風能與動力工程專業實習模式的研究與實踐

摘要：針對風能與動力工程專業實習教學中存在的問題，結合培養寬口徑、多層次、強能力應用型專業人才的要求，提出了“校內與校外結合、虛擬與現實結合、學校與企業結合、集中與分散結合”的“四結合”原則，探索建立了“認識實習、拆裝實習、風電場仿真實習、畢業實習”共四個層次的專業實習模式。

關鍵詞：風能與動力工程專業；認識實習；拆裝實習；風電場仿真實習；畢業實習

中圖分類號：G642.44 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）29-0084-03

風能與動力工程專業是適應當前風電等戰略性新興產業發展的良好形勢、準確把握當今能源和環境等熱點問題的發展方向、適應建設“兩型”社會和發展“低碳”經濟要求而戰略性開設的新興專業。實習模式是現代高等教育中的一個重要組成部分，是將理論課程中的二次經驗知識轉化為學生個人的直接實踐認識的一個重要手段，是理論教育和生產實踐相結合的一個重要方式。[1-2]開展實習模式的研究與實踐是“風能與動力工程”專業建設的核心內容之一。通過開展對風電場、風電制造企業、國內相關專業的發展現狀、人才需求、人才培養的調研與分析，針對風能與動力工程專業實習教學中存在的問題，結合培養“寬口徑、多層次、強能力”應用型專業人才的要求，為提高學生的創新實踐能力，課題組從實驗室建設、實習基地建設、實習教學內容、實習教學方式等方面對專業實習模式進行了研究與實踐，構建了具有特色的“四層次、四結合”的風能與動力工程專業實習模式。

一、風電產業的快速發展迫切需要大量風電專業人才

為了保障國家能源安全、保護生態環境、促進社會和經濟的可持續發展，實現“2020年非化石能源消費比重提高到15%、單位國內生產總值二氧化碳減排40%～45%”的目標，近年來我國風電產業迅猛發展，2013年我國風電累計裝機容量已達9142萬千瓦，占世界累計裝機總量的28.7%；新增裝機容量已達1610萬千瓦，占世界新增裝機總量的45.1%，兩項指標均已居世界第一位，目前風電已經成為我國的第三大能源，開始引領世界風電發展。[3，4]

根據我國規劃，2020年中國風電裝機將達到1.5億kW～2.5億kW，形成每年4000多億的工業附加值，提供約50萬人的就業崗位。今后幾十年，風力發電產業將持續、高速發展，亟需大量的風動專業人才。但由于我國風電是近幾年發展起來的新興產業，之前缺乏這方面的專業教育資源，我國從事風電的技術骨干大多數是從其他行業轉行過來的，他們普遍缺少風電方面的系統專業培訓和技術學習。實踐創新能力強的高級風電專業人才尤為短缺，已經影響了我國風電產業的健康發展。從風電企業新發布需求的職位來看，風電企業對現場工程師、維護工程師等工程類人才、電氣研發設計人才和復合材料專業人才十分需要。[5，6]

二、風電專業人才需要具備過硬的意志和創新實踐能力

經過大量調查發現，風電行業與火電行業不同，風電場現場的運行維護人員很少。經過在內蒙古華電輝騰錫勒風電場、江西長嶺風電場、湖南郴州仰開湖風電場、湖南邵陽南山風電場、湘電風能、南車時代風電、浙江運達等風電企業實地調研的結果表明，裝機容量在5萬千瓦左右的風電場，整個風電場的運行、巡檢及管理人員總共只需要15～30人；而100萬千瓦火電廠一般需要500～1000人，且主要集中在集控運行與設備維護領域。風電行業最大的人才需求在裝備制造環節，以及風電場的規劃、設計、施工與維護及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電相關的技術與管理方面。我國風資源主要分布在“三北”（東北、華北、西北）地區、東南沿海及其島嶼地區，主要包括東北三省和內蒙古、甘肅、青海、西藏、新疆、河北等省區；海上風能豐富，我國海上風能資源豐富，海上風速高，很少有靜風期；內陸湖泊和特殊地形等只有局部有風能豐富地區。幾乎所有風電項目都遠離都市，工作環境比較惡劣，風電人才需要具備到邊遠艱苦地方工作的身體素質和意志品質，大多數風電技術人員都要到現場去。這些特點也導致目前一部分人才不愿轉行到風電行業，導致目前風電人才更加緊缺。[5，6]因此，風電人才的需求面雖然很廣，但風電專業人才需要具備過硬的意志和創新實踐能力。

