中國儲能網(wǎng)訊：摘 要 “雙碳”目標的提出，加速了我國能源結構由傳統(tǒng)化石能源向可再生能源轉型，但高滲透率的可再生能源發(fā)電給電力系統(tǒng)帶來諸多問題，這些問題的解決催生了儲能技術。本文首先介紹了我國儲能技術發(fā)展現(xiàn)狀。在我國政策鼓勵、產(chǎn)業(yè)需求下，儲能行業(yè)發(fā)展迅猛，并且按照當前的政策導向和要求，儲能技術仍有巨大的發(fā)展空間，但是，這勢必會導致儲能技術專業(yè)人才短缺問題愈加突出。其次，本文闡述了我國儲能學科建設現(xiàn)狀。為了緩解儲能人才匱乏的壓力，我國各大高校積極籌劃申報儲能專業(yè)，已增設“儲能科學與工程”等相關專業(yè)的高校已達26所。最后，在新工科背景下，提出儲能學科體系建設構想，圍繞儲能領域產(chǎn)業(yè)應用型人才培養(yǎng)目標，沿著素質(zhì)、知識、能力3個維度的人才培養(yǎng)思路，遵循“跨學科交叉融合”課程設計主旨思想，建設儲能學科課程體系，提出校企結合、科教融合、5+4+1考核的人才培養(yǎng)模式，實現(xiàn)儲能學科“從0到1”的突破，致力于培養(yǎng)出儲能行業(yè)“高素質(zhì)、強基礎、創(chuàng)新型”的杰出人才。
關鍵詞儲能；學科建設；課程體系；人才培養(yǎng)模式
2021年3月中央財經(jīng)委員會第九次會議首次明確要構建以可再生能源為主體的能源體系。然而，隨著我國可再生能源裝機規(guī)模迅速增大，用戶側負荷呈多樣性變化，電力系統(tǒng)面臨綜合效率不高、運行靈活性受限、各類電源互補互濟不足等諸多問題。為解決以上問題，儲能技術應運而生。儲能不僅可以平滑功率輸出、跟蹤計劃出力、削峰填谷，還可以改善電能質(zhì)量、調(diào)頻調(diào)壓、提高系統(tǒng)可靠性、輔助分布式電源接入等，大大減少棄風棄光，支撐可再生能源大規(guī)模開發(fā)和并網(wǎng)。儲能技術的大規(guī)模應用，將深刻影響電力系統(tǒng)中資源配置結構，加快我國乃至全球能源結構調(diào)整。
目前，隨著電力行業(yè)儲能配置需求以及儲能技術的不斷進步，儲能行業(yè)發(fā)展迅猛，儲能技術對于高質(zhì)量專業(yè)人才的需求呈現(xiàn)井噴式增長。然而，我國儲能行業(yè)發(fā)展時間較短，并沒有培養(yǎng)足夠多的相關人才，儲能領域各方面面臨專業(yè)人才供給嚴重不足的巨大挑戰(zhàn)。因此，目前各個高校也積極行動起來，對儲能技術學科建設給予足夠的重視，加大儲能技術的科研力度。但儲能技術涉及眾多學科的知識，具有較強的學科交叉性，而且隨著工程研究的不斷深入，儲能技術隨之會有較快的更新迭代，這就給各個高校對于儲能技術相關人才培養(yǎng)帶來很大的困難。所以如何構建儲能學科課程體系及如何選擇人才培養(yǎng)模式來應對儲能技術學科交叉及更新較快的挑戰(zhàn)顯得尤為重要，進而對提高儲能技術創(chuàng)新，促進能源結構轉型，以及搶占能源戰(zhàn)略制高點具有重要的意義。
本文圍繞儲能領域高質(zhì)量人才培養(yǎng)需求，首先描述了“雙碳”目標下能源結構轉型的背景中我國儲能技術發(fā)展現(xiàn)狀，并對儲能高質(zhì)量人才需求進行分析，提出培養(yǎng)應用型人才的儲能學科課程體系建設構想，并進一步對儲能人才培養(yǎng)模式展開論述，最后對儲能技術人才的未來發(fā)展做進一步的展望。
1 我國儲能技術發(fā)展現(xiàn)狀
