风力发电技术课程思政建设探索.pdf

现代商贸工业2023 年第 24 期Modern Business Trade Industry No.24.2023基金项目:2022 年度江苏高校哲学社会科学研究专题项目“双碳背景下六位一体新能源材料与器件专业人才培养方法研究”(2022SJYB1527);苏州城市学院 2022 年高等教育教学改革研究课题“混合式教学模式实践研究 以风力发电技术课程为例”(苏城院教20231 号 14)。作者简介:王前(1991-),女,汉族,安徽宿州人,硕士研究生,讲师,研究方向:新能源发电技术;周彤彤(1989-),女,汉族,山东潍坊人,硕士研究生,讲师,研究方向:图像处理与模式识别(通讯作者)。风力发电技术课程思政建设探索王 前 戴 晓 周彤彤(苏州城市学院光学与电子信息学院,江苏 苏州 215104)摘 要:随着清洁低碳能源体系的构建,新能源行业蓬勃发展,风电光伏产业已经成为最具竞争力的产业之一,对德才兼备的高级应用型人才的需求也更为迫切。结合“风力发电技术”课程涉及面广、学科融合性强等特点,开展课程思政建设,注重思政元素的挖掘和融入方式,以开展线上线下混合式教学、开放实验室、专题调研等方式,在传播知识的同时,增强学生的实践创新能力、文化自信、民族使命感和自豪感。关键词:风力发电;课程建设;教学方法中图分类号:TB 文献标识码:A doi:10.19311/ki.1672-3198.2023.24.0840 引言2022 年5 月,国家发改委、国家能源局发布的关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案中提出,要实现到 2030 年风电、太阳能发电总装机容量达到 12 亿千瓦以上的目标,加快构建清洁低碳、安全高效的能源体系。近年来新能源行业迅猛发展,风电光伏产业已经成为最具竞争力的产业之一,对新能源发电技术人才的需求也越来越大。培养德才兼备的专业技术人才是我国高等教育的重要目标和任务,课程思政是实现大学生的能力素质与思想道德素质双提升的系统性工程,推动课程思政提质增效,是为党育人、为国育才的应然之策。风力发电技术是我院新能源与材料器件专业的核心基础课程,也是我院新建“新能源发电技术”微专业的主干课程之一,为实现知识传授、能力培养与价值引领的有机统一,应注重课程中思政元素的挖掘和融入课程的方法。本文从课程内容、思政元素挖掘、教学方式、思政元素融入方法等角度出发,对风力发电技术课程思政建设进行探索,也为新能源发电技术其他课程的思政建设提供参考。1 课程内容及其中的思政元素风力发电技术课程内容包括绪论、风能及其转换原理、风力发电机组结构、风力发电机、风力发电机组的控制技术、垂直轴风力发电机组和离网风力发电系统。风力发电技术是一门综合性很强的课程,涉及能源、电力、材料、机械、自动控制、气体动力学等多个学科,也包含非常多的思政元素,例如,绪论中主要介绍风能利用及风力发电的历史、中国的风能资源与开发前景、风力发电技术现状与发展及风电机组相关设计标准等。从装机容量上看,中国是世界上排名第一的风电大国。从风能利用的历史来看,中国是世界上最早利用风能的国家之一。物原载:“伏羲始乘桴夏禹作舵加以逢帆樯。”可见,早在上古时期,人们就已经发明了船和筏,到了夏禹时代,就开始使用帆。要利用风,首先要了解风,风的测量分为风速的测量和风向的测量,早在公元 132年,张衡就发明了候风仪,这对后来合理有效地利用风能具有十分重要的意义。这些历史配上相应的图片和动画,容易引起学生学习风电的兴趣,也有利于培养学生的文化自信和民族精神。从全球风力发电的发展中看,能源危机是风电产业崛起的一个重要原因,随着生产力和生活水平提高,世界能源消耗迅速增长,在 20 世纪,世界人口增长 4 倍,而能源消耗增长 16 倍。常规的化石能源储量有限,随着消耗的迅速增长面临数量紧缺和价格提高。并且,化石能源开发和燃烧利用加剧了人类和地球生物生存环境的恶化。唯一的出路是调整能源结构、开发利用清洁可再生能源。