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關(guān)鍵詞:能源動(dòng)力類 實(shí)踐環(huán)節(jié) 改革與實(shí)踐
中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1673-9795(2013)09(b)-0080-02
為了適應(yīng)社會(huì)和行業(yè)對(duì)能源動(dòng)力類人才的發(fā)展要求,培養(yǎng)具有實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的卓越精英人才,并且讓學(xué)生能夠接受符合自身特性的個(gè)性化實(shí)踐教育,我們重新構(gòu)造符合經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、科技發(fā)展和人才培養(yǎng)規(guī)律的、結(jié)合國(guó)家實(shí)踐基地的立體化實(shí)踐課程體系,探索實(shí)踐課程授課方法,把社會(huì)需求和人的全面發(fā)展需要結(jié)合起來(lái),促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和個(gè)性發(fā)展。
華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院作為首批入選實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的院系之一,通過(guò)依托學(xué)科和專業(yè)優(yōu)勢(shì),積極利用現(xiàn)有資源條件,充分挖掘?qū)I(yè)潛力,對(duì)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的進(jìn)行系統(tǒng)的探索與實(shí)踐,致力于培養(yǎng)具備能源動(dòng)力素質(zhì)的卓越工程師,在卓越班教學(xué)計(jì)劃中突出具有專業(yè)優(yōu)勢(shì)和特色的基礎(chǔ)上,特別加強(qiáng)工程實(shí)踐課程和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革。
本文圍繞卓越工程師人才培養(yǎng)目標(biāo),依托卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃,探討能源動(dòng)力類實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)的改革,通過(guò)加強(qiáng)校企的緊密合作,立足國(guó)家工程實(shí)踐中心,校企合作進(jìn)行實(shí)踐教學(xué),推進(jìn)卓越工程師的教育改革,為滿足適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需要的能源工程領(lǐng)域的卓越人才培養(yǎng)需求進(jìn)行有益探索。
1 課內(nèi)教學(xué)與課外實(shí)踐相結(jié)合,提高學(xué)生動(dòng)手能力
學(xué)院在專業(yè)基礎(chǔ)課程建設(shè)中積極將課內(nèi)教學(xué)與課外實(shí)踐結(jié)合起來(lái)構(gòu)建專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)結(jié)構(gòu)。在組織《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)》課程教學(xué)時(shí),主動(dòng)以“認(rèn)知+實(shí)證”為突破口,因?yàn)樵撻T課程涵蓋了以往熱能與動(dòng)力工程專業(yè)所有專業(yè)方向的專業(yè)主干課程基本內(nèi)容的能源類綜合課程,課程內(nèi)容涉及到能源動(dòng)力工業(yè)中幾乎所有裝置、設(shè)備的工作原理和基本結(jié)構(gòu)。為了使課程學(xué)習(xí)生動(dòng)形象,該課程不僅在課件中加入了大量動(dòng)畫等多媒體素材,而且因課制宜,與課程同步進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)課外實(shí)踐,使學(xué)生的感性知識(shí)與理性知識(shí)相互交融,加深了對(duì)理論的理解認(rèn)知和對(duì)機(jī)器的實(shí)證。學(xué)生通過(guò)理論知識(shí)的學(xué)習(xí),然后通過(guò)課外現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐再學(xué)習(xí),有利地提高了學(xué)生動(dòng)手能力。
能源動(dòng)力類本科專業(yè)是一個(gè)寬口徑專業(yè),涵蓋了多個(gè)不同的專業(yè)方向,由此,近幾年,在建設(shè)能源動(dòng)力類各專業(yè)方向課程同時(shí)積極共建實(shí)驗(yàn)課程。結(jié)合能源動(dòng)力類碩士二級(jí)學(xué)科平臺(tái)與本科專業(yè)方向?qū)庸步▽?shí)驗(yàn)課程,更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系,將涵蓋以往的十余門課程二十余個(gè)單項(xiàng)實(shí)驗(yàn),改造成四門獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程(見(jiàn)表1),各16學(xué)時(shí)。四個(gè)專業(yè)方向的模塊課程對(duì)應(yīng)著四門獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程,四個(gè)專業(yè)方向的模塊課程的課內(nèi)教學(xué)與課外實(shí)踐的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程同步進(jìn)行,有效地做到了課內(nèi)教學(xué)與課外實(shí)踐有機(jī)結(jié)合。其中每一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)可實(shí)現(xiàn)多個(gè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)聯(lián)系,可使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有較完整更全面的認(rèn)識(shí),以得到綜合性的訓(xùn)練。
在具備能源動(dòng)力類專業(yè)設(shè)備的宏觀框架知識(shí)結(jié)構(gòu)后,結(jié)合學(xué)院各專業(yè)方向的細(xì)化課程相繼開(kāi)設(shè)。創(chuàng)建的“認(rèn)知+實(shí)證”的特色專業(yè)平臺(tái)課程,由于課堂教學(xué)與課外實(shí)踐同步進(jìn)行,化復(fù)雜為具體、化抽象為形象,使理論與實(shí)踐密切結(jié)合,培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí),提升了學(xué)生的動(dòng)手能力。
2 校內(nèi)實(shí)習(xí)與校外實(shí)習(xí)相結(jié)合,提高學(xué)生實(shí)踐能力
實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)安排在大學(xué)期間的二、三年級(jí),在整個(gè)本科生培養(yǎng)的課程體系中起著承上啟下的作用。校內(nèi)實(shí)習(xí)體現(xiàn)了對(duì)先修的一些基礎(chǔ)課程知識(shí)的綜合應(yīng)用,校外實(shí)了知識(shí)的綜合應(yīng)用外還為后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)乃至未來(lái)的技術(shù)工作奠定基礎(chǔ)。由此,校內(nèi)外實(shí)習(xí)的有機(jī)結(jié)合,學(xué)生的感性知識(shí)與理性知識(shí)進(jìn)一步得到相互交融,加深了對(duì)理論的理解和對(duì)機(jī)器的認(rèn)知。校內(nèi)實(shí)習(xí)實(shí)行隨時(shí)開(kāi)放自己動(dòng)手實(shí)踐的模式。在教師的指導(dǎo)下,讓學(xué)生自己動(dòng)手拆裝各種機(jī)器,觀察結(jié)構(gòu),研究其工作原理,討論其操作與控制系統(tǒng),而且可以多次反復(fù)進(jìn)行,學(xué)生在實(shí)習(xí)過(guò)程中還可以進(jìn)行一些創(chuàng)造性的設(shè)計(jì),利用開(kāi)放式的試驗(yàn)裝置,如冰箱、空調(diào)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)等,自行試驗(yàn),不僅提高了動(dòng)手能力,而且培養(yǎng)了學(xué)生的獨(dú)立工作能力和創(chuàng)造性的思維。校內(nèi)實(shí)習(xí)有一定的優(yōu)越性,但與校外實(shí)習(xí)的在線生產(chǎn)實(shí)際有一定的區(qū)別。校外實(shí)習(xí)可以彌補(bǔ)校內(nèi)實(shí)習(xí)的不足,通過(guò)企業(yè)調(diào)研,和工程技術(shù)人員交流,了解行業(yè)前沿的學(xué)科動(dòng)態(tài)及產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì),尋找工程實(shí)踐中的技術(shù)難題,去自主學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)、探索解決方案。企業(yè)技術(shù)人員結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)狀,對(duì)學(xué)生進(jìn)行講解,進(jìn)一步加深對(duì)產(chǎn)品和生產(chǎn)過(guò)程的了解,加深對(duì)專業(yè)工程實(shí)際的認(rèn)識(shí),同時(shí)擴(kuò)大視野,樹(shù)立工程、系統(tǒng)、設(shè)備裝置、現(xiàn)代化生產(chǎn)的概念,并提高到理論上來(lái)理解,觸發(fā)理論到產(chǎn)品的思維。
學(xué)院在校內(nèi)外實(shí)習(xí)交替安排在三、四、五、六學(xué)期的四個(gè)學(xué)期(見(jiàn)表2),前三個(gè)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)由學(xué)院統(tǒng)一安排,第四個(gè)環(huán)節(jié)根據(jù)學(xué)生選定的專業(yè)方向分散到相應(yīng)的一到兩個(gè)廠家進(jìn)行實(shí)習(xí)。
