储能科学与工程专业建设与人才培养模式进展与探讨

饶中浩，刘新健，刘臣臻，王 坤，李孟涵，田 亮

（河北工业大学能源与环境工程学院，天津 300401）

在迈向国家能源战略革命和实现“双碳”减排目标的紧迫背景下，中国的能源结构正在从传统能源向高效、清洁的新能源稳步转型。储能产业作为高科技战略行业，扮演着支撑构建新型能源系统、实现“双碳”战略目标的关键技术角色。然而，虽然储能技术对高素质专业人才的需求呈现出爆发式增长，但由于我国储能行业发展时间相对较短，尚未培养出足够多的相关人才，这使得储能领域面临专业人才供应严重不足的巨大挑战。储能科学与工程专业的建设和人才培养对于推动能源转型、促进技术创新、提升能源安全及推进经济发展具有重要意义。精准的人才培养策略不仅可以为储能产业提供技术翻新和创新的驱动力，也有助于确保我国在新能源转型这场全球性竞赛中的领先地位。2017年，国家发展改革委、财政部、科学技术部、工业和信息化部及国家能源局五部门联合颁布了《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》。随后，在2020 年教育部、国家发展改革委、国家能源局三部门联合制定了《储能技术专业学科发展行动计划(2020-2024年)》。这些政策措施的推出为我国储能科学与工程专业的建设与发展奠定了基础。西安交通大学于2020 年创办了首个储能科学与工程本科专业，其代码为080504T，学位授予门类为工学，目前已有60 余所高校相继设立该专业。目前，储能科学与工程专业的发展在业界已受到广泛的关注，通过该专业的设置培养优秀的储能领域专业人才，这将为我国储能技术的创新与突破提供源源不断的人才支持。

为进一步加强储能产业人才培养力度，国家发展改革委会同相关部门于2021 年启动了国家储能技术产教融合创新平台建设工作，先后有西安交通大学、华北电力大学、天津大学等高校成功获批。为促进现代信息技术在专业建设中发挥作用，教育部办公厅于2022 年2 月公布了《首批虚拟教研室建设试点名单》，厦门大学联合20余所高校和多家企业共同申报的储能科学与工程专业虚拟教研室成功入选[1]，将为储能人才培养提供“智能+”时代的产教融合与协同平台。此外，为充分发挥研究生教育对储能技术急需高层次人才培养的支撑作用，加快培养卓越工程师，教育部办公厅、国家发展改革委办公厅、国家能源局综合司于2022 年8 月发布了《关于实施储能技术国家急需高层次人才培养专项的通知》，并选取了10 所高校和18 家企业，每所高校每年选拔20 名左右优秀博士生进入专项，实行学科交叉、产教融合培养[2]。三年多以来，储能科学与工程专业与学科建设以及人才培养均取得了较大进展，本文主要对各高校在培养方案和资源建设方面的思路和经验进行了总结，为储能专业建设与人才培养提供参考。

1 本科培养方案与课程体系设置

目前，全国已有63所高校(如表1所示)获批储能科学与工程专业的建设，其中西安交通大学于2020年获批创办了全国首个储能科学与工程专业，2021、2022、2023 年分别有25、14、23 所高校获批增设储能科学与工程专业。由于储能科学与工程专业具有非常强的学科交叉性，大部分学校根据自身优势学科的影响力和特点，将储能科学与工程专业依托不同学院进行设置。例如，大部分高校将储能科学与工程专业设置在能源动力类相关学院，如：能源与动力工程学院、能源与机械工程学院、能源与环境工程学院等，这样通过以某一学院为培养主体，并邀请其他学科相关教师联合培养储能领域人才。西安交通大学将该专业设置在钱学森学院，该学院可集全校不同学科的优势教学资源，为专业人才的培养提供充足的保证；通过这样的设置模式，学校能够更好地整合资源，提供全方位的教学与人才培养。

表1 获批储能科学与工程专业的高校Table 1 The universities approved to establish the major of Energy Storage Science and Engineering

储能科学与工程专业旨在培养学生具备坚实的数学、物理、化学、化工、能源、信息、电力电子等储能相关的基础知识；能够掌握储能相关的理论和实验方面的专业知识；并能够发现、思考、提出和创新性地解决储能科学与技术问题的能力[3]。由于储能科学与工程专业所涉及的学科较多，知识体系广泛，需要从目前的课程体系中选择能够贯穿储能科学与工程专业的主干课程，并通过进一步整合将其设置为核心课程，从目前的储能需求来看，将储能材料、工程热力学、工程力学、传热传质学、电工电子技术和控制理论等相关课程作为储能科学与工程的核心课程，有助于满足国家对储能领域人才培养的需求[4]。

