前言:一篇好文章的誕生,需要你不斷地搜集資料、整理思路,本站小編為你收集了豐富的能源與動力工程認識主題范文,僅供參考,歡迎閱讀并收藏。
[中圖分類號] G423 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437(2015)12-0157-02
2012年教育部新版高校本科專業目錄中將“熱能與動力工程”調整為“能源與動力工程”。“能源與動力工程”致力于傳統能源的利用及新能源的開發,以及如何更高效地利用能源。“能源與動力工程”專業主要培養在能源轉換與利用和熱力環境保護領域具有扎實的理論基礎,較強的實踐、適應和創新能力,較高的道德素質和文化素質的高級人才,以滿足社會對該能源動力學科領域的科研、設計、教學、工程技術、經營管理等各方面的人才需求。“能源與動力工程”專業的學生應具備寬廣的自然科學、人文和社會科學知識,熱學、力學、電學、機械、自動控制、系統工程等寬厚理論基礎,以及熱能動力工程專業知識和實踐能力,并掌握計算機應用與自動控制技術方面的知識。
“能源與動力工程”專業中無論是傳統專業方向(如水利水電動力工程方向)還是新興專業方向(如新能源開發和研究方向),都對自動控制技術和實踐能力要求頗高。因此,如何針對“能源與動力工程”專業特點改革自動控制類實踐課程的教學方法、教學內容和教學模式,對學生掌握自動控制技術基本理論和提高學生專業實踐能力具有重要的指導意義,并能達到一舉兩得、融會貫通的教學效果。
在辦學過程中,多家就業單位提出需要具有測控基礎的能源與動力工程人才,社會需求提示我們,依托國家級特色專業和能源動力工程的行業背景,針對能源動力工程領域的不同測控對象,應該改革自動控制實踐課程的內容,使自動控制實踐課程成為一門有針對性的務實課程,其中的改革方法和改革經驗也會為其他的交叉學科的實踐教學提供重要的借鑒意義。
一、實踐教學與理論教學相結合――自動控制實踐課程要與自動控制理論課程緊密融合
大多數高校的能源與動力工程專業均開設自動控制原理課程,根據專業方向要求不同在學時內容上也稍有差別。如該課程分別可設置為64學時和48學時,其課程內容主要以經典控制理論為主,重點講述線性系統的時域分析和頻域分析等內容。自動控制原理實踐課程是在理論課程的基礎上開設的,旨在使學生對經典控制理論有更直觀、更深刻的認識和理解,同時結合自己的專業課程背景將這門實用學科應用到自己的專業領域。
結合理論教學內容,實踐課程的其中一部分重要內容應是對理論教學內容的驗證、分析和再理解。根據自動控制的基本理論,實踐課程的基礎內容可以根據需要由以下一些內容組成:
1.在實驗室用電路元件搭建常用的典型控制環節――讓學生直觀認識理論課中講述的各種形式傳遞函數所對應的實物模型;
2.觀察典型系統的動態特性并測試穩定性,同時分析系統特征參數對系統性能的影響――讓學生利用示波器這種最常用的電子測量儀器,在時域中分析系統響應隨著時間的變化規律,并分析幾個重要的響應參數的物理意義,以及它們與理論計算公式之間的對應關系;
3.觀察系統零極點對系統性能的影響――與理論課程中的根軌跡內容相對應并加深理解;
4.對典型系統的頻率特性進行仿真――理論課程中,頻域分析方法是學生掌握起來感覺最為吃力的部分,通過實驗方法測量系統的幅頻和相頻曲線,能使學生對抽象的理論知識有更直接的了解;
5.對線性系統進行校正――系統校正是理論課程中非常重要的一部分,實驗中驗證不同校正方式對系統性能的影響,使學生對校正方法的掌握更加牢固;
6.引入被控對象構建簡單的控制系統,讓學生了解控制系統的工程應用、工作機理和調節方法等。
通過基礎理論的實踐教學,實現真正的理論課程指導實踐課程,實踐課程反饋理論課程的效果,使學生的知識體系形成一種雙向反饋的、理論與實踐緊密互動的認知模式。
二、針對專業特色――結合“能源與動力工程”專業特色,實踐課程中應設計與專業相關的實踐內容
能源與動力工程專業要求學生掌握現代能源科學技術,信息科學技術和管理技術,能夠從事熱能動力設備及系統的設計、運行、自動控制、信息處理、計算機應用、環境保護、制冷空調、能源高效清潔利用和新能源開發等工作。自動控制原理有別于“能源與動力工程”專業的其他基礎課程,如流體力學、工程熱力學等,是一門跨專業的基礎課程,但它是學生日后工作和繼續研究的必要科目之一。
如何根據專業方向特色在實踐課程中適當加入與專業內容密切相關的實驗內容,是使學生認識并學好這門跨專業基礎課程的關鍵,同時,這一實踐環節也能使學生將自動控制原理應用于自己的專業知識中,對不同專業課程的融合掌握具有一定的啟發作用。
根據“能源與動力工程”專業的不同方向,結合各專業方向有的被控對象,在實踐環節中增加對這些特殊被控對象的控制和調節作用。如對流體傳動與控制方向的學生,增加利用液壓閥作為執行元件的控制系統實驗,推導液壓閥的數學模型,觀察它的響應特性等;對流體機械及工程方向的學生,增加水輪機轉速調節的實驗,觀察控制器參數改變對系統性能的影響;對風能與動力工程方向的學生,增加風力機變槳控制實驗,使學生掌握通過測量風向變化控制風力機葉片方向改變的基本方法等。通過上述實驗,一方面讓學生復習了自動控制原理的理論知識,另一方面,使學生將控制理論直接運用到自己所學的專業知識當中,對基礎知識有了針對性的認識。
實踐課程的一個小變革,實際體現的是一種教學的新思路和新方法,實踐教學可以作為理論教學的點睛之筆,這種知識體系結構猶如一座金字塔,我們可以把它稱為“金三角體系”,整個構造的知識體系如圖1所示。雖然實踐課程在整個知識體系中所占的比重有限,但合理有效地設置實踐課程的形式和內容可以使學生的整個知識體系更加牢固。
圖1 “金三角體系”知識結構
三、實踐課程深度拓展――整合專業內課程資源,結合校內外豐富的實踐資源,鼓勵學生自我思考、自我創新
隨著學校的日益發展,學校實驗資源日益豐富,學生使用實驗資源的自由度逐步提高。現在很多高等學校實行實驗室開放制度,鼓勵學生在自我思考的基礎上開展開放性實驗。對于自動控制原理的實踐課程教學,也可以逐步對學生開放實驗室,鼓勵學生自我學習。
同時,國家對高校科研項目的支持逐年加大,很多國家項目(如“973計劃”、“國家自然科學基金”等)在項目實施的過程中都在國家基金的資助下建設了很多的實驗基地,如果能在項目完成后將這些實驗基地和實驗設備用于學校的教學環節,實際上是提高了這些實驗基地和實驗設備的利用率,同時也使國家的扶持投資資金得到了更大的回報。以我校的具體情況為例,2006年我校承擔了國家“973計劃”――大型風力機的空氣動力學基礎研究,并建立了風力機外場實驗基地。在自動控制的實踐教學中,針對“風能與動力工程”專業學生,我們利用該項目的實驗風力機進行拓展性實驗,學生可在外場環境中對風力機的偏航和變槳控制等有很直觀的認識,而且我們的控制程序是開放的,可以鼓勵學生自我創新,通過編程實現更好的控制策略。拓展性實驗不僅使學生將理論知識和自己的專業方向很好地結合在一起,同時也是增加學生學習興趣的一種很好的途徑。
另外,校外實習基地是學生參與實踐,實現創新的重要平臺。不只是對于自動控制原理這一門實踐課程,專業的大多數實踐課程內容都可以在實習過程中體現出來。加強特色實習基地建設,不僅能使學生加深對學校理論課程和實踐課程的認識,同時豐富學生的思維方式,對學生的自我創新具有推進作用。
綜上所述,如果能將自動控制原理實踐課程很好地結合自動控制原理理論課程,并有專業方向針對性地開展學科交叉實驗,同時在校內開放實驗和校外的實習過程中有所體現,就能夠使學生的知識結構形成網狀構造,有利于學生融會貫通,學以致用。通過對這一門跨專業實踐課程教學內容和教學方法的探討,其得到的具體教學效果和教學經驗也可應用于其他跨專業實踐課程的教學中,從而使實踐課程在整個本科教學過程中發揮最大的教學作用,并實現更好的教學效果。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] 田思慶,吳桂云.“自動控制原理”課程的教學研究與實踐[J].電子電氣教學學報,2008(2).
[2] 袁安富,張偉.《自動控制原理》課程教學改革與創新的探討[J].中國電力教育,2008(6).
