跨界融合和產教協同的儲能技術研究

導語：跨界融合和產教協同的儲能技術研究一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:儲能技術是新能源發展的核心支撐,是實現“雙碳”目標、構建以新能源為主體的新型電力系統的重要保障,儲能產業已成為世界各國競相發展的戰略性新興產業.隨著新能源并網、智能電網和電動汽車的飛速發展,儲能市場對專業人才需求呈井噴式增長.高校加快儲能技術專業學科建設,對推動儲能領域“高精尖缺”人才培養、滿足儲能產業人才需求,具有重要現實意義.三峽大學立足儲能產業特點和需求,依托學校電氣工程學科特色與優勢,融合電氣、材料、物理、化學和能源動力等五個優勢學科力量,在電氣工程及其自動化專業增設儲能技術方向,確立了“跨界融合、產教協同”的人才培養模式,并對該專業方向的人才培養目標定位、課程體系構建、實踐教學平臺搭建、師資隊伍建設等多方面進行了探索與實踐,以期對其他高校儲能技術專業建設提供借鑒與參考.

關鍵詞:儲能技術;學科建設;跨界融合;產教協同

隨著“碳達峰、碳中和”目標的提出,新能源并網、智能電網和電動汽車飛速發展.儲能技術是新能源發展的核心支撐,關系到能源、電力、交通等多個重要行業的發展,儲能產業已成為世界各國競相發展的戰略性新興產業,儲能市場對專業人才需求呈井噴式增長[1-3].為加快我國儲能領域“高精尖缺”人才培養,增強產業關鍵核心技術攻關和自主創新能力,以產教融合發展推動儲能產業高質量發展,教育部、國家發展改革委、國家能源局(以下簡稱“三部委”)于2020年1月聯合制定了《儲能技術專業學科發展行動計劃(2020—2024年)》[4](以下簡稱《行動計劃》).之后,國內高校紛紛布局儲能技術專業建設[5-6].例如,西安交通大學通過整合動力工程及工程熱物理、電氣工程等六大理工類優勢學科,依托能源與動力工程學院,率先于2020年獲批我國第一個儲能科學與工程本科專業;2021年,華北電力大學、華中科技大學、福州大學、長沙理工大學等25所高校依托各自優勢學科也獲批儲能科學與工程專業;2022年,儲能科學與工程專業院校又新增中國地質大學(北京)、武漢大學、上海電力大學等14所.此外,還有一些高校(如同濟大學、北方工業大學等)雖然目前沒有開設儲能科學與工程專業,但也開展了儲能學科相關方面的教學與研究工作.上述高校雖然為儲能技術專業的人才培養提供了一定的借鑒,但由于儲能技術專業尚處初建階段,尚無成熟經驗可循.各高校如何根據儲能行業發展和社會人才需求狀況,結合各自學科優勢,突出專業人才培養特色、構建科學的課程體系等還有待思考和凝練.三峽大學立足儲能產業特點和需求,依托學校電氣工程學科特色與優勢,在電氣工程及其自動化專業增設儲能技術方向.本文對在電氣專業下增設儲能技術方向的可行性進行了分析,并對該專業方向的人才培養目標定位、課程體系構建、實踐教學平臺搭建、師資隊伍建設等多方面進行了探索與實踐,以期為其他高校儲能技術學科建設提供參考與借鑒.

