跨界融合和產(chǎn)教協(xié)同的儲能技術(shù)研究

跨界融合和產(chǎn)教協(xié)同的儲能技術(shù)研究摘要:儲能技術(shù)是新能源發(fā)展的核心支撐,是實現(xiàn)“雙碳”目標、構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的重要保障,儲能產(chǎn)業(yè)已成為世界各國競相發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè).隨著新能源并網(wǎng)、智能電網(wǎng)和電動汽車的飛速發(fā)展,儲能市場對專業(yè)人才需求呈井噴式增長.高校加快儲能技術(shù)專業(yè)學科建設(shè),對推動儲能領(lǐng)域“高精尖缺”人才培養(yǎng)、滿足儲能產(chǎn)業(yè)人才需求,具有重要現(xiàn)實意義.三峽大學立足儲能產(chǎn)業(yè)特點和需求,依托學校電氣工程學科特色與優(yōu)勢,融合電氣、材料、物理、化學和能源動力等五個優(yōu)勢學科力量,在電氣工程及其自動化專業(yè)增設(shè)儲能技術(shù)方向,確立了“跨界融合、產(chǎn)教協(xié)同”的人才培養(yǎng)模式,并對該專業(yè)方向的人才培養(yǎng)目標定位、課程體系構(gòu)建、實踐教學平臺搭建、師資隊伍建設(shè)等多方面進行了探索與實踐,以期對其他高校儲能技術(shù)專業(yè)建設(shè)提供借鑒與參考.關(guān)鍵詞:儲能技術(shù);學科建設(shè);跨界融合;產(chǎn)教協(xié)同隨著“碳達峰、碳中和”目標的提出,新能源并網(wǎng)、智能電網(wǎng)和電動汽車飛速發(fā)展.儲能技術(shù)是新能源發(fā)展的核心支撐,關(guān)系到能源、電力、交通等多個重要行業(yè)的發(fā)展,儲能產(chǎn)業(yè)已成為世界各國競相發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),儲能市場對專業(yè)人才需求呈井噴式增長[1-3].為加快我國儲能領(lǐng)域“高精尖缺”人才培養(yǎng),增強產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)和自主創(chuàng)新能力,以產(chǎn)教融合發(fā)展推動儲能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展,教育部、國家發(fā)展改革委、國家能源局(以下簡稱“三部委”)于2020年1月聯(lián)合制定了《儲能技術(shù)專業(yè)學科發(fā)展行動計劃(2020—2024年)》[4](以下簡稱《行動計劃》).之后,國內(nèi)高校紛紛布局儲能技術(shù)專業(yè)建設(shè)[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(yōu)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(yè);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(yōu)勢學科也獲批儲能科學與工程專業(yè);2022年,儲能科學與工程專業(yè)院校又新增中國地質(zhì)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(yè)大學等)雖然目前沒有開設(shè)儲能科學與工程專業(yè),但也開展了儲能學科相關(guān)方面的教學與研究工作.上述高校雖然為儲能技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)提供了一定的借鑒,但由于儲能技術(shù)專業(yè)尚處初建階段,尚無成熟經(jīng)驗可循.各高校如何根據(jù)儲能行業(yè)發(fā)展和社會人才需求狀況,結(jié)合各自學科優(yōu)勢,突出專業(yè)人才培養(yǎng)特色、構(gòu)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(chǎn)業(yè)特點和需求,依托學校電氣工程學科特色與優(yōu)勢,在電氣工程及其自動化專業(yè)增設(shè)儲能技術(shù)方向.本文對在電氣專業(yè)下增設(shè)儲能技術(shù)方向的可行性進行了分析,并對該專業(yè)方向的人才培養(yǎng)目標定位、課程體系構(gòu)建、實踐教學平臺搭建、師資隊伍建設(shè)等多方面進行了探索與實踐,以期為其他高校儲能技術(shù)學科建設(shè)提供參考與借鑒.1儲能技術(shù)方向建設(shè)的可行性分析“雙碳”目標下,構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)已成為能源行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的新方向,儲能是新型電力系統(tǒng)的重要組成部分和關(guān)鍵支撐技術(shù).