“雙碳”背景下應用型本科院校新熱能微專業課程體系研究

摘" 要：能源行業正在推進實施“碳達峰、碳中和”戰略。新能源、儲能和綜合能源等行業中出現了一些具有共性特征的新熱能資源和利用需求，同時對專業人才的知識儲備和專業能力提出新要求。為主動適應新業態和新需求，該文提出新熱能微專業作為人才培養的解決方案。分析新熱能的知識體系，提煉出資源類型、核心原理和關鍵設備的共性特征及關聯紐帶，進而探討和建立應用型本科院校新熱能的培養目標與課程體系。該文將助力相關專業實施課程體系改革，培育新能源產業復合型人才，增強行業教育鏈、人才鏈與產業鏈的緊密關系，滿足產業前沿技術發展和用人需求。

關鍵詞：應用型;新能源;新熱能;知識體系;課程體系

中圖分類號：G642" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-000X（2025）05-0025-04

Abstract： The energy sector is promoting the implementation of \"carbon peaking and carbon neutrality\" strategy. Some new thermal energy resources and utilization demands with common characteristics have emerged in new energy， energy storage and comprehensive energy industries. Then new requirements put forward for the knowledge reserve and professional ability of professionals. In order to adapt to the new forms and demands actively， this paper proposes the micro-specialty \"new thermal energy\" as a solution for the talent training. The knowledge system of the new thermal energy is analyzed， the common characteristics and related ties of resource types， core principles and key equipment are extracted， and then the training objective and curriculum system of the micro-specialty in application-oriented undergraduate colleges are discussed and established. This paper will help relevant majors implement the reform of curriculum systems， cultivate the compound talents for the new energy industry， enhance the close relationship among the industry education chain， talent chain and industrial chain， and meet the needs of cutting-edge technology development and employment of the sector.

Keywords： application-oriented; new energy; new thermal energy; knowledge system; course system

應用型本科教育是具有工程性質的本科教育，培養面向區域經濟社會發展的高素質專業應用型人才。新能源相關專業開設時間較短，規模化人才培養起步較晚，對人才能力的需求沒有定論[1]。新能源范疇廣，新方法、新技術、新產業和新商業模式不斷涌現，對專業人才的培養提出了更高更靈活的要求。以上新業態和新形勢要求高校培養輸送高質量的創新型、復合型、應用型人才。因此，新能源科學與工程（簡稱“新能源專業”）以及儲能科學與工程（簡稱“儲能專業”）和能源服務工程等相關專業的人才培養至關重要。

自2010年設置新能源專業以來，相關高校不斷探索培養方案、改革課程體系和建設教學資源。馬林等[2]立足于新工科背景，從教育理念、課程體系、校企合作和師資隊伍四個方面分析了新能源專業建設的思路。陳登宇[3]探索了新能源科學與工程專業下生物質能的培養體系。南開大學布局國家戰略需求，整合化學和電光兩大學科，建設了新能源科學與工程新工科特色班[4]。課程體系作為人才培養的主要載體，直接關系著學生知識、技能、能力和素質的全面發展[2]。綜合來看，目前各個高校新能源專業的“專業口徑”相差較大，其他相關專業也存在同類現象。按專業課程內容，可分為兩類[5]：一類著重“寬口徑”人才培養，涵蓋兩三種新能源，某些高校甚至設置了四個專業方向。另一類體現“專業化”特點，專注某一種新能源。對于應用型本科院校，以上兩種方式可能造成所培養的人才能力精度不夠，或者與行業崗位類型不匹配，或者難以滿足遠期的行業和職業的升級發展等問題，也難以靈活滿足學生學習興趣和個人規劃的個性化需求。

