儲能技術學科建設及本科生培養(yǎng)探索

常龍，李志偉，于昊，盧曉，于志豪*

(1.山東科技大學儲能技術學院，山東 青島 266590；2.青島特來電新能源科技有限公司，山東 青島 266100)

0 引言

能源是人類文明進步的基石，直接關乎國計民生和國家安全。當今世界，百年未有之大變局加速演進，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革深入發(fā)展，新能源和信息技術緊密融合，能源體系和發(fā)展模式正在進入非化石能源主導的嶄新階段。加快構建現(xiàn)代能源體系是增強維護我國能源安全能力，推動實現(xiàn)我國經(jīng)濟社會高質量發(fā)展的重要支撐[1]。黨的二十大報告中8 次提到能源問題，強調能源安全的重要性，并指出加快推動能源結構調整優(yōu)化，積極穩(wěn)妥推進碳達峰、碳中和，促進人與自然和諧共生。

新型儲能是建設新型能源電力系統(tǒng)、推動能源清潔低碳高效利用的核心裝備基礎和關鍵支撐技術，儲能系統(tǒng)在現(xiàn)代能源體系中占據(jù)重要位置[2]。因此，發(fā)展儲能技術對保障我國能源安全、促進能源高質量發(fā)展、推動經(jīng)濟社會發(fā)展綠色化、穩(wěn)步實現(xiàn)“雙碳”目標具有重要意義。2021 年7 月，我國在《關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》中明確指出，到2025 年，實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)模化發(fā)展轉變，裝機規(guī)模超3 000 萬kW。到2030 年，實現(xiàn)新型儲能全面市場化發(fā)展，與電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)深度融合發(fā)展，裝機規(guī)模基本滿足新型電力系統(tǒng)相應需求。新型儲能技術已成為能源領域的關鍵技術，也是實現(xiàn)能源行業(yè)高質量發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)[3]。

為此，本文首先梳理了國家層面對儲能行業(yè)的相關政策，闡述了儲能技術的發(fā)展現(xiàn)狀及預期目標。針對儲能技術領域專業(yè)人才的急劇短缺，詳細分析了儲能學科的建設現(xiàn)狀及目標規(guī)劃，進而結合儲能技術學科建設情況，對儲能人才培養(yǎng)模式及“儲能科學與工程”本科專業(yè)的課程體系建設展開討論。

1 國家政策對儲能技術的頂層設計

早在2005 年，我國在《可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導目錄》中，第一次規(guī)定了儲能技術[4]，2010 年儲能發(fā)展首次被寫入法案[5]。“十二五”“十三五”時期，隨著我國能源體系的不斷發(fā)展和能源結構的調整，儲能體系戰(zhàn)略地位持續(xù)提高[6-7]。圖1 按照時間順序，詳細展示了近十年我國國家級層面的儲能相關的重要政策法規(guī)[8]，由此可以看出國務院、國家發(fā)改委、國家能源局等部門持續(xù)頒布儲能相關政策，目標任務明確。經(jīng)過這十年的國家戰(zhàn)略布局，儲能技術的不斷突破，我國儲能裝機容量呈現(xiàn)明顯增長趨勢，儲能產(chǎn)業(yè)已逐步成熟，體系建設較為完善[9]，我國儲能的發(fā)展已超出業(yè)界預期[10]。

圖1 我國國家層面的儲能重點政策

“十四五”是實現(xiàn)我國碳達峰目標最重要時期。而2022 年是“十四五”關鍵之年，政策頻出，明確了“十四五”期間的儲能技術的重點任務，通過支持技術和商業(yè)模式創(chuàng)新、健全標準體系、完善政策機制等措施，推動構建以需求為導向，以充分發(fā)揮新型儲能價值為目標的高質量規(guī)模化發(fā)展格局[3]。