三峽大學是一所水利電力特色與優(yōu)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(yè)優(yōu)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(yè)是國家首批一流本科專業(yè)建設(shè)點,電氣工程為國內(nèi)一流建設(shè)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(wǎng)儲能技術(shù)已開展了電池儲能系統(tǒng)相關(guān)方面的研究,并在新能源微電網(wǎng)電池儲能等領(lǐng)域突破了一些技術(shù)瓶頸.學校于2012年創(chuàng)辦的新能源材料與器件專業(yè)在儲能材料與電池方向的教學和研究工作經(jīng)驗也為儲能技術(shù)方向的建設(shè)奠定了良好基礎(chǔ).為適應(yīng)國家能源革命戰(zhàn)略需求,該校積極響應(yīng)三部委號召,于2020年9月專門召開儲能技術(shù)專業(yè)學科發(fā)展研討會,決定借鑒在電氣工程及其自動化專業(yè)成功建設(shè)輸電線路工程方向和新能源方向的經(jīng)驗,依托學校電氣工程學科特色與優(yōu)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(yōu)勢學科力量,在電氣工程及其自動化專業(yè)增設(shè)儲能技術(shù)方向.這一舉措,不僅可以助力我國儲能領(lǐng)域“高精尖缺”人才的培養(yǎng),滿足新型電力系統(tǒng)儲能市場專業(yè)人才的迫切需求,也為傳統(tǒng)電氣工程及其自動化專業(yè)學生拓寬了就業(yè)渠道和繼續(xù)深造的方向.2儲能技術(shù)方向建設(shè)的探索與實踐2.1人才培養(yǎng)模式確立儲能產(chǎn)業(yè)作為重要的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),涉及領(lǐng)域眾多,關(guān)系到能源、電力、交通等多個重要行業(yè)的發(fā)展,同時也離不開材料、電池、制造等企業(yè)的產(chǎn)品/技術(shù)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(lǐng)域交叉融合、協(xié)同創(chuàng)新[4,7].三峽大學根據(jù)儲能技術(shù)的多學科多領(lǐng)域交叉特點,以“學生為中心、成果導向、持續(xù)改進”的國際工程教育認證理念和新工科建設(shè)理念為指導準則,確立了儲能技術(shù)方向“跨界融合、產(chǎn)教協(xié)同”的人才培養(yǎng)模式(如圖1所示),即依托三峽大學電氣工程學科特色與優(yōu)勢,融合電氣、材料、物理、化學和能源動力等五個優(yōu)勢學科力量,以行業(yè)需求為導向,校企協(xié)同制定人才培養(yǎng)方案;以“素質(zhì)高、能力強、專業(yè)精”的應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標,校企協(xié)同育人;以資源成果共享為動力,校企協(xié)同攻克難題.該校通過融合儲能技術(shù)相關(guān)學科優(yōu)勢力量,與儲能產(chǎn)業(yè)相關(guān)企業(yè)協(xié)同育人、協(xié)同創(chuàng)新與攻關(guān),既滿足了儲能領(lǐng)域人才培養(yǎng)的需要,也能解決學校教育與產(chǎn)業(yè)實際現(xiàn)場脫節(jié)的問題;既有利于實現(xiàn)高質(zhì)量應(yīng)用型儲能技術(shù)人才培養(yǎng)目標,將人才培養(yǎng)從學科導向向產(chǎn)業(yè)需求導向轉(zhuǎn)變,也有利于推動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展,使高校人才的供給更符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求,最終實現(xiàn)校企雙贏.2.2人才培養(yǎng)目標定位人才培養(yǎng)目標是高校制定教育教學活動的出發(fā)點和重要依據(jù),在人才培養(yǎng)過程中起著重要作用.21世紀科技和經(jīng)濟的飛速發(fā)展對人才培養(yǎng)提出了更高的目標和要求,教育必須服務(wù)經(jīng)濟社會發(fā)展全局.根據(jù)當前儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)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(yè)儲能技術(shù)方向堅持以行業(yè)需求為導向,堅持學生知識、能力和素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的教育理念,將人才培養(yǎng)目標定位為:具有良好人文素養(yǎng)和職業(yè)素養(yǎng)、良好的社會責任感和團隊協(xié)作意識、較強的敬業(yè)精神和創(chuàng)新精神、扎實的電力和儲能技術(shù)專業(yè)理論知識、較強的工程實踐能力;能夠勝任電力儲能產(chǎn)業(yè)相關(guān)工作崗位;具備可持續(xù)發(fā)展和終身學習能力的德智體美勞全面發(fā)展的社會主義事業(yè)建設(shè)者和接班人.