面向电力行业的高层次储能技术人才实践与创新能力培养探究

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  摘 要:在“构建以新能源为主体的新型电力系统”战略背景下,储能技术在电力行业中的地位也被提高了空前的高度。与井喷式储能技术人才需求相对应的是,高层次储能技术人才储备严重匮乏。加快面向电力行业的高层次储能技术人才培养,提升人才的实践与创新能力,不仅是响应国家在储能领域的战略部署,同时也是顺应行业发展需求的重要举措。本文将从当前电力行业对储能技术人才的特殊需求出发,分析现有人才培养实践与创新能力培养中的不足,从师资队伍建设、课程体系构建、实践教学平台搭建、实践能力培养环节提出几点建议。
  关键词:电力行业;储能技术人才;创新交叉
  
  为加快培养储能领域“高精尖缺”人才,增强产业关键核心技术攻关和自主创新能力,以产教融合发展推动储能产业高质量发展,2020年1月,教育部、国家发展改革委、国家能源局联合制定印发了《储能技术专业学科发展行动计划(2020—2024年)》,并指出“储能技术作为重要的战略性新兴领域,需要加快物理、化学、材料、能源动力、电力电气等多学科多领域交叉融合、协同创新[1]。目前,国内西安交通大学、华北电力大学、北京科技大学、华中科技大学、武汉理工大学等近30所高校已新增储能科学与工程专业。三峡大学电气工程学科是国内一流学科和湖北省优势学科群“电力与新能源学科群”主干学科,为紧密结合国家在储能领域的战略部署,已设立电气工程及其自动化专业(储能技术方向),并于2020年开始接收第一批本科生。目前,国内院校储能专业的建设仍处于探索阶段,尚无完善的体系,而面向电力高层次储能技术人才培养更是寥寥无几。为了使人才培养与产业发展及社会需求相适应,建立合理的人才培养模式是关键。其中,实践能力与创新能力作为学生工程综合能力的重要体现,在工科人才培养环节中尤为重要。本文将根据行业需求,结合我校电气工程及其自动化专业(储能技术方向)本科生培养的实际情况,探讨如何培养学生的实践与创新能力。
  1 当前电力行业对储能技术人才的需求与储能技术人才储备之间的关系
  1.1 “碳达峰、碳中和”战略背景下储能人才需求分析
  “2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和。”这是中国对世界做出的庄重承诺,也是能源电力领域未来一个阶段面临的重要工作和任务。进入十四五开局之年,电力行业的发展迎来新的局面,一场瞄准“碳达峰、碳中和”的攻坚战已经打响。3月15日,中央财经委员会第九次会议指出,要“构建以新能源为主体的新型电力系统”,这是我国首次明确新能源在未来电力系统中的主体地位。然而,可再生能源在利用过程中存在能源密度低、间歇性、波动大等问题,给大规模应用带来很大难度。而储能技术能够解决能源利用过程中时间、空间、强度等不匹配问题。因此,储能系统在可再生能源电站、电网输配侧以及用户侧的应用能够促进可再生能源的消纳,是清洁可再生能源大规模发展与利用的关键,也是我国乃至全球能源结构调整的重要技术[2]。随着清洁可再生能源开发利用规模的不断扩大,对储能市场的需求呈现大量增长。近日,研究机构EVTank联合中国电池产业研究院发布的《中国锂离子电池行业发展白皮书(2021年)》显示,2020年全球储能用锂离子电池出货量为28.5GWh,同比增长35.8%。当下,全球新增储能装机量中锂电池储能占比不断提升,中国已成为全球最大的新增电化学储能市场,在全球储能用锂离子电池出货量中占据半壁江山:2020年,中国包括通信基站储能、家庭储能、电力系统储能在内的储能用锂离子电池出货量为14.2GWh,同比增长65.1%,远高于全球增速[3]。
  然而,与快速增长的电力行业需求相对的是,储能行业发展的历史较短,并没有形成丰富的人才库,储能领域各层次的人才供给严重不足,导致储能行业面临人才短缺的严峻挑战[4]。不仅如此,传统的储能领域人才要么是材料或物理化学学科背景,仅停留在储能材料制备及原型器件的性能研究阶段,对后期储能电池的控制、优化策略等并不涉及;要么是电气工程学科背景,仅涉及储能电池的后端系统设计、控制与优化,对前端电池的构造、制备、生产过程等完全不懂。而在构建以新能源为主体的新型电力系统的大背景下,单一学科的知识结构无法满足行业对人才层次化多元化的需求。为进一步推动能源结构调整,加快清洁可再生能源发展,加强面向电力行业的储能技术人才的实践与创新能力显得非常迫切[5]。