三、風電專業人才需具備多學科、強實踐的知識結構能力

近年來盡管我國風電產業迅猛發展，但由于風電產業是新興產業，之前沒有這方面的技術儲備，我國風電產品的自主知識產權和核心技術非常缺乏，導致很多企業都是從國外購買圖紙和技術進行生產制造，風電行業人才需要具有較強的國際交流能力；而且，風電是一門涉及機械、流體、材料、電氣和控制等多學科的新興行業，風電產品的開發需要具備多學科的知識體系；另外，風電產品在風電場運行時還面臨很多并網控制、安全可靠性、結構優化、制造成本等方面的難題，需要不斷研究創新予以解決；此外，風電設備制造和風電場設計、施工、運行與維護是一項集空氣動力、機械制造、發電技術、電子控制和高可靠性設計為一體的綜合性高新技術工作。風電產業需要有設計、制造、安裝、調試及運營管理的系統化的人才培養體系。[5]所以，風電專業人才需具備多學科、強實踐、國際化等多方面的知識結構能力和創新意識，給風電專業人才知識結構的設計和實踐能力的培養帶來很大挑戰。

四、風能與動力工程專業實習模式應當遵循的原則

1.符合風能與動力工程專業培養計劃要求

長沙理工大學“風能與動力工程”專業實習模式的設置應當以符合“風能與動力工程”專業人才培養目標和就業需求為指導原則?！帮L能與動力工程”專業人才培養目標：風能與動力工程本科教育是以培養德、智、體、美等全面發展，基礎扎實，知識面寬，有較高的綜合素質、一定的工程實踐能力和創新能力，能勝任風電場的規劃、設計、施工、運行與維護及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的高級工程技術人才。

2.滿足風電專業人才就業領域的行業需要

風能與動力工程專業本科學生的就業主要集中在風電場、風電制造企業、考研深造等領域，風電專業人才需具備機械、流體、材料、電氣和控制等多學科知識結構和復合型工程技術創新實踐能力的需要。所以，風能與動力工程專業實習模式的設置應當遵循“寬口徑、多層次、強實踐”的原則進行具體設置。一方面為風電領域培養高級工程技術人員，另一方面能為風電研究生、風電高層次研究人才的培養提供強有力的支持。

五、風能與動力工程專業實習模式的研究與實踐

針對風能與動力工程專業學生實習中遇到的“山高路遠坑深、不便實習”、“實習費用昂貴、難以承擔”、“實習中只能看、不能動”的難題，通過“校內與校外結合、虛擬與現實結合、學校與企業結合、集中與分散結合”的四結合原則，探索建立了“認識實習、拆裝實習、風電場仿真實習、畢業實習”共四個層次的專業實習模式。

1.認識實習模式的研究與實踐

“認識實習（風動）”是風能與動力工程專業學生在完成基礎理論課程學習后進入專業理論課程學習之前的一個實踐教學環節，讓學生在學習“電機學、風力機空氣動力學、風資源測理與評估、風力發電原理、風電場電氣工程、風電機組設計與制造”等專業理論課程前大致了解風電機組的總體構成、控制方式和風電場的運行管理，建立初步概念和認識，為深入理解和掌握專業理論課程知識打下基礎。

鑒于湖南省風電場一般位于多風的偏遠山區，面臨“山高路遠坑深、不便實習”、“實習費用昂貴、難以承擔”、“實習中只能看、不能動”的難題，本課題組提出了“充分利用多媒體、校內與校外結合”的風能與動力工程專業認識實習模式，即在學生校外參加認識實習之前，在校內精心組織實習動員，除了為學生講解風電場應注意的安全知識和紀律要求，還播放精心制作的風電視頻文件，并邀請風電領域的資深教師為學生講解有關風電專業知識，讓學生在校外參加認識實習之前就對風電有了一個大致的了解；到達風電場以后，再請風電場的專職人員為學生詳細講解風電機組、集中控制室、功率因數補償、變電站等部分的結構和功能。實踐證明，采用這種認識實習模式后，學生在有限的實習經費和有限的實習時間內，大致了解風電機組的總體構成、控制方式和風電場的運行管理，激發了探究式學習的興趣，取得了良好的學習效果。

2.拆裝實習模式的研究與實踐

“拆裝實習”是風能與動力工程專業學生在學習完“電機學、風力發電原理、風電機組設計與制造”等專業核心課程之后，加深學生對風電機組零部件內部結構及功能與作用的理解、并提高學生的實踐動手能力的一個關鍵實踐教學環節。

風電場運行的風電機組的關鍵零部件（如葉輪、主軸、齒輪箱、發電機、剎車系統、偏航系統、控制系統等）主要位于機艙內，而機艙位于聳立在70～100m高空的塔筒的頂端，并且這些關鍵零部件一般都體積龐大，拆裝與檢修都非常困難，學生在現場幾乎是不可能進行拆裝與檢修的。針對這種情況，本課題組提出了“充分利用CAD軟件及實驗設備資源，虛擬與現實結合”建設風能與動力工程專業拆裝實習實驗室，形成了獨具特色的虛實結合的風動專業拆裝實習模式。