關鍵詞:能源與動力工程;實驗教材;節能環保
一、引言
《能源與動力工程實驗》作為能源與動力工程專業學生的實驗參考用書,其既與本專業的基礎理論緊密相關,又是一本獨立的實驗教材,其是本專業學生實驗和工程實踐能力培養的基礎,在本專業的教學過程中占有重要的地位。
目前,能源與動力工程實驗教材使用非常廣泛。全國有上百所學校開設了能源與動力工程實驗課程,每年有幾萬名大學生及相關工程技術人員都使用能源與動力工程實驗教材,大部分學校只有臨時內部講義,并未有正式出版發行的教材,能源與動力工程實驗教材的出版發行將受到很多高校及企業的青睞。武漢科技大學能源與動力工程專業自成立以來,三個班級共一百余名學生一直在使用本校教師編寫的內部講義,他們亦急需正式出版的教材。同時,此教材將涵蓋冶金工程、材料學、礦物加工專業開設的冶金傳輸原理、熱工基礎、冶金爐原理等課程相對應的實驗課。此教材的編寫出版既能解決本校師生的燃眉之急,又能在其他高校及企業發揮重要作用。
目前,國內能源與動力工程專業的實驗教材比較單一分散,如流體力學實驗、傳熱學實驗等,沒有全面綜合的實驗教材。本教材涵蓋了傳熱學、流體力學、工程熱力學、燃料及燃燒、制冷原理與裝置等專業基礎課程,以及鍋爐原理、火焰爐等專業課的實驗內容,同時增加了編者科研團隊的科研成果。其主要目的是通過完成對一些理論的驗證,增強學生的動手能力,讓學生學會對實驗數據的處理方法,鞏固理論課程知識,培養學生辯證思維能力和邏輯推理能力,為今后其他專業課程的學習打好基礎,也為畢業生今后從事與能源動力有關的工作提供一定的基礎知識。
二、教材編寫
1.工作基礎
本教材的依托單位是武漢科技大學材料與冶金學院能源與動力工程系。該專業從2008年起開始招收本科生,目前該校的能源與動力工程專業畢業生就業前景良好,得到用人單位的一致好評。其下屬的能源與動力工程實驗室自成立以來,經過校、院、系教師的努力,已經成為集科研、教學于一體的實驗室。目前實驗室專職管理教師四名,實驗室面積超過500平方米,擁有一百余臺科研與教學設備,可進行熱工檢測、流體、熱工、燃燒、爐窯等相關專業的實驗。目前編者團隊已經為本校能源與動力工程本科生、冶金工程本科生、礦物加工本科生的熱工基礎實驗、熱工綜合實驗、冶金基礎實驗、冶金爐原理實驗、CAD技術等課程,共計56學時編寫了教材,此教材也是在這些實驗課的基礎上編寫的。
編寫團隊就實驗教學問題先后承擔了“熱能與動力工程專業實驗教學體系改革研究與實踐”“跨學科寬口徑節能環保型人才培養的改革與實踐”等教學研究項目,對實驗室及實驗教學進行了系統的研究與建設。其已與國內知名大學取得緊密合作,此教材即是與東北大學共同編寫完成的。
2.教材特色
目前國內能源與動力工程實驗教材多偏重于汽輪機、鍋爐、流體機械、空調制冷實驗,適用于火力發電、發動機及汽車工程、流體機械及低溫制冷專業方向。而我校設置的能源與動力工程專業是以冶金為背景的學科,偏重于冶金熱能方向,其對專業實驗有自己特殊的要求。本教材結合本校專業特色,同時注重與其他高校本專業的相同與相近,增加了編者科研團隊的科研成果,使整合后的教材既能滿足本校師生的需求,又可適用于其他高校及企業人員。
(1)結合專業特色,優化知識結構
在教學實踐中,整合教學內容,拓寬專業口徑,不僅可以作為能源與動力工程專業學生的重要專業基礎課程應用教材,也可以作為其他冶金、流體、C械和暖通工程類專業本科生必修的專業基礎課教材。本教材是在武漢科技大學《能源與動力工程實驗》講義的基礎上重新編寫出版的,其已在能源與動力工程專業以講義形式試用了七年,從該校畢業的本專業及相關專業畢業生,都具備了熱工、能源相關實驗技能,在社會就業崗位上發揮了重要作用。
(2)簡明、易讀和突出實用性
本教材按照簡明、易讀和突出實用性的原則,歸納總結了能源動力類專業實驗課程的內容,編寫過程中注重對基本概念、基本理論的描述,始終貫徹理論聯系實際、學以致用的原則;注重實踐創新,結合開放實驗的特點,力求教材內容符合學生的認識規律,便于學生獨立操作。教材內容精練,符合教學特點,文字簡明,深入淺出。為適應教學改革需要,教材針對部分教學內容進行整合,尤其適用于不同專業和不同教學內容的選擇,便于教師的取舍。
(3)理論聯系實際,體現學術價值
教材要有自主知識產權的內容,努力做到把本領域的最新科研成果引入實驗教學中,不僅包括國內外知名學者的研究成果,也要體現編著者的科研成果。
3.編寫方案
本書主要設置工程熱力學實驗、流體力學實驗、傳熱學實驗、燃料與燃燒實驗、制冷原理實驗、熱工綜合實驗、流體綜合實驗等七章。每個章節包括2~8個不等的實驗,涵蓋了傳熱學、流體力學、工程熱力學、燃料及燃燒、制冷原理與裝置等專業基礎課程,以及鍋爐原理、火焰爐等專業課的實驗內容,還增加了編者科研團隊的科研成果。每個實驗下設實驗目的、實驗原理、實驗裝置、實驗方法與步驟、實驗數據及處理、實驗分析與討論、注意事項等部分,每個實驗會略有調整。
三、結束語
能源與動力工程實驗教材的編寫是在武漢科技大學內部實驗講義的基礎上編寫的,已經得到七屆師生的驗證試用,培養的畢業生均得到用人單位的認可。本教材結合本校專業特色,同時注重與其他高校本專業的相同與相近,增加了編者科研團隊的科研成果,使整合后的教材既能滿足本校師生的需求又適用于其他高校及企業人員。
參考文獻:
[1]吳美萍.“以生為本”的實驗室開放體系構建與實踐[J].中國電力教育,2014(32):146-148.
[2]孫會蘭,王波,國棟等.冶金工程專業實踐教學改革的探索[J].中國電力教育,2014(24):87-97.
[3]許國良,王曉墨.工程傳熱學[M].北京:中國電力出版社,2005.
[4]楊世銘,陶文銓.傳熱學(第4版)[M].北京:高等教育出版社,2006.
[5]沈巧珍,杜建明.冶金傳輸原理[M].北京:冶金工業出版社,2006.
[6]韓昭滄.燃料及燃燒(第2版)[M].北京:冶金工業出版社,2004.
[7]周國凡,薛正良.鋼鐵冶金實驗[M].長沙:中南大學出版社,2008.
[8]黃希祜.鋼鐵冶金原理(第3版)[M].北京:冶金工業出版社,2008.
[9]毛根海.應用流體力學實驗[M].北京:高等教育出版社,2009.
[10]丁祖榮等.流體力學(上冊)[M].北京:高等教育出版社,2013.
一、能源動力工程領域的高等工程教育
能源動力工程專業是伴隨著近現代工業革命發生、發展、加速過程成長起來的傳統專業,在新的能源形勢和建立工業強國的需求下承擔著嶄新而重大的培養責任。我國目前設有能源動力大類專業的學校有130余所。經過幾十年的努力,我國能源動力的工程教育有了長足的進步,但總體來看,整個工程教育體系沒有發生本質的變化,還不能很好滿足現代工業對工程技術人才的需求。[3]能源動力領域的高等工程教育主要存在四個方面的不足。
1.缺乏明確的工程教育定位
很多研究型大學的目標是培養科學家,而不是工程師。而工程教育和科學教育是兩種不同的教育。科學家從事研究發現,工程師進行創造發明。培養工程師和培養科學家需要兩種不同的教育體系。作為一個典型的工程學科,能源動力專業的培養目標應該是以培養工程師為主。在現實需求下,就是培養既有創新能力又能解決實際工程問題,同時具備國際競爭力的高級人才。
2.工程教育體系陳舊
在課程設置上,能源動力專業的課程改革基本上是在原有課程體系下的完善,沒有從根本上打破原有的課程體系。隨著新知識的不斷出現,由于缺乏課程間的整合機制,課程有增無減,使學生不得不面對越來越多的課程。在教學模式上,通常是以教師為中心的講授式教學,而不是以學生為中心的啟發式教學。學生的分析、想象、創造能力的培養受到限制。在教學內容上,工程教育基礎課程太偏理論,教學中缺乏實際應用的環節。不少專業課程跟不上科技發展的節奏,內容幾十年不變,總體上比較陳舊。教學實驗以驗證性為主,測試手段比較落后,設備比較陳舊。
3.缺乏與企業的互動
作為一個實踐性很強的學科,不了解工程界的需求而一味紙上談兵不僅不能培養出合格的現代工程師,而且對于學科發展也是極其不利的。工程界對工程教育的教學內容和實踐水平有嚴格要求,但不少工科教師缺乏必要的工業經驗和工程背景,學生也缺乏必要的實訓機會和體驗。4.缺乏工程教育的國際化隨著世界經濟全球化進程的加速,能源動力領域需要更多的按照國際標準培養的工程人才。在工程教育體系中,需要更多地接納來自不同國家的學生,在教學和科研中注入更多的國際化內容,與國外大學加強校際交流與合作,培養具備專業知識和能力的國際化現代工程師。總之,長期以來,能源動力工程領域習慣于從系統性和科學性出發組織工程教育體系,較少以學生和工程界需求出發進行考慮,無法真正適應社會的變化和現代大工程教育觀念。
二、能源動力工程領域的高等工程教育探索及實踐
針對能源動力領域的工程教育問題,近年來上海交通大學機械與動力工程學院對能源動力專業的本科工程教育體系進行了積極探索和實踐,主要歸納為三個方面。
1.明確培養主體
首先明確了能源動力專業的培養目標就是培養合格的現代工程師。培養的主體就是學生。從華沙世界工程教育會議和美國“2020工程師”計劃[4]對新一代工程師的要求來看,現代工程師首先要對工程或技術有熱情,因此在充分考慮學生需求和實際辦學條件的基礎上,選拔對成為未來工程師有強烈意愿的學生進入教育部的“卓越工程師教育培養計劃”特色班,希望能培養出未來企業界的領軍人物。這樣,學生在培養過程中可以保持較高的熱情,有利于教學和實踐工作的開展。
2.制訂“工程教育特色”培養計劃
新的培養方案中的課程設置主要分為四個部分,如圖1所示。第一部分通識教育課程主要由人文、社科、經濟管理、外語、體育等課程組成。第二部分專業教育課程包括了能源動力領域必備的數學、物理、化學、電子電工、材料、設計制造、熱學、流體力學等最基本的知識(必修)和各個研究方向(包括熱能工程、車用發動機、葉輪機械、制冷與低溫工程)的專業課程(選修)。第三部分專業實踐課程涵蓋了各類實習、實驗和畢業設計。第四部分個性化教育課程由學生根據需要自主選擇。相比原來的非工程教育課程體系,新的課程設置有下面幾個很大的變化:
