小型風光互補發電教學平臺建設

廉根寬　李宏毅　時海剛

[摘要]相比單純的風力發電或太陽能光伏發電，風光互補發電更具天然優勢，應用前景廣闊。在電力職業院校建設小型風光發電教學平臺，一方面是為了適應新能源發電職業教育發展要求，另外一方面可以為風光發電企業提供人才保障，從而促進風光互補發電企業和電力職業院校共同發展。

[關鍵詞]風光互補；電力職業院校；教學平臺

[中圖分類號]G642 [文獻標識碼]A [文章編號]1671-5918（2016）04-0114-02

引言

能源對人類的重要性不言而喻，近幾年隨著經濟步伐的加快，世界各國也逐漸認識到在常規能源利用過程中對環境和生態系統的破壞，人們對此也付出了沉重的代價，新的能源形式和利用呼之欲出，為此很多國家相繼出臺相關政策，治理和緩解已經惡化的環境，并把挖掘開發、有效利用可再生、無污染的新能源作為可持續發展的重要內容。

風能、太陽能是人們最先想到、最容易獲取和利用的可再生能源，但其不穩定、不連續的特點在季節更替和天氣變化時又表現得十分突出，單一形式的風力發電或單一形式的太陽能光伏發電都存在發電量不穩定的缺陷而收到制約，但二者具有天然的互補優勢，即白天光照強，夜間風量多；夏天光照好、風力弱而冬春季節風大、光照弱。風光互補發電系統克服了單純風能和太陽能發電的不足，具有較高的性價比，呈現出光明的應用前景。

當前，高等職業教育進入新的發展階段，在堅持以服務為宗旨、以就業為導向積極適應區域經濟和社會發展的需求的基礎上，很多職業院校根據國家新能源戰略以及產業結構升級轉移的目標要求，開設了新能源及相關專業。2010年教育部核定增選的新能源類專業就有新能源應用技術、風力發電設備及電網自動化、新能源發電技術和光伏發電技術及應用等。

為配合國家支持高等職業院校提升專業服務產業發展能力要求和培養模式的改革，探索和實踐新能源應用技術專業已成為職業院校一個新的目標方向。

一、小型風光互補教學平臺建設的目的意義

風能、太陽都是重要的可再生的清潔、無污染能源，并且使用安全、儲量豐富、可持續發展等特點普遍收到重視和應用。職業院校大力開展新能源的課程建設，以風光互補發電技術為典型作為著手點，目的就是讓學生通過認識、學習、掌握風光發電技術的基本理論和基本技能，適應今后新能源發電企業的崗位需求和要求，積極投身國家風光發電事業，建設資源節約型和環境友好型社會。

當前，在國家重視并大力發展職業教育的新時期，在電力職業院校里建設小型風電互補發電教學平臺，必將促進電力職業院校和風光互補發電教學平臺共同發展。

（一）節約成本。在電力職業院校建設風光互補發電項目，能為學校的用電設備供電，節省了學校的用電成本。在學校辦公樓、教學樓、實訓樓、餐廳等屋頂建設光伏發電，還會有“隱形效益”。在屋頂安裝太陽能電池板，使頂層房間在夏天時空調用電量減少，進一步節省了用電成本，形成。

（二）教學示范。在電力職業院校建設小型風光互補發電教學平臺，一方面電力職業院校擁有專業教師，發揮自身的優勢，可以增設新能源專業方向，充分發揮教學平臺的教學示范功能，培養新能源專業的學生，畢業后可以去太陽能、風能發電企業工作；另外一方面可以對風能、太陽能發電企業員工進行技能鑒定。

二、小型風光互補教學平臺的建設

（一）系統組成。風光互補發電系統主要由風力發電機組、太陽能光伏電池組、控制器、蓄電池、逆變器、交流直流負載等部分組成，可從以下幾方面給來具體來描述。

1.風力發電的原理是風力機將風能轉換為機械能，風力發電機再將機械能轉換為電能，進而通過風電控制器對蓄電池充電，最終經過逆變器對負載供電。

2.光伏發電的原理是太陽能電池板受光照后產生光伏效應，將光能轉換為電能，然后通過控制器對蓄電池充電，最后經逆變器將直流電轉換為交流電對負載進行供電.

3.逆變系統由幾臺逆變器組成，把蓄電池中的直流電變成標準的220V交流電，保證交流電負載設備的正常使用。同時還具有自動穩壓功能，可改善風光互補發電系統的供電質量。

4.控制部分根據日照強度、風力大小及負載的變化，不斷對蓄電池組的工作狀態進行切換和調節：一方面把調整后的電能直接送往直流或交流負載。另一方面把多余的電能送往蓄電池組存儲。發電量不能滿足負載需要時，控制器把蓄電池的電能送往負載，保證了整個系統工作的連續性和穩定性。