1儲能技術方向建設的可行性分析

“雙碳”目標下,構建以新能源為主體的新型電力系統已成為能源行業轉型升級的新方向,儲能是新型電力系統的重要組成部分和關鍵支撐技術.三峽大學是一所水利電力特色與優勢比較明顯的地方綜合性大學,其電氣與新能源學院是該校具有鮮明電力特色和明顯行業優勢的學院,也是湖北省首批高校改革試點學院.該學院電氣工程及其自動化專業是國家首批一流本科專業建設點,電氣工程為國內一流建設學科,也是湖北省重點學科和特色學科.學院圍繞新能源微電網儲能技術已開展了電池儲能系統相關方面的研究,并在新能源微電網電池儲能等領域突破了一些技術瓶頸.學校于2012年創辦的新能源材料與器件專業在儲能材料與電池方向的教學和研究工作經驗也為儲能技術方向的建設奠定了良好基礎.為適應國家能源革命戰略需求,該校積極響應三部委號召,于2020年9月專門召開儲能技術專業學科發展研討會,決定借鑒在電氣工程及其自動化專業成功建設輸電線路工程方向和新能源方向的經驗,依托學校電氣工程學科特色與優勢,通過集中和整合電氣、材料、物理、化學和能源動力等五個優勢學科力量,在電氣工程及其自動化專業增設儲能技術方向.這一舉措,不僅可以助力我國儲能領域“高精尖缺”人才的培養,滿足新型電力系統儲能市場專業人才的迫切需求,也為傳統電氣工程及其自動化專業學生拓寬了就業渠道和繼續深造的方向.

2儲能技術方向建設的探索與實踐

2.1人才培養模式確立

儲能產業作為重要的戰略性新興產業,涉及領域眾多,關系到能源、電力、交通等多個重要行業的發展,同時也離不開材料、電池、制造等企業的產品/技術支持,需要加快物理、化學、材料、能源動力、電力電氣等多學科多領域交叉融合、協同創新[4,7].三峽大學根據儲能技術的多學科多領域交叉特點,以“學生為中心、成果導向、持續改進”的國際工程教育認證理念和新工科建設理念為指導準則,確立了儲能技術方向“跨界融合、產教協同”的人才培養模式(如圖1所示),即依托三峽大學電氣工程學科特色與優勢,融合電氣、材料、物理、化學和能源動力等五個優勢學科力量,以行業需求為導向,校企協同制定人才培養方案;以“素質高、能力強、專業精”的應用型人才培養為目標,校企協同育人;以資源成果共享為動力,校企協同攻克難題.該校通過融合儲能技術相關學科優勢力量,與儲能產業相關企業協同育人、協同創新與攻關,既滿足了儲能領域人才培養的需要,也能解決學校教育與產業實際現場脫節的問題;既有利于實現高質量應用型儲能技術人才培養目標,將人才培養從學科導向向產業需求導向轉變,也有利于推動產業創新發展,使高校人才的供給更符合產業發展的需求,最終實現校企雙贏.

2.2人才培養目標定位

人才培養目標是高校制定教育教學活動的出發點和重要依據,在人才培養過程中起著重要作用.21世紀科技和經濟的飛速發展對人才培養提出了更高的目標和要求,教育必須服務經濟社會發展全局.根據當前儲能產業發展及其對人才的需求情況,三峽大學電氣工程及其自動化專業儲能技術方向堅持以行業需求為導向,堅持學生知識、能力和素質協調發展的教育理念,將人才培養目標定位為:具有良好人文素養和職業素養、良好的社會責任感和團隊協作意識、較強的敬業精神和創新精神、扎實的電力和儲能技術專業理論知識、較強的工程實踐能力;能夠勝任電力儲能產業相關工作崗位;具備可持續發展和終身學習能力的德智體美勞全面發展的社會主義事業建設者和接班人.學生畢業5年后,能適應電力儲能產業的發展趨勢,獨立從事電力儲能產業相關的規劃設計、運行維護、研究開發、試驗測試及項目管理等工作,具備工程師或與之相當的專業技術能力.