近年來，我國可再生能源裝機容量迅速增加，截至2021年6月底，我國可再生能源發(fā)電裝機總規(guī)模達9.71億千瓦，占總裝機的比重達43.1%。以風光為例，2012—2020年我國可再生能源新增裝機容量趨勢如圖1所示?？稍偕茉吹拇笠?guī)模入網(wǎng)，極大刺激了儲能需求。實際上，自2016年儲能首次進入國家發(fā)展規(guī)劃，近幾年，國家一直加大政策支持力度。2020年6月，國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布《關于做好2020年能源安全保障工作的指導意見》要求提高電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，推動儲能技術應用；同年8月，國家發(fā)改委官網(wǎng)公開征求對《國家發(fā)展改革委 國家能源局關于開展“風光水火儲一體化”“源網(wǎng)荷儲一體化”的指導意見(征求意見稿)》具體部署中，給我國儲能產(chǎn)業(yè)明確了發(fā)展方向，鼓勵創(chuàng)新型儲能技術的產(chǎn)生。目前我國已有多個地區(qū)提出可再生能源配置儲能要求，部分地區(qū)相關政策匯總見表1。據(jù)不完全統(tǒng)計，2020年全年我國共發(fā)布了152項儲能政策，其中國家政策49項，地方政策103項。
圖1 中國可再生能源新增裝機容量趨勢(單位：GW)
表1 部分地區(qū)可再生能源配置儲能政策
表1中各地區(qū)均按不低于10%配備儲能設施。因此，假設從2021年開始測算，在每年風電、光伏裝機為60 GW的情況下，如果按10%的容量配置儲能，大概每年需要新增6 GW儲能。由此可見，儲能的發(fā)展空間非常大，并且隨著技術進步和產(chǎn)能推動，儲能成本不斷下降，更加激發(fā)了儲能行業(yè)規(guī)?；l(fā)展。近日，國家發(fā)改委、國家能源局共同發(fā)布了《關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》，明確到2025年，實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展轉變，實現(xiàn)裝機規(guī)模達3000萬千瓦以上。我國儲能市場將由百MW/MW·h級時代步入GW/GW·h級時代，大規(guī)模、大容量的儲能將廣泛有序地應用于新型電力系統(tǒng)的發(fā)電側、電網(wǎng)側、用戶側各環(huán)節(jié)。
2 我國儲能學科建設現(xiàn)狀
目前，儲能產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展與儲能領域?qū)I(yè)人才短缺的矛盾日益突出，建設和發(fā)展儲能學科已成為國家重大戰(zhàn)略需求。為加快儲能領域“高精尖”人才培養(yǎng)，2020年1月，教育部、國家發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合制定印發(fā)的《儲能技術專業(yè)學科發(fā)展行動計劃(2020—2024年)》(以下簡稱《行動計劃》)指出：首先，高校人才培養(yǎng)體系需打破學科專業(yè)壁壘，加快多學科多領域交叉融合、協(xié)同創(chuàng)新，完善儲能學科建設；其次，大力培養(yǎng)技術研發(fā)型人才和產(chǎn)業(yè)應用型人才；最后，加強科教聯(lián)動，產(chǎn)教融合，促進教育鏈、人才鏈和產(chǎn)業(yè)鏈有機銜接和深度融合?！缎袆佑媱潯匪闹饕獌?nèi)容如圖2所示。
圖2 《行動計劃》主要內(nèi)容