學生畢業(yè)5年后,能適應(yīng)電力儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢,獨立從事電力儲能產(chǎn)業(yè)相關(guān)的規(guī)劃設(shè)計、運行維護、研究開發(fā)、試驗測試及項目管理等工作,具備工程師或與之相當?shù)膶I(yè)技術(shù)能力.2.3課程體系構(gòu)建課程體系是人才培養(yǎng)方案的核心內(nèi)容和人才培養(yǎng)的主要載體,關(guān)系到人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)和專業(yè)培養(yǎng)標準的落實.為培養(yǎng)與新型電力系統(tǒng)和儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展相適應(yīng)的“IIP”型工程技術(shù)人才[8-9],根據(jù)人才培養(yǎng)目標,儲能技術(shù)方向構(gòu)建了由通識核心課程、素質(zhì)拓展課程、學科基礎(chǔ)課程、專業(yè)核心課程和專業(yè)拓展課程五部分構(gòu)成的課程體系(如圖2所示)。該方向?qū)I(yè)核心課和專業(yè)拓展課程根據(jù)儲能技術(shù)專業(yè)多學科多領(lǐng)域交叉特點,在課程設(shè)置上進行跨界融合,即在保留電氣專業(yè)常規(guī)專業(yè)課程的基礎(chǔ)上,通過調(diào)整課程學時,增設(shè)融合電氣、材料、物理、化學和能源動力等多個相關(guān)交叉學科知識的儲能技術(shù)專業(yè)課程.如,新增“電氣學科及儲能技術(shù)方向?qū)д摗闭n程,使學生既可以了解電氣專業(yè)儲能技術(shù)方向內(nèi)涵特點、儲能技術(shù)與新型電力系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)系以及儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展動態(tài),又可以了解專業(yè)方向涉及的主要學科知識和課程體系等知識;增設(shè)“儲能物理”、“儲能化學”、“儲能材料與技術(shù)”和“先進測試分析技術(shù)”等課程,讓學生具備更完整的電池儲能材料與器件基礎(chǔ)知識;新增“儲能系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用”、“儲能系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)”、“儲能市場與儲能經(jīng)濟”等專業(yè)拓展課程,為學生畢業(yè)后從事儲能工程的規(guī)劃設(shè)計、儲能系統(tǒng)運行維護與研究開發(fā)及儲能項目管理等工作奠定理論基礎(chǔ).為適應(yīng)國家發(fā)展戰(zhàn)略,滿足儲能技術(shù)領(lǐng)域?qū)θ瞬诺男枨?該方向通過開設(shè)學院特色工程師課堂[8-9]與企業(yè)進行深度融合,如增設(shè)“儲能器件設(shè)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(yè)導師為學生授課,將工程實際案例引入課堂,培養(yǎng)學生的工程素質(zhì).實踐教學環(huán)節(jié)是新工科專業(yè)教學的重要組成部分,也是提高學生工程實踐能力、培養(yǎng)創(chuàng)新意識和科研興趣的重要途徑,在應(yīng)用型人才培養(yǎng)過程中起著至關(guān)重要的作用.為實現(xiàn)跨界融合和產(chǎn)教協(xié)同,該專業(yè)方向以工程實踐問題、案例或成果為導向,構(gòu)建了涵蓋綜合作業(yè)、實訓實習和學科競賽等在內(nèi)的實踐教學課程體系.如,新增“儲能材料綜合作業(yè)”和“儲能系統(tǒng)綜合作業(yè)”等實踐類課程,培養(yǎng)學生解決儲能材料、器件與系統(tǒng)復雜工程問題的能力,也為相關(guān)學科競賽奠定基礎(chǔ);此外,還利用西門子(中國)有限公司數(shù)字化工廠—先進自動化聯(lián)合示范實訓中心開展“‘西門子杯’中國智能制造挑戰(zhàn)賽”,以培養(yǎng)學生對工業(yè)自動化的興趣,提升學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力.可見,儲能技術(shù)方向課程體系既可使學生掌握電氣學科、儲能學科基礎(chǔ)理論知識,還可讓學生接觸工程實踐,參與到創(chuàng)新項目中,提高學生對專業(yè)的認識并激發(fā)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(yīng)用于實踐,培養(yǎng)學生實踐與創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié),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(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育.創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才的培養(yǎng)除了需要具備完整的理論基礎(chǔ),同樣也離不開實踐教學平臺.