在这样的背景下风电逐渐走上了商业化道路,并且技术水平越来越成熟。这也提醒我们敬畏自然,与自然和谐相处,走可持续发展之路。我们也必须认识到在风力发电的发展历史中,我国的风电开发曾长时间处于发展缓慢阶段,直到 1989 年,内蒙古朱日和风电场第一批风电机组投产,标志着我国风电开发进入了商业运行的阶段。从 2003 年起,随着国家连续 5 年组织风电特许权招标,规划大型风电基地,开发建设大型风电场措施的出台,特别是在 2006 年实行了可再生能252现代商贸工业2023 年第 24 期Modern Business Trade Industry No.24.2023源法,在一年之内制定颁布包括优惠电价政策在内的一系列法规、政策措施,我国风电开发建设进入了跨越式的发展阶段。经过 30 多年的努力,中国风电已经取得了巨大成就,在世界能源格局中占据了举足轻重的重要地位,但与欧美等发达国家相比,在风力发电核心技术领域,仍算不上风电强国。中国风电仍有很大的上升空间,我们期待未来有更多的高技术人才投入到风力发电领域。2 教学方式及思政元素融入方法2.1 线上线下混合式教学在线下课程中,风力发电技术主要包括理论课和实验课。理论课以教师讲授为主,学生发言、专题讨论及专题汇报为辅的方式开展,在适当的内容中融入民族责任感、科学精神、可持续发展理念、民族自豪感、大国重器及大国崛起等元素,引导学生讨论和思考,以润物细无声的方式感染学生的价值观和责任感。实验以学生动手探索为主,教师指导、考核为辅的方式开展,内容包括风力机叶片数、叶片长度、桨距角、负载等对输出功率的影响,风力机尖速比的研究、风场中风的测量,风光互补路灯,风光互补实训等。此外,风力发电技术建立了较为完善的线上课程,包括预习模块、重难点讲解和课后拓展模块,其中课后拓展模块除创新性设计类项目外,还包括丰富的风电前沿知识、风电纪录片如走遍中国五集系列片风光无限、五集系列片大风歌 面朝大海、海上利器、追风逐浪、风电奇兵、风生水起等,可供学生课后碎片化时间观看,纪录片中的内容有利于让学生更加全面地了解风电的现状,激发学生的民族自豪感和使命感。2.2 开放实验室新能源发电对人才的需求呈现多层次特征,其中对高素质应用型人才的需求尤为迫切,在应用型人才的培养过程中,实验、实践能力的培养是不可或缺的,传统课堂学时有限,且照顾不到每个学生的兴趣和特长,基于此,风力发电课程为学生申请开放实验室,支持和鼓励学生利用课余的时间开展相关探索性实验、实践项目。例如在风的数学描述部分,给开放实验室配备测风设备,并支持学生调研采购或自主设计相关组件,在校园内及周边区域进行实地测量,验证风廓线的适用性,培养学生的动手能力,养成严谨认真的科学态度,以工科的独特视角观察风场的变化,感受自然界的美好与神秘,引导学生敬畏自然,注重与自然的和谐相处。2.3 专题调研,小组作业结合课程内容、行业热点和学生兴趣,拟定了 10 个课题,让学生组队选择其中的一个进行较为深入的研究,以下选择其中两个进行介绍。2.3.1 风力发电在建筑中的应用从原始社会在树上搭建挡风遮雨的窝开始,建筑就与人类相依相随,到目前为止,建筑已是人类生活、工作须臾不可分离的重要物质。建筑作为人类生活的载体满足着人们各方面需求的同时,也制造出许多的环境污染物,消耗了很多的能源,主要是不可再生能源。建筑在大量耗能的同时,还向外界排放着大量的二氧化碳,使全球变暖加剧。降低建筑中的能耗,引入可再生能源已经是目前国际上研究的炙热课题。风能作为一种取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源,建筑设计者们已经在考虑如何将风力发电机安装在建筑上,使其为建筑提供电力,降低对不可再生能源的使用和减少二氧化碳的排放,风力发电在城市建筑中的应用已有很多成功的案例。有的同学重点调研了建筑环境中的风能利用情况,包括建筑环境中风能的特点、风能利用形式和风能利用研究概况、风力机与建筑结合的新趋势等。有的同学调研了风电建筑一体化的基本概念、发展过程、优点和现存问题,以及一些风电建筑一体化的国内外实例。