(1)淡化了各研究方向的具體差異,強調通用基礎知識的學習。目前國際上普遍認為應該注重“基礎知識”,而“專業知識”可以在工作以后繼續增加積累,甚至終身都要不斷地學習。在“基礎知識”中,國際上的觀點更強調的是“通用基礎”。
(2)對課程進行有效整合。原先的課程多而雜,在教學內容上出現重疊,加上許多課程學分少,學生為了湊學分需要同時學習多門課程,所以學習負擔很重,不少學生都有“考完即忘”的經歷,沒有達到要求的教學效果。在新的課程體系中,考慮上述問題,對課程進行大范圍整合:取消小學分課程(學分),設置高學分課程(學分),除個別課程外,多數課程都在3個學分以上。另外,突出了工程實踐類課程和基本理論課,減少了拓展理論課的數量。以專業教育課程為例,可以看出新舊課程設置的差別,見表1。由表可見,專業基礎課的必修總學分提高11分,但門數減少2門;專業方向課選修的總學分減少7分,可選的課程也減少了三分之二。
(3)強調工程意識和實踐能力的培養。由于我國的基礎教育是按科學教育的體系構建的,所以工科學生進大學后難以馬上適應工程教育,使教學效果打了折扣。在新的課程體系中,特別設置了“工程學導論”必修課程,向學生介紹工程問題及其解決方案的基礎知識,同時培養學生提出工程問題、通過團隊合作研究并設計解決方案的能力以及交流、寫作的基本能力。該課程要求學生在一年級學完,希望能夠彌合高中教育和大學工科教育之間的鴻溝。另外,在熱工核心基礎課程如傳熱學、工程熱力學和流體力學等中增加課程設計和團組大作業,課題取自生活和企業,在解決實際問題過程中增強學生對知識的實際應用能力。
(4)增設企業課程模塊。為使學生盡早地接觸企業,了解企業需求和產品設計規范標準,在新的培養計劃中增加了企業課程模塊,包括“企業項目管理”、“質量管理及控制”、“精益六西格瑪管理”等課程供學生選修。授課老師都是來自優質企業的具有豐富工程經驗的工程師,可以提供大量新鮮而實用的案例,提高學生的學習興趣,加速學生適應工程實踐的進程。
(5)采用合適的優秀工程教材。現代工程技術的發展給能源動力類專業課程的教學提供了極其豐富的素材,如納米微米的應用、燃料電池、新能源開發、污染物減排等。優秀的教材能夠及時恰當地反映工程技術的這些新變化,并以學生容易接受的形式表達出來。在這一點上,國外有些教材做得更出色。能源動力類各專業課程精心挑選了取材豐富、構思新穎、內容先進的教材,而且要求使用中文教材的課程必須提供優秀的英文參考書。例如,工程熱力學課程就選用了中文教材《工程熱力學》(沈維道、童鈞耕編著)和美國的Moran、Shapiro編著的英文教材《FundamentalsofEngineeringThermodynamics》,不僅有益于知識的互補,而且能開拓視野、活躍思維、引導學生去感受理論與實踐的重要性。
3.增強實踐教學和工程實訓環節
實踐是實現工程教育的必要環節。在新的培養計劃中,特別注重了實踐教學環節的設計和規劃。整個實踐體系分成四部分:理論課實驗及課程設計、工程設計類、各類實習及各級工程實驗/實踐活動。如表2所示。
(1)理論課實驗及課程設計。這類實踐主要包括涉及課程知識的原理性驗證實驗和基本設計等,與工程實踐內容相差較大,但卻是夯實理論知識基礎有效的手段,不可缺少。在新的課程教學大綱中,除了保留傳統教學實驗和設計外,還增設了綜合性和實踐性較強的訓練項目,如在傳熱學、工程熱力學和流體力學等核心基礎課程中增加課程設計或團組大作業,題目具有一定的啟發性和現實性,希望能夠增強學生的綜合運用能力和駕馭理論實踐相互轉化的能力。
(2)工程設計類。工程設計系列課程的主要目標是貼近工程實際,搭起學校學習與工程實踐的橋梁。包括:“工程學導論”,通過課程學習將一年級學生引進門,建立對工程的認識和興趣,如前所述;“工程設計1”,進行符合二年級所學內容的具有一定難度的項目設計;“工程設計2”,進行符合三年級所學內容的有較大難度并和專業相關的項目設計,如結合數理化、熱機電等基礎知識,設計電子元件冷卻系統、余熱回收利用系統等;“畢業設計”。在四年級,結合企業實際項目,以產品為對象,實現較大的工程項目的綜合訓練。畢業設計可與生產實習銜接,共同在企業完成,給予畢業設計充分的時間和質量保障。工程設計類課程以項目為導向,強調設計的實用性、經濟性與開放性,同時強調團隊合作、溝通與領導能力的培養。項目有的來自上海通用、寶鋼、航天八院、商飛、泰科等優質企業,有的是與海外大學合作聯合承接海外公司的項目,進行海外實習,開拓了學生的國際視野,培養了其全球工作的能力。
(3)各類實習。這類實踐包括了傳統的金工實習、認識實習和生產實習。其中認識實習和生產實習都在企業完成,生產實習又和畢業設計緊密相關,這樣使實習目的更加具體,不僅促進了企業和學生的相互了解,更保證了雙方合作的積極性。
(4)各級工程實驗/實踐活動。除了培養計劃中的各類實踐內容外,學有余力的學生還可以參加國家級、省部級、校級的工程實踐活動,如全國大學生節能減排科技競賽、國家大學生創新性實驗計劃、上海大學生創新活動計劃、上海交通大學大學生創新實踐計劃、上海交通大學特色實驗項目等。通過競賽或設計,學生對專業的興趣得到了培養和強化,實踐能力和創新意識也獲得了不同程度的提高。
關鍵詞:風力發電;太陽能發電;人才需求;風能與動力工程;新能源科學與工程
作者簡介:陳建林(1975-),男,湖南瀏陽人,長沙理工大學能源與動力工程學院,副教授;陳薦(1967-),男,湖南衡陽人,長沙理工大學能源與動力工程學院,教授。(湖南 長沙 410114)
基金項目:本文系長沙理工大學教研教改項目(項目編號:JG1236)的研究成果。
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)22-0020-03
風電和太陽能發電是我國戰略性新興產業之一,發展風能與太陽能也是我國實現傳統化石能源為主過渡為可再生能源和清潔能源為主的必然之舉。近年來,我國風電與太陽能發電迅猛發展,對新能源產業人才提出迫切需求。自2006年以來,我國相繼有華北電力大學、河海大學、長沙理工大學等多所高等院校開辦“風能與動力工程”本科專業;按照2010年《教育部辦公廳關于戰略性新興產業相關專業申報和審批工作的通知》,自2011年開始,我國部分高等院校又設置“新能源科學與工程”、“新能源材料與器件”等新能源產業相關的本科專業;2013年,根據教育部要求,“風能與動力工程”專業將統一更名為“新能源科學與工程”專業。面對新能源產業發展需求和我國新能源產業人才培養現狀,本文對“風能與動力工程”專業過渡為“新能源科學與工程”專業的人才培養模式進行探索與實踐。
一、我國風電產業發展現狀
1.總體裝機情況
自2007年,我國風電裝機容量呈高速增長趨勢。如表1所示為2001~2012年我國新增及累計風電裝機容量(數據來源:CWEA)。2010年,我國(不包括臺灣地區)新增風電裝機1893萬千瓦,累計風電裝機容量4473萬千瓦,超過美國躍居世界第一位。至2012年底,全國新增安裝風電機組7872臺,裝機容量1296萬千瓦;累計安裝風電機組53764臺,裝機容量達到7532萬千瓦;風電并網總量達到6083萬千瓦,發電量達到1004億千瓦時,風電已超過核電成為繼煤電和水電之后的第三大主力電源。
圖1 2001~2012年中國新增及累計風電裝機容量
至2012年上半年,我國規劃建設的百萬千瓦級、千萬千瓦級風電基地包括甘肅酒泉基地(首期380萬千瓦)、蒙東基地通遼開魯基地(150萬千瓦)、蒙西達茂巴音基地(160萬千瓦)、河北承德基地(100萬千瓦)、新疆哈密基地(1080萬千瓦)的建設項目已部分或全部完成。此外,全國還有6個百萬千瓦級風電基地正在組織開展建設前期工作,分別為寧夏賀蘭山基地(450萬k千瓦)、甘肅武威民勤紅沙崗基地(100萬千瓦)、吉林四平大黑山基地(170萬千瓦)、錫林郭勒基地(300萬千瓦)、興安盟桃合木基地(200萬千瓦)、呼倫貝爾基地(250萬千瓦)等。
至2012年底,全國累計核準風電項目1651個,累計核準容量9040萬千瓦(含國家核準計劃外項目517萬千瓦),其中累計核準容量2084萬千瓦,居全國之首。2012年上半年全國風電累計吊裝容量6190萬千瓦,累計并網容量5572千瓦,在建容量3468萬千瓦,并網容量占核準容量的62%。其中內蒙古風電并網容量突破1500千瓦,領跑全國,河北、甘肅、山東、黑龍江、江蘇、新疆、山西、廣東、福建等省區并網容量也均超過100萬千瓦。
2.風力發電投資企業情況
2012年上半年,國電集團新增并網容量190萬千瓦,累計并網容量1172萬千瓦,繼續保持全國風電并網容量首位;華能集團新增并網容量100萬千瓦,累計并網容量759萬千瓦,居第二;大唐集團新增并網容量101萬千瓦,累計并網容量675萬千瓦,居第三。五大發電集團累計并網容量3170萬千瓦,約占全國并網容量的57%。2012年上半年全國投資企業基本保持穩定發展狀態,同比2011年上半年并網容量降低了約16%。表1所示為2012年上半年主要投資企業并網容量統計情況。
3.風電機組制造商情況
大規模風電基地建設,為我國風電機組制造商開拓了廣闊的市場。2012 年中國風電新增裝機容量排名前二十的企業幾乎占據了國內98%的市場份額,其中金風新增風電裝機容量最多,達到2521.5兆瓦,占據19.5%的市場份額。2012 年,我國風電新增裝機容量排名前三的企業分別為金風、聯合動力和華銳。2012年中國風電新增與累計裝機排名前二十的機組制造商分別如表2與表3所示。
