小型风光互补发电教学平台建设

[摘要]相比单纯的风力发电或太阳能光伏发电，风光互补发电更具天然优势，应用前景广阔。在电力职业院校建设小型风光发电教学平台，一方面是为了适应新能源发电职业教育发展要求，另外一方面可以为风光发电企业提供人才保障，从而促进风光互补发电企业和电力职业院校共同发展。

[关键词]风光互补；电力职业院校；教学平台

[中图分类号]G642 [文献标识码]A [文章编号]1671-5918（2016）04-0114-02

引言

能源对人类的重要性不言而喻，近几年随着经济步伐的加快，世界各国也逐渐认识到在常规能源利用过程中对环境和生态系统的破坏，人们对此也付出了沉重的代价，新的能源形式和利用呼之欲出，为此很多国家相继出台相关政策，治理和缓解已经恶化的环境，并把挖掘开发、有效利用可再生、无污染的新能源作为可持续发展的重要内容。

风能、太阳能是人们最先想到、最容易获取和利用的可再生能源，但其不稳定、不连续的特点在季节更替和天气变化时又表现得十分突出，单一形式的风力发电或单一形式的太阳能光伏发电都存在发电量不稳定的缺陷而收到制约，但二者具有天然的互补优势，即白天光照强，夜间风量多；夏天光照好、风力弱而冬春季节风大、光照弱。风光互补发电系统克服了单纯风能和太阳能发电的不足，具有较高的性价比，呈现出光明的应用前景。

当前，高等职业教育进入新的发展阶段，在坚持以服务为宗旨、以就业为导向积极适应区域经济和社会发展的需求的基础上，很多职业院校根据国家新能源战略以及产业结构升级转移的目标要求，开设了新能源及相关专业。2010年教育部核定增选的新能源类专业就有新能源应用技术、风力发电设备及电网自动化、新能源发电技术和光伏发电技术及应用等。

为配合国家支持高等职业院校提升专业服务产业发展能力要求和培养模式的改革，探索和实践新能源应用技术专业已成为职业院校一个新的目标方向。

一、小型风光互补教学平台建设的目的意义

风能、太阳都是重要的可再生的清洁、无污染能源，并且使用安全、储量丰富、可持续发展等特点普遍收到重视和应用。职业院校大力开展新能源的课程建设，以风光互补发电技术为典型作为着手点，目的就是让学生通过认识、学习、掌握风光发电技术的基本理论和基本技能，适应今后新能源发电企业的岗位需求和要求，积极投身国家风光发电事业，建设资源节约型和环境友好型社会。

当前，在国家重视并大力发展职业教育的新时期，在电力职业院校里建设小型风电互补发电教学平台，必将促进电力职业院校和风光互补发电教学平台共同发展。

（一）节约成本。在电力职业院校建设风光互补发电项目，能为学校的用电设备供电，节省了学校的用电成本。在学校办公楼、教学楼、实训楼、餐厅等屋顶建设光伏发电，还会有“隐形效益”。在屋顶安装太阳能电池板，使顶层房间在夏天时空调用电量减少，进一步节省了用电成本，形成。

（二）教学示范。在电力职业院校建设小型风光互补发电教学平台，一方面电力职业院校拥有专业教师，发挥自身的优势，可以增设新能源专业方向，充分发挥教学平台的教学示范功能，培养新能源专业的学生，毕业后可以去太阳能、风能发电企业工作；另外一方面可以对风能、太阳能发电企业员工进行技能鉴定。

二、小型风光互补教学平台的建设

（一）系统组成。风光互补发电系统主要由风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄电池、逆变器、交流直流负载等部分组成，可从以下几方面给来具体来描述。

1.风力发电的原理是风力机将风能转换为机械能，风力发电机再将机械能转换为电能，进而通过风电控制器对蓄电池充电，最终经过逆变器对负载供电。

2.光伏发电的原理是太阳能电池板受光照后产生光伏效应，将光能转换为电能，然后通过控制器对蓄电池充电，最后经逆变器将直流电转换为交流电对负载进行供电.

3.逆变系统由几台逆变器组成，把蓄电池中的直流电变成标准的220V交流电，保证交流电负载设备的正常使用。同时还具有自动稳压功能，可改善风光互补发电系统的供电质量。

4.控制部分根据日照强度、风力大小及负载的变化，不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调节：一方面把调整后的电能直接送往直流或交流负载。另一方面把多余的电能送往蓄电池组存储。发电量不能满足负载需要时，控制器把蓄电池的电能送往负载，保证了整个系统工作的连续性和稳定性。