在此基础上论述了风电建筑一体化的 3 种应用形式:一是风力机安装在建筑屋顶上,二是风力机设置在两座建筑物之间,三是风力机设置在建筑物的空洞中。并结合国内外的建筑实例从当地的风况、建筑的特点、风力机所处的高度、美观性、当时风力机的技术情况、风力机与建筑结合的方式等方面分析它为何选用该类型风力机。学生在拓展知识面的同时,更加清晰地认识到人与自然是生命共同体,人类必须尊重自然、顺应自然、保护自然。生态环境是人类生存最为基础的条件,是我国持续发展最为重要的基础。2.3.2 简易小风洞平台的设计与搭建风力发电的原理是风吹动风轮旋转,把风的动能转化成风轮旋转的机械能,通过主传动系统传递给发电机,发电机把机械能转化为电能。风轮捕获风能的多少直接决定了风力发电机组的发电量,风轮的设计方法有两种:计算流体力学和实验流体力学,计算流体力学的优点是成本低、速度快,但结果仍需实验的验证。要采用实验方法研究风轮,首先要能模拟真实风场,以研究各种风况下风力机的性能,获得高性能的风轮。模拟自然风场,最可靠的设备是风洞,常用于航空航天领域,其精度高、可控性强,但是造价昂贵,通常在百万以上。基于新能源材料与器件专业实验室的教学属性,要建立高精度的风洞不现实,而风电、流体方向的352现代商贸工业2023 年第 24 期Modern Business Trade Industry No.24.2023实训、实验、毕业设计及课外学术竞赛等拓展训练中又急需一个可提供一定风速范围的、均匀、稳定的风场,通常用一个简单的鼓风机来实现,但是对此风源后 100mm处平行于鼓风机出口截面上的风场进行了测量,发现风场是非常不均匀的,且此风源只能提供这一种风场,不可调节速度。自然界的风时时变化,且在某一个特定时刻下,风力机扫略平面内的风速接近均匀,我们做风力机性能试验,尤其是优化风轮的设计实验时,此风源远不能达到模拟自然风场的目的。为提高实验室的实验条件,在低成本下实现自然风的模拟,为风轮提供风速在一定范围可调、均匀、稳定的风场,本课题鼓励学生通过文献调研、实地考察等方式设计适用于风电实验室的简易小风洞,并在搭建过程中测量风场均匀性、稳定性、可调性,将测量结果反馈到设计方案中,希望通过多轮优化,搭建出可模拟自然风的简易小风洞。有的同学在了解风洞的设计方案的基础上,结合实验室空间条件、资金条件和对风洞的指标要求,拟定第一轮设计方案,并选择合适的组件,如功率足够大、可无级调速的风源,蜂窝器,阻尼网,能兼容实验室的风力发电仪等设备的风洞外壳,可实现狭小空间多点精确测量的风速仪,固定风速仪并将其移动到测量点的辅助支架等。有的同学借助学校 3D 打印机、数控机床等设备制作风洞组件,如风洞外壳、支架。无法自行制作或自行制作成本更高的组件如风速计、风源、阻尼网等,在广泛调研的基础上,根据需求确定型号,完成了采购。小组同学合作搭建了小风洞,详细测量了实验段风场,将测量结果作为反馈信息,优化设计方案。通过数次设计、搭建、优化的过程,所搭建的简易小风洞可提供一定风速范围内、均匀、稳定的风场。在不断的设计、优化、搭建过程中,同学们总结出了一套高品质简易小风洞平台设计方案,从方案设计、组件 3D 打印及加工采购,测试平台升级,测试信息反馈,风洞平台优化,直至搭建出满足设计指标的小风洞平台,对高品质、低成本简易小风洞的设计具有较高的指导意义。此课题的开展也有利于培养学生的科研创新精神、严谨认真的科学态度和团队合作能力。3 结语结合课程内容,深入挖掘“风力发电技术”课程中的思政元素,在教学过程中注重思政元素的融入方式,采用线上线下混合式教学、开放实验室、开展专题调研等方式,精心设计教学方案,潜移默化地影响学生,在传授专业知识的同时,增强学生的文化自信、民族使命感与自豪感、坚定不移地走可持续发展道路。参考文献1 蒲清平,黄媛媛.党的二十大精神融入课程思政的价值意蕴与实践路径J.重庆大学学报(社会科学版),2022,28(06):286-298.2 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