另外,我國海上風電也取得較大進展。截至2012年底,中國已建成的海上風電項目共計389.6兆瓦,是除英國、丹麥以外海上風電裝機最多的國家。我國海上風電開發提供風電機組的制造商中,華銳、金風、Siemens 所占份額較大,機型主要以2MW以上的風電機組為主。
二、我國風電人才需求及培養現狀
風電產業的高速增長也帶來了風電人才的短缺。我國的風電人才需求主要為三個方向:一是風電開發企業,如國電、華能、大唐、國華、華電、中電投、中廣核、華潤等下屬的風電場,主要從事風電場運行與維護方面的工作;二是風電機組制造商,如華銳風電、金風、廣東明陽、國電聯合動力、湘電風能、Vestas、上海電氣、東汽、Gamesa、GE等,這類企業一般需要高端的風電研發人才;三是風電規劃設計或建設單位,主要從事風電場的規劃、設計和施工等方面的工作。
目前,我國風電人才培養大體上形成了三個層次的格局:第一梯隊是博士、碩士研究生培養,主要由國內各高校及研究機構借助風電領域的課題研究培養和造就一批具有較高學術水平、創新能力的風電領域高層次人才。第二梯隊是本科生培養。據統計,自華北電力大學2006年創辦我國第一個風能與動力工程本專業以來,包括長沙理工大學、河北工業大學、內蒙古工業大學等,全國已開設風能與動力工程本科專業學校有16所(2013年起,“風能與動力工程”專業更名為“新能源科學與工程”專業)。第三梯隊是高職生。高職院校主要培養從事風電機組制造、風電場運行與維護的一線技能型人才。
從長沙理工大學(以下簡稱“我校”)首屆風能與動力工程專業畢業生就業考研與出國情況來看,畢業生出現不同層次的走向。截至2013年3月20日,風能與動力工程專業2009級畢業生63人,已簽約49人,就業走向主要為中國大唐集團、國電集團、華能集團、電力投資集團、華潤集團等發電企業的下屬新能源公司,少部分為風電機組制造商和電力建設單位;讀研7人,分別被華北電力大學、中南大學、湖南大學等大學預錄取;出國深造2人,分別為丹麥科技大學和德國漢諾威大學預錄取。從目前人才需求角度來看,由于近幾年風電項目的迅速擴張,風電行業對風電場運行與維護的技能型人才有較旺盛的需求。
在風電大規模發展的同時,近幾年我國太陽能發電也迅速擴張。截至2012年底我國累計光伏裝機容量達到7.5GWp,預計2013年將新增光伏裝機容量為10GWp,計劃2015年新增光伏裝機容量為40~50GWp,2020年新增80~100GWp。風電和太陽能發電作為新能源中兩支主力軍,出現并駕齊驅的局面,產業發展必然對專業人才提出迫切需求。2013年,教育部統一將“風能與動力工程”專業更名為“新能源科學與工程”專業。本專業也將面向更寬廣意義的新能源產業需求,對專業培養方案進行調整。
三、新能源科學與工程專業人才培養模式的探索與實踐
本科教育既是培養工程技術人才的中堅力量,又承擔著為行業高端人才培養打基礎的重要任務。本科生的優勢在于理論基礎、思維方法和發展潛力,但缺乏的是技術細節方面的訓練。因此應始終以培養學生“基礎理論扎實、工程實踐能力與創新能力強為目標。從新能源產業自身發展角度來說,需要一批具有寬廣知識體系、能夠引領新能源技術發展的高水平創新型復合人才出現。新能源科學與工程本科教育應該既注重專業的基礎性,又要注重工程實踐性。為此,我校能源科學與工程專業人才培養模式在以下幾方面進行了探索與實踐。
1.以“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質”為原則確立人才培養目標
2009年首屆招生以來,本專業依托本校能源電力優勢學科,立足新能源國家戰略性新興產業,面向風電產業人才需求,確定了“培養德、智、體、美等全面發展,基礎扎實,知識面寬,有較高的綜合素質、工程實踐能力和創新能力強,具備較強的計算機應用能力和較高外語水平,系統掌握風能與動力工程專業基礎理論和基本知識,能勝任風電場的規劃、設計、施工、運行與維護,風力發電機組設計與制造,風能資源測量與評估,風力發電項目開發等風能與動力工程專業的技術與管理工作,并能從事其他相關領域的專門技術工作應用型高級工程技術人才”的人才培養目標。2011年,本專業被確定為湖南省省級特色專業。2013年,根據教育部對本科專業整理工作的統一部署,將“風能與動力工程”專業將更名為“新能源科學與工程”專業。本著“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質”的原則,對專業培養方案做了相應的調整,但仍然保留“風能與動力工程”專業的特色,以風力發電為重點,涵蓋太陽能光伏/光熱發電等新能源知識體系,培養具有寬厚理論基礎和創新精神、實踐能力強的應用型高級工程技術人才。
2.注重基礎性和實踐性相結合設置課程模塊與培養環節
根據學校的特色和優勢,編制風能與動力工程人才培養計劃,共開設必修課35門,開設選修課23門,現已開出課程門數為58門,學生需選修33學分選修課程,選修課在總學分中的占比為19.6%。設置了理論力學、材料力學、風力機空氣動力學、機械設計基礎、電機學、電路理論、自動控制原理、風力發電原理、光伏發電原理與應用、太陽能熱利用原理與應用等主要理論課程和計算機輔助設計、電工電子技術、微機原理與接口技術、風資源測量與評估、風電機組設計與制造、風電機組控制與優化運行、風電場電氣工程、海上風力發電等技術類課程;以金工實習、電子工藝實習、機械設計課程設計、風電場電氣工程課程設計、風電機組設計與制造課程設計、風電場認識實習、檢修拆裝實習、仿真實習、運行(畢業)實習、畢業設計(論文)等作為主要實踐教學環節。風能與動力工程專業在教學環節的設置上實踐教學貫穿全程。共4次集中實習,課程模塊與培養環節關系如圖2所示。
圖2 風能與動力工程專業課程模塊與培養環節關系
3.在工程實踐中培養創新意識和創新能力
創新型人才是支撐和推動新能源產業發展的主要動力。創新源于實踐,在工程實踐中培養創新意識和創新能力。長沙理工大學經過多年的探索與實踐,構建了培養“具有創新精神的應用型人才”的學生能力結構體系、能力培養的實施方案、實踐教學體系以及管理模式,提出了“工程基礎訓練+工程創新訓練+大工程意識訓練”的工程教育模式。基于工程教育理念,形成了“三層次、四模塊、三結合”的實踐教學體系,即實驗、實習、設計等主要實踐教學環節按基礎訓練、提高訓練、綜合訓練三個層次進行系統設計;將實踐教學內容分為實驗、實習、設計、課外實踐四個模塊;采用課內外、校內外、第一課堂與第二課堂三結合的方式組織實踐教學。
新能源科學與工程專業是一個實踐性很強的專業,在辦學過程中十分重視實踐教學,并建立了穩定的校內校外實習實訓基地,通過加強實踐教學培養學生的創新意識和動手能力。
(1)校內實習基地。建立校內“風電機組運行特性分析實驗室”、“風力機變槳控制實驗室”、“風力機偏航控制實驗室”、“風力機組檢修拆裝實驗室”、“大型風電場運行仿真實驗室”、“風力機葉片振動特性實驗室”、“風力機設備腐蝕與磨損實驗室”、“光伏發電實驗室”等專業教學實驗室,為專業實驗課、認識實習、拆裝實習、仿真實習提供良好的條件。
(2)校外實習基地。根據本專業人才培養目標和要求,制定與社會發展需要相適應的人才培養方案,與大唐華銀城步南山風電場、華電郴州仰天湖風電場、中電投九江長嶺風電場、大唐漳浦六鰲近海風電場、湘電集團有限公司、湖南興業太陽能有限公司、北京木聯能軟件技術有限公司等省內外相關企業共建“風能與動力工程”專業,形成學校與企業產、學、研全面合作的長效機制。風電專業骨干教師共18人次先后到內蒙古華電新能源輝騰錫勒風電場、福建大唐漳浦六鰲近海風力發電場、河南南陽方城風電場、新疆電力設計院、大唐甘肅酒泉風電場等風力發電企業進行技術交流和科技服務。風電專業學生在華電郴州仰天湖風電場、寧夏賀蘭山風電場與太陽山光伏電站等基地開展了豐富的暑期實踐活動。依托專業實驗室,學生開展了大量科技創新實踐活動,專業教師指導學生開展了國家級(共4項)、校級(4項)“大學生研究性學習與創新性實驗項目”的研究工作;參加全國大學生節能減排社會實踐與科技競賽、“挑戰杯”湖南省大學生課外學術科技作品競賽等各類科技性競賽活動,獲得較佳的成績。
4.轉變技術類或實踐類課程的學習過程
本科教育的缺失是職業技能或技術細節方面的訓練。理論知識寬廣但實踐動手能力差是目前本科教育存在的較普遍現象。本科畢業生感覺學了很多東西,又感覺什么也沒有學到,學到的都是一些理論或概論性的東西。相反,高職院校的職業技能針對性很強,注重實際動手操作能力的培養,而弱化理論知識體系的教育,相比于本科生,高職生在職業技術方面更容易上手。但如果本科生像高職生那樣培養,勢必過于狹隘,也違背了大學本科教育的初衷。本科生的優勢就在于理論基礎、思維方法和發展潛力。因此,本科生的理論基礎課程的學習可以沿用傳統的書本教學為主,培養思維方法;技術類或實踐類課程學習則應放棄那種“先書本,再實踐”或“只有書本,沒有實踐”的教學方式,而應遵循“在實踐中學習”的原則。針對不同的專業特點有選擇性地開設或加強職業技能型的課程。對于本專業來說,則應加強計算機繪圖、電氣與控制、模擬仿真、機械設計與制造等模塊的技能培養。如此,本科生則不但具有寬廣的理論基礎,而且具有較強的職業適應能力。
四、結論
風電與太陽能發電作為我國戰略性新興產業,呈現蓬勃生機的發展局面。新能源產業發展為新能源科學與工程專業畢業生提供了廣闊的就業空間,同時本專業人才也必將成為推動新能源產業發展的動力。本專業應以“工程實踐能力”為核心,夯實理論基礎,強化實踐能力和創新意識的培養,支撐新能源產業的發展。
參考文獻:
[1]中國可再生能源學會風能專業委員會.2012年中國風電裝機容量統計[J].風能,2013,(3).