全國多所高校正積極響應《行動計劃》籌劃儲能專業(yè)，截至目前，全國共有17省市26所高校增設了“儲能科學與工程”專業(yè)(26所高校儲能學科建設概況見表2)。其中西安交通大學深度融合動力工程及工程熱物理、電氣工程、材料科學與工程、電子科學與技術、物理學、化學六大學科，實現(xiàn)基礎科學、能源科學、信息科學等的深度融合，建立本-碩-博貫通的培養(yǎng)模式，保證人才培養(yǎng)周期，圍繞熱質(zhì)儲能、電磁儲能和儲能系統(tǒng)三大模塊開展跨學科協(xié)同人才培養(yǎng)。華中科技大學以能源動力和電氣工程為主，兼顧材料科學、化學工程等，依托學校現(xiàn)有的3個國家實驗室，2個國家級試驗教學示范中心，開展跨學科人才培養(yǎng)，涉及電化學儲能、熱儲能、機械儲能、電轉氣技術、分布式儲能、離網(wǎng)儲能等研究方向。北京科技大學聚焦電力儲能與冶金工業(yè)用能交叉領域，以冶金工程為主體，依托其專業(yè)優(yōu)勢，融合動力工程與工程熱物理、材料科學與工程、人工智能科學與工程等專業(yè)，構建工業(yè)儲能、物理儲能、化學儲能、智慧儲能與能源互聯(lián)網(wǎng)4個教學板塊，進行儲能人才培養(yǎng)，其本科生培養(yǎng)以基礎理論知識為主，涉及數(shù)學、物理、化學、儲電、儲氫及儲熱專業(yè)。儲能作為典型學科交叉支撐的新工科專業(yè)，跨學科的人才施教方式是必然選擇，不同高?？山Y合自身專業(yè)優(yōu)勢，尋找現(xiàn)有學科之間的融合點，最大化利用現(xiàn)有學科軟硬件資源，確定儲能專業(yè)發(fā)展方向，據(jù)此設置人才培養(yǎng)體系，培養(yǎng)儲能領域“高精尖”人才。
表2 26所高校儲能學科建設概況
同時，為促進儲能產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展，國內(nèi)儲能領域?qū)＜?、學者撰寫了相關研究方向的一系列教材，部分儲能學科教材見表3。
表3 部分儲能學科教材
3 儲能學科體系建設構想
3.1 新工科背景
當今世界各國的競爭，本質(zhì)上是人才競爭，國家安全、經(jīng)濟社會發(fā)展都離不開創(chuàng)新型人才。面對以新技術、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式為特征的新經(jīng)濟，2017年，教育部提出“新工科”發(fā)展規(guī)劃，旨在樹立工程教育新理念、新結構、新模式、新體系。其中，培養(yǎng)學生解決復雜和不確定性工程問題是我國高等工程教育的一項重要內(nèi)容，也是全世界工程教育所面臨的共同課題，因為沒有兩個工程項目完全相同。因此，在產(chǎn)業(yè)融合、能源轉型的背景下，培養(yǎng)高素質(zhì)、強基礎、創(chuàng)新型的杰出工程人才已成為高等工程教育的重要任務。
3.2 人才培養(yǎng)思路及目標
儲能技術專業(yè)人才的缺乏很大程度上制約了儲能行業(yè)健康發(fā)展。為順應我國新工科建設和國際工程教育發(fā)展新趨勢，高校可依托現(xiàn)有學科專業(yè)，從產(chǎn)業(yè)應用需求出發(fā)，考慮全鏈條技術需求——儲能本體技術、儲能應用技術、儲能控制技術來支撐儲能學科全方位、整體性建設，并根據(jù)自身定位，圍繞不同的儲能人才培養(yǎng)目標(例如產(chǎn)業(yè)應用型人才、技術研發(fā)型人才等)靈活設置不同課程體系及人才培養(yǎng)模式。本文以產(chǎn)業(yè)應用型人才為人才培養(yǎng)目標，提出從素質(zhì)、知識、能力三個維度考慮的人才培養(yǎng)思路(具體見圖3)，培養(yǎng)具有較高的綜合素質(zhì)，過硬的專業(yè)知識，過強的綜合能力以及國際視野的儲能領域高素質(zhì)、強基礎、創(chuàng)新型的杰出工程人才。
