賈永英，劉曉燕，馬川，王忠華，武傳燕，施微

（東北石油大學，黑龍江大慶 163318）

能源與動力工程專業(yè)（以下簡稱“能動專業(yè)”）是一門面向能源轉化與利用領域的工科專業(yè)，是為實現(xiàn)“雙碳”目標培養(yǎng)專業(yè)人才的主干專業(yè)?！半p碳”目標的提出，要求“能動專業(yè)”根據(jù)“雙碳”實施計劃和新工科建設要求，以及產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展對畢業(yè)生知識、能力、素質(zhì)的具體要求[1]，探索將專業(yè)教育與國家戰(zhàn)略需求相結合，建立“新能源—儲能—低排—人工智能”（以下簡稱“源—儲排—智”）模塊化課程體系，實現(xiàn)課程設置與新技術和新產(chǎn)業(yè)動態(tài)對接，提高學生的清潔用能能力[2]，其研究結果對能動專業(yè)人才培養(yǎng)創(chuàng)新體系建立具有重要意義。

1 “能動專業(yè)”“雙碳”建設方向

“能動專業(yè)”是以傳熱學、流體力學、工程熱力學等相關理論為基礎，面向能源轉化與利用領域的傳統(tǒng)工科專業(yè)，在科學研究及工程中具有廣泛的應用前景，截至2021年7月，全國約有210所高校開設了該專業(yè)[3]。原有的“能動專業(yè)”致力于常規(guī)能源利用和開發(fā)的教學，進行冷熱源工程設計、運營、管理等環(huán)節(jié)的專業(yè)教學，培養(yǎng)在熱能動力、熱力發(fā)電、供冷熱、制冷低溫等領域從事工程設計、裝備制造和設備運行管理等工作的技術人才[4]。課程設置時，通識課程包括思想政治類、自然科學類、人文素養(yǎng)類和工程管理類；專業(yè)主干課程包括傳熱學、工程熱力學和流體力學[5]；專業(yè)必修課程包括強化傳熱、燃燒學、系統(tǒng)節(jié)能原理與技術、汽輪機原理。該專業(yè)分為動力工程、低溫制冷、動力機械等方向[6]，缺少新能源、儲能、減排類和智能控制方向，未實現(xiàn)對新能源的安全和高效利用，也未能滿足產(chǎn)業(yè)行業(yè)對清潔用能的需求，培養(yǎng)的學生不能滿足國家和社會對低碳人才的需求。

據(jù)《零碳中國·綠色投資》藍皮書預測，“零碳中國”將孕育可再生能源利用、能效提升、終端消費電氣化、儲能、零碳發(fā)電技術、氫能和數(shù)字化七大投資領域[7]。為了滿足當前國家和社會對低碳技術人才的需求，“能動專業(yè)”建設需要進行戰(zhàn)略調(diào)整[8]，注重“雙碳”發(fā)展內(nèi)涵?！半p碳”目標，概括起來就是能源的綠色、高效、合理利用，它要求能源使用面向綠色化、智能化、生態(tài)化的方向發(fā)展?！澳軇訉I(yè)”的學生不僅要掌握能源與動力工程領域的專業(yè)理論知識，還要能夠?qū)ⅰ读闾贾袊ぞG色投資》藍皮書中的四大投資領域（再生能源、儲能、零碳發(fā)電技術和人工智能）的技術與本專業(yè)知識結合，將新技術應用到傳統(tǒng)行業(yè)，能夠基于工程知識，結合國家能源發(fā)展戰(zhàn)略，具有將環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展理念應用于能源產(chǎn)業(yè)的能力和對能源系統(tǒng)智慧化改造升級的能力，并提高生態(tài)素養(yǎng)和職業(yè)素養(yǎng)[9]。

因此，本文針對能動專業(yè)課程體系的現(xiàn)狀，基于“雙碳”戰(zhàn)略部署對新工科人才的需求，增加“源—儲—排—智”4個方向選修課程模塊[10]，將人工智能控制、清潔能源、儲能技術和減排技術等相關知識融入教學內(nèi)容，使學生按照選修方向進行實習和畢業(yè)設計，推動能動專業(yè)朝著清潔用能的發(fā)展方向建設，引領碳達峰、碳中和行動。