[2]李俊峰,蔡豐波,唐文倩,等.中國風電發展報告2011[M].北京:中國環境科學出版社,2011.
[3]袁劍波,鄭健龍.工程實踐能力:培養應用型人才的關鍵[J].高等工程教育研究,2002,(3).
[4]李錄平,張擁華.基于工程意識和能力培養的理工院校實踐教學改革與探索[J].黑龍江教育,2010,(4).
[5]李錄平,張擁華,周鍵,等.高等學校實踐教育多維度理念探析[J].中國大學教育,2011,(11).
[6]何建軍,陳薦.風電人才需求與人才培養模式的研究[J].中國電力教育,2010,(31).
[7]姜玉立,何偉軍.我國風電人才培養現狀、問題及對策[J].中國電力教育,2012,(24).
【關鍵詞】能源動力;人才培養;改革
能源是國民經濟的命脈,是國家可持續發展的重要物質基礎和根本保證。能源與動力工程類專業正是致力于培養能從事能源開發與利用的技術與管理人才。目前,全國有200余所高校開設了能動相關本科專業,其中大部分已經建設較為成熟,部分985和211高校的能動專業在國內已具備一定的影響力且具備鮮明特色[1]。而三峽大學的能動專業于2011年才開始立項建設,并同年開始招生。作為地方高校新開設的能動專業,在人才培養方面必須適應社會和行業需求,符合我校 “高素質、強能力、應用型”的人才培養的目標,因而,在專業建設伊始,就不能完全照搬其他高校能動專業人才培養模式,需要結合實際情況,大膽改革和創新,才能在國內同類專業中快速占領一席之地,并以高起點快速穩健發展。
1 國內外研究現狀
歐洲和美國的大學將能動類專業設置在機械工程系中,且不以專業來單列,而只是機械類的一個方向,稱為熱流科學(Thermal and Fluid Science)或能量系統(Energy system),而核工程與核技術則一般單獨設立,或者設在化工系中,例如美國麻省理工學院、佛羅里達大學等,機械工程的教學與研究范圍覆蓋了目前國內本科生專業目錄中的機械類、能源動力類的范圍,這樣就大大擴展了能動專業的學科基礎和專業領域,以此來適應“應用型”人才培養的需求,使學生獲得堅實的專業理論和寬廣的專業知識。
我國能源動力類專業形成于20世紀50年代[2],當時在蘇聯教育體制的影響下的分為10個三級專業,經1993、1998、2012年三次修訂最終合并為1個專業:能源與動力工程,使得專業覆蓋面被大幅度拓展,要求本專業學生主要學習動力工程及工程熱物理的基礎理論,學習各種能量轉換及有效利用的理論和技術,受到現代動力工程師的基本訓練;具有進行動力機械與熱工設備設計、運行、實驗研究的基本能力。要實現以上人才培養目標,關鍵在于如何緊跟行業需求并結合高校自身情況,制定科學的人才培養方案并認真執行。然而,經前期大量調研結果表明,目前國內高校尤其是地方院校在能動專業人才培養上存在以下特點或不足:
(1)專業劃分過細,口徑太窄。大部分高校在能動專業中設置了多個專業方向,如水力發電、火力發電、清潔燃燒、供暖、制冷等,并將專業課分方向模塊進行教學,這極大地限制了學生的選擇空間,不利于學生專業知識拓展,使學生在擇業時被固定在某個方向上,缺乏競爭力。
(2)人才定位不盡合理。經前期廣泛調研發現,隨著我國現階段加快能源建設的力度,國內目前需要更多的是能源動力行業運行、維護與管理方面的技術人才[3],對于高端人才如設計研究類人才雖然稀缺,但由于能動專業實踐性強的特性,一般難以由高校直接培養此類人才,即高端技術人才亦需要從工程實踐中磨礪而出。所以作為地方院校,尤其新開設能動專業的地方高校,不能一味照搬985、211高校以及部分經過幾十年專業建設已經具備自己鮮明特色和專業實力的高校的人才培養模式,必須緊跟行業需求,以培養應用型人才為主線,并充分利用和發揮高校自身的特色和優勢。
2 三峽大學能動專業人才培養模式改革
三峽大學的能動專業于2010年底才開始立項建設,并于當年從我校2010級機械設計制造及其自動化專業中分流出53位學生按照能源與動力專業人才進行培養,2011年開始以能源與動力工程專業獨立招生,故截至目前實際上已有一屆學生畢業(2010級),且2015年度即將畢業的學生目前絕大部分已經簽訂了就業協議。近五年來,學校在專業本專業建設過程中積極探索,對兄弟高校及能動相關的企事業單位進行了廣泛調研,并緊密結合我校能動專業“新開設、新起點”的現實情況,培養和提煉自己的專業特色,并對本專業的人才定位和培養進行了以下改革:
(1)在人才培養與定位方面,以培養“高素質、強能力、應用型”人才為指導,制定了專業人才培養方案,著重提煉專業所覆蓋知識體系的共性,拓寬專業口徑、增厚專業基礎、突出方向共性、弱化專業方向、提升就業能力,擴大就業口徑。具體為:1)以流體機械動力學為基礎,設置適用于水力發電、熱力發電、風力發電中能量轉換動力裝備的動力學相關系列必修基礎課程,突出水力發電專業課,并輔以風力發電等專業課程;2)以熱-力轉換原理為基礎,設置適用于火力發電、生物質能發電、核電等熱動力學、熱交換、熱傳輸相關的系列必修基礎課程,專業課設置方面突出火電、核電,輔以生物質能相關課程。即將動力工程專業分為流體機械和熱力機械兩個方向,但在培養過程中,大大拓寬了專業基礎必修課的范圍,增加學生后續就業時行業選擇的范圍。
(2)在實驗/時間教學方面,以厚基礎、寬口徑、應用型人才培養為指導,建設和整合實驗、實踐教學條件。取消零散的課程實驗/實踐,開設系列綜合實驗/實踐課程,使實驗/實踐教學具有層次性、連貫性、交叉性、系統性和良好的可操作性。避免以課程為單位開設實驗時的連續性差、重復度高、綜合性不強、效果差的缺點,同時在一定程度上降低建設成本。此外,學校還積極開發校外實踐基地,挖掘學校所在地區及周邊區域廣泛的能源動力行業/企業資源,作為本專業有效的實踐基地。
(3)以校外實踐基地建設為抓手,開發專業初期就業資源。任何一個高校新專業就業時其情況都或多或少存在不確定性,其原因主要在于社會和行業對于特定高校新專業的認識度不高。因而打開就業工作局面難度大,故無論從短期還是長遠來看,都需要充分利用所建立的校外實踐基地作為就業渠道,使基地發揮更大作用,這需要在基地建設過程中同時做好基地管理制度建設,以協議的形式為本新專業向基地輸送人才提供保證。
3 改革效果
近五年來,學校在建設能動專業過程中不斷探索,最終形成以上建設意見和改革措施,并取得了顯著成效:
(1)制定了科學合理的能動專業人才培養方案,確定以掌握能源轉換裝備運行及轉換機理為基礎,在傳統的專業基礎課程中,將《流體機械原理》、《水輪機及調節器》、《汽輪機》等增設為專業公共基礎課,在專業拓展模塊課程中按水電、熱電、流體機械、新能源發電等設置小學分模塊供學生選修,但不限制選擇模塊數量。目前學生就業反饋情況表明,在弱化專業方向、增厚專業基礎課程后,學生在擇業過程中即使不在個人專業方向上就業,只要未跨出能動行業,就能很快適應新領域的工作。
(2)整合實驗/實踐教學計劃和條件。如將以往隨理論課程開設的《流體機械原理》、《流體力學》、《液壓傳動與控制》、《泵站工程》、《水輪機及調節器》等的課程實驗進行專門設計,整合成32學時的《流體綜合實驗》課程;將《熱力學》、《傳熱學》、《汽輪機》、《熱電廠動力工程》、《鍋爐原理》等課程的實驗內容整合成32學時的《熱工綜合實驗》;將《測試技術》、《控制工程》、《電廠自動化》等課程實驗整合成16學時的《測控綜合實驗》等,并根據相關理論課開設時間將綜合實驗課內容分為兩個學期開設。這樣學生能夠得到更為系統的、連貫的實踐訓練,相比隨理論課程開設的零散實驗,綜合實驗教學效果更好隨
(3)目前已在學校所在地區及周邊能動企業建立本專業的實踐/實習基地,且已經有效運行,如安能(宜昌)熱電(生物質能發電)、長江電力(葛洲壩)、安能(襄陽)火電、三峽電廠、清江的隔河巖電站、高壩洲電站、向家壩電站、黃龍灘(十堰)電站、湖北宜化集團、宜昌安琪酵母、黑旋風工程機械等20多家能源企業和流體機械設計制造企業,可完全滿足學生畢業實習、生產實習及其他培訓的接待需求,極大地緩解了專業實踐條件建設需要大投入的困難。
(4)專業就業情況良好,第一屆畢業生(2010級,共53人)就業率達100%,其中除4人繼續攻讀碩士研究生外,15人進入水力發電廠,17人進入火電、生物質能電廠,6人進入電力部門事業單位,11人進入與流體機械及能源裝備設計、制造相關企業。其中17人(32.1%)在本專業校外實踐基地相關企業就職。截止2015年3月中旬,第二屆畢業生(2011級,共81人)已簽就業協議的達72人,已確定攻讀碩士研究生5人。學校以專業調研、畢業生就業企業回訪等多種形式,進一步拓寬和加深了與行業內相關企事業單位的聯系,并就用人單位對我校畢業生在生產實踐過程中的綜合素質和表現進行跟蹤回訪,結果表明學生的綜合能力水平總體較高。
4 結語
能源動力類專業是實踐性、技術性很強的專業,且專業覆蓋的技術領域非常廣泛,針對具體的應用領域其技術專業性又較強,而高校在該專業人才培養的過程中一方面不可能面面俱到,設置過多的專業方向,另一方面又不能過于集中,而使得學生的專業知識領域過窄,導致就業方向沒有選擇余地。因而,在人才培養過程中要更多地考慮專業領域的共性,增厚專業基礎,拓寬專業口徑,使學生獲得盡量寬廣的專業綜合知識,才能具備一定的競爭力,以適應現代能源動力領域對專業人才的需求。
【參考文獻】
[1]徐翔,余萬,陳從平,方子帆,李響,趙美云.三峽大學“能源與動力工程”專業培養方案的制訂與完善[J].科教文匯:上旬刊,2014(6):60-61.