圖3 素質(zhì)、知識、能力三維人才培養(yǎng)思路
由圖3可知，素質(zhì)維度包括碳中和理念、可持續(xù)發(fā)展理念、國際視野、緊跟產(chǎn)業(yè)發(fā)展的服務意識等；能力維度主要包括捕獲前沿知識的能力，系統(tǒng)思維能力，運用數(shù)學、科學和工程知識的實踐能力以及能夠在全球化、經(jīng)濟、環(huán)境和社會背景下判斷工程解決方案效果的能力。個人能力的發(fā)揮不僅可以使知識的作用發(fā)揮得淋漓盡致，還可以體現(xiàn)自身價值，素質(zhì)則可以指導能力往正確的方向前進。下節(jié)即從素質(zhì)、知識、能力三個維度出發(fā)，圍繞產(chǎn)業(yè)應用型人才培養(yǎng)目標，進行相應的課程體系建設。
3.3 課程體系建設
儲能學科建設是儲能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的基石，是國家能源戰(zhàn)略重大需求，而課程體系建設又是儲能學科建設的基礎，是實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標的關鍵因素。在新工科背景下，“跨學科交叉融合”被視為工程人才所需具備的核心素質(zhì)之一。“跨學科交叉融合”教學逐漸成為“高精尖”人才培養(yǎng)的重要途徑，高校通過將現(xiàn)有不同學科專業(yè)交叉融合，可形成學科之間動態(tài)交叉整合，不僅突破單一學科局限性進而豐富了相關學科內(nèi)涵，而且適應了知識創(chuàng)新和社會需求，有利于培養(yǎng)學生的綜合能力。
儲能技術涉及電氣工程、材料學、化學、能源動力等眾多學科的知識(圖4)，是典型的學科交叉支撐的新工科專業(yè)。按照新工科內(nèi)涵，構建“跨學科交叉融合”課程設計主旨思想，通過儲能相關學科橫向聯(lián)系，打破專業(yè)壁壘，充分利用高?，F(xiàn)有教育資源，培養(yǎng)儲能行業(yè)高質(zhì)量、復合型人才，真正做到儲能學科高起點建設。文獻中指出中國礦業(yè)大學針對跨學科教學進行了教學實踐與探索，并且取得了良好的效果，給儲能學科建設及人才培養(yǎng)提供了借鑒與思考。
圖4 儲能技術涉及學科
根據(jù)以上提出的儲能學科課程設計主旨思想，我們對課程體系建設中的幾個關鍵環(huán)節(jié)設計方案具體如下。
3.3.1 關于跨學科交叉具體方案
以北方工業(yè)大學為例，涉及儲能技術的相關學科(學校已開設)有新能源科學與工程、能源動力、控制科學與工程學科、電氣工程、材料科學與工程專業(yè)等，涉及儲能技術研究方向有大規(guī)模電儲能技術及應用研究、大型抽水蓄能技術等(部分儲能技術研究方向見圖5)，基于此，可以以電氣工程學科為基礎，以優(yōu)勢儲能技術研究方向為主體，以其他相關學科為支撐，補充其他儲能關鍵技術課程，橫向整合現(xiàn)有學科的教師、技術研究人員、校外實踐基地、設備、軟件等資源，培植儲能學科生長點。
圖5 部分儲能技術研究方向
3.3.2 關于素質(zhì)、能力培養(yǎng)的課程設置
依托現(xiàn)有大學生素質(zhì)教育課程體系，塑造大學生健康的核心價值觀。另外，遵循“強實踐、嚴過程”的人才培養(yǎng)理念，依托校企聯(lián)合、教研結合人才培養(yǎng)平臺，加強學生實踐力度，提高實踐環(huán)節(jié)在考核中的權重，最終培養(yǎng)出信念執(zhí)著、品德優(yōu)良、能力突出的拔尖人才。