與此同時，針對儲能領域高層次技術領軍人才短缺難題，政策還強調推動產(chǎn)學研用的融合發(fā)展，以“揭榜掛帥”等方式推動創(chuàng)新平臺建設，深化新型儲能學科建設和復合人才培養(yǎng)。2022 年4 月教育部頒布的《加強碳達峰碳中和高等教育人才培養(yǎng)體系建設工作方案》中指出，加快儲能相關學科專業(yè)建設和高校儲能領域人才培養(yǎng)，服務大容量、長周期儲能需求，實現(xiàn)全鏈條覆蓋[11-12]。2022 年10 月教育部、國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合發(fā)布的《關于實施儲能技術國家急需高層次人才培養(yǎng)專項的通知》中指出，聚焦國家對儲能領域核心技術領軍人才的迫切需求，充分發(fā)揮產(chǎn)學研協(xié)同育人優(yōu)勢，以及研究生教育對儲能技術急需高層次人才培養(yǎng)的支撐作用，為我國儲能領域核心技術突破培養(yǎng)和儲備一批創(chuàng)新能力強的復合型科技人才，推動形成儲能領域高層次創(chuàng)新人才輩出的新格局[11-12]。

2 高校儲能學科蓬勃發(fā)展

全國各地的眾多高校、科研院所積極響應國家政策，結合自身優(yōu)勢，迅速組建儲能學科團隊，籌劃儲能專業(yè)[13]。2020 年西安交通大學開始第一個“儲能科學與工程”專業(yè)，2021 年新增25 所高校，2022 年繼續(xù)新增14 所高校，總計40 所高校增設了“儲能科學與工程”專業(yè)，分布在全國共有19 個省市，分布廣泛，其中北京、江蘇占比最高。

儲能技術按存儲介質可為：物理儲能、電化學儲能、電磁儲能以及儲氫、儲熱、相變儲能等各式各樣[14]，如圖2 所示。因此，儲能技術包含眾多學科：能源動力、電氣工程、機械工程、動力工程及工程熱物理、材料與化學等，是典型的學科交叉新工科專業(yè)[15]。此外，圖2 還顯示了儲能系統(tǒng)眾多的應用服務/消耗類型，尤其是新能源“源網(wǎng)荷儲一體化”[16]。同時還需要儲能工程管理及商業(yè)運營模式、儲能系統(tǒng)運行與維護等方面的知識[17]。故而，各高校在建設儲能科學與工程專業(yè)過程中很難顧及多個學科[18]。不同高校大都結合自身優(yōu)勢和特色，整合與儲能相關的現(xiàn)有學科軟硬件資源，確定儲能專業(yè)發(fā)展的某個或多個優(yōu)勢方向，并探索制定專業(yè)培養(yǎng)方案和培養(yǎng)模式。

圖2 儲能技術的分類及涵蓋學科

另據(jù)調查發(fā)現(xiàn)在全國開設的“儲能科學與工程”專業(yè)所在的學院，能源與動力類學院占比高達60.0%、材料與化工類占比22.5%、電氣類占比17.5%。很多學校在建設儲能學科中，大都融合了多個學院的力量。通過分析各高校儲能科學與工程專業(yè)分布情況，得出一個重要結論，在國內(nèi)開設的儲能科學與工程專業(yè)的高校中，將儲能科學與工程和能源動力工程兩個專業(yè)設在同一個學院的學校有24 個，占比高達60%。

針對多學科、多學院深度交叉存在的效率低等短板，多所高校開始探索新建儲能技術學院。山東科技大學于2021 年12 月，依托學校現(xiàn)有相關學科專業(yè)，成立了全國首個儲能技術學院。2022 年4 月河南理工大學結合學校在電化學儲能(鋰/鈉/鉀離子電池)、氫儲能、物理儲能、相變儲能、地下空間儲能領域的特色研究基礎，成立河南首個未來技術學院—未來儲能技術學院。中國石油大學(華東)在2019 年整合了化學工程學院、新能源研究院以及其他學院的動力工程及工程熱物理和電氣工程等專業(yè)和相關學科資源，創(chuàng)建新能源學院。