通過(guò)校內(nèi)外的實(shí)習(xí),使學(xué)生很好地掌握本專業(yè)的一些實(shí)驗(yàn)的理論方法和步驟,并對(duì)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)流程具有實(shí)際的動(dòng)手運(yùn)行操作能力及處理突發(fā)故障的能力提升。同時(shí),為學(xué)生充分展示了專業(yè)廣闊的前景,營(yíng)造濃郁的氣氛激發(fā)各類學(xué)生的興趣。讓學(xué)生有深入實(shí)際的時(shí)間,有消化理論,對(duì)實(shí)踐有延續(xù)深入洞察,有可能進(jìn)入創(chuàng)造思維的機(jī)遇。校內(nèi)、校外相結(jié)合,開(kāi)拓了學(xué)生由理論到產(chǎn)品的視野與思維,提高了實(shí)踐能力。
3 設(shè)計(jì)性環(huán)節(jié)與課外科技相結(jié)合,提高學(xué)生創(chuàng)新能力
設(shè)計(jì)性教學(xué)環(huán)節(jié)在培養(yǎng)課程體系中是非常重要的環(huán)節(jié),高校的設(shè)計(jì)性教學(xué)環(huán)節(jié)占學(xué)生在校4年時(shí)間的25%左右。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的內(nèi)容、方法、要求已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代教學(xué)形式與環(huán)境的變化,設(shè)計(jì)性教學(xué)環(huán)節(jié)的改革也嚴(yán)峻的提到教學(xué)日程上來(lái)。通過(guò)設(shè)計(jì)性教學(xué)環(huán)節(jié)與課外科技創(chuàng)新結(jié)合,結(jié)合學(xué)科優(yōu)勢(shì)及科研成果,利用學(xué)生課外科技活動(dòng),共建實(shí)踐創(chuàng)新的設(shè)計(jì)課程,有效地實(shí)現(xiàn)了“設(shè)計(jì)課程+課外科技”的結(jié)合。
設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題,培養(yǎng)創(chuàng)新能力的最好階段。熱能與動(dòng)力工程專業(yè)的設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)有三個(gè):機(jī)械零件課程設(shè)計(jì),專業(yè)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)。為了使學(xué)生能長(zhǎng)期不間斷地受到理論與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)和科學(xué)研究的能力,改變過(guò)去三個(gè)設(shè)計(jì)各自孤立進(jìn)行,互不相干的作法,將三個(gè)設(shè)計(jì)在時(shí)間安排上結(jié)合起來(lái)進(jìn)行,相繼覆蓋兩年。
在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)改革中,強(qiáng)調(diào)結(jié)合教師科研、課外競(jìng)賽進(jìn)行專業(yè)理論、技術(shù)和基本工程設(shè)計(jì)規(guī)范的訓(xùn)練,并注重培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用各學(xué)科知識(shí),進(jìn)行產(chǎn)品、工程設(shè)計(jì)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)選題時(shí),指導(dǎo)教師結(jié)合學(xué)生的科技活動(dòng)中的課題設(shè)下創(chuàng)新點(diǎn),有計(jì)劃地在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)指導(dǎo)過(guò)程中啟發(fā)誘導(dǎo)學(xué)生來(lái)攻闖創(chuàng)新關(guān)。通過(guò)引導(dǎo)、學(xué)習(xí)、實(shí)踐的項(xiàng)目周期訓(xùn)練,使學(xué)生能夠?qū)⒗碚撝R(shí)靈活應(yīng)用,激發(fā)和創(chuàng)造學(xué)生的潛能。學(xué)院學(xué)生在近幾年的科技活動(dòng)和全國(guó)節(jié)能減排大賽中成績(jī)喜人。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的管理上,把課外實(shí)踐活動(dòng)納入學(xué)分管理,調(diào)動(dòng)了學(xué)生進(jìn)行課外實(shí)踐活動(dòng)的積極性。以上措施有效地實(shí)現(xiàn)了“課程設(shè)計(jì)+課外科技”的結(jié)合。
在本專業(yè)的設(shè)計(jì)性教學(xué)環(huán)節(jié)中,要求能運(yùn)用已掌握的科學(xué)技術(shù)知識(shí)去分析問(wèn)題,在能源動(dòng)力類的機(jī)器設(shè)計(jì)制造、工程的計(jì)算與設(shè)計(jì)過(guò)程中,針對(duì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸公差的配合、工藝中的規(guī)程和精度配合、復(fù)雜系統(tǒng)的控制過(guò)程問(wèn)題、復(fù)雜程序計(jì)算過(guò)程等,均能及時(shí)作出準(zhǔn)確的判斷、正確的結(jié)論,提出可行的辦法,使問(wèn)題得到解決。設(shè)計(jì)性環(huán)節(jié)與課外科技相結(jié)合,為學(xué)生知識(shí)水平、能力與素質(zhì)同步提升,落實(shí)人才的多樣化和個(gè)性培養(yǎng),促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和個(gè)性發(fā)展,為促進(jìn)人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高起到了重要作用。
4 畢業(yè)設(shè)計(jì)與企業(yè)實(shí)踐相結(jié)合,提高學(xué)生綜合能力
畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)為學(xué)生未來(lái)的技術(shù)工作和發(fā)展起著重要的作用,為推進(jìn)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的實(shí)施,進(jìn)一步提高學(xué)生的工程素養(yǎng),培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力,工程設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力,提高企業(yè)在人才培養(yǎng)中的作用,根據(jù)社會(huì)對(duì)能源領(lǐng)域人才的需求類型,經(jīng)過(guò)深入調(diào)研,學(xué)院將在共建工程訓(xùn)練教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)和與企業(yè)共同指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)和學(xué)位論文等方面進(jìn)行合作建設(shè),將主流技術(shù)和工程方法引入教學(xué)實(shí)踐中,將企業(yè)成功實(shí)施的項(xiàng)目實(shí)踐引入課堂教學(xué),并鼓勵(lì)學(xué)生將最新的科學(xué)研究成果進(jìn)行技術(shù)化、工程化。
高年級(jí)學(xué)生跟隨導(dǎo)師結(jié)合工程項(xiàng)目和課題進(jìn)行科研訓(xùn)練,部分保研生可提前修讀碩士階段課程。畢業(yè)設(shè)計(jì)和研究生階段實(shí)行學(xué)校和企業(yè)雙導(dǎo)師制,根據(jù)產(chǎn)業(yè)界需求,結(jié)合研究課題,加強(qiáng)項(xiàng)目流程等工程訓(xùn)練,進(jìn)行個(gè)性化培養(yǎng)。實(shí)踐畢業(yè)設(shè)計(jì)雙導(dǎo)師制和考核方式改革等措施,在學(xué)校配套政策的大力支持下,結(jié)合國(guó)家級(jí)實(shí)踐基地,探討畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐研究,在四年級(jí)學(xué)生的畢業(yè)論文階段,請(qǐng)企業(yè)相關(guān)人員作為指導(dǎo)老師,獨(dú)立或結(jié)合校內(nèi)教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)論文的指導(dǎo)。
在大約一年的畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中,首先明確學(xué)生的校內(nèi)指導(dǎo)老師和企業(yè)指導(dǎo)老師,由指導(dǎo)老師對(duì)本科階段的企業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃進(jìn)行整體規(guī)劃和指導(dǎo)。本科階段畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題目由學(xué)校導(dǎo)師和企業(yè)導(dǎo)師共同商討后確定,可結(jié)合碩士階段的方向設(shè)置企業(yè)實(shí)踐的重點(diǎn)和應(yīng)達(dá)到的具體指標(biāo)。學(xué)生下企業(yè)的具體時(shí)間根據(jù)課題研究的需要靈活確定,為課題研究提供現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)和資料,以及進(jìn)行試驗(yàn)或驗(yàn)證的機(jī)會(huì)。要求導(dǎo)師嚴(yán)格把關(guān),以解決工程實(shí)際問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn),確定研究課題。注重培養(yǎng)實(shí)踐研究和創(chuàng)新能力,為企業(yè)培養(yǎng)“留得住,用得上”的高端人才為主要目標(biāo)。
