风能与动力工程专业实习模式的研究与实践

摘要：针对风能与动力工程专业实习教学中存在的问题，结合培养宽口径、多层次、强能力应用型专业人才的要求，提出了“校内与校外结合、虚拟与现实结合、学校与企业结合、集中与分散结合”的“四结合”原则，探索建立了“认识实习、拆装实习、风电场仿真实习、毕业实习”共四个层次的专业实习模式。

关键词：风能与动力工程专业；认识实习；拆装实习；风电场仿真实习；毕业实习

中图分类号：G642.44 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）29-0084-03

风能与动力工程专业是适应当前风电等战略性新兴产业发展的良好形势、准确把握当今能源和环境等热点问题的发展方向、适应建设“两型”社会和发展“低碳”经济要求而战略性开设的新兴专业。实习模式是现代高等教育中的一个重要组成部分，是将理论课程中的二次经验知识转化为学生个人的直接实践认识的一个重要手段，是理论教育和生产实践相结合的一个重要方式。[1-2]开展实习模式的研究与实践是“风能与动力工程”专业建设的核心内容之一。通过开展对风电场、风电制造企业、国内相关专业的发展现状、人才需求、人才培养的调研与分析，针对风能与动力工程专业实习教学中存在的问题，结合培养“宽口径、多层次、强能力”应用型专业人才的要求，为提高学生的创新实践能力，课题组从实验室建设、实习基地建设、实习教学内容、实习教学方式等方面对专业实习模式进行了研究与实践，构建了具有特色的“四层次、四结合”的风能与动力工程专业实习模式。

一、风电产业的快速发展迫切需要大量风电专业人才

为了保障国家能源安全、保护生态环境、促进社会和经济的可持续发展，实现“2020年非化石能源消费比重提高到15%、单位国内生产总值二氧化碳减排40%～45%”的目标，近年来我国风电产业迅猛发展，2013年我国风电累计装机容量已达9142万千瓦，占世界累计装机总量的28.7%；新增装机容量已达1610万千瓦，占世界新增装机总量的45.1%，两项指标均已居世界第一位，目前风电已经成为我国的第三大能源，开始引领世界风电发展。[3，4]

根据我国规划，2020年中国风电装机将达到1.5亿kW～2.5亿kW，形成每年4000多亿的工业附加值，提供约50万人的就业岗位。今后几十年，风力发电产业将持续、高速发展，亟需大量的风动专业人才。但由于我国风电是近几年发展起来的新兴产业，之前缺乏这方面的专业教育资源，我国从事风电的技术骨干大多数是从其他行业转行过来的，他们普遍缺少风电方面的系统专业培训和技术学习。实践创新能力强的高级风电专业人才尤为短缺，已经影响了我国风电产业的健康发展。从风电企业新需求的职位来看，风电企业对现场工程师、维护工程师等工程类人才、电气研发设计人才和复合材料专业人才十分需要。[5，6]

二、风电专业人才需要具备过硬的意志和创新实践能力

经过大量调查发现，风电行业与火电行业不同，风电场现场的运行维护人员很少。经过在内蒙古华电辉腾锡勒风电场、江西长岭风电场、湖南郴州仰开湖风电场、湖南邵阳南山风电场、湘电风能、南车时代风电、浙江运达等风电企业实地调研的结果表明，装机容量在5万千瓦左右的风电场，整个风电场的运行、巡检及管理人员总共只需要15～30人；而100万千瓦火电厂一般需要500～1000人，且主要集中在集控运行与设备维护领域。风电行业最大的人才需求在装备制造环节，以及风电场的规划、设计、施工与维护及风力发电机组设计与制造、风能资源测量与评估、风力发电项目开发等风电相关的技术与管理方面。我国风资源主要分布在“三北”（东北、华北、西北）地区、东南沿海及其岛屿地区，主要包括东北三省和内蒙古、甘肃、青海、、新疆、河北等省区；海上风能丰富，我国海上风能资源丰富，海上风速高，很少有静风期；内陆湖泊和特殊地形等只有局部有风能丰富地区。几乎所有风电项目都远离都市，工作环境比较恶劣，风电人才需要具备到边远艰苦地方工作的身体素质和意志品质，大多数风电技术人员都要到现场去。这些特点也导致目前一部分人才不愿转行到风电行业，导致目前风电人才更加紧缺。[5，6]因此，风电人才的需求面虽然很广，但风电专业人才需要具备过硬的意志和创新实践能力。

