(xué)位點(diǎn)和江蘇省協(xié)同創(chuàng)新中心兩個(gè)并行運(yùn)行的人才培養(yǎng)平臺(tái)，因此需要探索儲(chǔ)能工程碩士協(xié)同創(chuàng)新培養(yǎng)模式，通過(guò)培養(yǎng)模式和機(jī)制改革打通兩個(gè)平臺(tái)之間的障礙，使之具備1+1>2的培養(yǎng)效果。

3.1 科學(xué)制定培養(yǎng)目標(biāo)和方案

儲(chǔ)能作為近年來(lái)新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，與雙碳目標(biāo)的最終實(shí)現(xiàn)密切相關(guān)，其培養(yǎng)方案和目標(biāo)的制定必然是為儲(chǔ)能行業(yè)輸送合格的科學(xué)技術(shù)人才。儲(chǔ)能行業(yè)高層次人才的培養(yǎng)也要能夠適應(yīng)時(shí)代的變化，能夠肩負(fù)起為人民、為社會(huì)和為國(guó)家做貢獻(xiàn)的責(zé)任，培養(yǎng)面向未來(lái)、面向社會(huì)、面向行業(yè)的高素質(zhì)人才。因此，培養(yǎng)方案和目標(biāo)的制定要著重發(fā)揮協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)的高校、科研院所和企業(yè)之間的協(xié)同優(yōu)勢(shì)，以研究生培養(yǎng)為主線(xiàn)，以科研活動(dòng)和生產(chǎn)生活為具體方式，培養(yǎng)出具備扎實(shí)科研素質(zhì)、高超工程實(shí)踐能力和家國(guó)情懷的儲(chǔ)能高層次人才。

3.2 基于協(xié)同創(chuàng)新的培養(yǎng)機(jī)制

3.2.1 建立協(xié)同創(chuàng)新的聯(lián)合培養(yǎng)機(jī)制

將儲(chǔ)能工程碩士的培養(yǎng)與我校省級(jí)協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)相結(jié)合，建立起聯(lián)合培養(yǎng)機(jī)制，發(fā)揮省級(jí)協(xié)同創(chuàng)新中心的協(xié)同優(yōu)勢(shì)，將高校、企業(yè)和科研院所的各自?xún)?yōu)勢(shì)整合起來(lái)，以科研項(xiàng)目為結(jié)合點(diǎn)，以合作共贏為目標(biāo)，共同促進(jìn)儲(chǔ)能工程碩士的培養(yǎng)向高質(zhì)量、高水準(zhǔn)的方向發(fā)展。

3.2.2 依托協(xié)同創(chuàng)新中心，實(shí)行雙導(dǎo)師制度

我校的江蘇省協(xié)同創(chuàng)新中心具備優(yōu)秀的校內(nèi)和校外碩士研究生導(dǎo)師，通過(guò)協(xié)同創(chuàng)新中心的管理平臺(tái)建立雙導(dǎo)師制度，將儲(chǔ)能工程碩士的培養(yǎng)納入中心兼職或者專(zhuān)職導(dǎo)師的業(yè)務(wù)考核范圍。此外，在學(xué)生的培養(yǎng)階段，校內(nèi)外導(dǎo)師要根據(jù)實(shí)際情況制訂培養(yǎng)方案，設(shè)定不同階段的研究目標(biāo)，重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生的學(xué)業(yè)成績(jī)、科研成果和畢業(yè)論文，深入?yún)⑴c研究生全過(guò)程培養(yǎng)環(huán)節(jié)。

3.2.3 以科研項(xiàng)目為突破口，提升培養(yǎng)質(zhì)量

我校協(xié)同創(chuàng)新中心會(huì)定期面向高校、企業(yè)和研究院發(fā)布儲(chǔ)能行業(yè)內(nèi)重點(diǎn)研發(fā)課題和基金，同時(shí)企業(yè)在技術(shù)升級(jí)或成果轉(zhuǎn)化時(shí)也可以根據(jù)需求設(shè)置科研項(xiàng)目。因此，讓研究生參與此類(lèi)課題和項(xiàng)目，培養(yǎng)其科研創(chuàng)新能力，同時(shí)以科研項(xiàng)目為契機(jī)，推動(dòng)高校、企業(yè)和科研院所的聯(lián)合培養(yǎng)模式改革。為實(shí)現(xiàn)科研項(xiàng)目順利實(shí)施，各協(xié)同單位圍繞研究生培養(yǎng)，依照自身優(yōu)勢(shì)劃分職責(zé)。我校主要負(fù)責(zé)碩士研究生教學(xué)管理、日常事務(wù)、基礎(chǔ)理論和實(shí)踐能力的培養(yǎng)；企業(yè)圍繞課題或項(xiàng)目搭建不同的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，提高研究生個(gè)人科研和實(shí)踐能力，并將高校科研成果轉(zhuǎn)化成實(shí)際應(yīng)用；研究院所主要培養(yǎng)研究生的團(tuán)隊(duì)合作能力，以團(tuán)隊(duì)力量去解決項(xiàng)目中遇到的科研難題，逐步提升團(tuán)隊(duì)意識(shí)和科研潛力。各協(xié)同單位以科研項(xiàng)目為契機(jī)，匯聚各自?xún)?yōu)勢(shì)資源，全面提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)合作共贏。