作為我國最早培養專業電力人才的院校之一，南京工程學院錨定應用型人才培養的辦學定位，秉承“學以致用”的辦學理念，以“優基礎、重應用、強實踐”為培養特點，培養了大量的優秀工程技術人才和管理人才。南京工程學院能源與動力工程學院為積極服務國家能源轉型及“雙碳”戰略，自2016年先后增開新能源科學與工程專業、能源服務工程專業，培養光伏、風電、綜合能源等行業的應用型人才。目前以上專業一般存在以下問題：①專業方向多，專業課程復雜，新增專業的課程繁多，涉及化學化工、功能材料、光學電學、電力電子、機械、金屬材料、熱工與流體力、檢測與控制和微電網等[4，6]，且課程體系的內在邏輯關系不夠完善，需要課程體系進行改革。②熱能在人類發展中扮演著悠久而重要的角色，在“雙碳”戰略下，出現了一些具有共性特點的新型熱能（簡稱“新熱能”）資源和利用方式，且有望在新能源利用與存儲、分布式能源、綜合能源等實踐體系中發揮重要作用。而目前的課程體系沒能主動適應這一新趨勢。

近年來，為貫徹和實施新時代高等教育育人質量工程，國內眾多高校相繼開設了微專業。它是一個小而靈活的專業，是擴充跨學科知識和提升工程實踐能力的有效途徑之一，是高校主動適應新技術、新產業、新業態和新模式的創新之舉。針對新能源轉型和“雙碳”戰略中新熱能及其人才需求，本文將探索新熱能微專業的培養模式。從分析新熱能資源及其共性特征切入，凝練開設新熱能微專業的課程群。立足區域能源轉型發展，在微專業課時范圍內，通過新熱能在資源特點、利用方法、核心設備等方面共性知識的貫通式教學，對學生進行系統而靈活的培養，使之具備新熱能相關的學術專業素養和行業從業能力，并為能源類應用型本科院校改革課程體系、提升人才培養成效提供有益的借鑒。

一" 新能熱微專業的知識體系

知識體系是構建課程體系的基礎和依據。根據新能源和新型儲能的產業趨勢和技術需求，立足于應用型人才培養，梳理總結了如圖1所示的新熱能資源類型、核心原理與關鍵設備。新熱能資源總體上可分為燃料型和非燃料型兩類。

（一）" 綠色燃料型新熱能

在一次能源方面，生物質是唯一的含碳可再生能源，具有減碳、負碳，甚至碳中和功能，在“雙碳”戰略中具有獨特的作用。除了已經成熟的直燃利用，生物質多元轉化技術（Biomass-To-X，BTX）能夠更為清潔和高價值地利用生物質。通過厭氧發酵、熱解氣化及化工合成，BTX可將生物質轉化為綠氫、甲烷、甲醇、乙醇和生物柴油等燃料[7]。

近年來，在發電側，我國綠電占比快速提升，風光資源的波動性和間歇性影響電網的安全穩定;在用電側，我國新能源汽車產業迎來爆發，新型用能主體增加，存在更多的尖峰負荷沖擊。因此，新型儲能，特別是大規模儲能的需求極為迫切，并催生出電力多元轉化技術（Power-To-X，PTX）[8]。基于電解水制氫及合成反應，PTX將電能轉化為燃料的化學能，以綠氫、綠氨、甲烷、甲醇等燃料作為儲能載體。作為PTX的一個分支，氫能已經成為備受“政產學研”重視的產業熱點。以上燃料型新熱能主要高度聚焦于小分子氣液型燃料領域。

總結來看，綠色燃料型新熱能資源主要有綠氫、綠氨、甲烷、甲醇、乙醇和生物柴油等零碳或低碳燃料。以上綠色燃料主要通過燃氣輪機、燃氣內燃機等成熟的熱能轉化技術“適時適地”釋放電能、熱能和冷能。

（二）" 非燃料型新熱能

在推動新能源開發和全社會減碳行動中，光熱、地熱、工業余熱、儲熱等非燃料型新熱能資源愈發受到重視。在國家鼓勵發展“風光水火儲一體化”項目建設的大背景下，光熱發電成為一個重要的新技術選項。該技術首先聚集吸收太陽熱能，通過換熱裝置產生蒸汽，進而推動汽輪發電機組發電，并且配備儲熱裝置以穩定負荷輸出[9]。此外，地熱和某些工業余熱能夠就近發揮節能減碳的作用，可按需求進行熱交換、熱發電、冷制[10-11]，其核心設備有各種換熱器、蒸汽輪機、有機朗肯循環裝置、螺桿膨脹發電機和非電空調等。