2.3課程體系構建

課程體系是人才培養方案的核心內容和人才培養的主要載體,關系到人才培養目標的實現和專業培養標準的落實.為培養與新型電力系統和儲能產業發展相適應的“IIP”型工程技術人才[8-9],根據人才培養目標,儲能技術方向構建了由通識核心課程、素質拓展課程、學科基礎課程、專業核心課程和專業拓展課程五部分構成的課程體系(如圖2所示)。該方向專業核心課和專業拓展課程根據儲能技術專業多學科多領域交叉特點,在課程設置上進行跨界融合,即在保留電氣專業常規專業課程的基礎上,通過調整課程學時,增設融合電氣、材料、物理、化學和能源動力等多個相關交叉學科知識的儲能技術專業課程.如,新增“電氣學科及儲能技術方向導論”課程,使學生既可以了解電氣專業儲能技術方向內涵特點、儲能技術與新型電力系統發展的關系以及儲能產業技術發展動態,又可以了解專業方向涉及的主要學科知識和課程體系等知識;增設“儲能物理”、“儲能化學”、“儲能材料與技術”和“先進測試分析技術”等課程,讓學生具備更完整的電池儲能材料與器件基礎知識;新增“儲能系統開發與應用”、“儲能系統建模與仿真技術”、“儲能市場與儲能經濟”等專業拓展課程,為學生畢業后從事儲能工程的規劃設計、儲能系統運行維護與研究開發及儲能項目管理等工作奠定理論基礎.為適應國家發展戰略,滿足儲能技術領域對人才的需求,該方向通過開設學院特色工程師課堂[8-9]與企業進行深度融合,如增設“儲能器件設計”、“光儲一體電站運維”和“儲能工程項目管理”等課程,聘請企業導師為學生授課,將工程實際案例引入課堂,培養學生的工程素質.實踐教學環節是新工科專業教學的重要組成部分,也是提高學生工程實踐能力、培養創新意識和科研興趣的重要途徑,在應用型人才培養過程中起著至關重要的作用.為實現跨界融合和產教協同,該專業方向以工程實踐問題、案例或成果為導向,構建了涵蓋綜合作業、實訓實習和學科競賽等在內的實踐教學課程體系.如,新增“儲能材料綜合作業”和“儲能系統綜合作業”等實踐類課程,培養學生解決儲能材料、器件與系統復雜工程問題的能力,也為相關學科競賽奠定基礎;此外,還利用西門子(中國)有限公司數字化工廠—先進自動化聯合示范實訓中心開展“‘西門子杯’中國智能制造挑戰賽”,以培養學生對工業自動化的興趣,提升學生的工程實踐能力和創新能力.可見,儲能技術方向課程體系既可使學生掌握電氣學科、儲能學科基礎理論知識,還可讓學生接觸工程實踐,參與到創新項目中,提高學生對專業的認識并激發他們的研究興趣.

2.4實踐教學平臺搭建

實踐教學是將理論知識應用于實踐,培養學生實踐與創新能力的重要環節,實踐教學的實施離不開配套的實踐教學平臺.近年來,國家高度重視開展創新創業教育.創新創業型人才的培養除了需要具備完整的理論基礎,同樣也離不開實踐教學平臺.該專業方向根據“跨界融合、產教協同”的人才培養模式和儲能產業特點,構建了涵蓋實驗教學平臺和實訓實習基地的綜合實踐教學平臺(如圖3所示).一方面,充分利用已有的新能源微電網研究中心、創新創業中心(創客中心)、儲能新材料湖北省工程實驗室等作為儲能技術方向實驗教學平臺;另一方面,在原有科研平臺—新型能源材料實驗室的基礎上進行擴建,建成儲能電池實驗室和超級電容器實驗室.目前,該實驗室已具備完善的鋰離子電池和超級電容器材料制備、極片制作、電池組裝、小型鋰離子電池生產線及電化學性能測試全套專業設備.此外,還與湖北睿賽新能源科技有限公司聯合建立了湖北省高能鋰電池企校聯合創新中心,與湖北宇隆新能源有限公司聯合建立了高比能鋰離子電池聯合實驗室,通過校企合作,實現產教融合、資源共享,協同技術創新和難題攻關.圖3儲能技術方向綜合實踐教學平臺在實訓實習基地建設方面,學校與企業共同打造校企協同育人新環境.學校不僅邀請儲能產業和電力行業專業技術人員參與人才培養方案制定、工程師課堂教學、綜合作業及科技創新活動指導,還在已有電氣工程相關實訓實習基地基礎上,與有著長期良好合作關系的儲能相關企業建立新的實訓實習基地,如:湖北睿賽新能源科技有限公司、歐賽新能源科技股份有限公司、宜昌科賽新能源科技有限公司、湖北億緯動力有限公司等.2021年年底,寧德時代、華友鈷業、廣州天賜等儲能相關龍頭企業陸續在宜昌投資建廠,也為該專業方向實訓實習基地的建設提供了儲備.學生深入企業,由企業導師直接指導,讓學生在企業生產、技術研發等實際項目中學習,讓學生提前感受企業氛圍并熟悉未來工作環境,提高學生對專業的認識和理解;同時,在實訓實習過程中遇到的各種實際問題,也可以激發學生后續學習的主動性和積極性.總之,該專業方向綜合作業、實訓實習和學科競賽等實踐教學課程體系的構建以及實驗教學平臺和實訓實習基地等實踐教學平臺的搭建,為該校“素質高、能力強、專業精”應用型人才培養提供了有力保障,也為學生畢業后快速適應工作環境并快速完成從學生到企業員工的角色轉換奠定了基礎.