近幾年,學(xué)院在實(shí)踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)上以實(shí)際應(yīng)用為導(dǎo)向,以職業(yè)需求為目標(biāo)。教學(xué)內(nèi)容強(qiáng)調(diào)理論性和應(yīng)用性課程的有機(jī)結(jié)合,突出案例分析和實(shí)踐研究;教學(xué)過(guò)程重視運(yùn)用團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)、案例分析、現(xiàn)場(chǎng)研究、模擬訓(xùn)練等方法。建立健全校內(nèi)外雙導(dǎo)師制,以校內(nèi)導(dǎo)師指導(dǎo)為主,校外導(dǎo)師參與實(shí)踐過(guò)程、項(xiàng)目研究、課程與論文等多個(gè)環(huán)節(jié)的指導(dǎo)工作。同時(shí),加大實(shí)踐環(huán)節(jié)的學(xué)時(shí)數(shù)和學(xué)分比例,學(xué)生提交實(shí)踐學(xué)習(xí)計(jì)劃,撰寫實(shí)踐學(xué)結(jié)報(bào)告。學(xué)位論文選題側(cè)重來(lái)源于應(yīng)用課題或現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,體現(xiàn)研究生綜合運(yùn)用科學(xué)理論、方法和技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的能力,以培養(yǎng)碩士工程型的后備卓越工程師為目標(biāo)。
以上針對(duì)能源動(dòng)力類卓越人才實(shí)踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)方面進(jìn)行的一系列建設(shè)和改革,有益的推進(jìn)了卓越工程師教育改革發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
(三峽大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力學(xué)院,湖北 宜昌 443002)
【摘 要】為了滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)能源領(lǐng)域應(yīng)用型人才的需求,并提高學(xué)生在就業(yè)擇業(yè)過(guò)程中的競(jìng)爭(zhēng)力,三峽大學(xué)結(jié)合該校培養(yǎng)“高素質(zhì)、強(qiáng)能力、應(yīng)用型”人才的辦學(xué)方針,對(duì)學(xué)校新建的能源與動(dòng)力工程專業(yè)進(jìn)行了改革,提出“弱化專業(yè)方向,提煉專業(yè)共性,增厚專業(yè)基礎(chǔ)”的人才培養(yǎng)改革思路,并以此為指導(dǎo)制定專業(yè)人才培養(yǎng)方案和建立校內(nèi)外實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐基地。實(shí)踐表明,本次改革取得了較好的效果。
關(guān)鍵詞 能源動(dòng)力;人才培養(yǎng);改革
基金項(xiàng)目:三峽大學(xué)(高等)教育科學(xué)研究項(xiàng)目(1307,1345);三峽大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目(J2013008)。
作者簡(jiǎn)介:陳從平(1976—),男,湖北荊州人,三峽大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力學(xué)院,副教授。
能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈,是國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和根本保證。能源與動(dòng)力工程類專業(yè)正是致力于培養(yǎng)能從事能源開(kāi)發(fā)與利用的技術(shù)與管理人才。目前,全國(guó)有200余所高校開(kāi)設(shè)了能動(dòng)相關(guān)本科專業(yè),其中大部分已經(jīng)建設(shè)較為成熟,部分985和211高校的能動(dòng)專業(yè)在國(guó)內(nèi)已具備一定的影響力且具備鮮明特色[1]。而三峽大學(xué)的能動(dòng)專業(yè)于2011年才開(kāi)始立項(xiàng)建設(shè),并同年開(kāi)始招生。作為地方高校新開(kāi)設(shè)的能動(dòng)專業(yè),在人才培養(yǎng)方面必須適應(yīng)社會(huì)和行業(yè)需求,符合我校 “高素質(zhì)、強(qiáng)能力、應(yīng)用型”的人才培養(yǎng)的目標(biāo),因而,在專業(yè)建設(shè)伊始,就不能完全照搬其他高校能動(dòng)專業(yè)人才培養(yǎng)模式,需要結(jié)合實(shí)際情況,大膽改革和創(chuàng)新,才能在國(guó)內(nèi)同類專業(yè)中快速占領(lǐng)一席之地,并以高起點(diǎn)快速穩(wěn)健發(fā)展。
1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
歐洲和美國(guó)的大學(xué)將能動(dòng)類專業(yè)設(shè)置在機(jī)械工程系中,且不以專業(yè)來(lái)單列,而只是機(jī)械類的一個(gè)方向,稱為熱流科學(xué)(Thermal and Fluid science)或能量系統(tǒng)(Energy system),而核工程與核技術(shù)則一般單獨(dú)設(shè)立,或者設(shè)在化工系中,例如美國(guó)麻省理工學(xué)院、佛羅里達(dá)大學(xué)等,機(jī)械工程的教學(xué)與研究范圍覆蓋了目前國(guó)內(nèi)本科生專業(yè)目錄中的機(jī)械類、能源動(dòng)力類的范圍,這樣就大大擴(kuò)展了能動(dòng)專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)和專業(yè)領(lǐng)域,以此來(lái)適應(yīng)“應(yīng)用型”人才培養(yǎng)的需求,使學(xué)生獲得堅(jiān)實(shí)的專業(yè)理論和寬廣的專業(yè)知識(shí)。
我國(guó)能源動(dòng)力類專業(yè)形成于20世紀(jì)50年代[2],當(dāng)時(shí)在蘇聯(lián)教育體制的影響下的分為10個(gè)三級(jí)專業(yè),經(jīng)1993、1998、2012年三次修訂最終合并為1個(gè)專業(yè):能源與動(dòng)力工程,使得專業(yè)覆蓋面被大幅度拓展,要求本專業(yè)學(xué)生主要學(xué)習(xí)動(dòng)力工程及工程熱物理的基礎(chǔ)理論,學(xué)習(xí)各種能量轉(zhuǎn)換及有效利用的理論和技術(shù),受到現(xiàn)代動(dòng)力工程師的基本訓(xùn)練;具有進(jìn)行動(dòng)力機(jī)械與熱工設(shè)備設(shè)計(jì)、運(yùn)行、實(shí)驗(yàn)研究的基本能力。要實(shí)現(xiàn)以上人才培養(yǎng)目標(biāo),關(guān)鍵在于如何緊跟行業(yè)需求并結(jié)合高校自身情況,制定科學(xué)的人才培養(yǎng)方案并認(rèn)真執(zhí)行。然而,經(jīng)前期大量調(diào)研結(jié)果表明,目前國(guó)內(nèi)高校尤其是地方院校在能動(dòng)專業(yè)人才培養(yǎng)上存在以下特點(diǎn)或不足:
(1)專業(yè)劃分過(guò)細(xì),口徑太窄。大部分高校在能動(dòng)專業(yè)中設(shè)置了多個(gè)專業(yè)方向,如水力發(fā)電、火力發(fā)電、清潔燃燒、供暖、制冷等,并將專業(yè)課分方向模塊進(jìn)行教學(xué),這極大地限制了學(xué)生的選擇空間,不利于學(xué)生專業(yè)知識(shí)拓展,使學(xué)生在擇業(yè)時(shí)被固定在某個(gè)方向上,缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。
(2)人才定位不盡合理。經(jīng)前期廣泛調(diào)研發(fā)現(xiàn),隨著我國(guó)現(xiàn)階段加快能源建設(shè)的力度,國(guó)內(nèi)目前需要更多的是能源動(dòng)力行業(yè)運(yùn)行、維護(hù)與管理方面的技術(shù)人才[3],對(duì)于高端人才如設(shè)計(jì)研究類人才雖然稀缺,但由于能動(dòng)專業(yè)實(shí)踐性強(qiáng)的特性,一般難以由高校直接培養(yǎng)此類人才,即高端技術(shù)人才亦需要從工程實(shí)踐中磨礪而出。所以作為地方院校,尤其新開(kāi)設(shè)能動(dòng)專業(yè)的地方高校,不能一味照搬985、211高校以及部分經(jīng)過(guò)幾十年專業(yè)建設(shè)已經(jīng)具備自己鮮明特色和專業(yè)實(shí)力的高校的人才培養(yǎng)模式,必須緊跟行業(yè)需求,以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主線,并充分利用和發(fā)揮高校自身的特色和優(yōu)勢(shì)。
2 三峽大學(xué)能動(dòng)專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革
三峽大學(xué)的能動(dòng)專業(yè)于2010年底才開(kāi)始立項(xiàng)建設(shè),并于當(dāng)年從我校2010級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)中分流出53位學(xué)生按照能源與動(dòng)力專業(yè)人才進(jìn)行培養(yǎng),2011年開(kāi)始以能源與動(dòng)力工程專業(yè)獨(dú)立招生,故截至目前實(shí)際上已有一屆學(xué)生畢業(yè)(2010級(jí)),且2015年度即將畢業(yè)的學(xué)生目前絕大部分已經(jīng)簽訂了就業(yè)協(xié)議。近五年來(lái),學(xué)校在專業(yè)本專業(yè)建設(shè)過(guò)程中積極探索,對(duì)兄弟高校及能動(dòng)相關(guān)的企事業(yè)單位進(jìn)行了廣泛調(diào)研,并緊密結(jié)合我校能動(dòng)專業(yè)“新開(kāi)設(shè)、新起點(diǎn)”的現(xiàn)實(shí)情況,培養(yǎng)和提煉自己的專業(yè)特色,并對(duì)本專業(yè)的人才定位和培養(yǎng)進(jìn)行了以下改革:
