新工科能源类专业建设:风力发电实训平台与课程体系融合

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作者：管理员发布时间：2025-11-17 09:21:12

　　 “新工科”能源类专业建设：风力发电实训平台与课程体系深度融合路径
在“双碳”目标与能源结构转型的双重驱动下，风力发电作为清洁能源的核心支柱，迎来了规模化发展的黄金期，同时也对高素质技术人才提出了迫切需求。“新工科”建设理念聚焦于工程教育的跨界融合、实践创新与产业对接，为能源类专业改革指明了方向。风力发电实训平台作为连接理论知识与工程实践的关键载体，其与课程体系的深度融合，是破解能源类专业“重理论、轻实践”难题、培养创新型工程人才的核心路径。本文基于实训平台的系统特性与教学价值，探索其与课程体系融合的具体策略，为“新工科”背景下能源类专业建设提供实践参考。

型号：MY:400

一、MY-F400风力发电实训平台：“新工科”实践教学的核心支撑
“新工科”强调实践教学的“真实性、系统性、创新性”，而风力发电实训平台以其完整的系统构成、先进的技术集成和丰富的教学功能，精准匹配了这一需求。该平台由风力发电机、控制器、电力蓄能单元等七大核心系统组成，涵盖了风力发电“能量捕获 - 转换 - 存储 - 调控 - 应用”的全流程，为职高、大学及研究生阶段的教学科研提供了一体化解决方案。
从教学特性来看，平台的优势尤为突出。其一，集成化感知系统让实践更直观，室内温湿度仪、高精度测风系统（测量范围0～60m/s，精度±0.1m/s）实时捕捉环境与运行参数，配合0.5”LED数字仪表与液晶显示，学生可即时掌握风速、转速、电压等关键数据；其二，智能化控制技术贴近产业实际，采用数字化DSP技术实现蓄电池充放电的全智能管理，PWM脉宽调制技术提升能量转换效率，与工业级风力发电控制系统架构一致；其三，灵活化应用场景增强实践适配性，不仅支持离网状态下110V/220V纯正弦波电能输出，还可通过分布式发电模块拓展教学内容，且设备便于拆装移动，满足课堂演示、分组实训、创新研发等多元需求。
在技术参数层面，平台的工程属性尤为鲜明。1.25m直径的上风式永磁同步发电机，启动风速仅1.5m/s，可模拟不同风况下的发电特性；2.2kW矢量变频器调控的模拟风洞，能实现0-100Hz频率输出，精准复现风速变化对发电系统的影响；阀控式密封铅酸蓄电池与300W离网逆变模块的组合，构建了完整的储能与电能变换系统，配合完善的过充、过放、短路等保护功能，既保障了实训安全，又还原了工业场景中的系统运维需求。这些特性使平台成为衔接课程理论与工程实践的“桥梁”。
二、融合的逻辑起点：课程体系与实训平台的双向适配
风力发电实训平台与课程体系的融合，并非简单的“设备+课程”叠加，而是基于“能力导向”的双向重构。一方面，课程体系需依托平台的技术特性设计教学内容，避免理论与实践脱节；另一方面，平台需根据课程目标优化功能应用，提升教学针对性。这种适配性主要体现在三个维度。
在知识维度，平台覆盖了风力发电领域的核心理论模块。从流体力学（风轮气动特性）、电机学（永磁同步发电机原理），到电力电子（逆变模块的电能变换）、自动控制（DSP与PWM控制技术），再到储能技术（蓄电池充放电管理），平台的每一个系统单元都对应课程的核心知识点。例如，测风系统的风速记录与报警功能，可支撑“风资源评估”课程的实践教学；控制器的过充过放保护实验，能深化“电力系统继电保护”的理论理解。
在能力维度，平台聚焦“新工科”强调的工程实践与创新能力。平台支持18类核心教学实验，既包括风力发电基础原理、系统设计等验证性实验，也涵盖风速变化影响、不同转速发电曲线等探究性实验，还能满足综合系统调试、故障诊断等工程化训练需求。学生通过拆装风机部件、调控变频器参数、分析发电数据，可逐步形成“理论分析 - 实验设计 - 数据处理 - 问题解决”的工程思维，这与能源类专业“强实践、重创新”的人才培养目标高度契合。
在产业维度，平台实现了教学内容与行业需求的同频共振。当前风电产业聚焦于智能化控制、高效储能、分布式并网等技术方向，而平台集成的DSP智能控制、分布式发电模块、纯正弦波逆变技术，均与产业前沿技术同步。通过实训，学生可提前熟悉工业级设备的操作规范与技术标准，降低就业后的岗位适配成本，这正是“新工科”建设中“产教融合”理念的具体体现。
三、深度融合的实践路径：构建“三层三阶”一体化教学体系