3 學科建設及本科生培養(yǎng)實踐與探索

3.1 應運而生的儲能技術學院

為服務國家能源戰(zhàn)略，加快培養(yǎng)儲能領域高精尖缺人才，2021 年12 月18 日，山東科技大學在全國高校中率先成立了“儲能技術學院”。學院依托學校現(xiàn)有相關學科專業(yè)及科研平臺，同時聯(lián)合山東省能源局、中國三峽新能源集團有限公司，在高度融合、全面共建共享的機制下，三方立足儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展重大需求而建，實行開放辦學，建立政府、企業(yè)、學校多位一體的協(xié)同支持機制。

各方在政策、經(jīng)費和辦學條件等方面提供保障，在人才培養(yǎng)、科技創(chuàng)新等方面，探索創(chuàng)新、共建共管，形成高度融合、全面共建共榮共享的治理體系和運行機制。山東科技大學依托學校現(xiàn)有相關的電氣自動化、材料與化工、機械工程、控制工程等學科專業(yè)以及山東省鋁離子動力和儲能技術協(xié)同創(chuàng)新中心等科研平臺，主要負責人才培養(yǎng)、關鍵技術攻關以及原始創(chuàng)新；中國三峽新能源(集團)股份有限公司主要提供平臺、技術、產(chǎn)業(yè)化等，并負責協(xié)調系統(tǒng)內(nèi)其他單位力量參與；山東省能源局主要在相關政策、管理及經(jīng)費等方面予以支持。

學院圍繞儲能材料、儲能技術、碳儲科學、儲能系統(tǒng)智能運行技術等開展儲能學科建設，現(xiàn)有“儲能科學與工程”本科專業(yè)，并規(guī)劃有“碳儲科學與工程”本科專業(yè)，學院未來將加快建設儲能技術學科專業(yè)，帶動相關學科轉型升級，建立完善的本碩博人才培養(yǎng)體系。

3.2 “儲能科學與工程”本科專業(yè)的課程體系建設

2021 年，山東科技大學獲批“儲能科學與工程”本科專業(yè)，依托現(xiàn)有相關學科形成了本碩博多層次的儲能技術領域人才培養(yǎng)模式。本科專業(yè)學生主要學習化學、物理、電工電子技術、控制理論、電力電子技術、計算機技術、能源動力等方面的基本理論，系統(tǒng)的掌握儲能原理與技術、儲能材料與工程、電儲能應用技術、儲能系統(tǒng)檢測與評估等相關方面專業(yè)知識，受到較好的儲能及其交叉學科實踐基本訓練，具備解決儲能及其交叉領域中的系統(tǒng)分析、設計、運行、控制、開發(fā)與研究等問題的基本能力和較好的外語交流能力。

依托學校優(yōu)勢及學院學科發(fā)展方向，同時滿足三峽集團對儲能人才的要求，制定了“儲能科學與工程”本科專業(yè)詳細的課程培養(yǎng)方案，課程體系包括通識必修課程(數(shù)學與自然科學類)、專業(yè)基礎必修課程、專業(yè)核心課程、專業(yè)知識選修課程(含限選課程)、工程實踐課程以及拓展課程等，其中關鍵核心課題如圖3所示。

圖3 儲能科學與工程專業(yè)核心課程體系

學生畢業(yè)后可以在中國五大發(fā)電集團以及地方能源集團從事儲能電站與系統(tǒng)的運行與管理工作，或進入儲能電池和儲能智能系統(tǒng)的研發(fā)和制造行業(yè)、可再生能源行業(yè)、電力熱力行業(yè)、電動汽車行業(yè)以及分布式新能源和綠色節(jié)能等企事業(yè)單位從事儲能及其交叉學科等方面的研究、設計、應用工作。儲能產(chǎn)業(yè)是未來能源行業(yè)最重要的新增長點之一，社會對儲能人才的需求是長期的、持續(xù)性的，學生就業(yè)前景光明。