(1)在人才培養(yǎng)與定位方面,以培養(yǎng)“高素質(zhì)、強(qiáng)能力、應(yīng)用型”人才為指導(dǎo),制定了專業(yè)人才培養(yǎng)方案,著重提煉專業(yè)所覆蓋知識(shí)體系的共性,拓寬專業(yè)口徑、增厚專業(yè)基礎(chǔ)、突出方向共性、弱化專業(yè)方向、提升就業(yè)能力,擴(kuò)大就業(yè)口徑。具體為:1)以流體機(jī)械動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ),設(shè)置適用于水力發(fā)電、熱力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電中能量轉(zhuǎn)換動(dòng)力裝備的動(dòng)力學(xué)相關(guān)系列必修基礎(chǔ)課程,突出水力發(fā)電專業(yè)課,并輔以風(fēng)力發(fā)電等專業(yè)課程;2)以熱-力轉(zhuǎn)換原理為基礎(chǔ),設(shè)置適用于火力發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、核電等熱動(dòng)力學(xué)、熱交換、熱傳輸相關(guān)的系列必修基礎(chǔ)課程,專業(yè)課設(shè)置方面突出火電、核電,輔以生物質(zhì)能相關(guān)課程。即將動(dòng)力工程專業(yè)分為流體機(jī)械和熱力機(jī)械兩個(gè)方向,但在培養(yǎng)過(guò)程中,大大拓寬了專業(yè)基礎(chǔ)必修課的范圍,增加學(xué)生后續(xù)就業(yè)時(shí)行業(yè)選擇的范圍。
(2)在實(shí)驗(yàn)/時(shí)間教學(xué)方面,以厚基礎(chǔ)、寬口徑、應(yīng)用型人才培養(yǎng)為指導(dǎo),建設(shè)和整合實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)條件。取消零散的課程實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐,開(kāi)設(shè)系列綜合實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐課程,使實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐教學(xué)具有層次性、連貫性、交叉性、系統(tǒng)性和良好的可操作性。避免以課程為單位開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)時(shí)的連續(xù)性差、重復(fù)度高、綜合性不強(qiáng)、效果差的缺點(diǎn),同時(shí)在一定程度上降低建設(shè)成本。此外,學(xué)校還積極開(kāi)發(fā)校外實(shí)踐基地,挖掘?qū)W校所在地區(qū)及周邊區(qū)域廣泛的能源動(dòng)力行業(yè)/企業(yè)資源,作為本專業(yè)有效的實(shí)踐基地。
(3)以校外實(shí)踐基地建設(shè)為抓手,開(kāi)發(fā)專業(yè)初期就業(yè)資源。任何一個(gè)高校新專業(yè)就業(yè)時(shí)其情況都或多或少存在不確定性,其原因主要在于社會(huì)和行業(yè)對(duì)于特定高校新專業(yè)的認(rèn)識(shí)度不高。因而打開(kāi)就業(yè)工作局面難度大,故無(wú)論從短期還是長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,都需要充分利用所建立的校外實(shí)踐基地作為就業(yè)渠道,使基地發(fā)揮更大作用,這需要在基地建設(shè)過(guò)程中同時(shí)做好基地管理制度建設(shè),以協(xié)議的形式為本新專業(yè)向基地輸送人才提供保證。
3 改革效果
近五年來(lái),學(xué)校在建設(shè)能動(dòng)專業(yè)過(guò)程中不斷探索,最終形成以上建設(shè)意見(jiàn)和改革措施,并取得了顯著成效:
(1)制定了科學(xué)合理的能動(dòng)專業(yè)人才培養(yǎng)方案,確定以掌握能源轉(zhuǎn)換裝備運(yùn)行及轉(zhuǎn)換機(jī)理為基礎(chǔ),在傳統(tǒng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程中,將《流體機(jī)械原理》、《水輪機(jī)及調(diào)節(jié)器》、《汽輪機(jī)》等增設(shè)為專業(yè)公共基礎(chǔ)課,在專業(yè)拓展模塊課程中按水電、熱電、流體機(jī)械、新能源發(fā)電等設(shè)置小學(xué)分模塊供學(xué)生選修,但不限制選擇模塊數(shù)量。目前學(xué)生就業(yè)反饋情況表明,在弱化專業(yè)方向、增厚專業(yè)基礎(chǔ)課程后,學(xué)生在擇業(yè)過(guò)程中即使不在個(gè)人專業(yè)方向上就業(yè),只要未跨出能動(dòng)行業(yè),就能很快適應(yīng)新領(lǐng)域的工作。
(2)整合實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐教學(xué)計(jì)劃和條件。如將以往隨理論課程開(kāi)設(shè)的《流體機(jī)械原理》、《流體力學(xué)》、《液壓傳動(dòng)與控制》、《泵站工程》、《水輪機(jī)及調(diào)節(jié)器》等的課程實(shí)驗(yàn)進(jìn)行專門設(shè)計(jì),整合成32學(xué)時(shí)的《流體綜合實(shí)驗(yàn)》課程;將《熱力學(xué)》、《傳熱學(xué)》、《汽輪機(jī)》、《熱電廠動(dòng)力工程》、《鍋爐原理》等課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容整合成32學(xué)時(shí)的《熱工綜合實(shí)驗(yàn)》;將《測(cè)試技術(shù)》、《控制工程》、《電廠自動(dòng)化》等課程實(shí)驗(yàn)整合成16學(xué)時(shí)的《測(cè)控綜合實(shí)驗(yàn)》等,并根據(jù)相關(guān)理論課開(kāi)設(shè)時(shí)間將綜合實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容分為兩個(gè)學(xué)期開(kāi)設(shè)。這樣學(xué)生能夠得到更為系統(tǒng)的、連貫的實(shí)踐訓(xùn)練,相比隨理論課程開(kāi)設(shè)的零散實(shí)驗(yàn),綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果更好隨
(3)目前已在學(xué)校所在地區(qū)及周邊能動(dòng)企業(yè)建立本專業(yè)的實(shí)踐/實(shí)習(xí)基地,且已經(jīng)有效運(yùn)行,如安能(宜昌)熱電(生物質(zhì)能發(fā)電)、長(zhǎng)江電力(葛洲壩)、安能(襄陽(yáng))火電、三峽電廠、清江的隔河巖電站、高壩洲電站、向家壩電站、黃龍灘(十堰)電站、湖北宜化集團(tuán)、宜昌安琪酵母、黑旋風(fēng)工程機(jī)械等20多家能源企業(yè)和流體機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè),可完全滿足學(xué)生畢業(yè)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)及其他培訓(xùn)的接待需求,極大地緩解了專業(yè)實(shí)踐條件建設(shè)需要大投入的困難。
(4)專業(yè)就業(yè)情況良好,第一屆畢業(yè)生(2010級(jí),共53人)就業(yè)率達(dá)100%,其中除4人繼續(xù)攻讀碩士研究生外,15人進(jìn)入水力發(fā)電廠,17人進(jìn)入火電、生物質(zhì)能電廠,6人進(jìn)入電力部門事業(yè)單位,11人進(jìn)入與流體機(jī)械及能源裝備設(shè)計(jì)、制造相關(guān)企業(yè)。其中17人(32.1%)在本專業(yè)校外實(shí)踐基地相關(guān)企業(yè)就職。截止2015年3月中旬,第二屆畢業(yè)生(2011級(jí),共81人)已簽就業(yè)協(xié)議的達(dá)72人,已確定攻讀碩士研究生5人。學(xué)校以專業(yè)調(diào)研、畢業(yè)生就業(yè)企業(yè)回訪等多種形式,進(jìn)一步拓寬和加深了與行業(yè)內(nèi)相關(guān)企事業(yè)單位的聯(lián)系,并就用人單位對(duì)我校畢業(yè)生在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中的綜合素質(zhì)和表現(xiàn)進(jìn)行跟蹤回訪,結(jié)果表明學(xué)生的綜合能力水平總體較高。
4 結(jié)語(yǔ)
能源動(dòng)力類專業(yè)是實(shí)踐性、技術(shù)性很強(qiáng)的專業(yè),且專業(yè)覆蓋的技術(shù)領(lǐng)域非常廣泛,針對(duì)具體的應(yīng)用領(lǐng)域其技術(shù)專業(yè)性又較強(qiáng),而高校在該專業(yè)人才培養(yǎng)的過(guò)程中一方面不可能面面俱到,設(shè)置過(guò)多的專業(yè)方向,另一方面又不能過(guò)于集中,而使得學(xué)生的專業(yè)知識(shí)領(lǐng)域過(guò)窄,導(dǎo)致就業(yè)方向沒(méi)有選擇余地。因而,在人才培養(yǎng)過(guò)程中要更多地考慮專業(yè)領(lǐng)域的共性,增厚專業(yè)基礎(chǔ),拓寬專業(yè)口徑,使學(xué)生獲得盡量寬廣的專業(yè)綜合知識(shí),才能具備一定的競(jìng)爭(zhēng)力,以適應(yīng)現(xiàn)代能源動(dòng)力領(lǐng)域?qū)I(yè)人才的需求。
參考文獻(xiàn)
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當(dāng)前各國(guó)家關(guān)注及面對(duì)的首要問(wèn)題,就是環(huán)境和能源動(dòng)力問(wèn)題,而且,我國(guó)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及人們生活水平的主要物質(zhì)保障就是能源動(dòng)力工程,是我國(guó)實(shí)現(xiàn)四個(gè)現(xiàn)代化的前提。加之社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷深入,電氣化機(jī)械化自動(dòng)化的水平逐漸加強(qiáng),對(duì)能源的需求越來(lái)越多。總體來(lái)說(shuō),國(guó)家生產(chǎn)總值和能源消耗量是成正比的。能源亦動(dòng)能產(chǎn)品生產(chǎn)得越多,能源就需要得更多,從而帶動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,實(shí)現(xiàn)民眾生活水平的提高和國(guó)家的富裕。并且,在世界上我國(guó)屬于煤炭生產(chǎn)消費(fèi)大國(guó),其主要能源動(dòng)力供給就是煤炭。因此,污染我國(guó)大氣的主要因素即未能充分燃燒的煤炭,再加上我國(guó)不可再生資源的開(kāi)采程度及年限有限。所以,在能源動(dòng)力及環(huán)境保護(hù)雙重任務(wù)下,我國(guó)還面臨著能源利用不充分,匱乏優(yōu)質(zhì)能源,及開(kāi)發(fā)力度不足等問(wèn)題。隨著我國(guó)依賴國(guó)際能源的程度不斷提高,能源安全迎來(lái)了新的挑戰(zhàn),須知,一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)力命脈是能源。