在發展新型儲能需求下，壓縮空氣儲能和儲熱技術被寄予厚望。壓縮空氣儲能具有容量大、壽命長、安全可靠等優點，已達到產業化階段，目前有多個壓縮空氣儲能項目正在開發建設。2022年5月，世界首座非補燃式壓縮空氣儲能電站在江蘇常州金壇正式投運，其關鍵設備有壓氣機、換熱器、透平等[12]。

以上基于新能源轉型發展和“雙碳”戰略，系統分析了新熱能的資源類型及其技術特征，特別是共性技術，明確建立了新熱能微專業的主要知識體系。以上“資源-原理-設備”既體現出“高聚焦”特征，又體現出“跨學科”特征。“高聚焦”意味著可以精選傳統的多學時課程中的精要內容，構建“小學分”的“精課程”。“跨學科”則要求以應用技術需求為導向，對傳統課程體系進行合理的取舍，重構課程體系。

二 培養目標與課程體系

合理的課程體系直接關系到學生的知識體系。在明確培養目標的前提下，課程配置既要形成較為完整的課程體系，又要體現出特定的專業方向。

（一） 培養目標

新熱能資源類型和利用技術體現出強烈的多學科交叉特點，也決定了相應的課程配置及重點。根據圖1，綠色燃料型和非燃料型新熱能的利用原理、技術與核心設備相同或相似，其崗位對人才的需求也有很大程度的重合。根據所在區域能源結構特點、教學科研傳統、人才培養定位，以學生為中心，滿足個性發展，選擇不同的施教范圍和深度。總體方案有如下兩種。

對于具有燃煤電廠教學優勢的能動專業，可將固體燃料型新熱能的課程自然地融入其能動專業中。此外，以熱能利用為主要方向的新能源專業，可將固體燃料型新熱能作為一個重要的教學與培養方向。

對于以風、光、水等可再生能源為主，以熱能為輔的新能源專業，可聚焦于氣液型燃料和非燃料型新熱能的教學，特別是在燃機電廠和燃氣分布式項目較多的地區。為了培養具有多能互補、綜合能源服務等思維和知識的復合型人才，可更進一步根據特定的人才需求，適當增加相應技術的選修課程。例如，江蘇地區可以根據新建的壓縮空氣儲能項目的需求，提高非燃料型新熱源的教學比重。立足應用型教育，依托長三角地區能源發展趨勢和產業優勢，以培養新能源或綜合能源項目的建設、運維和管理人才為目標，本校選取第二種方案。

（二） 課程體系

關于新熱能的教學，難以追求全面覆蓋;本校立足應用型教育，提煉共性內容，合理配置課程體系，設置教學深度。著重開設氣、液型燃料和非燃料型新熱源的相關課程教學。沿著新熱能的“產生→傳輸→存儲→利用”的技術生命線，優化新熱能方向的課程體系。精選理論、技術和設備的共性要點，以點連線，構建知識和技能的立體矩陣，為后續深造和職業發展打好基礎。基于以上思路，新熱能微專業的課程體系由如圖2所示的“三角形”課程模塊構成，其中上方屬于專業基礎課，下方屬于專業課。

“新熱源性質與轉化原理”模塊：工程熱科學基礎課程包括工程熱力學、工程流體力學、傳熱學和儲熱材料性質四個部分，面向電力行業的用人需求，培養學生掌握各種能量傳遞、存儲與轉換的基本理論和方法，運用以上知識分析和解決實際工程問題的能力，并為后續專業課提供學習基礎。儲熱材料性質的增加能夠完善學生的知識體系，提升為國家和行業服務的能力。綠色燃料與燃燒課程主要講授典型BTX和PTX生產工藝、燃料性質、燃燒原理、污染物生成及減排，例如NOx。本課程使學生掌握燃燒的基本理論，為后續熱機設備的學習打下基礎，并擴寬學生的專業視野，加深認識儲能的作用和技術。太陽能聚光集熱課程培養學生理解和解決光熱發電技術中的太陽光的聚光、集熱和傳熱的基本原理和鏡場設計理論，可根據項目或產業需求而適時開設。基于本模塊，結合本校在傳統能動專業的教育優勢，整合產學研資源，打造線上、線下及其混合式“金課”，為課程體系構建打下良好基礎。