該專業(yè)方向根據(jù)“跨界融合、產(chǎn)教協(xié)同”的人才培養(yǎng)模式和儲能產(chǎn)業(yè)特點,構(gòu)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(wǎng)研究中心、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中心(創(chuàng)客中心)、儲能新材料湖北省工程實驗室等作為儲能技術(shù)方向?qū)嶒灲虒W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(chǔ)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(chǎn)線及電化學性能測試全套專業(yè)設(shè)備.此外,還與湖北睿賽新能源科技有限公司聯(lián)合建立了湖北省高能鋰電池企校聯(lián)合創(chuàng)新中心,與湖北宇隆新能源有限公司聯(lián)合建立了高比能鋰離子電池聯(lián)合實驗室,通過校企合作,實現(xiàn)產(chǎn)教融合、資源共享,協(xié)同技術(shù)創(chuàng)新和難題攻關(guān).圖3儲能技術(shù)方向綜合實踐教學平臺在實訓實習基地建設(shè)方面,學校與企業(yè)共同打造校企協(xié)同育人新環(huán)境.學校不僅邀請儲能產(chǎn)業(yè)和電力行業(yè)專業(yè)技術(shù)人員參與人才培養(yǎng)方案制定、工程師課堂教學、綜合作業(yè)及科技創(chuàng)新活動指導,還在已有電氣工程相關(guān)實訓實習基地基礎(chǔ)上,與有著長期良好合作關(guān)系的儲能相關(guān)企業(yè)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(yè)、廣州天賜等儲能相關(guān)龍頭企業(yè)陸續(xù)在宜昌投資建廠,也為該專業(yè)方向?qū)嵱枌嵙暬氐慕ㄔO(shè)提供了儲備.學生深入企業(yè),由企業(yè)導師直接指導,讓學生在企業(yè)生產(chǎn)、技術(shù)研發(fā)等實際項目中學習,讓學生提前感受企業(yè)氛圍并熟悉未來工作環(huán)境,提高學生對專業(yè)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(fā)學生后續(xù)學習的主動性和積極性.總之,該專業(yè)方向綜合作業(yè)、實訓實習和學科競賽等實踐教學課程體系的構(gòu)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(zhì)高、能力強、專業(yè)精”應(yīng)用型人才培養(yǎng)提供了有力保障,也為學生畢業(yè)后快速適應(yīng)工作環(huán)境并快速完成從學生到企業(yè)員工的角色轉(zhuǎn)換奠定了基礎(chǔ).2.5師資隊伍建設(shè)優(yōu)秀人才的培養(yǎng)離不開優(yōu)秀的師資隊伍.作為新興交叉學科專業(yè),該校一方面通過集中和整合學校優(yōu)勢學科力量,進行跨專業(yè)、跨學科教師的內(nèi)部調(diào)動.如,從材料科學系、電力電子系等教師隊伍中抽調(diào)一批在儲能材料與器件、儲能系統(tǒng)等方向具有豐富教學與研究經(jīng)驗的骨干教師充實該方向師資隊伍.另一方面,從海內(nèi)外高水平大學和科研機構(gòu)引進從事儲能技術(shù)相關(guān)方面研究的高層次優(yōu)秀人才.此外,該校還聘請具有豐富實踐經(jīng)驗和較高理論水平的儲能技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的企業(yè)高級工程技術(shù)人員加入工程師課堂教學隊伍,將基礎(chǔ)理論知識和工程實踐結(jié)合,實現(xiàn)學校與產(chǎn)業(yè)在課堂教學上的融合.為了更好地實現(xiàn)課堂教學與產(chǎn)業(yè)的融合,該校積極推薦青年教師到儲能相關(guān)企業(yè)掛職鍛煉,一方面可以了解生產(chǎn)一線和項目建設(shè)全過程,提高工程實踐經(jīng)驗,以便將企業(yè)實踐融入到課堂教學中;另一方面,還可了解企業(yè)對工程技術(shù)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(yǎng),提升研究成果的適用性和培養(yǎng)人才的應(yīng)用性.對于具有豐富實踐經(jīng)驗的資深教師,鼓勵其到企業(yè)兼職,將自己的研發(fā)產(chǎn)品和技術(shù)應(yīng)用于企業(yè),為企業(yè)帶來效益,進一步促進企業(yè)與學校的深度融合.3結(jié)語儲能技術(shù)在可再生能源并網(wǎng)、電力調(diào)峰調(diào)頻、電動汽車等應(yīng)用上起關(guān)鍵作用,是實現(xiàn)“雙碳”目標、構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的重要保障.隨著可再生能源并網(wǎng)、智能電網(wǎng)及電動汽車的快速發(fā)展,儲能市場對專業(yè)人才需求已呈井噴式增長.儲能技術(shù)專業(yè)作為