5.蓄电池部分由多块蓄电池组成，在系统中同时起到能量调节和平衡负载两大作用。它将风力发电系统和光伏发电系统输出的电能转化为化学能储存起来，以备供电不足时使用。

风光互补发电系统根据风力和太阳辐射变化情况，可以在以下三种模式下运行：风力发电机组单独向负载供电；光伏发电系统单独向负载供电；风力发电机组和光伏发电系统联合向负载供电。

风光互补发电比单独风力发电或光伏发电有以下优点：利用风能、太阳能的互补性，可以获得比较稳定的输出，系统有较高的稳定性和可靠性；在保证同样供电的情况下，可大大减少储能蓄电池的容量；通过合理地设计与匹配，可以基本上由风光互补发电系统供电，很少或基本不用启动备用电源如柴油机发电机组等，可获得较好的社会效益和经济效益。

（二）平台建设。依据职业院校专业建设要求风，建设小型风光互补教学平台可从课程建设、实训系统建设三个方面着手进行。

1.课程建设

围绕学校新能源教学大纲目标要求规划课程建设，其中风光互补发电技术为理实一体化类型课程，作为职业院校高年级学生必修课，按照预期需要达到的知识目标、能力目标和素质目标，安排、规划和设计教学课程的主要内容、课程进度和教学方法，使学生掌握风光互补发电系统的运行原理和结构组成，掌握风光互补发电系统中风力供电装置和光伏供电装置的安装、调试与使用，能够进行适当的风光互补发电系统设计。

（1）在课程教学设计中，主导以学生为本来设计分配教学任务，以任务驱动引领，严格实施“教、学、练、做”过程，紧密结合购置的风管互补实训装置，充分利用形式多样的现代化教学手段和方法，生动活泼地开展实训教学活动。

（2）在课程的教学内容和要求上，设计单元化和模块化教学内容，运用情境教学形式实施教学进程。教材选用国家示范性高等职业院校规划教材《风光互补发电技术》，内容包括风能、太阳能发电系统设计、风光互补路灯照明系统设计、PLC风光互补发电系统设计、风光互补发电系统安装与维护以及远程监控系统。

（3）在考核评价方面，注重过程和结果、理论与实践的多元化考评方式，把培养学生的动手实践能力、分析解决实际问题的能力落到实处，对有进取和创新意识的学生给予鼓励和重点培养。

2.实训系统建设

建立与课程相配套的实训系统是建设教学平台的重要部分。

（1）根据学生人数和实训装置所占空间，按照学校实训室建设的标准要求，选择适当地点建立小型风光互补发电系统实训室。

（2）购置或搭建小型风光互补发电系统实训装置（以南京康尼科技有限公司的KNT―WP01风光互卒f，E电实训装置为例）。

整套设备设计了关于光伏发电系统和风力发电系统的19个实训项目，较为全面地介绍了光伏发电系统和风力发电系统的基础知识，系统主要功能是按照实训模拟要求，对小型风光发电系统实现状态监控与保护。利用该实训系统装置通过实训指导，学生（学员）可达到自行完成对系统的安装、接线、故障排查、PLC控制、组态画面设计、系统调试等系列实训操作的能力目标要求。

整个系统由风力供电控制单元、光伏供电控制单元、小型风力机模拟单元、小型光伏板模拟单元、逆变输出单元。其中风力供电控制单元和小型风力机模拟单元构成风力发电系统，光伏供电控制单元和小型光伏板模拟单元构成太阳能光伏发电系统，两个系统发出的电能经储能电池（输出电压为12VDC）送入逆变单元，最后转换为交流电（220VAC）供给外部负载。

通过课程和实训两方面的建设，基本形成了小型风光互补发电教学平台，可以看出教学平台的建立不仅涵盖了风光发电、电力电子、PLC、组态软件等都门课程知识，而且还可以进行现场情境授课，发挥教学示范功能。在此基础上，还可带领学生拓展挖掘实训项目，为学生提供更加丰富的毕业设计研究内容和实践机会。

3.师资建设

在拥有课程和实训建设的基础上，配备“双师型”的师资队伍是现代高等职业教育的重要方面，如果实现良好的理论教学和实训功能的充分发挥，那么就要选配具有丰富的理论教学经验和实践操作技能的教师队伍。

通过加快培养和人才引进相结合壮大“双师型”队伍，同时，通过校企合作方式，适当聘用经验丰富的现场人员为兼职讲师到校讲授实训课程。

毋庸置疑，风光互补发电系统教学平台的建设，能更好地体现学校贯彻国家职业教育的理念，实现以学生为本，服务新能源专业需求，将来更好地为社会服务的宗旨。

三、结论

建设小型风光互补发电教学平台，无论从环境保护和生态文明理念，还是从有效开发利用新能源的意识上教育和启发学生，更重要的是符合国家培养职业人才的战略方针，为国家的电力事业发展提供智力支持和人才保障，必将产生巨大的社会和经济效益。