3.2.4 建立協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)合培養(yǎng)管理平臺(tái)

利用我校江蘇省協(xié)同創(chuàng)新中心的組織機(jī)構(gòu)，建立起研究生聯(lián)合培養(yǎng)的線(xiàn)上子系統(tǒng)管理平臺(tái)，將學(xué)生和參與聯(lián)合培養(yǎng)的各單位，通過(guò)現(xiàn)代信息和人工智能技術(shù)緊密聯(lián)系在一起，對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)更加透明和方便，各協(xié)同單位在此平臺(tái)上可以及時(shí)的傳遞消息，了解培養(yǎng)流程和研究進(jìn)展。校內(nèi)外導(dǎo)師也可以通過(guò)瀏覽歷史記錄，清晰地了解此學(xué)生在校內(nèi)和協(xié)同單位的表現(xiàn)，方便進(jìn)行針對(duì)性的教育和培養(yǎng)。

3.3 初步成效

依托儲(chǔ)能行業(yè)和協(xié)同創(chuàng)新中心的現(xiàn)有資源，通過(guò)近幾年的培養(yǎng)模式實(shí)踐，基于協(xié)同創(chuàng)新的儲(chǔ)能碩士研究生培養(yǎng)已經(jīng)取得初步成效。在碩士研究生全程參與下和以項(xiàng)目為突破點(diǎn)的培養(yǎng)模式下，即將或已經(jīng)建立高壓直掛儲(chǔ)能變流器模塊化測(cè)試平臺(tái)、全國(guó)儲(chǔ)能電站大數(shù)據(jù)中心、分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)匯聚控制平臺(tái)等。與各協(xié)同單位如南瑞集團(tuán)、江蘇省電力公司等，共同承擔(dān)聯(lián)合開(kāi)發(fā)任務(wù)，解決科研項(xiàng)目中的難題，積累了不少科研成果，通過(guò)凝練總結(jié)后，也已經(jīng)以期刊和發(fā)明專(zhuān)利的形式進(jìn)行了發(fā)表。同時(shí)，建立了五個(gè)儲(chǔ)能技術(shù)方面的大型研究生實(shí)驗(yàn)室：

(1)鋰電池安全預(yù)警實(shí)驗(yàn)室，包括鋰電池高低溫測(cè)試環(huán)境箱、電池模組測(cè)試設(shè)備、日置高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備、防爆鋰電池實(shí)驗(yàn)測(cè)試箱、氣體檢測(cè)分析設(shè)備、聲音監(jiān)控采集系統(tǒng)等。

(2)基于大數(shù)據(jù)的儲(chǔ)能監(jiān)控及分析實(shí)驗(yàn)室，包括儲(chǔ)能電站的數(shù)據(jù)仿真平臺(tái)、儲(chǔ)能電站系統(tǒng)仿真平臺(tái)、電力系統(tǒng)仿真平臺(tái)、數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)及管理平臺(tái)等。

(3)混合儲(chǔ)能測(cè)試與檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，包括電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、就地測(cè)控裝置、繼電保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)、通信管理及處理機(jī)系統(tǒng)、檢測(cè)試驗(yàn)控制系統(tǒng)、檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)等。

(4)新能源并網(wǎng)控制與儲(chǔ)能實(shí)驗(yàn)室，包括光伏、風(fēng)電等分布式能源接入的微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)中心、電能質(zhì)量在線(xiàn)分析和監(jiān)測(cè)平臺(tái)、儲(chǔ)能雙向變流器系統(tǒng)、飛輪儲(chǔ)能電機(jī)、自治性多元復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)、dSPACE半實(shí)物開(kāi)發(fā)裝置、功率分析儀及配電環(huán)網(wǎng)動(dòng)模系統(tǒng)等。

(5)梯次電池檢測(cè)及應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，包括新威電池循環(huán)測(cè)試設(shè)備、拜特電池循環(huán)測(cè)試設(shè)備、Chroma電池測(cè)試設(shè)備、菊水雙極性電源、日置數(shù)據(jù)采集器、飛礎(chǔ)科紅外圖像采集器、比奧羅杰電化學(xué)工作站等。通過(guò)建立大型儲(chǔ)能研究實(shí)驗(yàn)室，大大提高了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和科研能力。

結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)現(xiàn)階段儲(chǔ)能工程碩士研究生在培養(yǎng)模式下所存在的不足，以協(xié)同創(chuàng)新作為突破口，充分利用各協(xié)同單位的人力資源、科研項(xiàng)目以及實(shí)驗(yàn)條件等資源優(yōu)勢(shì)，探索儲(chǔ)能工程碩士的聯(lián)合培養(yǎng)模式與方案。通過(guò)科學(xué)制定培養(yǎng)目標(biāo)和方案、建立以協(xié)同創(chuàng)新為中心的聯(lián)合培養(yǎng)機(jī)制、依托協(xié)同創(chuàng)新中心實(shí)行雙導(dǎo)師制度、以科研項(xiàng)目為突破口提升培養(yǎng)質(zhì)量和建立聯(lián)合培養(yǎng)管理平臺(tái)等方式，培養(yǎng)出具備扎實(shí)科研素質(zhì)、高超工程實(shí)踐能力和家國(guó)情懷的儲(chǔ)能高層次人才。