基于实训平台的特性与课程体系的需求，可构建“基础认知 - 核心能力 - 创新应用”三层教学内容，搭配“入门 - 进阶 - 高阶”三阶实践环节的一体化融合体系，实现从理论知识到工程能力的梯度培养。
（一）基础认知层：衔接专业基础课，夯实理论根基
该层级主要面向低年级学生，衔接“工程力学”“电路原理”“能源概论”等专业基础课程，核心目标是帮助学生建立风力发电系统的整体认知，理解基础理论与设备结构的对应关系。
在教学实施中，可依托平台开展“系统拆解与认知”实训。通过拆装1.25m直径风轮（玻璃增强聚丙烯风叶）、观察永磁同步发电机的铝合金与不锈钢结构，结合“工程力学”中材料强度与气动原理的知识，理解风叶设计的力学逻辑；借助平台的直流/交流电压表、电流表，开展“电路参数测量”实验，将“电路原理”中的欧姆定律、功率计算等理论转化为直观的数值读数；利用温湿度仪与测风系统，完成“环境参数对发电效率的影响”初探，为“能源概论”中的可再生能源特性内容提供数据支撑。此阶段可采用“理论讲授+演示操作+分组观察”的模式，让学生在具象化的设备认知中夯实理论基础。
（二）核心能力层：对接专业核心课，强化工程实践
该层级面向中年级学生，对接“风力发电技术”“电力电子技术”“自动控制原理”等专业核心课程，核心目标是培养学生的系统操作、参数调控与故障诊断能力，实现理论知识的工程化应用。
围绕平台的核心功能设计模块化实训项目是关键。在“风力发电技术”课程中，利用模拟风洞的矢量变频器调控风速（1.5m/s启动风速至12m/s额定风速），开展“风速与发电功率特性曲线绘制”实验，让学生掌握风资源评估与系统匹配的核心方法；在“电力电子技术”课程中，聚焦逆变模块的110V/220V纯正弦波输出，设计“电能变换效率测试”项目，分析不同负载（LED灯、风扇、马达）下的波形失真率（≤5%）与功率因数（>0.88），深化对电力电子变换原理的理解；在“自动控制原理”课程中，依托DSP智能控制器与PWM调制技术，开展“蓄电池充放电控制”实验，探究恒压充电模式下最大电流（5.6A）与电池容量（55Ah）的匹配关系，理解自动控制算法的工程实现。此阶段可采用“项目驱动+小组协作”模式，让学生在解决实际工程问题中提升核心能力。
（三）创新应用层：联动专业选修课与科研项目，培养创新思维
该层级面向高年级学生及研究生，联动“分布式发电技术”“新能源系统集成”等选修课与创新创业、科研项目，核心目标是培养学生的系统设计、技术优化与创新研发能力，契合“新工科”的创新人才培养要求。
平台的拓展功能为创新实践提供了充足空间。在“分布式发电技术”课程中，利用平台的分布式发电模块，结合光伏功率接口（100W），设计“风光互补发电系统方案”，开展储能容量优化、电能分配策略等探究性实验；在创新创业项目中，依托平台的过风速报警中断功能与闭环控制接口，开发“风电机组安全预警系统”，实现风速超35m/s时的自动停机保护优化；在科研项目中，借助测风系统的高精度数据（1分钟～240分钟可设置记录间隔）与4M bit存储容量，开展“风况随机性对发电系统稳定性影响”的量化分析，为风电系统优化提供数据支撑。此阶段可采用“导师指导+自主研发”模式，鼓励学生将理论创新转化为实践成果。
四、保障机制：推动融合落地的关键支撑
风力发电实训平台与课程体系的深度融合，需依托完善的保障机制实现长效发展。其一，构建“双师型”教学团队，通过企业挂职、技术培训等方式，提升教师的工程实践能力，确保教师既能讲授理论知识，又能指导平台操作与创新研发；其二，建立“教学 - 产业”协同更新机制，定期联合风电企业（如金风科技、远景能源等）更新平台技术参数与教学内容，保障教学与产业技术同步；其三，完善评价体系，采用“过程性评价+成果性评价”相结合的方式，将平台操作技能、实验报告、创新方案等纳入评价指标，打破“唯理论成绩”的单一评价模式；其四，加强平台资源共享，通过建设线上虚拟仿真模块（结合平台软件系统），实现“线上虚拟操作+线下实体实训”的混合式教学，提升平台的利用效率。
五、结语
“新工科”背景下，能源类专业建设的核心在于打通理论与实践的壁垒，培养适应能源转型需求的高素质工程人才。风力发电实训平台以其系统完整性、技术先进性与教学适配性，成为课程体系融合的核心载体。通过构建“基础认知 - 核心能力 - 创新应用”的三层三阶融合体系，辅以完善的保障机制，可实现“平台支撑课程、课程提升能力、能力对接产业”的良性循环。这种融合路径不仅为风力发电方向的教学改革提供了实践样本，也为“新工科”能源类专业的整体建设提供了可借鉴的思路，助力培养更多兼具理论素养与实践创新能力的清洁能源人才，为“双碳”目标的实现提供坚实的人才支撑。