試論新能源科學與工程專業的培養目標與課程體系設置

摘要：研究探討了新能源科學與工程的專業方向及課程體系建設的問題。在分析國內新能源電力產業發展形勢的基礎上，比較國內部分高校開設新能源科學與工程專業的課程設置情況，結合學校自身的特色與資源優勢，得出結論：本專業在強化工程實踐能力培養的基礎上，必須以風力發電、太陽能發電作為就業主戰場，以學科為基礎設置大類專業，以產業為支撐開設專業方向，分別面向風電機組設計與制造、風電場工程、太陽能發電工程三個主要領域，設置各具特色的專業方向的課程體系。

關鍵詞：新能源科學與工程；風力發電；太陽能發電；人才需求；課程體系

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）26-0046-02

新能源屬于我國戰略性新興產業，也是國民經濟發展的基礎性產業。面對環境污染與能源危機的雙重壓力，全球都在加快推進新能源產業發展。規?；_發與利用太陽能、風能、生物質能、地熱能等為代表的新能源，實現我國傳統化石能源過渡為清潔、可再生能源為主的能源結構是必然之舉。中國將大力推動新能源產業的發展，在加大水電、核電、太陽能和風能設施建設的同時，計劃在2020年前使新能源消費比例達到15%。特別是近年來風力發電和太陽能發電作為新能源電力的兩支主力軍迅猛發展，出現并駕齊驅的局面，新能源電力產業的蓬勃發展對新能源專業人才提出迫切需求。在這種形勢下，怎樣培養適應新能源產業需求的人才，既有巨大的機遇，也有很大的挑戰性。

為適應我國戰略性新興產業的需要，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；2010年教育部緊急下達《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，我國部分高等院校設置了新能源科學與工程、新能源材料與器件等新能源產業相關的本科專業。但怎么樣才能更好地為國家發展新能源產業起到人才培養的支撐作用，培養什么樣的新能源產業人才以及如何培養，怎么樣結合學校自身的特色與資源優勢開設專業方向和課程體系，是當前面臨的主要課題。

一、我國新能源電力產業的發展形勢

自2007年，我國風電裝機容量呈高速增長趨勢。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KW，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KW；累計安裝風電機組53764臺，裝機容量達到7532萬KW；風電并網總量達到6083萬KW，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。2013年我國風電又新增風電并網容量1492萬千瓦。2014年我國風電發展目標為1800萬千瓦。根據2014年國家能源局印發“十二五”第四批風電項目計劃顯示，列入“十二五”第四批風電核準計劃的項目總裝機容量為2760萬千瓦（27.6GW）。從2011年開始，我國為把握風電發展節奏，促進產業健康有序發展，國家能源局開始制定風電項目核準計劃，前三批風電核準規模分別為2683萬千瓦、1676萬千瓦（后又增補852萬千瓦）和2797萬千瓦。至此，“十二五”以來擬核準的風電項目規模累計已超過1億千瓦。

在風電大規模發展的同時，自2009年以來我國太陽能光伏發電也迅速擴張。截至2012年底，我國累計光伏裝機容量達到7.5GWp；截至2013年底，中國光伏發電新增裝機容量達到10.66GWp，光伏發電累計裝機容量達到18.16GWp。2013年全球光伏新增裝機39GWp，比2012年增長28%。2013年，就新增光伏裝機而言，中國、日本和美國成為世界上最大的三個市場，而德國則退居第四。中國2014年光伏發電的發展目標是全年新增光伏裝機14GWp。根據《太陽能發電“十二五”規劃》，中國光伏發電裝機容量與發展目標如表1所示。