因能源問(wèn)題導(dǎo)致的國(guó)家戰(zhàn)爭(zhēng),而帶來(lái)的領(lǐng)土問(wèn)題更是數(shù)不勝數(shù)。因此,能源動(dòng)力工程關(guān)系著國(guó)家安全、人們實(shí)際生活這兩方面。眾所周知,我國(guó)是人口大國(guó)總?cè)丝跀?shù)占世界人口的五分之一,要落實(shí)解決民眾生活問(wèn)題,就必須加強(qiáng)農(nóng)業(yè)發(fā)展力度,而農(nóng)業(yè)發(fā)展就必須生產(chǎn),其生產(chǎn)過(guò)程利用的電氣化、機(jī)械化、水利化和化學(xué)化設(shè)備需要更多的能源支撐。那么,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要提量還需投入大量能源,也可以說(shuō)棉花、糧食的增產(chǎn)皆是能源換來(lái)的。并且,能源為日常生活換來(lái)了更多用品,如:纖維材質(zhì)的衣服、建筑材質(zhì)、調(diào)節(jié)溫度及家用電氣和照明設(shè)備等,都需要能源來(lái)支撐,由此可見(jiàn),沒(méi)有能源就什么也做不了。此外,國(guó)家國(guó)防中的各種武器設(shè)備使用也需要能源,比如坦克飛機(jī)、戰(zhàn)艦潛艇等,一旦匱乏能源,就保障不了國(guó)家的安全,其經(jīng)濟(jì)建設(shè)自然難以平穩(wěn)發(fā)展。所以,能源動(dòng)力工程直接關(guān)系著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人們?nèi)粘I?,要發(fā)展社會(huì)提高人們生活,確保人們生活物質(zhì)和精神兩項(xiàng)文明的雙豐收,以及實(shí)現(xiàn)我國(guó)四個(gè)現(xiàn)代化,能源將占據(jù)這重要的地位,對(duì)提高國(guó)民經(jīng)濟(jì)及民眾生活水平和確保國(guó)家安全有著巨大現(xiàn)實(shí)意義。
2當(dāng)前能源動(dòng)力工程的發(fā)展方向
2.1能源動(dòng)力工程思路方向
基于當(dāng)前國(guó)情,要加大傳統(tǒng)能源開(kāi)發(fā)利用程度。眾所周知,我國(guó)現(xiàn)實(shí)國(guó)情即能源資源少利用效率不足,因此,還需要專業(yè)人士對(duì)如何提高傳統(tǒng)能源開(kāi)發(fā)利用效率程度加以研究,也是我國(guó)今后能源動(dòng)力工程研究工作的重中之重;同時(shí),要重視新型可再生能源的開(kāi)發(fā)。石油煤炭等不可再生能源,其開(kāi)采受程度和年限制約,由此可見(jiàn),未來(lái)能源市場(chǎng)主戰(zhàn)場(chǎng)將轉(zhuǎn)向可再生能源的開(kāi)發(fā)利用,且不能因匱乏資源而放慢經(jīng)濟(jì)發(fā)展的腳步,所以專業(yè)人士千萬(wàn)不能止步不前,要注重新型可再生能源的開(kāi)發(fā),從而確保我國(guó)工業(yè)能長(zhǎng)期持久的發(fā)展;第三,實(shí)踐理論要并行。由于不同于其他專業(yè),能源開(kāi)發(fā)利用將直接作用國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù),可轉(zhuǎn)化為直觀的工業(yè)產(chǎn)品和經(jīng)濟(jì)成果,所以專業(yè)人士在校學(xué)習(xí)時(shí),就要做到理論實(shí)踐并行,既要專研書(shū)本知識(shí),又要進(jìn)行科學(xué)探究和工業(yè)時(shí)間,促使得出實(shí)際結(jié)合理論的科技理論成果,從而促進(jìn)能源的發(fā)展經(jīng)濟(jì)的騰飛。
2.2能源動(dòng)力工程環(huán)保方向
環(huán)境污染不僅威脅著人類的生活,更制約了經(jīng)濟(jì)建設(shè)社會(huì)發(fā)展,若沒(méi)有良好生活環(huán)境及可長(zhǎng)期利用的能源,那么社會(huì)將止步不前,人類也會(huì)失去確保發(fā)展生存的基礎(chǔ)。為實(shí)現(xiàn)我國(guó)四個(gè)現(xiàn)代化,和中國(guó)特色社會(huì)主義國(guó)家的建設(shè),最首要關(guān)注的問(wèn)題便是環(huán)境與能源,遏制為發(fā)展而先污染后治理現(xiàn)象;同時(shí),要加強(qiáng)環(huán)境管理力度,但凡改建擴(kuò)建新建、建設(shè)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)等,都必須遵循環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),堅(jiān)持使用環(huán)保建設(shè)設(shè)備及建筑工程主體共同施工設(shè)計(jì)投產(chǎn)制度;再次,經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式要積極改進(jìn),要淘汰陳舊設(shè)備選用先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備,嚴(yán)格禁止污染嚴(yán)重能源消耗多的產(chǎn)品生產(chǎn);最后,環(huán)保資金的投入力度要大,健全完善環(huán)保法制制度,嚴(yán)格按國(guó)家規(guī)定排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,確保環(huán)境保護(hù)是在法制下進(jìn)行。
2.3煤炭清潔技術(shù)的利用
(1)凈化處理燃燒前煤炭,其流程為:清洗選取煤炭,將煤炭中的灰分等雜質(zhì)清除減去,洗選處理效率務(wù)必要達(dá)95%以上;民用煤炭加工,將粉煤與低品位煤炭用機(jī)械設(shè)備制成相應(yīng)形狀的煤炭產(chǎn)品。(2)凈化處理燃燒后煤炭,以濕式或干式脫硫法,確保使用率達(dá)到90%左右;以靜電除塵方式處理大型電廠燃燒后煤炭,保證除塵率在90%左右。
3結(jié)語(yǔ)
1、交通能源與環(huán)境問(wèn)題是21世紀(jì)
全球面臨的重大挑戰(zhàn)。對(duì)我國(guó)尤為嚴(yán)峻
目前世界汽車保有量約8億輛,預(yù)計(jì)到2020年全球汽車保有量將達(dá)到12億輛,主要增幅來(lái)自發(fā)展中國(guó)家。國(guó)際能源機(jī)構(gòu)(IEA)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,2001全球57%的石油消費(fèi)在交通領(lǐng)域(其中美國(guó)達(dá)到67%)。預(yù)計(jì)到2020年交通用油占全球石油總消耗的62%以上。美國(guó)能源部預(yù)測(cè),2020年以后,全球石油需求與常規(guī)石油供給之間將出現(xiàn)缺口,2050年的供需缺口幾乎相當(dāng)于2000年世界石油總產(chǎn)量的兩倍。與此同時(shí),交通能源消耗也是造成局部環(huán)境污染和全球溫室氣體排放的主要來(lái)源之一。為此,全球已達(dá)成共識(shí):交通能源轉(zhuǎn)型勢(shì)在必行。
近年來(lái),我國(guó)汽車業(yè)迅猛發(fā)展。2005年,我國(guó)汽車產(chǎn)銷量均超過(guò)570萬(wàn)輛,分別居世界第三位和第二位,自主品牌轎車和汽車出口均出現(xiàn)大幅增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)2020年前我國(guó)將成為世界上最大的汽車制造國(guó)和主要的汽車出口國(guó)之一。我國(guó)目前的汽車人均保有量還很低,2005年每千人汽車保有量?jī)H為美國(guó)的2.9%(21輛),大約相當(dāng)于美國(guó)90年前的水平,是世界上汽車市場(chǎng)潛力最大的國(guó)家,預(yù)計(jì)2020年汽車保有量將達(dá)到1.3~1.5億輛。但是,當(dāng)我國(guó)剛剛到達(dá)汽車社會(huì)門檻,車用石油消費(fèi)在石油總消費(fèi)中的比例(1/3以下)還大大低于世界平均水平時(shí)(1/2以上),我們已經(jīng)感受到了石油供應(yīng)的日益緊張。同時(shí),車用石油消耗所產(chǎn)生的空氣污染和CO排放也正在變成愈來(lái)愈嚴(yán)重的問(wèn)題,我國(guó)已經(jīng)成為世界上第二大CO排放國(guó),由此產(chǎn)生的國(guó)際政治和經(jīng)濟(jì)爭(zhēng)端將會(huì)愈演愈烈。這充分表明,我國(guó)所面臨的石油安全與交通能源問(wèn)題將來(lái)勢(shì)更猛,影響更大,挑戰(zhàn)更加嚴(yán)峻。按傳統(tǒng)交通能源動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展下去,不可持續(xù),實(shí)現(xiàn)我國(guó)交通能源動(dòng)力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型是大勢(shì)所趨。
2、未來(lái)20年是我國(guó)交通能源動(dòng)力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略機(jī)遇期
歷史上,交通能源動(dòng)力系統(tǒng)變革一直處于技術(shù)革命和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的核心位置。十九世紀(jì),煤和蒸汽機(jī)火車引發(fā)了歐洲的工業(yè)革命,開(kāi)創(chuàng)了人類的工業(yè)經(jīng)濟(jì)和工業(yè)文明;二十世紀(jì),石油和內(nèi)燃機(jī)汽車促成了美國(guó)的經(jīng)濟(jì)騰飛,把人類帶入了基于石油的經(jīng)濟(jì)體系與物質(zhì)繁榮,也帶來(lái)了能源環(huán)境的巨大挑戰(zhàn)。進(jìn)入二十一世紀(jì),以替代燃料和混合動(dòng)力為代表的各種新型汽車能源動(dòng)力技術(shù)迅猛發(fā)展,相互競(jìng)爭(zhēng),引發(fā)了一場(chǎng)新的技術(shù)變革,預(yù)示著人類將要進(jìn)入后石油時(shí)代過(guò)渡期和能源動(dòng)力技術(shù)創(chuàng)新突破的機(jī)遇期。
這場(chǎng)能源動(dòng)力系統(tǒng)變革的主要趨勢(shì)是汽車能源多元化、汽車動(dòng)力電氣化和汽車排放潔凈化:基于可再生能源的生物燃料對(duì)于各種車輛具有良好的適用性,成為各國(guó)共同推廣的新型燃料?;旌蟿?dòng)力作為新型汽車能源動(dòng)力技術(shù)共性平臺(tái)繼承了先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)技術(shù),結(jié)合高效潔凈的電力驅(qū)動(dòng)方式,既充分利用現(xiàn)有燃料基礎(chǔ)設(shè)施,又能包容各種新型燃料,現(xiàn)已成為新型動(dòng)力汽車產(chǎn)業(yè)化的里程碑,燃料電池作為一種新興能量轉(zhuǎn)換裝置,盡管目前還存在很多需要克服的技術(shù)障礙,但其作為新一代汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)的遠(yuǎn)期解決方案仍然被全球所看好。
