可再生能源中长期发展规划的发展状况
随着经济的发展和社会的进步,世界各国将会更加重视环境保护和全球气候变化问题,通过制定新的能源发展战略、法规和政策,进一步加快可再生能源的发展。
从目前可再生能源的资源状况和技术发展水平看,今后发展较快的可再生能源除水能外,主要是生物质能、风能和太阳能。生物质能利用方式包括发电、制气、供热和生产液体燃料,将成为应用最广泛的可再生能源技术。风力发电技术已基本成熟,经济性已接近常规能源,在今后相当长时间内将会保持较快发展。太阳能发展的主要方向是光伏发电和热利用,近期光伏发电的主要市场是发达国家的并网发电和发展中国家偏远地区的独立供电。太阳能热利用的发展方向是太阳能一体化建筑,并以常规能源为补充手段,实现全天候供热,提高太阳能供热的可靠性,在此基础上进一步向太阳能供暖和制冷的方向发展。
总体来看,最近20多年来,大多数可再生能源技术快速发展,产业规模、经济性和市场化程度逐年提高,预计在2010-2020年间,大多数可再生能源技术可具有市场竞争力,在2020年以后将会有更快的发展,并逐步成为主导能源。 多年来,世界各国为了促进可持续发展,应对全球气候变化,积极推动可再生能源发展,已积累了丰富的经验,主要是:
1、目标引导
为了促进可再生能源发展,许多国家制定了相应的发展战略和规划,明确了可再生能源发展目标。1997年,欧盟提出可再生能源在一次能源消费中的比例将从1996年的6%提高到2010年的12%,可再生能源发电量占总发电量的比例从1997年的14%提高到2010年的22%。2007年初,欧盟又提出了新的发展目标,要求到2020年,可再生能源消费占到全部能源消费的20%,可再生能源发电量占到全部发电量的30%。美国、日本、澳大利亚、印度、巴西等国也制定了明确的可再生能源发展目标,引导可再生能源的发展。
2、政策激励
为了确保可再生能源发展目标的实现,许多国家制定了支持可再生能源发展的法规和政策。德国、丹麦、法国、西班牙等国采取优惠的固定电价收购可再生能源发电量,英国、澳大利亚、日本等国实行可再生能源强制性市场配额政策,美国、巴西、印度等国对可再生能源实行投资补贴和税收优惠等政策。
3、产业扶持
为了促进可再生能源技术进步和产业化发展,许多国家十分重视可再生能源人才培养、研究开发、产业体系建设,建立了专门的研发机构,支持开展可再生能源科学研究、技术开发和产业服务等工作。发达国家不仅支持可再生能源技术研究和开发活动,而且特别重视新技术的试验、示范和推广,经过多年的发展,产业体系已经形成,有力地支持了可再生能源的发展。
4、资金支持
为了加快可再生能源的发展,许多国家为可再生能源发展提供了强有力的资金支持,对技术研发、项目建设、产品销售和最终用户提供补贴。美国2005年的能源法令明确规定了支持可再生能源技术研发及其产业化发展的年度财政预算资金。德国对用户安装太阳能热水器提供40%的补贴。许多国家还采取了产品补贴和用户补助方式扩大可再生能源市场,引导社会资金投向可再生能源,有力地推动了可再生能源的规模化发展。
发展可再生能源的几个方面:
首先是建立持续稳定的市场需求。他建议要按照政府引导、政策支持和市场推动相结合的原则,各级政府根据中长期规划的要求制订阶段目标、任务和措施,通过优惠的价格政策和强制性的市场份额政策,以及加大政府投资及资本市场投融资,实施政府特许权、政府采购等措施,培育持续稳定的可再生能源市场。
其次是改善市场环境条件。国家电网企业和石油销售企业要依据《可再生能源法》的要求,承担收购可再生能源电力和生物液体燃料的义务。有关部门组织制定可再生能源电力并网和生物液体燃料进入石油销售系统的运行管理规定。有关部门还要抓紧制定可再生能源应用于建筑节能的相关技术标准、工程规范和建设管理规定;
第三要加大财政投入和税收优惠力度。各级财政根据《可再生能源法》的要求,可以设立可再生能源发展专项资金,支持可再生能源发展。国家运用税收政策对可再生能源发展予以支持,对可再生能源技术研发和设备制造等给予适当的企业所得税优惠。