  1.2 电气工程及其自动化专业及储能技术人才实践与创新能力培养现状分析
  电气工程及其自动化是一个实践能力要求强的专业,而储能技术本身也是应用性非常强的专业,因此,要培养具有储能技术特色的电气工程及其自动化专业人才,实践教学必须占据重要的地位,且应紧密结合行业需求。尽管电气工程及其自动化作为一门传统学科,已有成熟的实践教学体系,但目前绝大多數高校电气工程及其自动化课程体系设置,实践课时和教学重视程度明显偏低,很多课程实践教学环节实践教学与理论教学缺乏有效衔接,专业教师实践经验不足、操作能力欠佳,造成了学生动手操作能力弱、创新能力不足的现状[6]。而在开设了储能技术相关课程的高校中,实践环节也存在内容层次较低,缺乏整体性、系统性、难以满足行业能力培养的实际要求,课内实践与课外实践衔接不好,师资力量不足等问题,造成学生学习兴趣不高,实践与创新能力不强等现状[7]。
  2 面向电力行业的高层次储能技术人才实践与创新能力培养途径
  2.1 加强创新交叉型师资队伍建设
  优秀的师资队伍是人才培养的核心力量。面向电力行业的高层次储能人才,是新时代行业发展的需求,具有鲜明的时代特征。传统单一材料学科或电气工程学科的师资知识与能力有一定局限性,无法满足创新交叉型学科对人才培养的需求。因此,应筹建一支具有储能特色的电气工程及其自动化教学团队,提升该专业的教学水平。作为教师个体,在知识水平层面,应加强个人学习,拓展知识领域,并实时学习行业内各类政策,紧跟专业领域内最新研究进展;在教学技能和工程素质层面,教师应积极思考,多方面进行规划。在交流学习方面,教师还应加强与其他高校的交流,参加相关专业的教学研讨会。作为教学团队,应定期进行教研活动,组织教学讨论、分享教学经验、探讨教学方法、促进教师整体教学水平的提高;鼓励教师下企业,参与企业培训,加强与企业工程师交流,进行工程实践,一方面提高个人的工程素养和专业能力,同时也是深入了解企业对人才的实际需求,能在教学中更好地体现企业需求导向的人才培养理念。此外,通过加强与企业间的交流合作,还可以邀请企业中相关技术人员作为校外实践导师,从企业的视角传授相关专业知识,提高学生的兴趣与积极性,提升学生在相关技术领域的专业知识和行业认知。   2.2 优化课程体系,拓展学生跨学科的理论水平
  构建合理的课程体系是培养拔尖创新人才的基本保障。目前,储能科学与工程为新建设专业,国内尚无成熟的课程体系,已有该学科的高校在人才培养方面也处于摸索阶段。三峡大学电气与新能源学院在广泛调研电力行业对储能技术人才的具体需求,以及广泛调研国内高校储能科学与工程专业人才培养方案后,制定了电气工程及其自动化(储能技术方向)人才培养方案,将电气工程及其自动化学科和儲能学科的知识体系整合优化,通过跨学科教学弥补单一学科局限性,旨在培养具有扎实电气工程及其自动化专业基础知识,同时熟练掌握储能技术的交叉创新型人才。具体体现在:以传统电气工程及其自动化专业基础课(如电路原理、电子技术基础、电力系统分析基础、电力系统继电保护)等为核心,增设储能物理、储能化学、储能材料与技术以及储能技术综合实验等专业核心课程,培养学生在储能方面的基础知识和基本技能。此外,学生还可针对感兴趣的储能方向,进一步侧重选择相关的专业选修课程进行学习。以行业需求为导向,通过交叉融合学科领域,注重知识整合与跨学科教学协同,优化课程体系,才能够培养出具有较强创新力以及具备解决复杂工程问题的综合型创新人才。
  2.3 充分利用仿真软件教学平台,激发学生创新设计潜能
  充分利用仿真软件平台,不仅可以降低办学成本,提高教学效率,还能紧跟前沿技术达到实验教学的效果,解决高校人才培养与行业需求的失衡问题[8]。例如,建设全数字仿真发电厂、数字仿真变电所、电网调度DYS仿真系统,呈现电能生产、电能输送、电能供配整个工程流程和工程环境,学生参与互动,培养学生的岗位能力[6]。利用电能存储虚拟仿真教学软件,以三维场景和DCS画面模拟锂离子电池储能、超级电容器储能等储能方式的工作原理,使学生形象、直观了解储能系统在发电过程中的应用,提高学习兴趣。搭建综合能源系统实时仿真平台,集新能源发电与储能一体化,通过实时仿真设备实时解算模型,直观得到不同工况下各种能源最经济、最科学的配比关系,锻炼学生的综合能源系统设计能力。