汽車能源動(dòng)力技術(shù)的變革是一個(gè)比較漫長(zhǎng)的過(guò)程?;旌蟿?dòng)力有望在近中期逐步普及;燃料電池汽車的規(guī)模商業(yè)化大約在2020年以后。面向中長(zhǎng)期的汽車技術(shù)發(fā)展,我國(guó)汽車所處的這一技術(shù)變革時(shí)期為我國(guó)交通能源動(dòng)力系統(tǒng)變革提供了歷史機(jī)遇。
機(jī)遇之一:中國(guó)的資源和能源狀況適合發(fā)展新能源交通動(dòng)力系統(tǒng)。
中國(guó)缺油、少氣、多煤,這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)給交通能源可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)?;诟鞣N資源特點(diǎn)的多種替代燃料可以充分發(fā)揮我國(guó)地域遼闊和資源多樣性的優(yōu)勢(shì),因地制宜發(fā)展基于煤炭的燃料工業(yè)、基于生物質(zhì)的農(nóng)業(yè)能源和基于天然氣的各種氣體燃料技術(shù),從而實(shí)現(xiàn)交通能源來(lái)源的多樣化。同時(shí),從我國(guó)城鄉(xiāng)布局看,城市模式以大城市群為主要特點(diǎn),汽車燃料基礎(chǔ)設(shè)施比較集中,有利于燃料清潔化管理和監(jiān)督。我國(guó)廣大農(nóng)村,隨地區(qū)不同,其一次能源資源特點(diǎn)也不同,這比較適合發(fā)展一次能源來(lái)源多元化、燃料制取和消費(fèi)當(dāng)?shù)鼗娜剂瞎?yīng)體系。
機(jī)遇之二:我國(guó)具有實(shí)現(xiàn)交通能源動(dòng)力系統(tǒng)變革的后發(fā)優(yōu)勢(shì)。
從我國(guó)汽車發(fā)展階段看,具有后發(fā)優(yōu)勢(shì)。盡管發(fā)達(dá)國(guó)家政府均大力推動(dòng)各種代用燃料汽車的應(yīng)用和向氫能燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型,但是其傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)龐大,石油基礎(chǔ)設(shè)施完善,消費(fèi)習(xí)慣難以轉(zhuǎn)變,實(shí)施轉(zhuǎn)型社會(huì)成本高昂,轉(zhuǎn)型難度很大。而我國(guó)汽車工業(yè)剛剛發(fā)展起來(lái),汽車普及率低,因而在汽車動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略選擇上,有更大的自由度。相對(duì)常規(guī)汽車而言,我國(guó)在新能源汽車研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面具有比較優(yōu)勢(shì)。如果政策得當(dāng),可以在世界上率先實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型。
機(jī)遇之三:實(shí)施汽車動(dòng)力系統(tǒng)變革,是多年來(lái)我國(guó)發(fā)展清潔汽車和電動(dòng)汽車成功實(shí)踐的戰(zhàn)略總結(jié)和發(fā)展的必然要求。
基于對(duì)我國(guó)能源安全、環(huán)境保護(hù)和實(shí)現(xiàn)我國(guó)汽車工業(yè)跨越發(fā)展的戰(zhàn)略考慮,“九五”期間,科技部會(huì)同有關(guān)部委組織實(shí)施了“清潔汽車行動(dòng)”,取得了重大階段性成果。截止2005年,全國(guó)已有燃?xì)馄?2萬(wàn)輛,加氣站700余座,年替代石油150萬(wàn)噸。而且天然氣汽車呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)勢(shì)頭,預(yù)計(jì)今后幾年將進(jìn)入大規(guī)模推廣應(yīng)用階段。“十五”期間,科技部組織實(shí)施了“電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)”,國(guó)家投入8.8億元,是最大的科技專項(xiàng)之一。全國(guó)200余家單位、2000多名骨干科技人員直接參與實(shí)施,初步形成了官、產(chǎn)、學(xué)、研合作機(jī)制。目前,小型純電動(dòng)車輛已經(jīng)開(kāi)始小規(guī)模產(chǎn)業(yè)化,混合動(dòng)力汽車已有多個(gè)車型通過(guò)國(guó)家認(rèn)證成為產(chǎn)品,燃料電池汽車已進(jìn)入示范考核運(yùn)行階段。自主開(kāi)發(fā)的燃料電池、動(dòng)力蓄電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電子控制系統(tǒng)具備批量化生產(chǎn)能力。這為我國(guó)汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的實(shí)施,奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)、人才和實(shí)踐基礎(chǔ)。
二、我國(guó)交通能源動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇
基于我國(guó)汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇,我國(guó)汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展目標(biāo)應(yīng)當(dāng)是立足轉(zhuǎn)型、盡快轉(zhuǎn)型。但是,新型汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)與現(xiàn)有汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)存在著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。同時(shí),我國(guó)當(dāng)前汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展和節(jié)能環(huán)保問(wèn)題還要靠現(xiàn)有汽車能源動(dòng)力技術(shù)解決。為此,應(yīng)當(dāng)選擇一種“過(guò)渡”和“轉(zhuǎn)型”并行互動(dòng)、協(xié)調(diào)發(fā)展的戰(zhàn)略。一方面,發(fā)展節(jié)能汽車解決緊迫的能源安全問(wèn)題,另一方面,開(kāi)展新能源汽車研究,瞄準(zhǔn)未來(lái)汽車競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。
1、節(jié)能汽車
優(yōu)化現(xiàn)有以石油和內(nèi)燃機(jī)為基礎(chǔ)的車用能源動(dòng)力系統(tǒng),發(fā)展節(jié)能汽車,重點(diǎn)發(fā)展直噴式內(nèi)燃機(jī)及其混合動(dòng)力系
統(tǒng)。利用現(xiàn)有液體燃料基礎(chǔ)設(shè)施,實(shí)施汽柴油清潔化戰(zhàn)略,逐步與國(guó)際燃油規(guī)范接軌;大力發(fā)展各種合成燃料,尤其是符合中國(guó)國(guó)情的煤基合成燃料,并與汽柴油混合,形成新型清潔燃料。
2000年以來(lái),我國(guó)汽車(包括農(nóng)用汽車)汽柴油年消費(fèi)約占全國(guó)汽柴油消費(fèi)總量的一半,石油消費(fèi)的1/3左右。這一數(shù)據(jù)說(shuō)明三個(gè)問(wèn)題1)車用汽柴油消費(fèi)總量與石油消費(fèi)總量同步快速增長(zhǎng)。考慮到汽車市場(chǎng)的持續(xù)升溫,石油安全風(fēng)險(xiǎn)很大。2)與國(guó)際平均水平相比,我國(guó)汽柴油消費(fèi)占石油總消費(fèi)的比例較低。通過(guò)石油消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化,可實(shí)施汽車燃料的間接替代。主要是通過(guò)置換方式將替代難度較小的工業(yè)燃料等用非石油產(chǎn)品先行替代,將其原先使用的石油燃料用于汽車。則在相同石油消費(fèi)總量下,車用燃料消費(fèi)總量大約具有20%以上的上升空間。3)我國(guó)目前車用燃油消費(fèi)總量與汽車保有量之比偏高,也即汽車油耗量偏大,節(jié)能的潛力巨大。2002年,我國(guó)計(jì)入農(nóng)用車和摩托車后的等效平均單車年耗油量約為1.5噸,接近美國(guó)2000年的平均單車年耗油量,而大大高于2000年的法國(guó)(1.2噸)和日本(1噸)。平均單車年耗油量取決于車輛技術(shù)、車型結(jié)構(gòu)和行駛里程以及運(yùn)行工況等因素,中長(zhǎng)期均有較大的改善潛力。根據(jù)國(guó)家中長(zhǎng)期科技規(guī)劃能源領(lǐng)域戰(zhàn)略研究結(jié)果,建議2020年我國(guó)汽車節(jié)能目標(biāo)為:在汽車保有量調(diào)節(jié)在1.5億輛以內(nèi)的前提下,平均單車年油耗量控制在1噸左右。與目前相比,節(jié)約1/3左右,節(jié)油潛力70007萬(wàn)噸左右。汽車燃油消耗總量控制在1.5~2億噸。為了達(dá)到這一目標(biāo),關(guān)鍵的節(jié)能汽車能源動(dòng)力技術(shù)如下:
(1)高效柴油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)