最后要加快技术进步和产业发展。石定寰提出,加快可再生能源规模化利用的基础在于加强科技创新。各级政府要加大对可再生能源的科技投入,国家各类科技发展规划要大力支持产学研合作,开展可再生能源的科学研究、技术开发和产业化,整合现有的可再生能源技术资源,完善保护知识产权的法制环境,鼓励创新,加快人才培养,全面提高可再生能源技术创新能力和服务水平,促进技术进步与产业发展。
1、沼气产气需要事宜的温度,在北方地区特别的东北地区冬季温度比较低产气量会受到一定的影响。
2、很多地区没有政府的大力推广,农民自己又很难得到相关的技术和资金。
3、对于沼液的处理也是一个比较头疼的问题,特别是清理产气后的沼液比较费时费力所以农户不愿意接受。
4、农民的传统习惯是用柴火或者秸秆烧大锅做饭,顺便烧炕取暖了,但是使用沼气做饭你还得烧大锅做取暖用,这就是属于画蛇添足了,习惯改变比较困难。
清洁能源和可再生能源是顺应国家节能减排和发展可再生能源,清洁能源政策需要,能源企业,交通运输管理部门,船舶设计与研究等这些企业都需要响应国家政策,节能减排,研究发现可再生能源的清洁能源来代替现在的污染比较严重的石油和煤炭能源。
国家现在大力倡导使用清洁能源,培养新能源工业急需,掌握清洁能源,新能源工程,节能工程,能效政策,能源信息管理相结合和的复合型人才,可再生能源和清洁能源的研究生就业发展前景十分广阔。
【关键词】 新工科 新能源 传热学 教学模式
引言:
能源安全是关系国家经济社会发展的全局性问题,能源战略的成败,关乎国家民族命运。随着全球能源格局由传统化石能源向清洁高效能源的深刻转变,我国能源结构也正经历着前所未有的深层次变革,新能源在能源供给侧占有越来越重要的战略地位。新能源技术的加快建设将成为我国构建更加清洁低碳、安全高效的现代能源产业体系、实现“双碳”目标的重要基础。
数字技术为实现碳中和的目标开辟了新路径,它能够融合能源与环境实现创新,解决资源紧缺与需求不匹配的矛盾。数字通讯技术发展迅猛,能源系统的互联与优化依赖于人工智能、大数据等技术的创新。能源行业的数字化监控可以提高能源利用效率,转变能源消费理念,协调供给侧和需求侧。新兴数字技术的普及能够助力清洁能源利用,带动全球能源格局革命性、颠覆性调整。因此,加快建立与发展新能源科学与工程专业及学科,加快培养急需紧缺人才,破解新能源技术的共性和瓶颈技术难题,是推动我国能源产业高质量发展的迫切需要和战略选择。传热学作为新能源发展的基础学科,在能源生产消费、开放共享、灵活交易、协同发展等方面起到促进作用。
一、新能源专业人才培养
新能源科学与工程专业是一个多学科高度交叉融合的新兴专业,人才培养具有一定的挑战性,其课程体系必须充分考虑以学科交叉为指导思想。结合我国新工科建设和国际工程教育发展趋势,形成了一套完整的新能源科学与工程本科专业的培养模式。它具有多样化的应用背景、多维度的知识体系、多层次的专业构架等特征,涉及化学、物理学、动力工程、材料科学与工程、电气工程及其自动化、机械工程等众多学科。在多学科交叉融合的基础上,目前形成了自然科学基础课程群、工程基础课程群、专业基础课程群、风光能源课程群、其他新能源与储能课程群、能源互联网课程群、前沿讲座课程群、实践环节课程群、素质拓展及个性化培养课程群等九大课程群,后续我们将努力加强完善产教融合支撑体系,进一步优化课程群体系,使之更完备、更科学、更加适应能源战略的需要。
通过课程体系引领新能源专业人才培养,使学生具备整合思维、工程推理和解决复杂工程问题的能力,适应社会经济发展需要,掌握新能源及可再生能源转换与应用的理论和知识,受到能源动力工程师的训练,具备较强的实践和创新能力,在风光互补等新能源领域从事设备制造与组装、发电系统运行监控、设备维护及技术管理等工作的应用型人才。千秋基业,人才为先。通过对新能源科学与工程专业需要掌握的基础知识、理论、方法进行科学的规划设计,汇聚学术声望高、专业理论水平扎实、实践教学经验丰富的精英师资队伍,努力培养新能源领域具有全球化视野的复合型人才。
从实践中来,到实践中去。新能源科学与工程这个新兴专业顺应能源革命的实践而生,也将在实践中不断丰富和发展,相应的人才培养模式也应该是开放式的、启发式的,需要在实践中不断发展和完善。科学思维的培养,创新火花的点燃,尤胜于具体知识点的传授。让学生发自内心地热爱新能源,是我们的初心和使命。
二、新能源专业传热学教学现状