關鍵詞:可再生能源;專業基礎課;提高教學質量
作者簡介:徐謙(1981-),男,江蘇蘇州人,江蘇大學能源與動力工程學院,講師;張紅(1979-),女,江蘇沭陽人,江蘇大學能源與動力工程學院,講師。(江蘇 鎮江 212013)
基金項目:本文系江蘇省高等教育教學改革研究重中之重課題(課題編號:2011JSJG006)、江蘇大學教學改革項目(項目編號:JGZD2009025)的研究成果。
中圖分類號:G647 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)35-0097-02
一、開設“可再生能源概論”課程的背景
能源短缺與環境污染是21世紀人類面臨的兩大基本問題。自工業革命以來的大規模化石能源資源消耗和生態環境惡化,導致人類社會的可持續發展受到嚴重的威脅。對于中國這樣以煤為主要能源的國家,隨著經濟社會的不斷發展和對能源需求的不斷增長,這些問題顯得尤為突出。發展可再生能源是解決這些問題的主要途徑之一。可再生能源如太陽能、風能、地熱能、生物質能等,具有清潔、低碳、可持續利用等優勢,正越來越受到重視。在國家層面上,我國在相關政策中都增加了可再生能源的元素,可再生能源產業的發展也受到國家的高度關注。但是,和發達國家相比我國的可再生能源產業起步較晚,總體發展程度不高。在我國可再生能源產業發展過程中的一大限制因素是缺少成熟先進的可再生能源技術。我國主要的可再生能源設備完全依賴于進口,可再生能源領域的科技創新能力明顯不足。培養可再生能源相關內容的專業型和復合型人才是一個關鍵的突破口。為此,江蘇大學從2006年起為熱能與動力工程專業的本科生開設了“可再生能源概論”課程并收到了良好的效果。學生在開闊視野、了解基礎知識的同時也提升了深入學習的興趣。為了進一步順應時展和社會需求,2010年7月經教育部批準,浙江大學、西安交通大學、華北電力大學、江蘇大學等11所高校首次設立了新能源科學與工程專業。在該專業的本科生培養方案中,“可再生能源概論”是一門重要的專業基礎課。
二、“可再生能源概論”課程的特點
“可再生能源概論”是新能源專業的專業基礎課,也是熱能與動力工程專業(自2012年起教育部調整為能源與動力工程專業)的專業選修課。目前已有多本相關的書籍可作為教材備選。[1-4]該課程具有以下特點:
1.內容多,學時少
可再生能源覆蓋面較大,課程內容包括太陽能、風能、地熱能、海洋能、生物質能、氫能以及新能源與可持續發展。而作為一門先導課,它主要起著引人入門的作用,所以教學時間通常只有32學時。[5]如何在較少的學時內把大量的內容涉及到、連接好,對教學質量有著很大的影響。
2.課程內容發展更新快
可再生能源研究是目前最迫切也是最熱門的研究領域,大量的研究成果被國內外的學術期刊廣泛而持續地報道出來。這一點反映到課程內容上,幾年前還稱之為“待解決的問題”到現在可能已經有很好的解決方案。在每次確定課程內容時,需要緊跟學科的發展把這些新的內容包括進去。
3.與后續課程銜接緊密
“可再生能源概論”是一門專業基礎課,負責把學生引進本學科的大門。到了專業課學習階段,學生還要深入地學習“生物質能源轉化原理”、“太陽能光伏技術”、“風力發電原理與控制”等課程。本課程與后續課程銜接緊密,在學習本課程時樹立起學生的學習興趣和良好的學習方法對學好后續課程具有重大的影響。
三、提高教學質量的措施
1.精心組織教學內容
在32學時的教學時間內不可能對所有的可再生能源進行全面深入的介紹。筆者結合自身的科研方向,重點對太陽能、燃料電池(其中有與生物質能關聯的“直接醇類燃料電池”和與氫能關聯的“質子交換膜氫氧燃料電池”)相關內容進行介紹。除了講述教材上的知識,還加入了目前存在的問題以及最新的科研成果。例如在講到直接高濃度醇類燃料電池時,筆者就加入自己近兩年的科研成果,講述流場和膜電極結構優化對電池性能的影響。學生反響熱烈,對此部分知識的理解得以加深。其余的可再生能源類別則講述其基本原理,以便與后續的專業課程銜接。
除了上述理論知識之外,在教學過程中加入實驗教學也是一個提升質量的有效途徑。結合江蘇大學能源與動力工程學院自身的特點和實驗條件,在教學過程中嘗試為學生增加了包括太陽能房和地源熱泵等實驗內容。以太陽能房為例,作為一種節能減排建筑,左然教授在2005年建立的30m2的太陽能平房具有冬暖夏涼(不依賴于空調或加熱器)的特性。覆蓋于屋頂的太陽能集熱板能調節安放角度與暴露面積,連接到屋內的管道末端裝有風機調節氣流速度。聯系傳熱學和本課程中關于太陽能知識的介紹,學生可自己動手調節相關參數獲得直接的感性認識,結合課后的理性思考,可進一步加深對太陽能利用的掌握。
通過相關實驗的演示、觀摩和操作,使學生對發展可再生能源和采取節能減排措施所達到的效果有了更直觀深入的認識,并對教學內容中所涉及的一些相關內容也有了更深入的理解。
2.教會學生學習的方法
可再生能源領域的發展日新月異,學生不必要也不可能在課上學到所有的知識點。為此,筆者嘗試采用了設疑、研討、引導式的教學方式。一是通過課堂提問讓學生參與針對設疑問題解決思路的研討,擴展學生解決問題的思路,培養學生的創新思維;二是對解決設疑問題的正確思路和有新意的想法給予肯定,對學生的努力當眾予以表揚,引導學生利用所學知識積極探索解決問題的新思路,逐步形成并確立獨立思考、獲取、研究和創造知識信息的習慣;三是充分利用每堂課的最后5分鐘,除了總結本次課程的主要內容之外,還給學生設置一些疑問來引導學生預習下一次課的主要內容。
3.增強課堂互動
除了課堂提問之外,筆者還借鑒研究生研討課的形式與學生形成大量的互動。上課時,學生可隨時打斷老師的授課就正在講解的內容進行發問或點評。學生之間也可相互點評。講到某一處,若有學生對此處內容了解較多,老師就把講臺讓出坐在臺下,由該生在臺上進行講解。經過數次嘗試,學生逐漸適應并喜歡上這種無拘無束的互動,學習的興趣得到激發,對教學內容也會自發地去找資料擴充及深化。必須要指出的是,筆者的教學班級人數少于50人,這種互動是良性的、可控的;若是授課班級人數過多,則不適用這種互動形式。
4.優化考核方式
考核環節作為教學過程的有機組成部分,對教學質量有重要影響。長期的實踐證明,此環節能有效地促進學生復習和鞏固所學內容,檢查學生對所學知識、方法和技能的理解、掌握及運用情況,既是評定學生學習成績的有效手段,也是檢驗教學效果、取得反饋信息、改進和提高教學質量、推進教學改革的主要途徑。[6]傳統的主要課程考核方式——考試,雖然有其合理性,但是實際上束縛了學生的發散思維,忽視了對學生學習能力和創新能力的考查。對于“可再生能源概論”這樣的專業基礎課,有必要根據不同的教學內容采用靈活多樣的考核方法。筆者采取了平時成績與期末成績相結合的方式:平時成績占總成績的40%,主要包括平時的考勤、回答教師提問的質量和課上討論發言的質量;期末考試占60%,避免繁瑣的運算與對零碎知識點的機械式記憶,試題以開放的論述題為主,不設標準答案。學生根據對問題的認識和理解進行解答,解答過程中學生可以針對當今能源領域的一些重要或敏感問題提出有參考價值的意見與思考,可充分發揮自身的創新意識。通過這樣的考核方式,學生不僅掌握了可再生能源方面的基礎知識,而且提高了分析問題、整合資源、文字表達和解決問題的能力。這樣的考核方式得到了幾屆學生的普遍認可。同時,通過這種考核方式,筆者了解到不同學生的不同興趣所在,從而為第八學期的畢業設計題目設定提供了一定的依據,為教學的連續性和提高畢業設計的質量提供幫助。
四、結語
筆者通過課堂教學的不斷摸索,針對“可再生能源概論”課程的特點和“90后”大學生的特性,在提高教學質量方面進行了改革嘗試。通過激發學生自學潛力,培養學生的學習興趣,引導學生養成了獨立思考、獲取、研究和創造知識信息的習慣,提高了“可再生能源概論”的教學質量和教學效果。然而,“可再生能源概論”的課程教學是一門系統工程,從教學內容的選取到教學主題的把握,從教案的準備到課堂設計,從作業的選取到考核形式的改革,各個環節都會影響教學質量和教學效果,在這些方面,尚有許多值得研究和探討的空間。另外,本課程與后續專業課程的銜接也是一個值得研究的課題。
參考文獻:
[1]左然,施明恒,王希麟.可再生能源概論[M].北京:機械工業出版社,2007.
[2]索倫森.可再生能源的轉換、傳輸與存儲[M].北京:機械工業出版社,2011.
[3]S.Singer.Sustainable Energy Sources,Uses and Technologies[M].New York:Webster's Publisher,2011.
[4]保羅·克留格爾.可再生能源開發技術[M].北京:科學出版社,2007.