轎車柴油機(jī)節(jié)能效果與汽油混合動(dòng)力不相上下。據(jù)國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心分析預(yù)測(cè),如果2020年我國(guó)柴油轎車發(fā)展到乘用車的20%,則當(dāng)年可節(jié)約燃料1880萬(wàn)噸。為此應(yīng)當(dāng)在我國(guó)發(fā)展先進(jìn)的柴油轎車,但是必須解決好排放控制關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。主要包括:柴油機(jī)電控技術(shù),排氣后處理技術(shù)和清潔柴油與代用柴油技術(shù);柴油機(jī)電控高壓燃油噴射系統(tǒng)和智能化發(fā)動(dòng)機(jī)電子管理系統(tǒng),是綠色高效柴油機(jī)核心關(guān)鍵技術(shù),應(yīng)當(dāng)大力發(fā)展;柴油機(jī)排放控制可采取如下應(yīng)對(duì)策略:EGR(廢氣再循環(huán))技術(shù)成熟,效果顯著,應(yīng)盡快推廣使用;DPF(微粒捕捉器)技術(shù)2010年前將會(huì)在歐洲柴油車普及,我國(guó)需加快應(yīng)用速度;NOX(氮氧化物)催化轉(zhuǎn)換器技術(shù)路線需要慎重選擇,深入研究;發(fā)展合成柴油和生物柴油對(duì)解決柴油的數(shù)量和質(zhì)量都具有重大意義,要大力發(fā)展代用柴油技術(shù),力爭(zhēng)在2020年,將生產(chǎn)能力提高到1000萬(wàn)噸以上。根據(jù)2002年統(tǒng)計(jì),我國(guó)農(nóng)用車所消耗的柴油總量與常規(guī)柴油車的柴油消耗總量不相上下。開(kāi)發(fā)節(jié)能、經(jīng)濟(jì)的新型農(nóng)用車并逐步采用農(nóng)業(yè)能源作為燃料對(duì)于汽車節(jié)能和發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)具有重大戰(zhàn)略意義。
(2)節(jié)能汽油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)
當(dāng)前,我國(guó)的轎車基本上是汽油轎車,目前采用的轎車汽油發(fā)動(dòng)機(jī)還有20%以上的節(jié)能潛力。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展呈如下趨勢(shì):缸內(nèi)直噴技術(shù)、電輔助增壓、電動(dòng)氣門、可變壓縮比、停缸控制技術(shù)等將在今后五年規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。世界各國(guó)正在對(duì)直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)開(kāi)展深入研究。以日本為代表的非均質(zhì)直噴技術(shù)面臨燃燒穩(wěn)定性和后處理等問(wèn)題,以歐洲為代表的均質(zhì)直噴技術(shù)正在興起。電動(dòng)氣門與無(wú)凸輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)也在突破之中。電動(dòng)氣門具有與電控噴射同等重要的意義,它將給發(fā)動(dòng)機(jī)空氣系統(tǒng)控制和循環(huán)過(guò)程管理帶來(lái)一系列節(jié)能技術(shù)變革,如取消節(jié)氣門,可變壓縮比、部分停缸等。目前我國(guó)轎車主要集中在大城市。在中小城市和農(nóng)村,摩托車和三輪摩托車是主要個(gè)人交通工具,保有量已達(dá)1.2億輛以上,其節(jié)能環(huán)保水平急待提高,其升級(jí)換代趨勢(shì)值得關(guān)注。有針對(duì)性的開(kāi)發(fā)具有中國(guó)特色的超微型節(jié)能汽油車具有重要的節(jié)能意義和市場(chǎng)前景。
(3)先進(jìn)的混合內(nèi)燃機(jī)技術(shù)
先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展呈現(xiàn)多重混合化趨勢(shì)。燃料供應(yīng)的混合:常規(guī)汽柴油與代用燃料混合。以常規(guī)汽柴油為主,將各種代用燃料,包括醇醚燃料與汽柴油摻混并進(jìn)行適當(dāng)設(shè)計(jì)將會(huì)成為主流燃料技術(shù)。燃燒方式的混合:汽油機(jī)均質(zhì)充氣與柴油機(jī)壓燃點(diǎn)燃混合。以燃料混合技術(shù)和控制技術(shù)為基礎(chǔ),綜合汽油機(jī)和柴油機(jī)兩種燃燒方式優(yōu)點(diǎn)的均質(zhì)壓燃HCCI內(nèi)燃機(jī)技術(shù)正在興起。輸出功率的混合:內(nèi)燃機(jī)與電機(jī)功率的混合。新型集成化大功率啟動(dòng)電機(jī)/發(fā)電機(jī)一體化裝置ISG與新型電源系統(tǒng)技術(shù)既是內(nèi)燃機(jī)電控技術(shù)的擴(kuò)展和深化,也是復(fù)雜混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)模塊技術(shù)。內(nèi)燃機(jī)的混合化是聯(lián)結(jié)現(xiàn)有汽車節(jié)能環(huán)保技術(shù)與新能源汽車技術(shù)之間的橋梁。
2、新能源汽車
開(kāi)發(fā)新一代車用能源動(dòng)力系統(tǒng),發(fā)展新能源汽車。重點(diǎn)發(fā)展各種液體代用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)及其混合動(dòng)力汽車,逐步過(guò)渡到采用生物燃料的混合動(dòng)力和可充電的混合動(dòng)力;進(jìn)一步發(fā)展以天然氣為主體的氣體燃料基礎(chǔ)設(shè)施,分步建設(shè)長(zhǎng)期可持續(xù)利用的氣體燃料供應(yīng)網(wǎng)絡(luò);以天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ),發(fā)展各種燃?xì)鈩?dòng)力,尤其是天然氣/氫氣內(nèi)燃機(jī)及其混合動(dòng)力;發(fā)展新一代燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)及其混合動(dòng)力,到2020年,達(dá)到規(guī)模商業(yè)化水平;大力推進(jìn)動(dòng)力電池的技術(shù)進(jìn)步,發(fā)展適合中國(guó)國(guó)情的純電動(dòng)車尤其是微型純電動(dòng)車。以城市公交車輛為重點(diǎn),以點(diǎn)帶面,穩(wěn)步推進(jìn)新能源汽車的示范與商業(yè)化。
(1)車用能源轉(zhuǎn)型的方向和重點(diǎn)
車用能源轉(zhuǎn)型的方向?qū)氖?、天然?煤層氣、煤基燃料向生物質(zhì)燃料和化石能、核能及可再生能源制氫和發(fā)電過(guò)渡。從資源來(lái)源看,中長(zhǎng)期車用石油替代燃料的主體將來(lái)自三方面:煤基燃料、生物燃料、天然氣燃料。到2020年,總量將可達(dá)到三千萬(wàn)噸以上,占車用燃料總消費(fèi)的15%~20%,與歐盟的預(yù)期目標(biāo)基本相同。從車輛應(yīng)用角度看,車用代用燃料主要有三類:含氧燃料(醇/醚/酯)、合成油(BTL/CTL/GTL)、氣體燃料(甲烷氣/合成氣/氫氣)。含氧燃料技術(shù)成熟,是近期推廣應(yīng)用的重點(diǎn),一般以摻混使用為宜。合成油與現(xiàn)有車輛技術(shù)體系和基礎(chǔ)設(shè)施完全兼容,而且是一種優(yōu)質(zhì)的環(huán)保燃料。其技術(shù)也還有較大的改進(jìn)余地。從中長(zhǎng)期看,將成為一種主體代用燃料。氣體燃料中,甲烷氣是近中期的重點(diǎn),以天然氣為例,2020年,我國(guó)天然氣供應(yīng)量可達(dá)到1200億立方米以上,如拿出10%左右用于汽車就可替代1千萬(wàn)噸左右汽柴油;合成氣是各種一次能源通過(guò)氣化工藝制成的富氫氣體,是各種汽車新型燃料的原料氣,也可直接用作車用燃料,在車用能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮著關(guān)鍵作用,氫氣是一種原料來(lái)源廣泛、尾氣排放為零的環(huán)保燃料,是車用能源轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略目標(biāo)之一。根據(jù)國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃綱要,我國(guó)將從基礎(chǔ)科學(xué)研究、前沿技術(shù)創(chuàng)新、工程應(yīng)用開(kāi)發(fā)等多個(gè)層
面實(shí)施對(duì)氫能技術(shù)的重點(diǎn)突破。
(2)汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)型與混合動(dòng)力
汽車動(dòng)力系統(tǒng)是一個(gè)完整的體系,包括燃料、發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)三個(gè)主要層次。根據(jù)生命周期循環(huán)分析,從油井到車輪的效率來(lái)看,源于石油的最佳組合是:汽油/柴油一內(nèi)燃機(jī)―混合動(dòng)力。源于天然氣、煤的氫燃料電池及其混合動(dòng)力可與合成燃料內(nèi)燃機(jī)及其混合動(dòng)力競(jìng)爭(zhēng)。近年來(lái),汽車動(dòng)力系統(tǒng)最大的突破是混合動(dòng)力技術(shù),它為汽車動(dòng)力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型奠定了基礎(chǔ)平臺(tái)。
當(dāng)前,內(nèi)燃機(jī)混合動(dòng)力轎車產(chǎn)業(yè)化是動(dòng)力轉(zhuǎn)型的里程碑。采用混聯(lián)式汽油混合動(dòng)力系統(tǒng)的轎車城市工況可節(jié)油40%左右。混合動(dòng)力還為汽車排放控制尤其是城市工況條件下的排放控制提供了有效的新途徑。鑒于我國(guó)私人轎車主要集中在大中城市,混合動(dòng)力轎車非常適合在我國(guó)推廣使用。同時(shí),我國(guó)是一個(gè)公交車大國(guó),在公交車中推廣使用混合動(dòng)力車輛也具有重要的節(jié)能環(huán)保意義。要借鑒我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)在發(fā)動(dòng)機(jī)電控噴射等技術(shù)變革中所積累的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)和商業(yè)模式,并通過(guò)稅收優(yōu)惠等激勵(lì)政策,大力開(kāi)發(fā)和推廣混合動(dòng)力。
今后,發(fā)展我國(guó)混合動(dòng)力有兩條技術(shù)路線值得重視:一是轎車混合動(dòng)力的模塊化。通過(guò)功能模塊的發(fā)展與組合逐步推進(jìn)汽車動(dòng)力的電氣化。從只具備自動(dòng)啟停、怠速關(guān)機(jī)功能的“微混合(micro-hybrid)”、以并聯(lián)式混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)為主體的“輕混合(mild-hybrid)”和以混聯(lián)式為特征的“全混合(full-hybrid)”,隨著電功率的比例逐步提高,最終過(guò)渡到串聯(lián)式“可充電混合(plug-in-hybrid)”。二是城市客車混合動(dòng)力系統(tǒng)的平臺(tái)化。發(fā)電機(jī)組+驅(qū)動(dòng)電機(jī)+儲(chǔ)能裝置構(gòu)成了混合動(dòng)力系統(tǒng)的基本技術(shù)平臺(tái)。通過(guò)換用不同的輔助動(dòng)力總成(APU)適應(yīng)從汽、柴油內(nèi)燃機(jī)到氫能燃料電池各種不同的能源動(dòng)力轉(zhuǎn)化裝置,形成油―電、氣―電、電―電各種不同混合動(dòng)力,促進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)的平穩(wěn)過(guò)渡與轉(zhuǎn)型。