宇宙中一切物质,无论是人、树木等生物体,还是尘土、冰川等非生物体,都具有一定的热能。物质具有热能多少的宏观表现就是其温度的高低。传热学研究在温差作用下热量传递规律及其应用,重点研究不同状态下传热模式和热量传递速率。[1]在能源动力、建筑环境、材料冶金、石油化工、机械制造、航空航天等工业中传热学发挥着重要作用生物医学、电气电子、食品加工、轻工纺织、农业生产等领域也都涉及传热研究。
传热学主要研究两类问题:一是为了确定物体内部或空间区域中的温度分布,控制温度保证运行稳定,例如太阳能热发电系统的温度控制二是为了确定传热过程中热量传递的速率,以及强化或削弱传热的技术途径,例如生物质气化炉的强化传热。学习传热学能使学生初步了解传热学在常规能源与新能源典型工程技术领域的应用,正确理解热传导、热对流、热辐射三种热量传递方式,采用能量守恒法分析传热问题,为以后专业课程的学习打下基础。
结合新能源专业培养目标,目前传热学教学痛点如下:第一,照搬或微调能动、建环等能源类专业的传热学教学大纲,甚至与不同专业的学生合班上课,教师讲授内容毫无变化,没有起到新能源专业基础课该有的作用第二,由于新能源专业开设时间短,大多数传热学授课教师由其他专业教师代替,上课时较少融入新能源专业知识,没有搭建专业课学习的桥梁第三,借鉴其他专业培养目标设置教学内容、学时和学分,缺乏经验指导,创新性不足,教学进程不合理。
三、新工科背景下新能源专业传热学教学的要求
“四新”建设是建设高等教育“质量中国”的战略一招、关键一招、创新一招,是高等教育人才培养的“中国方案”,是高等教育高质量发展的战略布局。新工科以“新的工科专业、工科的新要求”为内涵,注重深度交叉融合再出新,培养工科类专业紧缺人才。系统地开展以新能源专业为代表的新工科研究和实践,对于未来新能源产业和智慧能源经济需要的新工科人才培养具有重要意义。[2]
传热学课程需要新能源专业学生获得热量传递规律的基础知识,具备分析新能源工程中传热问题的基本能力,掌握计算新能源工程中传热问题的基本方法,具备解决热能产生、传递、转换、储存与利用中传热问题的能力,能够建立物理模型,提炼数学模型并进行数值计算。
传热学课程应以“四有”典型案例为载体。有人:教师自身为人师表和专业过硬有料:工程实例复杂多样与时代接轨有情:师生配合默契及分析过程有趣有果:研究结果有用且解决问题有效。
传热学课程应以“四求”教学理念为目标。求真:引导学生追求真理和客观公正求新:激发学生创新意识和善于探究求深:鼓励学生深层思考和举一反三求用:培养学生学以致用和实践能力。
传热学课程应以“三教育”为思政元素。科学精神教育:追求真理、批判质疑、探究创新工程伦理教育:行为规范、公正客观、责任担当实践能力教育:动手能力、团队协作、人际交往。
四、新能源专业传热学线上线下混合教学模式
以应用型本科院校人才培养计划为主体,以用人单位对应用型人才的需求为核心,以传热学在新能源领域中的广泛应用为目标,建立全周期学习支持、讨论互动与信息反馈的“三阶+三化+一中心”线上线下混合教学模式。
(一)三阶
学习追求由浅入深,由易到难。将不同维度的三个阶段融入新能源专业传热学教学。兴趣唤醒,激发求知欲,构建知识体系,提升能力,养成学习思维,实现阶梯式进步。
初阶,重在兴趣唤醒与知识体系构建。课前,通过线上资源展示一些生活中的传热现象以及工程实际中的例子引导学生预习,带动学生自主探索其中隐藏的传热学知识课中,利用数字化资源展示传热学相关资料及视频,让传热学学习生动化、形象化课后,线上布置一些延伸性、发散性的思考题,深化传热学习,完善思维体系。
中阶,强调自主学习与同伴互助交流。课中,通过线下分组讨论、互问互答、多媒体实例研讨等形式丰富传热学习过程,让每一个学生参与进来。采用同伴学习与互评、课堂互动任务点达成、思维导图绘制等形式进行评价。实施“翻转课堂”,以“学生分享为主,教师总结为辅”的教学模式,培养应用型“一材多用”的综合性人才。
高阶,实现技能实操与团队协作,进行思维延展。学生通过线下传热学课程设计和团队协作展示的形式完成创新实验与实践协作,再通过线上的方式提交文献检索与综述、任务核查与反思。[3]教师将传热学与新能源利用建立起纽带,为学生专业课的深度学习打好根基,如图1所示。
(二)三化
1. 互动参与化