2 能動專業(yè)“源—儲—排—智”課程模塊的構建

“源—儲—排—智”課程模塊為新能源的大規(guī)模使用提供了技術支持，是“能動專業(yè)”在“雙碳”目標下人才培養(yǎng)面臨新挑戰(zhàn)的一種創(chuàng)新實踐，對于實現(xiàn)“雙碳”目標具有重要意義[11]。構建“源—儲—排—智”4個方向選修課程模塊，每個模塊設置4～5門課程，學生至少需要修滿8學分。通過構建“源—儲—排—智”4個方向選修課程模塊，推動新能源的大規(guī)模利用，提高新能源儲能的經(jīng)濟性，促進化石能源的減污降碳，實現(xiàn)新能源的生產(chǎn)負荷、儲能容量和用戶負荷的數(shù)字化管控。學生通過課程的學習，能夠?qū)⑷斯ぶ悄芗夹g與清潔能源、儲運技術和減排實踐結合，做到對能源生產(chǎn)、存儲、排放過程的智能管控，助力行業(yè)實現(xiàn)“雙碳”目標。

2.1 增加新能源課程模塊

人類社會的生存和發(fā)展離不開能源，在“雙碳”背景下，需要進行能源結構調(diào)整，改變傳統(tǒng)以煤炭、石油、天然氣等化石能源為主要能源的局面，實施氫能、風能、太陽能、水能、生物質(zhì)能、地熱能等可再生能源替代行動[12]。因此，“能動專業(yè)”融入新能源元素，構建新能源課程知識體系，新增新能源與可再生能源技術、太陽能轉換原理與技術、風能轉換與利用原理、生物質(zhì)能轉化原理和新型能源系統(tǒng)5門課程，使學生了解新能源的概念、種類、利用的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，掌握太陽能、風能、地熱能、海洋能的資源狀況，掌握供熱、制冷和發(fā)電的基本原理及常用工藝技術，掌握生物質(zhì)能的分類、資源狀況、進展和發(fā)展趨勢，掌握熱解和氣化的概念、原理、工藝和設備，掌握氫能的資源狀況、氫氣的制備過程和發(fā)電工藝，掌握燃料電池的工作原理，了解新能源與可持續(xù)發(fā)展的關系，掌握能源利用過程中對環(huán)境造成的影響。通過課程學習，學生能夠掌握新能源利用技術，提高新能源利用效率，有效降低二氧化碳排放量，為實現(xiàn)碳達峰和碳中和提供技術支持。

2.2 增加儲能課程模塊

清潔能源的應用已成為實現(xiàn)“雙碳”目標的根本途徑，但太陽能、風能等新能源的不穩(wěn)定性影響其應用的效果。通過儲能技術，實現(xiàn)平滑功率輸出和削峰填谷，提高新能源系統(tǒng)的可靠性，為新能源的穩(wěn)定使用提供了技術支撐。2021年7月，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)《關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》，要求推動儲能技術進步[13]，并提出到2025年，實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展轉變，裝機規(guī)模達3 000萬kW以上。加強儲能產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)，實現(xiàn)儲能技術應用，是推動我國新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展和實現(xiàn)“雙碳”目標的現(xiàn)實需要和必然選擇。能動專業(yè)要設立儲能模塊課程，加強儲能產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)，在先修課程（工程熱力學、流體力學、傳熱學、燃燒學）的基礎上，開設儲能原理與技術、儲能熱流基礎、相變儲能技術和儲熱技術及應用4門課程。學生通過課程學習，了解化學儲能、相變儲能及新能源技術中的儲能技術，掌握儲熱基本原理與概念、儲熱基本方式與材料、儲熱技術評價依據(jù)與經(jīng)濟性、儲熱技術應用與新進展，掌握相變儲熱技術的原理、特點、材料、裝置和系統(tǒng)，掌握儲能控制技術，重點學習太陽能光伏系統(tǒng)中的儲能控制技術、光伏逆變器等。通過儲能技術課程的設置，培養(yǎng)儲能方面“高精尖”人才，推動儲能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