3.3.3 關于專業(yè)課程設置
專業(yè)課程設置分為4個梯次，第一，工程基礎課，即工程類專業(yè)的通識課程，包括工程制圖及CAD基礎、C語言程序設計、仿真技術與應用等課程；第二，專業(yè)基礎課，即本學科專業(yè)所需基礎知識對應的課程，包括電機學、材料學、大規(guī)模儲能技術等課程；第三，工程專業(yè)課，即本專業(yè)中不同方向(見3.3.4節(jié))所需專業(yè)知識對應的課程，例如機械儲能方向有水輪機、工程熱力學、流體力學等課程，而電化學儲能方向有電化學導論、電化學熱力學、電極過程動力學等課程，故學生學習工程專業(yè)課程需要在選擇所學專業(yè)方向之后；第四，專業(yè)選修課，即每個專業(yè)方向下各個子方向所需增加的專業(yè)知識對應的課程，以及其他專業(yè)延展性技術課程或相關技術課程，學生可以按照不同方向自主選擇選修課程。對于以上專業(yè)課程，高?？梢园凑諏W生入學時間，安排學生分階段逐步學習。
3.3.4 關于專業(yè)方向設置
高?？山Y合自身技術研究重點及當前教育資源，設置相應儲能專業(yè)二級方向及三級小方向。以北方工業(yè)大學為例，結合目前學校儲能技術研究方向(表4)，且儲能技術課題組開展的研究已經(jīng)覆蓋了飛輪儲能、電磁儲能、超級電容儲能、鋰離子電池、鉛酸電池等方面。因此可將二級方向設為：物理儲能方向、電化學儲能方向、電氣類儲能。其中對于物理儲能方向，可根據(jù)技術類型，將三級小方向設為抽水蓄能技術、壓縮空氣儲能技術，飛輪儲能技術；對于電化學儲能方向，由于鋰離子電池應用性最好，但安全問題一直沒有突破，據(jù)此，將三級小方向設為電化學儲能本體技術、電化學儲能安全管理技術；對于電氣類儲能方向，可根據(jù)技術類型，將三級小方向設為電磁儲能、超級電容儲能。
表4 儲能學科的課程體系
綜上考慮，我們對儲能學科課程體系設計(以物理儲能方向為例)具體如表4所示。高?？筛鶕?jù)實際情況，設置課程時間權重，采取線上和線下相結合的靈活授課形式。
3.4 人才培養(yǎng)模式
傳統(tǒng)人才培養(yǎng)模式更加注重理論教學，培養(yǎng)出的學生容易出現(xiàn)高分低能，學生學習主動性未被完全激發(fā)，學生實踐能力、創(chuàng)新能力較弱，加之儲能產(chǎn)業(yè)更新迭代較快，故學生知識能力與產(chǎn)業(yè)實際崗位需求之間很容易存在較大的差異，而產(chǎn)教研結合是實現(xiàn)專業(yè)人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)需求緊密結合的有效途徑之一，更有利于推動社會發(fā)展。所以，從社會需求出發(fā)，圍繞儲能學科人才培養(yǎng)目標，構建了“校企聯(lián)合、科教融合、5+4+1考核”儲能學科新型人才培養(yǎng)模式，如圖6所示。
圖6 儲能學科新型人才培養(yǎng)模式
3.4.1 校企聯(lián)合
在“校企聯(lián)合”模式中，企業(yè)作為校外實踐教學基地，接受學生實習實訓及教師項目培訓，而高校則為學生提供理論知識學習及實驗場所，與企業(yè)一起建設實踐教學平臺。首先，從企業(yè)引進工程項目，通過對多個項目橫向分析以及縱向分解，衍生出不同層次的實驗教學，比如基礎性實驗、綜合性實驗、設計性實驗、創(chuàng)新性實驗等，形成從理論到實踐、從被動到主動、從知識傳授到創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實驗教學體系?；蛘咴趯W生掌握一定的基礎知識之后，參與企業(yè)委托的橫向課題研究或一些綜合性的實踐項目，以項目做引導，讓學生全程參與項目申報、立項、實施等，全方位訓練學生獨立思考、分析解決問題的能力以及科研創(chuàng)新意識。其次，教師不定期到企業(yè)進行項目培訓，及時了解工程中待攻破的難點問題，以解決問題為目的教學。學校不定期地邀請企業(yè)技術人員到學校開展專題講座，和教師、學生進行學術探討等，豐富教師教學內(nèi)容。