“核心技術與設備”模塊：泵與風機主要針對熱能利用中給水、壓縮空氣、排煙通風等常見通用型設備。通過燃氣輪機與聯合循環和燃氣內燃機及多聯產課程重點學習聯合循環和多聯產的技術原理、系統構成，以及燃氣輪機、汽輪機、燃氣內燃機等熱機設備。充分結合電力行業應用型人才的培養目標，合理調整教學范圍和深度。簡要講解其他動力設備，例如螺桿膨脹發電機。此外，融入并充分學習余熱鍋爐、煙氣或熱水型空調等設備。過程控制與儀表學習相關的控制原理、控制器件、常用的溫度、壓力和流量等儀表，培養項目運行必備的能力。本模塊起到承上啟下的作用，是專業基礎課內容的應用，也是應用型設計和實踐的對象。通過本模塊可探索“工程管理+”創新人才培養模式，為其他專業學生學習本專業提供大量應用型知識，便于培養交叉型復合型人才。

“應用型設計和實踐”模塊：本校在燃氣熱電聯產、分布式能源項目、儲熱實驗平臺建設與運行等方面積累了豐富的經驗，并與企業保持良好的合作關系。本模塊將深化校企合作，引入企業資源和業界導師，從工程應用中選題，通過實訓實習基地改革實踐教學，并為優秀學生提供實習和就業機會，促進協同育人。具體地，熱力系統設計與選型開展燃機聯合循環的熱力性能計算，主要設備選型;或者開展燃氣內燃機多聯產項目的熱力計算、余熱鍋爐與非典空調選型。煙氣換熱器設計和儲熱系統設計分別基于實際項目中的煙氣-水或水蒸氣換熱案例和蓄熱蓄冷方案，開展換熱器和儲熱系統設計與校核計算，儲熱材料篩選，起到應用與鞏固熱科學基礎等課程的基礎理論。熱工參數檢測與控制基于熱控實訓和仿真平臺，操練常見儀表的安裝和使用，基礎的控制編程案例。本模塊是前兩個模塊的應用具象，可深化理解前兩個模塊，能夠發揮學以致用、回顧鞏固的作用，從而構建完整閉合的“理論-技術-實踐”課程體系。

三 結束語

新熱能微專業瞄準國家能源行業減碳、提效和儲能的戰略需求，與產業發展高度一致，與戰略性新興產業緊密連接，響應能源企業人力資源的緊迫需求，著重提升人才培養與社會需求的匹配度。本文立足于應用型本科教育以及區域狀況，匯總分析了“雙碳”背景下新熱能資源的類型和利用方式，研討了新熱能微專業課程體系的制定策略，構建了適宜本校的課程體系方案。以核心技術和設備作為教學主線;通過整合精煉專業基礎課，降低理論學習難度，提高應用型知識的比重;通過設置源于真實工程項目的設計和實操，夯實應用型人才的技能培養。方案具有前沿性，突出實踐性，能有效拓展學生的專業視野，豐富知識儲備，強化專業能力。熱能微專業將完善新能源科學與工程專業、能源服務工程專業等的培養體系，優化課程體系配置。新熱能微專業的建設將推進能源類應用型本科教育教學的改革，打造成一個“樣板工程”，以點帶面推動更多高質量微專業項目的建設，促進新工科建設，加快本科專業現代化升級，實現高等教育內涵式發展，培養更多服務社會、促進國家發展的高水平應用型人才。

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基金項目：2020年度江蘇省教育科學規劃課題重點項目“新工科背景下應用型本科課程質量建設提升路徑與模式創新研究”（B-a/2020/01/13）

第一作者簡介：宋國輝（1984-），男，漢族，江蘇徐州人，博士，副教授。研究方向為新能源與新型儲能技術。

*通信作者：王紅艷（1972-），女，漢族，河南漯河人，博士，教授，教學質量管理與評估處處長，碩士研究生導師。研究方向為新能源發電及利用，高等教育管理。