  2.4 加强综合实践环节,提升学生实践与创新能力
  面向电力行业的高层次储能技术人才不仅应掌握电气工程学科和储能学科专业基础理论知识和专业技能方面的多学科综合知识,还应具有整合思维、工程推理和解决复杂工程问题能力,具备从事储能材料、器件与系统的研究、开发、设计、制造和管理的技术能力和工程实践和创新能力,能够适应未来电力行业对人才的需求。因此,在人才培养过程中,要着重强调人才综合实践能力的培养。在实验环节,应整合传统电气工程实验课程与储能技术相关实验课程,提高综合性实验占比。例如,搭建分布式储能实验平台,一方面模拟电网中广域布局的各储能个体特征,一方面可将实验中获得的储能个体接入实验平台,验证其实际应用性能。同时,应根据行业技能需求,充分利用实践教学基地,加强交叉型课外实践教学,比如,与葛洲坝集团、中国三峡集团、国网湖北电力等企业加强产学研合作,建立学习新能源发电技术、并网技术、故障诊断、储能技术在新能源电站、电网输配侧以及用户侧的应用的实习实训基地,拓展学生的专业技能。
  在创新能力培养方面,可充分利用学院特有的综合作业平台,根据目前电力行业中对储能技术的具体要求,结合教师的相关科研项目,设立综合性研究课题,将理论知识和生产实践中的具体事例联系起来,促进学生对基础理论知识的理解,提高学生的学习兴趣,培养科学研究素养,激发学生的创新潜能。同时,将创新创业思想贯穿人才培养过程中,鼓励学生从交叉学科视角出发,申报院级、校级等各类创新创业项目,激励学生主体性、创造性、能动性以及团队协作能力,促进该领域的创新型、产业型综合拔尖创新人才的培养。
  3 结语
  面向电力行业的高层次储能技术人才培养,对于弥补当前行业人才空缺,推动新能源为主体的新型电力系统发展具有重要意义。紧密结合行业需求,加强人才的实践与创新能力培养是培养高层次储能技术人才的重要措施。为此,不仅要打造高水平交叉型特色教学团队,优化课程体系设置,还应改进实践教学手段,加强校内实践、校外实践、综合实践环节,使得人才培养体系更加科学合理,更好地适应电力行业的特殊需求。
  参考文献:
  [1]教育部,国家发展改革委,国家能源局.《储能技术专业学科发展行动计划(2020—2024年)》.[2020119].http://www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202002/t20200210_419693.html.
  [2]面向储能技术的跨学科拔尖创新人才培养教学实践与探索,饶中浩,刘臣臻,霍宇涛,赵佳腾,刘昌会.面向储能技术的跨学科拔尖创新人才培养教学实践与探索.储能科学与技术.网络首发地址:https://doi.org/10.19799/j.cnki.20954239.20210001.
  [3]电池百人会电池网,2021年中国电池新能源行业六大预测:潜力与隐忧并存[20210222],http://www.itdcw.com/news/top/022211S532021.html.
  [4]中国储能网.储能行业面临人才缺乏挑战.[20180504].http://www.escn.com.cn/news/show627627.html.
  [5]陈杰.我国新能源储能技术创新能力提升研究[D].中南大学,2013.
  [6]马双蓉.新工科背景下电气工程及其自动化专业学生实践创新能力培养.中国设备工程,2021.02(下):235236.
  [7]陶石,钱斌,王志成,吴大军,张惠国,洪学鹍.应用型本科院校新能源科学与工程专业实践教学改革探讨.实验技术与管理,2020,37,186189.
  [8]王军旗.仿真软件在职业素质培养中的实践与思考—以奥派HRM案例教学平台为例.中国多媒体与网络教学学报(中旬刊),2019,09:169170.
  作者简介:肖婷(1985— ),女,湖北武汉人,汉族,博士,副教授,研究方向:电化学储能材料与器件;姜礼华(1982— ),男,河南信阳人,汉族,博士,副教授,研究方向:薄膜材料与器件;向鹏(1982— ),男,湖北巴东人,土家族,博士,讲师,研究方向:太阳能电池材料与器件;乔豫龙(1988— ),男,黑龙江哈尔滨人,汉族,博士,讲师,研究方向为:电介质材料与器件。
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