2.5師資隊伍建設

優秀人才的培養離不開優秀的師資隊伍.作為新興交叉學科專業,該校一方面通過集中和整合學校優勢學科力量,進行跨專業、跨學科教師的內部調動.如,從材料科學系、電力電子系等教師隊伍中抽調一批在儲能材料與器件、儲能系統等方向具有豐富教學與研究經驗的骨干教師充實該方向師資隊伍.另一方面,從海內外高水平大學和科研機構引進從事儲能技術相關方面研究的高層次優秀人才.此外,該校還聘請具有豐富實踐經驗和較高理論水平的儲能技術相關領域的企業高級工程技術人員加入工程師課堂教學隊伍,將基礎理論知識和工程實踐結合,實現學校與產業在課堂教學上的融合.為了更好地實現課堂教學與產業的融合,該校積極推薦青年教師到儲能相關企業掛職鍛煉,一方面可以了解生產一線和項目建設全過程,提高工程實踐經驗,以便將企業實踐融入到課堂教學中;另一方面,還可了解企業對工程技術和人才的實際需求,以便開展針對性課題研究和訂單式人才培養,提升研究成果的適用性和培養人才的應用性.對于具有豐富實踐經驗的資深教師,鼓勵其到企業兼職,將自己的研發產品和技術應用于企業,為企業帶來效益,進一步促進企業與學校的深度融合.

3結語

儲能技術在可再生能源并網、電力調峰調頻、電動汽車等應用上起關鍵作用,是實現“雙碳”目標、構建以新能源為主體的新型電力系統的重要保障.隨著可再生能源并網、智能電網及電動汽車的快速發展,儲能市場對專業人才需求已呈井噴式增長.儲能技術專業作為一個新興交叉學科專業,目前尚無成熟經驗可循.三峽大學立足儲能產業特點和需求,依托學校電氣工程學科特色與優勢,融合電氣、材料、物理、化學和能源動力等5個優勢學科力量,在電氣工程及其自動化專業增設儲能技術方向,確立“跨界融合、產教協同”的人才培養模式,對其人才培養目標定位、課程體系構建、實踐教學平臺搭建、師資隊伍建設等方面進行探索與實踐,難免會存在一些不足.高校如何根據儲能技術多學科交叉的特點,結合自身實際情況建設儲能技術專業,以推動我國儲能領域“高精尖缺”人才培養,滿足我國儲能產業和能源高質量發展對高素質創新人才的需求,是一個尚待迫切探討與解決的現實問題.

作者:張露露 王凌云 熊奇  張濤 楊學林 黃悅華 單位:. 湖北省新能源微電網協同創新中心 三峽大學 電氣與新能源學院