關鍵詞:CFD教學;本科教學;教學改革
中圖分類號:G642 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)38-0037-02
一、開展CFD教學的必要性
CFD技術,是解決工程中復雜流動和傳熱問題的一種有效手段,同時也是一門新型的獨立學科。它以經典理論和數值計算為基礎,通過計算機的數值計算和圖像顯示,從空間和時間上定量描述各種場變量,從而達到對流動和傳熱問題進行研究的目的。CFD技術集中應用了20世紀直至本世紀科學技術方面的最新成就,并具有理論性和實踐性的雙重特點。CFD技術不僅可以作為研究工具,而且還可以作為設計工具廣泛應用于能源動力工程、機械工程、材料工程、交通工程、建筑工程、環境工程、化學工程等領域。另外,CFD與CAD、CAE聯合,還可以進行各種結構優化設計。CFD教學主要程針對高年級本科生開展,強調學生的應用能力和學術能力的培養,教學的宗旨是讓學生在了解數值計算基本概念和原理的基礎上,通過對一些經典商用CFD軟件使用和掌握,增強學生分析和解決問題的能力。在國內,目前在能源動力類本科生中開展CFD教學的學校有近20所,大部分為重點本科院校,除我校外,還有如西安交大、清華大學、上海交大等高校。但隨著CFD技術在工業界的進一步推廣應用,個人電腦的性價比提升,可以預計未來5年,將會有更多的工科院校為能源動力類本科生開展CFD教學。在國外,早在上世紀80年代,就已有針對能源動力類本科生開展的CFD教學,比如英國的帝國理工學院,美國的加州理工學院,日本的九州大學等。尤其以美國的加州理工學院做得最為突出,它非常重視學生的實踐與創新。由于國外學生人數比國內少,實驗設施完備,CFD技術課程被安排在實驗教學中心進行,學生在進行CFD技術學習應用的同時,還可以采用實驗方法對CFD的結果進行驗證,非常有利于培養學生的主動實踐與創新能力。實際上,開展CFD教學還有利于拓寬實驗教學內容。由于CFD技術具有成本低、速度快、可視化等特點,因此在能源動力類專業的實驗教學中,可以利用CFD技術加強設計性實驗和探索性實驗的構建,將以往學生的被動性實驗轉變為學生為主教師為輔的一種主動性實驗,有利于培養學生的獨立思考和解決問題的能力。由此可見,開展CFD教學符合能源動力類的專業發展和人才需求,有利于激發學生的學習興趣,同時還有利于拓寬實驗教學內容,培養學生的實踐與創新能力。
二、開展CFD教學的可行性
對于在能源動力類本科生中開展CFD教學的可行性,下面將從三個方面來進行分析。
1.教學內容的選擇。對于能源動力類的大四本科生,CFD教學的重點將放在CFD技術的基本理論和軟件應用上。具體內容包括:控制方程的離散化方法,流場的求解計算方法,湍流模型,以及商用CFD軟件的基本用法。同時,授課內容中還將包含復雜流動模型以及數值模擬的最新研究進展等,以便開拓學生的視野,激發學生的學習興趣。由于課時有限,在商用CFD軟件基本用法的講授中,將選擇能源動力領域常見案例的CFD過程,比如建模、劃分網格、設置邊界條件、設置求解器參數、后處理等內容,進行有針對性地講解和實踐,以獲得舉一反三的效果。
2.基本理念的貫徹。在開展CFD教學中,需要貫徹正確的CFD技術理念。雖然目前商用CFD軟件快速普及,似乎許多問題都可以通過CFD技術來解決。但必須強調,CFD技術不是萬能的,在很多方面還有局限性。試驗研究、理論分析和CFD技術的有機結合,才是解決實際問題的有效手段。另外,對模擬計算結果的準確性的認識和判斷,也需要一個正確的理念。數值模擬計算結果的準確性首先取決于數學模型是否正確,如果數學模型不正確,即使數值計算方法先進,仍然不能保證數值解的準確性。其次,模擬計算過程中流動介質物性參數是否正確,也是影響模擬計算結果準確性的一個重要因素。最后,教學過程中還要注意培養學生的工程意識,在講授CFD實際應用時要引導學生把握工程問題的整體觀念,增強學生的工程意識,培養學生基本理論與工程實踐相結合的能力。
3.經典軟件的應用。從我校能源動力本科專業現有的課程設置來看,大四本科生已經具備流體力學、傳熱學、數值分析方法等方面的基礎知識,對于CFD技術中所涉及的方程離散,網格劃分、流場求解等方面知識的理解不會有太大難度,而且目前商用CFD軟件智能化程度較高,基本使用方法和技巧易于掌握。因此,選用經典CFD軟件開展教學,在老師的指導下完全可以使學生在短時間內初步掌握CFD軟件的使用方法。在此基礎上,隨著學生知識面以及工程實踐經驗和CFD軟件使用技巧的增加,對CFD技術的理解會進一步加深。另外,目前計算機硬件水平迅猛發展,學生擁有個人電腦的比例逐年增加。從我們能源與動力工程學院學生工作組統計的數據來看,目前學生擁有個人電腦的比例已達80%以上,學生可以在自己的電腦上方便地進行CFD軟件的學習和實踐,這為開展CFD教學提供了良好的條件。
從2007年開始,華中科技大學能源與動力工程學院就已經在本科生中開展了CFD教學。課程的名稱為CFD技術,以選修課的形式開設,學院每年都有近300名學生選修這門課程,這門課程實際上已經成為一門受眾面極廣的公共選修課程。由此可見,在能源動力本科生中開展CFD教學具有較好的必要性和可行性,值得深入推廣應用。
參考文獻:
[1]張師帥,郭照立,彭玉成,張曉青,明廷臻.構建CFD技術平臺培養能源動力類本科生的實踐與創新能力[J].教育教學論壇,2012,(12):64-65.
[2]王永生,屈波,劉拓,等.構建本科生科研訓練與創新實踐的長效機制[J].中國高等教育,2010,(6):21-25.
[3]張師帥.計算流體動力學及其應用[M].武漢:華中科技大學出版社,2011.
[4]潘云霞.培養大學生創新精神與實踐能力的幾點思考[J].中國科教創新導刊,2009,(11):17-18.
[5]李俊梅,李炎鋒,樊洪明,孫育英.CFD模擬課程在建環專業本科生中的教學實踐[J].高等建筑教育,2012,(3):101-103.
[6]夏玉顏,王責成.高校工科專業人才創新素質現狀調查與思考[J].高校教育管理,2010,(2):79-83.
關鍵詞:電廠鍋爐;發電廠;熱能動力工程;燃燒效率;燃燒控制技術 文獻標識碼:A
中圖分類號:TK229 文章編號:1009-2374(2015)13-0052-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2015.13.027
熱能動力工程包含眾多專業,這些專業所涵蓋的內容也很廣泛,幾乎所有的專業都需要依賴和運用熱能動力工程學的知識。拿火電發電廠來說,發電廠中的汽輪機和電廠鍋爐都是熱能動力工程所探究的領域,另外由于掌握先前熱動能的相關知識,所以我國火力發電廠的前景才一片良好。隨著經濟的發展,為了適應社會變化,我們只有進一步提高電廠鍋爐的燃燒效率才能符合市場要求,因此我們要積極運用熱能動力技術來推動電廠鍋爐的進步,提高整體經濟效益。
1 電廠鍋爐的構成要素
發電廠的運作離不開電廠鍋爐的應用和支持,電廠鍋爐作為發電廠的支柱設備,在發電廠中發揮著重要的作用。電廠鍋爐主要由兩個方面組成:一方面是外殼部分,另一方面則是燃氣鍋爐控制部分。從外殼來說,外殼是由底殼和面殼組成的,底殼的作用就是加強穩固燃燒器,另外,底殼的膨脹水箱等部分要件都是由底殼連接在一起的,通過底殼的作用從而固定在墻體上。從面殼來說,面殼的主要作用是防止風塵的污染,從而保護各個重要部件。燃氣鍋爐控制部分是電廠鍋爐最重要的構成要素,是整個鍋爐構造中的核心部分,它主要控制燃料的燃燒。傳統的控制方式以人力為主,不能很好地控制溫度,使其數值失真,而現在控制系統大部分都是由電子控制,這樣能夠保證操作準確,達到控制效果,實現控制目標,符合控制要求。
2 電廠鍋爐在熱能動力工程中的應用
社會生產和人們生活都需要電力的支持,社會和經濟的發展也都離不開電。另外,我國主要是依靠火力發電來滿足我們用電需求。隨著人類的進步和社會的進展,人們對電力的使用需求也在不斷增大,我們不僅要提供充足的電量,并且還要保證電力質量。因此,為了適應社會變革,火力發電廠只有改進生產技術,提高工作效率,不斷完善電廠鍋爐的運作系統和整體構造,從而提高鍋爐性能和燃燒效率。我們在改進的同時,要明確電廠鍋爐是由眾多部分組成的,每一部分都要引起重視,提高各個部分的性能,從而促進整體發展。
基于以上研究,熱能動力工程的應用研究便成為首要關注問題。電廠鍋爐在應用中主要是實現熱能和機械能的轉換,而根據熱能動力工程學的研究對象原理來看,電廠鍋爐便是我們將要研究的對象,因此熱能動力工程學具有極強的綜合性和實踐性。我們需要運用熱能動力學知識來探究電廠鍋爐的構造技術和工作流程。眾所周知,隨著經濟的發展,我們可以使用的資源越來越少,地球上的資源受到了前所未有的挑戰,面對當前形勢,我們只有節能減排,重視電廠鍋爐的應用技術才能實現社會的良性運轉。
3 熱能動力在電廠鍋爐發展中的應用需要