通過“校企聯(lián)合”模式，有效聯(lián)合高校院所和企業(yè)的儲能研究團隊，建立技術協(xié)同創(chuàng)新平臺，讓學生、教師“走出去”，把企業(yè)技術人員、項目“請進來”，充分發(fā)揮校內(nèi)外資源優(yōu)勢，以儲能學科建設，聯(lián)合各界推動儲能專業(yè)學科人才培養(yǎng)、技術創(chuàng)新與科技成果轉化。
3.4.2 科教融合
儲能領域高質(zhì)量人才的培養(yǎng)離不開儲能科研的支撐，所以將儲能領域的科研資源(包括設備成果等)向教學資源轉化對人才培養(yǎng)有重大意義。為此，高?？山δ苎芯恐行模热纾簽榇龠M科教融合，促進儲能領域技術創(chuàng)新發(fā)展，北方工業(yè)大學與國網(wǎng)綜合能源服務集團有限公司、國家電投集團中央研究院合作成立了儲能技術工程研究中心，積極開設學科前沿課程或講座，發(fā)揮科研對人才培養(yǎng)的作用。以科研項目為依托，對其進行合理的分解，將科研成果融入教學，鼓勵學生參與科研項目，使其從簡單的課本知識的學習轉入科學研究的殿堂，培養(yǎng)學生獨立思考及創(chuàng)新思維，激發(fā)他們的成就感和使命感。
3.4.3 “5+4+1”考核
新工科背景下對人才的培養(yǎng)更注重素質(zhì)和能力，在以往的教學中，卷面考試成績在衡量學生對于某學科的掌握程度上占有很大的比重，導致學生應試思想嚴重，考前突擊重點知識，考后拋之腦后的現(xiàn)象比比皆是，學生自身的能力水平并未有很大的提升，這樣就失去了日常教學的意義。因此，我們提出“5+4+1”的考核模式，即實踐成績占50%，主要包括實驗成績、實習成績、項目設計成績；考試成績占40%，指期中或期末的卷面成績；課堂表現(xiàn)成績占10%，指課堂出勤率、課堂活躍程度等。這種考核模式可引導學生重視綜合素質(zhì)和能力培養(yǎng)，提升運用理論知識解決實際工程問題的能力、團隊協(xié)作能力、創(chuàng)新能力等。
4 總結與展望
本文從素質(zhì)、知識、能力三個維度出發(fā)，圍繞產(chǎn)業(yè)應用型人才培養(yǎng)目標，遵循“跨學科交叉融合”課程設計主旨思想，建設儲能學科的課程教育體系，提出校企結合、科教融合、5+4+1考核的人才培養(yǎng)模式，解決儲能學科交叉性難題以及因儲能行業(yè)更新較快而產(chǎn)生的專業(yè)教育與產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求脫節(jié)問題。推動儲能行業(yè)、企業(yè)和社會力量深度參與人才培養(yǎng)過程，形成多元協(xié)同的育人模式，更加精準的培養(yǎng)儲能行業(yè)“高素質(zhì)、強基礎、創(chuàng)新型”的杰出產(chǎn)業(yè)應用型人才。在“雙碳”目標下能源結構轉型的進程中，儲能行業(yè)發(fā)展依然會突飛猛進，儲能領域人才需求不會是短期的、間斷的，必將是長期的、可持續(xù)的?？梢灶A見，在不久的將來，這一橫跨多學科領域的復合型人才會成為中堅力量，為儲能的可持續(xù)發(fā)展提供源源不斷的動力。