西安交通大学何雅玲院士编著的《储能科学与工程本科专业知识体系与课程设置》一书中对专业人才的培养方案和课程设置的基本情况进行了介绍，在课程设置方面应涵盖数学课程设置(包括高等数学、线性代数、概率统计、积分、运筹学等)、储能专业基础课程(包括大学物理、工程力学、自动控制理论、工程电路、储能原理等)、热质储能课程(包括储能热流、传热传质、热力系统技术、液体机械原理、氢能储存应用等)、储能系统相关课程(包括系统监测、智能系统、并网技术等)，以及电化学、能源电池等课程，对储能科学与工程专业知识体系和课程的设置具有极强的参考价值[5]。

部分设置储能科学与工程专业或储能方向的课程设置情况如图1所示。不同的学校，在储能领域有自己的优势和特色，因此在设置专业课程时也存在不同的差异。在专业设置方面，不同高校可结合各自研究重点以及教育资源，在储能科学与工程专业下设置二级方向；在课程设置方面可分为4个梯次，如工程基础课、专业基础课、工程专业课、专业选修课[6]。如西安交通大学的储能科学与工程专业设置了三个模块，分别为热质储能、储能系统和电磁与化学储能模块；学生在大一期间主要开展通识教育课程的学习，在大一学期末根据学生意愿和综合成绩情况进行储能模块的分流，并到各自模块所对应的学院进行课程学习。

图1 部分高校储能科学与工程专业或储能方向课程设置情况Fig.1 Some universities' situation of the setting of courses of the energy storage science and engineering or directions related to energy storage.

哈尔滨工业大学的储能科学与工程专业结合能源科学与工程学院的基础和特色，主要教授物理储能、化学储能和空天储能等理论技术，开设了一系列专业课程，包括储能原理、储能气体动力学、储能系统测试技术、半导体物理、电化学基础、储能材料基础、储能系统环境工程基础、储热储冷技术、储能系统控制技术等专业课程。重庆大学通过设置热科学基础、储能材料科学基础、物理化学(Ⅳ)、固体物理学、储能原理与技术、电化学原理、能源转化原理、多能互联互补能源产储用系统及理论、储能系统安全管理等课程，使学生能够系统掌握电能、热能、氢能、势能、化学能的转换与存储和转换专业知识和实践能力，能够在储能相关部门、电力公司、电网等进行就业。厦门大学开设了储能科学与技术、储能材料与表征实验、储能技术综合实验、新能源系统课程设计等储能专业核心课程，融合了储能材料与器件、智慧能源系统工程、能源信息技术以及能源经济政策等多个学科方向的优势师资力量。北京科技大学以电化学储能、先进储能材料、工业储能和智慧能源为主要专业特色，以电储能、热储能、氢储能、碳中和为学科交叉方向，主要开设储能原理、电化学理论与方法、储能材料工程、化学电源与电化学储能、电储能系统与并网技术、工业储能与能源管控等专业核心课程。华北电力大学通过“知识-技能-实践”有机结合，构建了围绕电化学、储热、氢能、储能系统四个方向的储能知识体系，并采用“导师制”体制，进一步来提升学生的专业认知和实践能力[7]。

图2汇总了储能相关课程开设高校数量，其中储能原理及储能系统课程开设的高校数量均在20 所以上；储能安全、储能材料、电化学储能、热质储能等相关课程开设的高校数量在15所以上；也有个别高校开设了储能测试技术、电磁储能、机械储能、电储能与并网技术等课程。总体来看，大多数高校开设有储能原理、储能系统、储能材料、电化学储能、传热传质学等课程，这些课程对于学生学习储能科学与工程专业基础知识非常重要。储能原理课程主要讲解储能技术的基本原理和特点，储能系统主要介绍不同储能形式的系统结构、运行原理等知识，储能材料课程重点介绍各种储能材料的性质和应用，电化学储能课程可以帮助学生理解储能设备中的电化学反应过程。这些课程的开设能够为学生提供扎实的理论基础和实践技能，使他们具备在储能领域进行研究和应用的能力。同时，这些课程也为学生提供了进一步深入学习和研究储能科学与工程的专业知识，为他们在储能领域学习和职业发展奠定了坚实的专业基础。