熱能動力和電廠鍋爐本身就具有緊密的聯系,如果把熱能動力工程專業原理和電廠鍋爐生產系統結合起來,那么對未來電廠鍋爐的發展無疑具有極大的推動作用。以風機為例,風機在電廠鍋爐中發揮極大的作用,隨著時代的發展,當代風機一般都是至關重要的流體運行設備,其運作方式主要是通過葉輪的旋轉來得到風能,并在此基礎上,把機械能轉化成氣體壓力,投放到電廠鍋爐中使用,一旦氣體擴散,便能夠保證燃料的燃燒率,這足以可見風機的重要性。但是,就我國目前來看,很多鍋爐的問題便出在風機方面,風機運作強度大,工作量多,再加上運行環境的不良狀態,所以風機容易發生損壞。因此,如何提高電廠鍋爐風機工作水平和工作性能已經成為當前研究的重中之重。我們只有通過利用熱能動力工程技術來不斷增強風機的耐用性能,提高風機的承載力,解決當前風機使用過程中的疑難
問題。
4 熱能動力工程爐內燃燒控制技術的運用
燃氣鍋爐控制部分是電廠鍋爐最重要的組成部分,鍋爐的燃燒控制技術決定著鍋爐的發展前景,是能量轉化幅度的關鍵技術。傳統的鍋爐主要是依靠人力去投放燃料,隨著科技的進步和普及,現代鍋爐大多以自動化技術為主,先進的自動控制取代人力控制。鍋爐燃燒控制技術主要分為下面兩大類:一類是空燃比里連續控制系統;另一類是雙交叉先付控制系統。這兩種控制系統都有各自的特點,通過合理運用控制系統,將夠達到生產目標。
4.1 空燃比里連續控制系統
空燃比里連續控制系統主要是由燃嘴燃燒控制器、電動蝶閥、熱電偶比例閥、流量計氣體分析裝置和PLC等其他部分構成的,熱電偶主要負責相關數據的處理和傳遞;PLC主要用于數據的比較,在此基礎上,利用微積分等計算方法來設置信號。此外,我們還要抓好比例閥門和電動蝶閥的開放幅度,這樣一切控制好之后,才能更好地調節溫度。但是這種控制系統對溫度的控制并不是很好,很多情況下并不是十分精準,因此需要我們認真確定相關數據。
4.2 雙交叉先付控制系統
雙交叉先付控制系統主要是由燒嘴、燃燒控制器、流量閥、流量計熱電偶構成的。在這個控制系統中,電信號的生成是通過熱電偶實現的,熱電偶把溫度轉化成電信號,把電信號標記為測量點的實際溫度。需要明確的是,這個測量點的溫度期望給定值是自動給定的,是通過工藝曲線來獲得的,毋庸置疑,這兩者可能會產生一定的偏差。當PLC對閥門的開合程度進行調節的時候,其調節的范圍幅度主要是依據這個偏差來衡量的。除此之外,該控制系統具有專門化的特點,燃料的控制測量是由一個專門的質量控制裝置來負責的,采用這種控制系統能夠節省其他部件的使用,降低損耗,另外還可以保障溫度數值的精確性。我們要重視熱能動力工程的燃燒控制技術,分清空燃比里連續控制系統和雙交叉先付控制系統的優缺點,根據適當的情況選取合理的控制系統,從而提高電廠的經濟效益。
5 結語
新形勢下電廠鍋爐的應用離不開熱能動力工程的支持,運用熱能動力技術來提高電廠鍋爐的燃燒效率從而來改變整體經濟效益已經成為當前發展的必然勢頭。因此,我們首先要認識電廠鍋爐的組成部件,另外還要明確電廠鍋爐構造和熱能動力工程之間的聯系,認識到電廠鍋爐和熱能動力互相影響、互相補給、互為所需。同時,我們還要不斷優化熱能動力技術,完善電廠鍋爐構造過程,尤其是風機的使用和改善,解決當前風機應用中的不利因素,提高鍋爐各部分的工作效率。最后,我們要發揮燃氣鍋爐控制部分的作用,采取空燃比里連續控制系統和雙交叉先付控制系統來實現對溫度的調節和
控制。
參考文獻
[1] 李國平,胡鳴.變頻技術在鍋爐風機上的應用[J].應用能源技術,2007,(4).
[2] 張燕連.脈沖燃燒控制技術的應用實踐[J].現代冶金,2009,(3).
關鍵詞:新能源;工程機械;新能源與工程機械
隨著我國環境形勢的不斷嚴峻,新能源工程機械的研究被我國政府所重視,并且在政策和技術上我國政府也給予新能源工程機械的相關支持。另外,從實際應用的角度來說,工程機械本身在工程作業過程中會產生較大的污染,且對能源消耗力度較高,對環境工程危害較大,新能源工程機械本身比傳統燃料工程機械要更為環保,因而開發新能源工程機械是工程機械可持續發展的必然方向之一。
一、新能源工程機械的發展現狀與特點
當前,我國對于新能源工程機械的研究所涉及的程度并不深,在工程機械制造與設計方面的成果還不是很多,但研究方向主要選擇為清潔無污染的能源開發為主,比如目前在我國多數城市所普及的電氣混合動力公共汽車,國外一些工程機械廠家所推出的純電動工程機械等等,下面本文將對當前果奶外對于新能源工程機械的研究形式,進一步分析新能源工程機械的發展現狀與特點。
(一)純天然氣工程機械的發展現狀及特點。
目前,以天然氣作為新能源燃料的工程機械的發展比較迅速,純天然氣工程機械的發展類型主要分為兩種:壓縮天然氣和液化天然氣,在實際應用中,我們可以發現,液化天然氣的續航能力更高。以天然氣作為主要動力源的工程機械的結構特點為其內部擁有一部燃氣發動機,并擁有一組或者單個液化天然氣儲氣瓶,接入相應的汽化裝置以及管路;液化天然氣在作為發動機動力時,為提高其燃燒力度,需先把液化天然氣變成液態,然后由管路傳輸到燃氣發動機內,在發動機裝置中進一步調整,調整后在發動機內燃燒,對外輸出的轉速、功率、扭矩等傳遞到耗功裝置,實現動力輸出。經過測試,能源消耗費用節省30%~40%。目前,國內知名的工程機械廠家已經推出了相應的天然氣機械產品。
(二)動力電池工程機械的發展現狀及特點。
從本質上來說,動力電池工程機械的動力源為電池,即為純電動工程機械,純電動過程機械在我國早有研究,但研究方向更多的是趨向于小汽車,由于電池技術以及其他因素的限制,目前我國對于動力電池工程機械的研究也比較初步。當然,國外一些品牌推出的純電動工程機械較多,比如日本日立品牌所推出純電動挖掘機。電動工程機械消耗的電能較大,因而大多數電動工程機械工作過程中需要接入380V電網以保障其能發揮出強勁的性能。一般來說,純電動工程機械的智能化程度以及自動化程度較高,其控制器與變頻器進行數據通信,根據負載變化對電機進行變頻調速,并控制電磁比例閥,對斜盤變量泵的吸收功率進行調整,實現最優功率的匹配;回轉時,直接應用回轉電機,通過控制器與回轉電機變頻器進行數據通信,對回轉電機進行變頻調速。純電動工程機械在工作過程中具有噪音低,環境污染低的特點。
(三)混合動力工程機械的發展現狀及特點。
混合動力技術在工程機械中也得到了一定的應用,目前在工程機械中所采用的混合動力的方式主要集中為:油電混合、油液混合、油電液混合等三種方式。目前,混合動力方案普遍采用的是油電混合的解決方案,借助蓄電池、超級電容等儲能元件,實現柴油機輸出功率和扭矩的均衡控制,達到用功率較小的柴油機來驅動大噸位挖掘機的目的。比如山河智能開發的 SWE230S 油電混合動力液壓挖掘機在典型的定點挖掘并回轉 90°裝車的工況中,回轉制動回收的能量高達回轉所需 40%;整機節能效果在 20% 以上,并可有效的提高工作效率。另外,油液動力混合的方式在工程機械中也得到了一定的應用,比如工程機械知名品牌――――卡特彼勒推出的 336EH 油液混合動力挖掘機,其在營業過程中比標準機型降低了25%的能耗,但在性能、動力以及生產成本方面與標準機型并沒有差異。
二、新能源工程機械的研發趨勢分析
(一)注重解決新能源工程機械的動力性能。
目前大多數新能源工程機械所面臨的制約因素主要包括持續作業時間短,動力性能不夠強勁,相對于燃料能源工程機械來說,新能源工程機械在動力性能方面,仍然存在一定的差距,這與工程機械內部結構的設計與優化具有一定的P系,以天然氣為動力的工程機械為例,由于燃氣發動機的燃燒動力輸出上可能要略遜于燃油發動機,因而動力性能較弱,因而一般以天然氣為動力的工程機械并不能適用于大功率作業現場。也正是因為新能源機械在應用過程中,沒有傳統然后工程機械的適應性更強,所以也就導致一些新能源汽車在普及與推廣過程中受到了一定的制約。由此可見,解決新能源工程機械的動力性能問題,應該成為未來工程機械研究的重點。
(二)重點解決新能源工程機械相關的配套基礎。
新能源工程機械難以得到較快發展的另一制約因素在于新能源工程機械的發展時間比較短,其配套供能設施嚴重不足,導致其并不能得到廣泛的推廣與應用。能源補給站相對較少每個新能源的推行都是一個漫長的過程。新能源工程機械在使用過程中因加氣或供電等能源補給困難而影響其正常運行使用。因此,針對于目前新能源工程機械的發展來說,所需要重點解決的還是新能源供應方面的問題,如果確保新能源工程機械在實際應用時能夠得到穩定的能源供應是解決新能源工程機械推廣的重點內容。
三、總結
總的來說,新能源工程機械的發展空間比較大,在本文的分析中,我們也不難看出,目前針對于新能源工程機械的研究,國內外已經獲得了不同的研究成果。雖然,當前所推出的新能源工程機械類型在實際應用時也達到了相應的節能減排的效果,但是,目前新能源工程機械在發展過程中仍然存在很多的制約因素需要解決。由此可見,新能源工程機械的發展之路還很漫長。本文重點研究了當前國內外新能源工程機械的發展現狀及特點,并簡要闡述了未來工程機械發展過程中所需要解決的技術問題以及發展問題,通過對新能源工程機械的認識分析奠定了我國新能源技術的施工基礎,對新能源建設有著重大的作用。
參考文獻:
[1]張藝莎,王普琰.混合動力工程機械關鍵技術探討[J].工程機械文摘,2011,04.
[2]董寧寧,殷晨波,張子立,朱斌. 混合動力工程機械與氫動力發動機的研究進展[J]. 機電工程,2011,11.