在太陽能光伏發電快速成長的過程中，全球太陽能光熱發電也正以驚人的速度發展。截至2013年底為止，美國已有5座大型太陽能光熱發電站投入運行，規模都在100MW以上。其中美國NRG能源公司聯合Google、Brightsource公司投資22億美元在加州莫哈維沙漠建設的太陽能發電站于2013年成功發電，裝機規模為392MW，這是目前世界上規模最大的塔式電站。美國能源部SunShot計劃光熱發電的研發目標是到2020年實現75%的成本削減，在不依賴政策補貼的前提下將光熱發電推至每千瓦時6美分甚至更低的水平。歐洲早在2009年12家跨國公司在德國慕尼黑簽署協議，計劃投資4000億歐元在北非建立太陽能熱發電廠，10年后開始供電，據估計到2050年，該項目在北非的發電廠將滿足歐洲15%的用電需求，這也是目前世界上擬建中太陽能發電廠同類中最大的太陽能項目。此外，西班牙、南非、印度、智利、摩洛哥、以色列、沙特、阿聯酋、科威特以及澳大利亞都已經開始了大規模光熱發電的興建，印度已有50MW規模的電站并網運行。中國在北京延慶縣八達嶺建設了首個規模為1MW的太陽能熱發電示范電站，于2012年8月成功發電，但還沒有商業化規模電站。可以預見，隨著國外太陽能光熱發電公司進入中國和國內太陽能光熱發電技術的研究進展，中國未來十年將在太陽能光熱發電方向上大有作為。

二、新能源科學與工程專業人才培養的定位

2012年，教育部將原風能與動力工程和新能源科學與工程合并統一改為新能源科學與工程。相應地，風動專業也將面向更寬廣意義的新能源產業需求，需要對專業培養方案進行調整；特別是更名為新能源科學與工程，就業的主戰場不能較好地定位，致使專業課程體系達不到市場的期望值，對該專業課程體系怎樣設計仍需繼續研究探討。從用人單位和學生自身需求上來看，專業課程設置和職業能力培養占有很重要的位置。其主要原因有兩個：一是我國經濟水平還欠發達，從讀大學所付出的成本上來看，大多數學生期望接受到職業技能方面的訓練；二是用人單位企盼招收到適合于工程技術需要的、能夠盡快進入工作角色的應用型、技能型、復合型人才。

對于專業設置，國內其它專業的普遍做法是根據就業渠道下設專業方向。專業必須有支撐產業為基礎才會有生命力。因此，本文提出“以學科為基礎設置大類專業，以產業為支撐開設專業方向”的觀點。新能源科學與工程專業應該在強化“工程實踐能力培養”的基礎上，必須以風力發電、太陽能發電作為就業主戰場，分別面向風電機組設計與制造、風電場工程、太陽能發電工程三個主要領域，設置各具特色的專業方向的課程體系。

三、新能源科學與工程專業課程體系的優化

新能源科學與工程專業自2010年教育部批準開設以來，全國已有34所高校開設此專業。2013年5月19日，“首屆全國新能源科學與工程專業建設研討會”在華北電力大學召開，指出課程體系是否合理、課程內容是否先進直接關系到人才培養的質量?，F階段我國系統培養新能源科學與工程專業本科生、研究生的工作才剛剛起步，對于相應課程體系的構建正處于探索階段。

根據國內部分高校新能源科學與工程專業公布的培養方案，其課程體系設置與專業定位（如表2所示）?？傮w上來看，各高校的課程體系呈現自由發展、特色發展的局面，這有利于各學科交叉融合，促進新能源產業發展，但同時應注意一些專業基礎課程的共性、相通性問題。課程體系可以大致分為兩大類：一類是遵循厚基礎、寬口徑的原則，強調能源類基礎理論課程教學（A類），但專業核心課程各高校有所偏重；另一類則是專業方向針對性較強，更強調職業能力培養（B類）。例如風動方向加強了力學、機械、電氣方面的課程模塊，太陽能方向則強調了半導體物理、材料科學的課程模塊，但缺少光學、熱學、電氣工程方面的教學。

表2 國內部分高校新能源科學與工程專業的課程設置與專業定位

學 校專業課程體系專業定位

A類：

浙江大學、華中科技大學、西安交通大學、中南大學、重慶大學、上海理工大學等專業基礎課程：工程熱力學、工程流體力學、傳熱學、應用電化學、固體與半導體物理、材料科學基礎、工程制圖、機械設計基礎、電工電子技術、自動控制原理等

專業核心課程：可再生能源和新能源概論、太陽能電池原理與制造技術、太陽能光伏發電系統與應用、太陽能熱利用原理與技術、風力發電原理、生物質能轉化原理與技術、核能發電概論、氫氣大規模制取的原理和方法、能源與環境、燃料電池概論、薄膜材料與器件、半導體材料、新能源材料、熱泵技術、能源低碳利用技術、Matlab及其工程應用、CFD軟件應用等具備熱學、力學、電學、機械、自動控制、能源科學、系統工程等理論基礎，掌握可再生能源與新能源專業知識