图2 储能相关课程开设高校数量Fig.2 The number of universities offering relevant courses related to energy storage

此外，一些高校虽然没有单独设置储能科学与工程本科专业，但在不同层次的人才培养中，会设置相关的专业课程或学科方向。例如，河北工业大学在能源与动力工程本科专业中，围绕储能方向开设了一系列课程，如储能原理、储热技术及应用、氢能与燃料电池技术、新能源汽车技术、热管理技术、储能原理课程设计等。

2 研究生学科方向设置与课程体系

为培养更多的储能领域人才，有些高校在研究生专业中设置了储能相关方向，实现本、硕、博储能领域人才的贯通培养。图3 和图4 列举了部分高校储能相关方向的设置情况。在这些高校中，设置储能方向的专业主要集中在动力工程及工程热物理、电气工程、材料科学与工程、化学工程与技术等学科。如西安交通大学在动力工程及工程热物理学科下开设了氢能储能技术与余能利用等硕士储能方向，以及节能、储能及可再生能源利用、储能科学与工程(先进储能+碳中和技术)等博士储能方向；化学工程与技术学科下开设了储能化学与材料、新能源材料与储能技术、氢能技术与储能等硕士储能方向，以及智能储能系统与储能材料博士储能方向；电气工程学科下能源存储与转换、电化学储能、储能、传感器、储能与新能源电力系统等硕士储能方向，以及储能与新能源电力系统、固态电池、超级电容器、电池管理和热管理、储能科学与工程(电力储能装备与系统应用)等博士储能方向。华北电力大学在氢能科学与工程、清洁能源技术、材料工程等学科下设立了研究生储能方向。中国石油大学(北京)在动力工程及工程热物理学科下开设了储能科学与技术博士研究方向，新能源科学与工程开设了新能源存储与转化硕士、博士研究方向。部分学校将储能方向设置在先进能源、核能储能技术、凝聚态物理、控制科学与工程、冶金物理化学等，如厦门大学在先进能源学科下开设了储能与氢能研究方向；福建师范大学在凝聚态物理学科下设立了锂离子电池材料与器件、能量转换/存储材料等与储能相关的博士研究方向；昆明理工大学在冶金物理化学学科下设立了电池材料制备化学、二次电源及材料、电池材料制备化学、氢能燃料电池与电催化、废旧锂离子电池回收、金属空气电池物理化学、二次电池等主要与电池储能相关的博士研究生方向。河北工业大学在硕士研究生层面，分别针对学术型和专业型人才培养，设置有储能科学与工程和储能技术学科方向；在博士研究生层面，设置了储能科学与工程、储能技术等不同学科方向，并面向不同学科，开设了《储能技术》等全校贯通课程。

图3 部分高校储能方向设置情况(硕士)Fig.3 The situation of the setting of energy storage fields in some universities (Master's level)

图4 部分高校储能方向设置情况 (博士)Fig.4 The situation of the setting of energy storage fields in some universities (Doctoral level)

此外，除了在某一学科下设储能相关方向，有些高校通过整合相关学科的优势资源，申请设立了储能科学与工程交叉学科，单独招收研究生进行培养。如扬州大学设立了“储能科学与工程”交叉学科二级博士学位授权点，主要培养太阳能转化与存储、风力发电理论与储控技术、绿色能源与安全储存和综合能源利用等方向的专业人才，在课程设置方面，该学科基础课程包括高等结构分析、传热传质理论、光电材料与物理；专业选修课程则包括氢燃料电池、热能存储材料与技术、风光互补与储能系统、储能与智能电网、储能材料与器件等课程。

图5对储能相关方向设置情况进行了汇总，可以看出在硕博方向上，储能科学与工程/储能技术、电化学储能、氢能与燃料电池、储能材料与器件、能量储存与转换、热质储能是目前热门的研究方向。这些方向都与能源存储和转化相关，是解决能源问题和推动可持续发展的关键领域。储能材料是指能够存储和释放能量的材料，是储能过程的核心，随着可再生能源的快速发展，储能材料的需求也在不断增加，因此对新型储能材料的研究成为一个热门的方向。电化学储能是指利用化学反应将电能转化为化学能储存起来，然后在需要时将其转化为电能的技术，在电动汽车、可再生能源储存等领域有广泛的应用前景。氢气是一种清洁的能源，能够通过燃烧产生热能，并且在燃烧过程中只产生水。因此，氢能利用被视为一种可持续发展的能源选择，对于解决能源和环境问题具有重要意义。热质储能主要研究热量储存过程中的能质传递与转化规律、高效储热材料、设备研发与系统集成等问题。此外，也有部分高校开设了电磁储能、机械储能、储能系统、大规模储能技术、储能过程控制等方向，以培养相关的储能专业型人才。

图5 储能相关方向高校设置情况Fig.5 The number of universities offering relevant fields related to energy storage.