三、风电专业人才需具备多学科、强实践的知识结构能力

近年来尽管我国风电产业迅猛发展，但由于风电产业是新兴产业，之前没有这方面的技术储备，我国风电产品的自主知识产权和核心技术非常缺乏，导致很多企业都是从国外购买图纸和技术进行生产制造，风电行业人才需要具有较强的国际交流能力；而且，风电是一门涉及机械、流体、材料、电气和控制等多学科的新兴行业，风电产品的开发需要具备多学科的知识体系；另外，风电产品在风电场运行时还面临很多并网控制、安全可靠性、结构优化、制造成本等方面的难题，需要不断研究创新予以解决；此外，风电设备制造和风电场设计、施工、运行与维护是一项集空气动力、机械制造、发电技术、电子控制和高可靠性设计为一体的综合性高新技术工作。风电产业需要有设计、制造、安装、调试及运营管理的系统化的人才培养体系。[5]所以，风电专业人才需具备多学科、强实践、国际化等多方面的知识结构能力和创新意识，给风电专业人才知识结构的设计和实践能力的培养带来很大挑战。

四、风能与动力工程专业实习模式应当遵循的原则

1.符合风能与动力工程专业培养计划要求

长沙理工大学“风能与动力工程”专业实习模式的设置应当以符合“风能与动力工程”专业人才培养目标和就业需求为指导原则。“风能与动力工程”专业人才培养目标：风能与动力工程本科教育是以培养德、智、体、美等全面发展，基础扎实，知识面宽，有较高的综合素质、一定的工程实践能力和创新能力，能胜任风电场的规划、设计、施工、运行与维护及风力发电机组设计与制造、风能资源测量与评估、风力发电项目开发等风能与动力工程专业的技术与管理工作，并能从事其他相关领域的专门技术工作的高级工程技术人才。

2.满足风电专业人才就业领域的行业需要

风能与动力工程专业本科学生的就业主要集中在风电场、风电制造企业、考研深造等领域，风电专业人才需具备机械、流体、材料、电气和控制等多学科知识结构和复合型工程技术创新实践能力的需要。所以，风能与动力工程专业实习模式的设置应当遵循“宽口径、多层次、强实践”的原则进行具体设置。一方面为风电领域培养高级工程技术人员，另一方面能为风电研究生、风电高层次研究人才的培养提供强有力的支持。

五、风能与动力工程专业实习模式的研究与实践

针对风能与动力工程专业学生实习中遇到的“山高路远坑深、不便实习”、“实习费用昂贵、难以承担”、“实习中只能看、不能动”的难题，通过“校内与校外结合、虚拟与现实结合、学校与企业结合、集中与分散结合”的四结合原则，探索建立了“认识实习、拆装实习、风电场仿真实习、毕业实习”共四个层次的专业实习模式。

1.认识实习模式的研究与实践

“认识实习（风动）”是风能与动力工程专业学生在完成基础理论课程学习后进入专业理论课程学习之前的一个实践教学环节，让学生在学习“电机学、风力机空气动力学、风资源测理与评估、风力发电原理、风电场电气工程、风电机组设计与制造”等专业理论课程前大致了解风电机组的总体构成、控制方式和风电场的运行管理，建立初步概念和认识，为深入理解和掌握专业理论课程知识打下基础。

鉴于湖南省风电场一般位于多风的偏远山区，面临“山高路远坑深、不便实习”、“实习费用昂贵、难以承担”、“实习中只能看、不能动”的难题，本课题组提出了“充分利用多媒体、校内与校外结合”的风能与动力工程专业认识实习模式，即在学生校外参加认识实习之前，在校内精心组织实习动员，除了为学生讲解风电场应注意的安全知识和纪律要求，还播放精心制作的风电视频文件，并邀请风电领域的资深教师为学生讲解有关风电专业知识，让学生在校外参加认识实习之前就对风电有了一个大致的了解；到达风电场以后，再请风电场的专职人员为学生详细讲解风电机组、集中控制室、功率因数补偿、变电站等部分的结构和功能。实践证明，采用这种认识实习模式后，学生在有限的实习经费和有限的实习时间内，大致了解风电机组的总体构成、控制方式和风电场的运行管理，激发了探究式学习的兴趣，取得了良好的学习效果。

2.拆装实习模式的研究与实践

“拆装实习”是风能与动力工程专业学生在学习完“电机学、风力发电原理、风电机组设计与制造”等专业核心课程之后，加深学生对风电机组零部件内部结构及功能与作用的理解、并提高学生的实践动手能力的一个关键实践教学环节。

风电场运行的风电机组的关键零部件（如叶轮、主轴、齿轮箱、发电机、刹车系统、偏航系统、控制系统等）主要位于机舱内，而机舱位于耸立在70～100m高空的塔筒的顶端，并且这些关键零部件一般都体积庞大，拆装与检修都非常困难，学生在现场几乎是不可能进行拆装与检修的。针对这种情况，本课题组提出了“充分利用CAD软件及实验设备资源，虚拟与现实结合”建设风能与动力工程专业拆装实习实验室，形成了独具特色的虚实结合的风动专业拆装实习模式。