B類1：

華北電力大學、河海大學、長沙理工大學、沈陽工業大學等專業基礎課程：理論力學、風力機空氣動力學、材料力學、機械設計基礎與CAD、、畫法幾何與機械制圖、電機學、電路原理、模擬電子技術、數字電子技術、電機學、電力電子技術、自動控制原理、微機原理與接口技術等

專業核心課程：新能源與可再生能源概論、風力發電原理、風資源測量與評估、風電機組設計與制造、液壓與氣壓傳動、風電場電氣工程、風電機組控制與優化運行、風力機組狀態監測與故障診斷、風電機組測試與認證、風電場施工與管理、風電場建模與仿真、風力機設備材料、新能源材料、近海風力發電、風能與其它能源互補發電系統、風電場并網、風力發電機組計算機輔助設計、風電場規劃與設計等面向風電機組設計與制造、風電場工程等

B類2：

福建師范大學理論物理基礎、材料科學基礎、固體物理學、材料分析方法與技術、材料熱力學、單片機技術、電工電子技術、工程制圖、磁性材料與器件、光電子材料與技術、太陽電池物理、光伏工程與技術、光熱工程與技術、固體發光材料、半導體材料、電化學基礎、磁熵變材料與磁制冷技術、傳感材料及其傳感技術、X射線分析技術、儲能材料與技術、先進功能材料、光電薄膜與器件、鋰離子電池原理與技術、材料設計與模擬計算、納米材料與應用、新型能源材料與技術、太陽能光熱轉換理論及設備、太陽能熱利用、薄膜材料與技術、光源設計與應用技術等面向太陽電池及其它新能源材料技術研發

應當指出，大學的專業課程體系不可能完全為企業的需求而量身定做；即使課程體系相同，但由于學校資源的差別和培養方式、途徑及方法的不同，人才培養的類型、質量與層次也會存在很大的差別。因此新能源本科專業教育主要考慮人才質量的基礎性、技能型、創新型、復合型與可拓展性。專業基礎課應該以能源科學為基礎，兼顧高校各自的資源優勢，設定各具特色的專業課程。

以長沙理工大學（以下簡稱“我校”）新能源科學與工程專業為例，應針對風機制造、風電場、太陽能發電站三個就業領域，結合學?，F有學科與專業優勢，培養目標定位于既具有較寬廣、厚實的專業基礎，又有專業方向的特長。為此，針對新能源產業的發展需求和我校的學科優勢，新能源科學與工程專業可增設太陽能發電工程方向。主要面向太陽能光伏、光熱發電站及并網工程，同時兼顧太陽能領域的技術研發，為太陽能光熱發電儲備人才，開設材料科學、光學、熱學、電氣工程等模塊的課程，主干學科為材料科學、電氣工程，使學生具有材料科學、光學、熱學理論基礎，具備電氣工程的職業能力。目前我校已有的材料科學與工程、光電信息科學與工程、熱能與動力工程、電氣工程及自動化專業為太陽能方向的開設奠定了基礎。

四、結論

當前，我國風電、光伏發電呈規?；l展的趨勢，太陽能光熱發電也未雨綢繆。為適應新能源電力產業蓬勃發展的需要，新能源科學與工程專業應該“以學科為基礎設置大類專業，以產業為支撐開設專業方向”。在風力發電、太陽能發電專業方向上，遵循厚基礎、寬口徑的原則，在強化“工程實踐能力培養”的基礎上，分別面向風機制造、風電場工程、太陽能發電工程三個主要領域，專業基礎課應以能源科學為基礎，兼顧高校各自的資源優勢，設定各具特色的專業課程體系。新能源產業屬于國家戰略性新興產業，也是國民經濟發展的基礎性產業；面對環境污染與能源危機的雙重壓力，全球都在加速發展新能源產業。應當抓住這一有利時機，整合各校相關的資源優勢，推動新能源科學與工程專業人才培養的發展，打造新能源專業品牌。

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（責任編輯：劉翠枝）