3 储能教学资源与平台建设

3.1 储能领域部分教材及参考书情况

由于储能领域人才的迫切需求，越来越多的高校开设储能科学与工程专业或储能相关方向。在人才培养过程中，教材是理论知识传授过程中重要的基本条件。尽管储能科学与工程专业已经有了几年的发展，但其课程体系仍然需要不断完善，并需要尽快选编相应教材，为教学体系提供基本的保障[8]。在储能科学与工程专业设置初期阶段，相关的教材和参考书较少，给课程建设带来了很大的难度。随着国家对储能人才的重视，以及在相关政策的推动下，近几年出版储能相关的教材和参考书越来越多，表2 为调研汇总的部分储能领域教材及参考书。

表2 部分储能领域教材及参考书Table 2 Some textbooks and reference books in the field of energy storage

由于储能涉及多学科领域的知识，因此不同领域专家在编写教材和参考书时也会结合各自的研究领域和专业特点。目前储能方面的教材和参考书主要包括储能技术及应用、电化学储能技术、储热技术、大规模储能技术等类型。储能技术及应用这一类别主要有《储能技术及应用》《储能技术概论》《储能原理与技术》《储能技术》等书籍，系统介绍电化学储能、物理储能、化学储能、储能系统及经济性等各种储能的原理和特点。电化学储能技术相关的教材和参考书主要有《电化学储能材料》《电化学储能电站技术》《锂电池基础科学》《电化学储能材料与原理》等书籍，该类书籍主要侧重于电化学储能过程原理和各种储能电池材料基础知识等。储热技术相关的书籍主要有《相变材料与相变储能技术》《相变储能实验与分析》《定形相变储热材料》《储热材料及应用》《相变储能技术及实践》等，该类书籍主要介绍各种储热形式的材料、原理、特点及应用等内容。大规模储能技术相关书籍主要包括《大规模储能技术》《大规模储能技术及其在电力系统中的应用》《抽水蓄能电站设计》，该类书籍重点介绍抽水蓄能、电化学储能、储热、压缩空气储能、氢储能及飞轮储能等大规模应用及示范工程。各类储能相关书籍的出版，给储能专业的学习者提供了更多的参考，这对于储能专业的发展和人才的培养具有重要的促进作用。

3.2 储能科研与实践平台建设

高水平储能科研平台的建立，能够为学生提供良好的实践教学平台，同时也有利于教学与科研的融合，优化教师的教学内容，加强学生的专业素养，从理论与实践全方面培养储能领域拔尖创新人才。此外，科研平台也是凝聚和培养高层次师资队伍的重要基础，对于优化师资结构，提高师资队伍水平也具有重要的促进作用。因此，为了能够培养出更优秀的储能领域人才，很多高校也先后申请了储能领域的研究平台，不同的高校在平台建设方面也存在差异且各具特色，表3列举了部分高校储能相关的平台信息。截至目前，已有7所高校获批了国家储能技术产教融合创新平台项目，分别是西安交通大学、天津大学、华北电力大学、哈尔滨工业大学、重庆大学、中国石油大学(北京)、上海交通大学。国家储能技术产教融合创新平台项目是由国家发改委和教育部设立建设，旨在增强储能产业关键核心技术攻关能力、自主创新能力以及高层次人才的培养能力。在国家储能技术产教融合创新平台建设方面，西安交通大学融合了动力工程及工程热物理、电气工程、控制科学与工程三个学科，成立了热质储能、电磁与化学储能、氢储能、储能系统、储能测试与安全评估等5 个研究室，组建校内、企业知名专家100余名的教师队伍，开展储能领域人才的培养工作。天津大学首批建设电化学储能、燃料储能与应用、储能装备与系统、储能安全与运维、储能经济与政策五个研究中心。华北电力大学将建成集人才培养、学科建设、科学研究为一体的综合性、开放性的创新平台，重点围绕电化学储能、氢能及其在电网中的应用技术等领域开展技术攻关。哈尔滨工业大学通过融合能源学院、电气学院等学院优势资源，打造多学科交叉融通的储能团队，并结合学校航天国防特色以及东北地区的寒地储能需求，围绕电化学储能、氢能、物理储能、储能系统应用等领域开展技术攻关和人才培养。重庆大学重点在电化学储能、氢储能、储能系统等三个方向与合作企业协同开展储能技术领域关键技术攻关、高层次人才培养和一流学科建设。中国石油大学(北京)主要围绕电化学储能、氢能储能、储能系统应用三个领域，形成技术攻关、人才培养、学科建设一体化设计、项目式推进模式。为了进一步促进储能领域人才的培养，厦门大学牵头获批了全国首个储能科学与工程专业虚拟教研室，该虚拟教研室通过探索适应“智能+”时代的储能教学内容和方法，联合设置储能科学与工程专业的相关高校，共建储能人才培养产教融合生态圈，进而促进储能领域的人才培养。