2.3 增加減排課程模塊

“雙碳”目標是減少溫室氣體二氧化碳的排放，2020年12月，在氣候雄心峰會上，國家主席習近平宣布：“到2030年，中國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右?！盵14]因此，學習化石能源碳排放機理，研究碳排放進程，對實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標至關重要。煤炭、燃料油和天然氣是產(chǎn)生二氧化碳的主要來源，在新能源還沒能完全取代化石能源的階段，對傳統(tǒng)能源采取相應的減排措施，是實現(xiàn)“雙碳”目標的途徑之一。新增設火力發(fā)電廠碳減排技術、內(nèi)燃機排放與控制技術、燃燒污染物控制技術、碳捕捉和碳封存技術4門課程，使學生了解國際二氧化碳排放形勢，掌握電力行業(yè)二氧化碳排放量及碳減排措施及技術，了解電廠碳減排實例，掌握碳捕捉和儲存技術。學生通過課程學習，以降碳為總抓手，掌握低排放、零排放技術，推動末端治理，解決環(huán)境污染問題。

2.4 增加智能化課程模塊

隨著新能源裝機容量的迅速增長，新能源的不確定性、間歇性特征影響了用戶使用的可靠性，需要建立基于互聯(lián)網(wǎng)交互、云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能技術的智慧化管控，達到新能源生產(chǎn)負荷、儲能容量和用戶負荷的“源—儲—排—荷”動態(tài)調(diào)節(jié)和相互協(xié)調(diào)，實現(xiàn)新能源的穩(wěn)定供應，滿足新能源系統(tǒng)可靠性運行的需求[15]。因此，增設物聯(lián)網(wǎng)通信技術、智慧電廠控制與算法、火電廠開關量控制系統(tǒng)和現(xiàn)代控制理論4門課程，使學生了解現(xiàn)代控制理論的基礎知識，掌握系統(tǒng)的狀態(tài)方程建立及解法、系統(tǒng)的能控性、能觀測性和穩(wěn)定性等定性理論，掌握魯棒控制、時滯系統(tǒng)反饋控制等前沿知識，掌握各類通信總線及傳感器使用方法，掌握存儲器、觸摸屏、顯示屏、SD卡等高級外設的操控原理以及系統(tǒng)電源管理的實現(xiàn)，掌握智能開關、智能燈泡、智能環(huán)境采集實戰(zhàn)開發(fā)，熟悉RFID讀寫，具備RFID和系統(tǒng)平臺的集成能力。通過課程學習，學生具有對能源生產(chǎn)、轉換、儲存和利用精準控制的能力，能夠滿足新能源發(fā)電規(guī)模對其大范圍優(yōu)化配置和電力系統(tǒng)智能控制的要求，實現(xiàn)新能源、儲能和用戶負荷的多向互動，為新能源系統(tǒng)提供安全保障。

3 結語

本文分析了我國能動專業(yè)教學現(xiàn)狀，指出目前專業(yè)課程設置與國家戰(zhàn)略和產(chǎn)業(yè)行業(yè)脫節(jié)。根據(jù)國家碳達峰、碳中和發(fā)展戰(zhàn)略，分析“零碳中國”七大投資領域，指出“能動專業(yè)”需要承擔其中四大領域（再生能源、儲能、零碳發(fā)電技術和人工智能）建設任務，通過調(diào)整“能動專業(yè)”建設目標，增加“源—儲—排—智”方向選修課程模塊，形成以綠色能源為發(fā)展理念，以能源存儲為發(fā)展手段，以降低排放為發(fā)展方式，以智能化為發(fā)展保障的核心發(fā)展路徑。通過開展專業(yè)課程體系改造升級的研究，實現(xiàn)專業(yè)建設與國家戰(zhàn)略需求相結合，其研究結果對“能動專業(yè)”課程體系建立具有重要意義。