课题组组织专业老师利用CAD软件，在第一阶段开发设计了MW级风力机叶片三维模型、风电齿轮箱三维模型、风电塔筒三维模型等CAD模型，使在实验室条件下不可能以实体尺寸建设、也不可能在现场进行实体拆装的庞大实物得以在实验室内进行内部结构展示和拆装练习，增强了学生对整体结构的认识。

另外，课题组还组织专业老师建设了“风动专业拆装实习实验室”，配置了TRM-JX3型风光互补移动实验台、Z-300W（A）小型风力发电机、异步电动机、行星齿轮箱、设备点检故障诊断仪、轴承诊断振动分析仪、粗糙度仪、数字存储示波器等拆装与检修实习设备及仪器，克服了虚拟仿真实验难以反映实际故障的弱点，提高了学生解决实践问题的能力。

3.风电场仿真实习模式的研究与实践

针对风电场建设成本昂贵、风电场地处偏远不便实习、以及实验室建设困难的问题，本课题组提出了“广泛吸引社会资源、学校与企业结合”共建校内风电场仿真实验室，形成产学研良性循环的风电场仿真实习模式。

课题组在建设风能与动力工程专业实验室的过程中，充分发挥我校在能源动力领域的办学优势，广泛吸引社会资源支持新兴产业专业办学，与北京木联能软件技术有限公司签订了《产学研合作协议》和《WEPAS教学版软件赠送协议》，北京木联能软件技术有限公司向我校捐赠19套WEPAS教学软件，总价值为205.2万元，对本专业“风电场建模与仿真”、“风电场仿真实习”课程的教学起到了良好的促进作用。同时，专业师生将软件使用中的一些体会反馈给企业，并开展一些相关研究，促进软件的改进与推广，形成了产学研的良性循环。

另外，课题组还争取中央财政项目支持，购置了35台计算机、1套PH-1移动式气象站、1套PH-1车载气象站、2台PH450手持式气象站、1套气象数据采集软件系统和1套用于复杂地形风电场资源分析的WINDSIM软件，方便学生将实测数据输入计算机，完成真实风电场的仿真实习，提高学生分析实际问题的能力。

4.毕业实习模式的研究与实践

毕业实习是学生在毕业之前进行的一个历时最长的实践环节，也是综合运用所学专业知识、启发毕业设计（论文）工作思路、积累实践工作经验的一个重要环节，让学生在进入企业工作之前进一步提升创新实践能力。

针对风电产业链极度分散分布、多学科的风电专业知识结构需求、风电企业容纳学生实习能力有限以及学生就业需求主要集中在风电制造企业和风电场的特点，本课题组提出了“多学科领域拓展，集中与分散相结合”的风动专业毕业实习模式，允许学生提早联系就业单位实习，实现风动专业学生“宽口径、强能力”培养。

课题组牵头与大唐华银城步南山风电场、华电郴州仰天湖风电场、中电投江西长岭风电场等建立了稳定的风电场实习基地，为专业学生到风电场的集中实习提供了保障；还与湘电集团有限公司、湘潭兴业太阳能科技有限公司、北京木联能软件技术有限公司等签订了产学研合作协议，为部分优秀学生到风电生产企业实习提供了条件；也有部分学生自主联系了福建六鳌风电场、华仪风能有限公司等单位分散实习，有效缓解了风动专业学生集中实习面临的难题。

六、教学效果

在本课题的研究与实践过程中，已将研究成果转化为风能与动力工程专业人才培养计划的修订、完成了“风能与动力工程”（现已按教育部目录统一修改为“新能源科学与工程”）专业人才培养计划2013版的修订工作；研究成果已指导风电专业课程教学大纲的制订、风电专业实习教学环节和实验室条件建设等方面的工作，具有较好的指导意义。

通过本项目研究，针对风能与动力工程专业学生实习中遇到的“山高路远坑深、不便实习”、“实习费用昂贵、难以承担”、“实习中只能看、不能动”的难题，探索提出了“四层次、四结合”的风动专业实习模式，取得了良好的教学效果。

参考文献：

[1]李录平，张拥华.基于工程意识和能力培养的理工院校实践教学改革与探索[J].黑龙江教育，2010，（4）.

[2]李录平，张拥华，周键，等.高等学校实践教育多维度理念探析[J].中国大学教育，2011，（11）.

[3]李俊峰，蔡丰波，乔黎明，等.2013中国风电发展报告[M].北京：中国资源综合利用协会可再生能源专业委员会，2013：9.

[4]国家能源局.国家能源科技“十二五”规划[M].北京：中国电力出版社，2012：4.

[5]何建军，陈荐.风电人才需求与人才培养模式的研究[J].中国电力教育，2010，（31）.

[6]陈建林，陈荐.新能源科学与工程本科专业人才培养模式探究[J].中国电力教育，2013，（22）.