课前:问题导向,教师针对传热知识点设置线上问题,要求学生带着问题进行学习,找出答案回到线下课堂讨论,鼓励学生提问,并完成线上前测。
课中:实例分析,唤醒兴趣,构建知识体系线下生讲生评,创造互辩学习环境,促进深度学习团队展示,培养学生协作、实践能力。
课后:发布线上后测、章节测试、作业与讨论,通过互评完成同伴学习课后作业注重巩固反思,并回溯学习过程提升学生的推理能力、互助学习能力和创新思维能力。
2.课程思政化
挖掘传热学与新能源联系中的思政元素。例如:将热能融合于新能源利用,培养可持续发展思想和节能意识利用传热学理论知识解释生产生活中的传热现象正确对待和处理实验数据,保证学术诚信对余热废热的处理,要考虑环境、生态、安全等因素。
3.评价多元化
目前各高校传热学课程的考核方式多为期末考试占总成绩的70%-80%,实验、出勤、作业等占总成绩的20%-30%,这不利于全能型人才的培养。应用型人才有别于研究型人才,注重的是会应用,淡化理论性的推演过程,针对这样的人才需求,应打破传统的成绩考核方式,全方位多角度评价,[4]建立如图2的多元化评价机制。
(三)一中心
教育的主体是学生,新工科背景下新能源专业传热学教学模式应以学生为中心。
五、结束语
通过分析新能源专业传热学教学现状,深挖教学改革痛点。结合“四新”建设对高等教育的要求,对新能源专业传热学课程教学模式进行探索,形成了“三阶+三化+一中心”线上线下混合教学模式,符合当前疫情常态化的大背景。无论是理论教学还是实践教学,如何将新能源利用与传热学课程有机融合,是新时代高校师生需要深入探索和研究的重点
选择新能源专业,将来就业前景好、工资高这是新开的专业,相较于传统专业目前国内开设的院校少,将来毕业竞争压力小,好就业。之所以要新开设这样的专业,就是国家急需这方面的人才选择新能源,是为了祖国的水更清,天更蓝。
那么什么是新能源
新能源又叫非常规能源,是指传统能源之外的各种能源。目前开发和利用及正在研究有待推广的有核能、太阳能、风能、生物质能、氢能、地热能和潮汐能等等。新能源的共同特点是比较干净,除核裂变燃料外,几乎是永远用不完的。由于煤、油、气等常规能源具有污染环境和不可再生的缺点,因此,国家越来越重视新能源的开发、利用及推广。
以核电举例,核电站只需消耗很少的核燃料,就可以产生大量的电能,另外核电站也大大减少了燃料的运输。比如,一座100万千瓦的火电站每年耗煤三四百万吨,而相同功率的核电站每年仅需铀燃料三四十吨。另外核电运行稳定,不像风电水电受外界环境影响较大。
国家大力扶持新能源产业
新能源产业是衡量一个国家和地区高新技术发展水平的重要依据。许多国家都将可再生能源作为新一代能源技术的战略制高点和经济发展的重要新领域,投入大量资金支持可再生能源技术研发和产业发展。
1、汽车减排:
传统的电力电子技术将获得很大的发展空间。一方面,通过提高电力转化效率减少排放量,另一方面电动力汽车将进一步发展,尤其是新能源汽车电机及控制器的设计、试验及制造等。
2、低碳:
化工是一个特殊的行业,节能环保是化工企业的核心问题。化工行业与碳排放密切相关,是低碳经济的核心行业之一。例如:氟化技术的发展,降低燃油中的含碳量,是减少传统能源污染的非常有潜力的办法。
3、太阳能、风能等新能源:
太阳能虽然已经在生活中投入使用,但因为太阳能电池转化效率低、价格昂贵,不能大规模的推广。因此,太阳能的进一步研究也获得了较多的研究经费。其中光电材料、电子光声伏打学为研究领域之一。另外,风力发电方面,也是一个大的发展趋势。
4、燃料电池:
燃料电池是研究热点。每年美国的物理协会年会、化学协会年会、材料协会年会上,到处可见燃料电池的研究进展,必将加大这块领域的技术革新和产业化进程。
5、智能电网:
智能电网的发展,需要很多领域的交叉合作:
通信类:建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现智能电网的基础,因为智能电网的数据获取、保护和控制都需要这样的通信系统的支持。
材料、超导:智能电网中的设备将充分应用在材料、超导方面的最新研究成果,从而提高功率密度、供电可靠性和电能控制技术
控制技术:提供对输电、配电和用户侧的控制方法并且可以管理整个电网的有功和无功。