5.蓄電池部分由多塊蓄電池組成，在系統中同時起到能量調節和平衡負載兩大作用。它將風力發電系統和光伏發電系統輸出的電能轉化為化學能儲存起來，以備供電不足時使用。

風光互補發電系統根據風力和太陽輻射變化情況，可以在以下三種模式下運行：風力發電機組單獨向負載供電；光伏發電系統單獨向負載供電；風力發電機組和光伏發電系統聯合向負載供電。

風光互補發電比單獨風力發電或光伏發電有以下優點：利用風能、太陽能的互補性，可以獲得比較穩定的輸出，系統有較高的穩定性和可靠性；在保證同樣供電的情況下，可大大減少儲能蓄電池的容量；通過合理地設計與匹配，可以基本上由風光互補發電系統供電，很少或基本不用啟動備用電源如柴油機發電機組等，可獲得較好的社會效益和經濟效益。

（二）平臺建設。依據職業院校專業建設要求風，建設小型風光互補教學平臺可從課程建設、實訓系統建設三個方面著手進行。

1.課程建設

圍繞學校新能源教學大綱目標要求規劃課程建設，其中風光互補發電技術為理實一體化類型課程，作為職業院校高年級學生必修課，按照預期需要達到的知識目標、能力目標和素質目標，安排、規劃和設計教學課程的主要內容、課程進度和教學方法，使學生掌握風光互補發電系統的運行原理和結構組成，掌握風光互補發電系統中風力供電裝置和光伏供電裝置的安裝、調試與使用，能夠進行適當的風光互補發電系統設計。

（1）在課程教學設計中，主導以學生為本來設計分配教學任務，以任務驅動引領，嚴格實施“教、學、練、做”過程，緊密結合購置的風管互補實訓裝置，充分利用形式多樣的現代化教學手段和方法，生動活潑地開展實訓教學活動。

（2）在課程的教學內容和要求上，設計單元化和模塊化教學內容，運用情境教學形式實施教學進程。教材選用國家示范性高等職業院校規劃教材《風光互補發電技術》，內容包括風能、太陽能發電系統設計、風光互補路燈照明系統設計、PLC風光互補發電系統設計、風光互補發電系統安裝與維護以及遠程監控系統。

（3）在考核評價方面，注重過程和結果、理論與實踐的多元化考評方式，把培養學生的動手實踐能力、分析解決實際問題的能力落到實處，對有進取和創新意識的學生給予鼓勵和重點培養。

2.實訓系統建設

建立與課程相配套的實訓系統是建設教學平臺的重要部分。

（1）根據學生人數和實訓裝置所占空間，按照學校實訓室建設的標準要求，選擇適當地點建立小型風光互補發電系統實訓室。

（2）購置或搭建小型風光互補發電系統實訓裝置（以南京康尼科技有限公司的KNT—WP01風光互卒f，E電實訓裝置為例）。

整套設備設計了關于光伏發電系統和風力發電系統的19個實訓項目，較為全面地介紹了光伏發電系統和風力發電系統的基礎知識，系統主要功能是按照實訓模擬要求，對小型風光發電系統實現狀態監控與保護。利用該實訓系統裝置通過實訓指導，學生（學員）可達到自行完成對系統的安裝、接線、故障排查、PLC控制、組態畫面設計、系統調試等系列實訓操作的能力目標要求。

整個系統由風力供電控制單元、光伏供電控制單元、小型風力機模擬單元、小型光伏板模擬單元、逆變輸出單元。其中風力供電控制單元和小型風力機模擬單元構成風力發電系統，光伏供電控制單元和小型光伏板模擬單元構成太陽能光伏發電系統，兩個系統發出的電能經儲能電池（輸出電壓為12VDC）送入逆變單元，最后轉換為交流電（220VAC）供給外部負載。

通過課程和實訓兩方面的建設，基本形成了小型風光互補發電教學平臺，可以看出教學平臺的建立不僅涵蓋了風光發電、電力電子、PLC、組態軟件等都門課程知識，而且還可以進行現場情境授課，發揮教學示范功能。在此基礎上，還可帶領學生拓展挖掘實訓項目，為學生提供更加豐富的畢業設計研究內容和實踐機會。

3.師資建設

在擁有課程和實訓建設的基礎上，配備“雙師型”的師資隊伍是現代高等職業教育的重要方面，如果實現良好的理論教學和實訓功能的充分發揮，那么就要選配具有豐富的理論教學經驗和實踐操作技能的教師隊伍。

通過加快培養和人才引進相結合壯大“雙師型”隊伍，同時，通過校企合作方式，適當聘用經驗豐富的現場人員為兼職講師到校講授實訓課程。

毋庸置疑，風光互補發電系統教學平臺的建設，能更好地體現學校貫徹國家職業教育的理念，實現以學生為本，服務新能源專業需求，將來更好地為社會服務的宗旨。

三、結論

建設小型風光互補發電教學平臺，無論從環境保護和生態文明理念，還是從有效開發利用新能源的意識上教育和啟發學生，更重要的是符合國家培養職業人才的戰略方針，為國家的電力事業發展提供智力支持和人才保障，必將產生巨大的社會和經濟效益。

（責任編輯：章樊）