表3 部分高校储能相关平台Table 3 Some universities' energy storage-related platforms

此外，很多高校也申请并获批建设了国家级、省级应用研发中心、工程研究中心、工程实验室、技术创新中心、重点实验室等储能相关平台，为储能科学与工程专业的发展提供有力的支撑。在国家级科研平台建设方面，湖南大学获批了国家能源大规模储能技术装备及应用研发中心，该中心聚焦大规模电化学储能技术与装备、分布式抽水蓄能技术与装备、新型储能技术与装备与风光水储一体化技术四个领域开展研究，并建立“产学研用+投资运营”创新发展模式，为储能专业学生创新实践能力的培养提供重要的平台支撑。昆明理工大学建有锂离子电池及材料制备技术国家地方联合工程实验室，形成了电化学能源、电化学环保、电化学防护等3个特色研究方向，建成先进电池材料研发、先进电池研发、新工艺新装备开发、废旧电池回收利用及材料制造智能化、信息化研究等5 个科研平台，为培养电化学储能领域的优秀人才提供了很好的科研实践平台。在省级平台建设方面，江苏大学以动力工程及工程热物理学科为支撑，与化学、材料等学科交叉融合，在抽水蓄能储能技术及装备、电化学储能技术及器件、氢能及燃料电池技术和装备以及能源智能化集成技术与装备等方面形成了研究特色，并为储能专业人才培养配备了较完整的仪器设备资源；河北工业大学建有先进储能技术与装备河北省工程研究中心，该中心重点开展电池储能技术及装备、高效储热技术及应用、氢能与燃料电池技术等方向的研究工作，并已建成相关科研与教学实验平台，为电池储能、储热及氢能和燃料电池等储能领域的人才培养提供了有力的支撑。

4 结 语

本文主要总结了部分高校在储能科学与工程专业的课程体系建设、培养方向设置以及储能教学资源和平台建设等方面的情况，各高校之间在人才培养方面呈现出一定的差异性及特色。在课程体系建设方面，各高校注重开设系统化、前沿性的专业课程，在专业基础课方面主要以大学物理、工程力学、储能原理、储能材料、储能系统、传热传质学等课程为主，在专业核心课程方面各高校围绕自身特色开设电化学储能、储热、储氢、电磁储能机械储能等相关课程，以满足储能行业人才的需求。在培养方向设置方面，各高校主要在相关学科下设立储能相关方向，或单独设立储能科学与工程交叉学科进行研究生的培养，培养方向主要集中在电化学储能、氢能与燃料电池、储能材料与器件、能量储存与转换以及热质储能等方向。在储能教学资源方面，近三年以来有很多关于储能技术、电化学储能、储热技术和大规模储能等储能相关的教材和参考书相继出版，为储能专业的课程建设提供了有力的支撑。在平台建设方面，很多高校建设了国家级或省部级等不同层次的产教融合创新平台、虚拟教研室、工程研究中心、重点实验室等平台，特别是国家储能技术产教融合创新平台、储能科学与工程专业虚拟教研室的建设为储能领域的高层次人才培养、科技创新、关键核心技术攻关等方面提供了有力的支撑。

为了培养国家亟需的储能领域优秀专业人才，很多高校在不断探索和实践储能科学与工程专业的人才培养模式，并取得了丰富的经验和进展，为储能科学与工程专业的发展起到了积极的推动作用。未来应进一步加强各高校之间、高校与企业间的交流与合作，共同探索创新的培养模式和教学方法，为储能科学与工程专业的建设和人才培养能力提升做出贡献。