风能与动力工程专业的课程体系探讨

2011-03-21刘作军王华君

电气电子教学学报 2011年3期

刘作军，高志，王华君，杨鹏

（河北工业大学控制科学与技术学院，天津 300130）

风能与动力工程专业是在2006年设置的新专业。由于风能与动力工程专业涉及电气、机械、自动化、空气动力学等多学科，各高校的办学基础和定位也各不相同，不同学校所制定的培养方案存在差别。本文对风能专业人才需求结构和教育衔接作了细致的分析研究，在综合分析目前国内9所设置本专业高校所制定课程体系的基础上，提出了一种可行的风能与动力工程专业课程体系参方案。

1 风能与动力工程专业的设置背景

随着全球的石化能源枯竭，世界范围认识到发展可再生能源的重要性，各国对风电发展高度重视，风力发电已经成为解决世界能源短缺的重要途径。根据全球风能理事会的统计，全球的风力发电产业正以惊人的速度增长，2009年底，全球装机总量达到了157，899MW。根据欧洲风能协会和绿色和平组织签署的《关于2020年风电达到世界电力总量的12%的蓝图》的报告，期望并预测2020年全球的风力发电装机将达到12.31亿kW，年安装量达到1.5亿kW，风力发电量将占全球发电总量的12%［1］。

我国风力资源十分丰富，根据2009年底中国气象局对外公布全国风能资源详查和评价工作阶段性成果，我国陆地50米高度上：达到3级（年平均风功率密度≥300瓦／平方米）以上风能资源的潜在开发量约23.8亿千瓦；达到4级（年平均风功率密度≥400瓦／平方米）以上的潜在开发量约11.3亿千瓦。我国近海（水深5～25米区域）50米高度层达到3级以上风能资源的可装机容量约2亿千瓦［2］。根据我国《可再生能源中长期规划》，全国将着力建设新疆达坂城和苏沪沿海等7个千万千瓦级风电基地。2020年，我国的风电装机总量将可达到1.5－2亿千瓦［3］。

我国风能行业的发展涉及到从风电机组原材料、零部件到整机，从生产、运输到装配和调试，从风电场设计和施工到运行的几乎所有方面。如何应对我国风能产业从初期发展到实现自主创新和消化吸收引进技术，对风能行业人才需求和教育衔接提出了更高的要求。风能与动力工程专业就是在这样一种社会背景下开始建设的。

针对我国风能产业需求，教育部在2006年设置了风能与动力工程的本科专业。此类人才应掌握流体、机械和电气等各相关学科的基础理论，学习风能资源测量与评估、空气动力学、机械设计与制造、自动控制技术，以及涵盖电机、电力电子和电力系统等知识在内的电气技术，并接受现代风力发电专业工程师的基本训练。如何组织教学以满足我国风能行业发展的教育衔接问题，就成为一个重要的研究课题。

2 风能与动力工程专业的教学现状

风能与动力工程的专业代码为080507S，现已有9所高校招生。目前9所设置本专业的高校因其发展基础和办学定位等方面的差别，所制定的培养方案也存在有一定的差别和侧重。其中各个高校普遍开设的专业课程有：力学基础类课程（包括“风力机空气动力学”、“工程力学”、“理论力学”和“材料力学”等）、电气基础类课程（包括“电路”、“电子技术”、“电力电子技术”和“电机学”等）、机械基础类课程（包括“工程图学”、“机械设计基础”和“金属工艺学”等）、自动化类基础课程（包括“自动控制理论”和“单片机原理与应用”等）、风力发电核心课程（包括“风力发电原理”、“风电机组设计与制造”、“风力机组检测与控制”、“风电场电气原理”和“风电场接入网技术”等）。

国内各高校目前风能与动力工程专业培养计划都有不同的侧重，总体上分成三个大类：偏动力机械类、偏电气类和偏自动化类。如何综合各高校的培养方案，结合我国风电行业发展的现状和趋势，从人才需求结构和教育衔接角度，制定一套系统化的风能与动力工程专业培养方案是十分有必要的。

3 专业培养方案规划

由于风能与动力工程专业涉及电气、机械、自动化、空气动力学等多学科的交叉，培养方案中在基本的数学、计算机、英语和政治类必修课程之外，必须包含有一定比例的各个基础专业课程。本校的建议性培养采用如下方案。

3.1 专业基础课

表1 专业基础课规划方案

其中选修课程可以根据学校的培养方向和学生的个人兴趣来选择，对于侧重动力机械类人才培养的高校，可以用少学时的“电工学”课程替代多学时的“电路理论”和“电子技术基础”课程。

3.2 专业核心课

表2 专业核心课规划方案

3.3 专业拓展选修课

在基础课程及核心课程之外，我们还可根据各自的办学基础、科研优势、区域特点和学生就业定位等，开设一些拓展选修课，例如：光伏方向的“太阳能利用技术”和“光伏发电系统工程”课程，热电方向的“工程热力学”、“锅炉原理”和“汽轮机原理”等课程。

4 专业建设的主要问题

4.1 师资和教学组织问题

师资短缺是新办专业普遍面临的问题，教师除部分从事过与新专业相关科研项目的骨干教师外，一般都对新专业课程体系缺乏总体掌握，在教学中出现讲解内容重复，在转行教师中常出现的问题是教学内容组织缺乏面向新专业的针对性，对于骨干教师应注意的问题是科研成果向教学中的转化问题，将风能最新技术进展融入到课堂教学中。

4.2 实验室建设问题

风能与动力工程专业开办时间短、缺少相关的教学实验设备，加之风电机组的安装条件等因素，限制了本专业的实验室建设。目前国内只有少数单位开发了演示性风电实验装置。

为弥补实验设备不足的问题，可以采用建立校企产学研合作的方式，例如：我校与天津滨海风能产业园区都建立有一定的合作关系。

4.3 教材问题

目前国内开设风能专业的各高校尚没有组织过有关教学研讨和教材规划的会议，因此在教学体系，尤其是成体系的实用教材方面，存在很大的不足。

目前我国正式出版的风能类技术书籍大约有80多部，但其中能直接用于本科教学的书籍几乎没有。这些书籍主要分为三类：第一类为技术培训类教材，其理论性和知识的系统性不足；第二类为理论性专著。这类书偏重理论性，深度大，很多章节取自作者的学位论文或者来源于技术报告，部分章节难度远超本科生的理解能力；第三类是中国电力出版社出版的各种国家风电行业标准和操作规程，此类书籍是重要的教学辅助用书，但同样不适于课堂教学。由于以上问题，目前各高校通常都采取自编校内讲义的方式，并且有在经过两到三届的试用和修改补充后正式出版的计划。