課題組組織專業老師利用CAD軟件，在第一階段開發設計了MW級風力機葉片三維模型、風電齒輪箱三維模型、風電塔筒三維模型等CAD模型，使在實驗室條件下不可能以實體尺寸建設、也不可能在現場進行實體拆裝的龐大實物得以在實驗室內進行內部結構展示和拆裝練習，增強了學生對整體結構的認識。

另外，課題組還組織專業老師建設了“風動專業拆裝實習實驗室”，配置了TRM-JX3型風光互補移動實驗臺、Z-300W（A）小型風力發電機、異步電動機、行星齒輪箱、設備點檢故障診斷儀、軸承診斷振動分析儀、粗糙度儀、數字存儲示波器等拆裝與檢修實習設備及儀器，克服了虛擬仿真實驗難以反映實際故障的弱點，提高了學生解決實踐問題的能力。

3.風電場仿真實習模式的研究與實踐

針對風電場建設成本昂貴、風電場地處偏遠不便實習、以及實驗室建設困難的問題，本課題組提出了“廣泛吸引社會資源、學校與企業結合”共建校內風電場仿真實驗室，形成產學研良性循環的風電場仿真實習模式。

課題組在建設風能與動力工程專業實驗室的過程中，充分發揮我校在能源動力領域的辦學優勢，廣泛吸引社會資源支持新興產業專業辦學，與北京木聯能軟件技術有限公司簽訂了《產學研合作協議》和《WEPAS教學版軟件贈送協議》，北京木聯能軟件技術有限公司向我校捐贈19套WEPAS教學軟件，總價值為205.2萬元，對本專業“風電場建模與仿真”、“風電場仿真實習”課程的教學起到了良好的促進作用。同時，專業師生將軟件使用中的一些體會反饋給企業，并開展一些相關研究，促進軟件的改進與推廣，形成了產學研的良性循環。

另外，課題組還爭取中央財政項目支持，購置了35臺計算機、1套PH-1移動式氣象站、1套PH-1車載氣象站、2臺PH450手持式氣象站、1套氣象數據采集軟件系統和1套用于復雜地形風電場資源分析的WINDSIM軟件，方便學生將實測數據輸入計算機，完成真實風電場的仿真實習，提高學生分析實際問題的能力。

4.畢業實習模式的研究與實踐

畢業實習是學生在畢業之前進行的一個歷時最長的實踐環節，也是綜合運用所學專業知識、啟發畢業設計（論文）工作思路、積累實踐工作經驗的一個重要環節，讓學生在進入企業工作之前進一步提升創新實踐能力。

針對風電產業鏈極度分散分布、多學科的風電專業知識結構需求、風電企業容納學生實習能力有限以及學生就業需求主要集中在風電制造企業和風電場的特點，本課題組提出了“多學科領域拓展，集中與分散相結合”的風動專業畢業實習模式，允許學生提早聯系就業單位實習，實現風動專業學生“寬口徑、強能力”培養。

課題組牽頭與大唐華銀城步南山風電場、華電郴州仰天湖風電場、中電投江西長嶺風電場等建立了穩定的風電場實習基地，為專業學生到風電場的集中實習提供了保障；還與湘電集團有限公司、湘潭興業太陽能科技有限公司、北京木聯能軟件技術有限公司等簽訂了產學研合作協議，為部分優秀學生到風電生產企業實習提供了條件；也有部分學生自主聯系了福建六鰲風電場、華儀風能有限公司等單位分散實習，有效緩解了風動專業學生集中實習面臨的難題。

六、教學效果

在本課題的研究與實踐過程中，已將研究成果轉化為風能與動力工程專業人才培養計劃的修訂、完成了“風能與動力工程”（現已按教育部目錄統一修改為“新能源科學與工程”）專業人才培養計劃2013版的修訂工作；研究成果已指導風電專業課程教學大綱的制訂、風電專業實習教學環節和實驗室條件建設等方面的工作，具有較好的指導意義。

通過本項目研究，針對風能與動力工程專業學生實習中遇到的“山高路遠坑深、不便實習”、“實習費用昂貴、難以承擔”、“實習中只能看、不能動”的難題，探索提出了“四層次、四結合”的風動專業實習模式，取得了良好的教學效果。

參考文獻：

[1]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）.

[2]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）.

[3]李俊峰，蔡豐波，喬黎明，等.2013中國風電發展報告[M].北京：中國資源綜合利用協會可再生能源專業委員會，2013：9.

[4]國家能源局.國家能源科技“十二五”規劃[M].北京：中國電力出版社，2012：4.

[5]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）.

[6]陳建林，陳薦.新能源科學與工程本科專業人才培養模式探究[J].中國電力教育，2013，（22）.

（責任編輯：王祝萍）