(3)汽車能源動(dòng)力轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵與瓶頸:動(dòng)力蓄電池和氫能燃料電池
目前,新型動(dòng)力電池尚不能很好滿足汽車使用要求,即使對(duì)于已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的國(guó)外混合動(dòng)力轎車用動(dòng)力電池也還存在初始成本高,使用壽命短等問(wèn)題。動(dòng)力蓄電池同時(shí)涉及混合動(dòng)力、純電動(dòng)和燃料電池三種電動(dòng)汽車,因此動(dòng)力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型將強(qiáng)烈依賴電池技術(shù)的突破。盡管混合動(dòng)力的產(chǎn)業(yè)化會(huì)大大促進(jìn)動(dòng)力電池尤其是高功率型動(dòng)力電池的技術(shù)進(jìn)步,但是近三十年來(lái)車用動(dòng)力電池研發(fā)的經(jīng)驗(yàn)表明其技術(shù)進(jìn)步過(guò)程將呈現(xiàn)出長(zhǎng)期、穩(wěn)步和漸變的特征。
氫燃料電池系統(tǒng)是最具效率潛力的車用發(fā)動(dòng)機(jī),并能帶來(lái)全新的汽車設(shè)計(jì)概念。據(jù)IEA2004年統(tǒng)計(jì),全球能源科技研發(fā)公共資金投入中約12%投向了氫能燃料電池。近年來(lái),燃料電池汽車技術(shù)得到了快速的發(fā)展,例如電堆大規(guī)模生產(chǎn)成本已降低到接近100美元/千瓦。但是,車用燃料電池商業(yè)化還面臨一系列重大挑戰(zhàn):壽命仍需提高兩倍以上,還有儲(chǔ)氫、氫源基礎(chǔ)設(shè)施等重大問(wèn)題有待解決。以低溫膜和碳極板為標(biāo)志的車用質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)研發(fā)和投資的第一已經(jīng)過(guò)去。以復(fù)合增強(qiáng)高溫膜、低鉑催化劑和金屬雙極板為標(biāo)志的新一代技術(shù)正在興起。美國(guó)能源部2005年8月最新技術(shù)路線圖,美國(guó)國(guó)會(huì)批準(zhǔn)繼續(xù)加大氫能燃料電池投入,全球正在為燃料電池產(chǎn)業(yè)化而繼續(xù)努力,我國(guó)在氫能燃料電池技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中處于除日本、加拿大、美國(guó)之后的第二行列。
總體上講,燃料電池是車用動(dòng)力系統(tǒng)的一個(gè)長(zhǎng)遠(yuǎn)解決方案。其中,燃料電池城市大客車可望率先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。美國(guó)正在實(shí)施國(guó)家計(jì)劃,目標(biāo)是到2015年使燃料電池城市客車占到新增城市公交車的10%。相比而言,城市公交在我國(guó)更具戰(zhàn)略地位,我國(guó)大客車產(chǎn)業(yè)更具國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。應(yīng)當(dāng)把燃料電池大客車作為燃料電池汽車商業(yè)化的突破口。
(4)我國(guó)新型能源動(dòng)力汽車發(fā)展趨勢(shì)與進(jìn)程展望
綜合國(guó)外各種研究預(yù)測(cè)和各大國(guó)際汽車公司與能源公司的技術(shù)發(fā)展路線圖,結(jié)合我國(guó)具體國(guó)情和發(fā)展現(xiàn)狀,可初步展望我國(guó)汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型趨勢(shì)
1)2010年左右,隨著石油價(jià)格的上漲和燃油稅的征收以及排放法規(guī)與國(guó)際接軌,我國(guó)汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)轉(zhuǎn)型的轉(zhuǎn)折點(diǎn)將會(huì)出現(xiàn)。以混合動(dòng)力和混合燃料為主體的新能源動(dòng)力系統(tǒng)車輛產(chǎn)業(yè)化將會(huì)到來(lái)。
2)2020年左右,隨著常規(guī)石油供需缺口的出現(xiàn)和C02政策法規(guī)的實(shí)施以及燃料電池、動(dòng)力電池等新型能源動(dòng)力技術(shù)的進(jìn)步,我國(guó)汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)轉(zhuǎn)型將取得進(jìn)一步突破,燃料電池轎車產(chǎn)業(yè)化可望興起。
3)2l世紀(jì)上半葉,基于各種液體燃料及其基礎(chǔ)設(shè)施的先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)與混合動(dòng)力車、基于各種氣體燃料及其基礎(chǔ)設(shè)施的燃?xì)馀c燃料電池車、基于電燃料及其基礎(chǔ)設(shè)施的純電動(dòng)車在將會(huì)長(zhǎng)期并存。其中先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)與混合動(dòng)力車將占主導(dǎo)地位。燃?xì)馀c燃料電池車以及純電動(dòng)車之和在2l世紀(jì)中葉前后可望達(dá)到汽車銷量的1/3~1/2。
我國(guó)新型汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)程路線將是沿著中國(guó)特色之路逐步走向世界前沿。
內(nèi)燃機(jī)及其混合動(dòng)力車將會(huì)出現(xiàn)適合我國(guó)城市工況的輕度混合動(dòng)力小型車、適合地區(qū)特點(diǎn)的超微型汽油車等特色車型,其所用燃料近中期將以汽柴油為主,摻混少量替代燃料。中遠(yuǎn)期,各種替代燃料的比例將會(huì)逐步加大逐步發(fā)展出基于生物燃料的充電式(plug-in)內(nèi)燃混合動(dòng)力車。
燃?xì)馀c燃料電池車將從目前世界上最大的天然氣公交車隊(duì)、燃料電池混合動(dòng)力公交車隊(duì),逐步發(fā)展出規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的氫能燃料電池轎車。
純電動(dòng)車將從目前世界上最大的電動(dòng)自行車生產(chǎn)國(guó)(年產(chǎn)千萬(wàn)輛),發(fā)展出裝備先進(jìn)動(dòng)力電池的微型電動(dòng)車并廣泛推廣使用。
考慮到新技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用推廣中的各種風(fēng)險(xiǎn)和不確定性,上述預(yù)測(cè)是一種比較初步和粗略的估計(jì),需要根據(jù)新的進(jìn)展加以修正。但這一展望可以作為我們努力爭(zhēng)取的目標(biāo)。
三、我國(guó)應(yīng)采取的科技對(duì)策
基于節(jié)能與新能源汽車“過(guò)渡”與“轉(zhuǎn)型”的雙重發(fā)展戰(zhàn)略,我國(guó)汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)的科技對(duì)策可遵循三條基本技術(shù)路線。三管齊下,并行互動(dòng):
(1)開(kāi)發(fā)和推廣先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)與混合動(dòng)力汽車,解決緊迫的節(jié)能與環(huán)保問(wèn)題并促進(jìn)自主品牌汽車發(fā)展,推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)轉(zhuǎn)型。
(2)研發(fā)和應(yīng)用氣體燃料、煤基燃料和生物燃料等汽車代用燃料,促進(jìn)交通能源來(lái)源多元化,同時(shí)有步驟的推動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施的擴(kuò)展和轉(zhuǎn)型。
(3)開(kāi)展燃料電池汽車和純電動(dòng)車的研發(fā)、示范和產(chǎn)業(yè)化,促進(jìn)新能源電動(dòng)汽車技術(shù)創(chuàng)新與重點(diǎn)跨越。
近年來(lái),國(guó)家攻關(guān)計(jì)劃、清潔汽車行動(dòng)、電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)的實(shí)施,極大地推動(dòng)了我國(guó)節(jié)能和新能源汽車的技術(shù)變革。根據(jù)國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃,今后將進(jìn)一步加大力度,推進(jìn)我國(guó)汽車能源動(dòng)
力科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化。為此建議:
1)以2020年節(jié)約和替代車用燃料總量達(dá)到1億噸(節(jié)約7000萬(wàn)噸,替代3000萬(wàn)噸)為目標(biāo),推進(jìn)節(jié)能與新能源汽車并行互動(dòng)與協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略。在市場(chǎng)方面,要以節(jié)能汽車為主體,大力發(fā)展小型化和微型化的節(jié)能環(huán)保國(guó)民車,盡快實(shí)施燃油稅,加大油耗法規(guī)推進(jìn)力度。在研發(fā)方面,要以新能源汽車為戰(zhàn)略重點(diǎn),緊緊抓住未來(lái)二十年汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)變革的戰(zhàn)略機(jī)遇期,官產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān),實(shí)現(xiàn)中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)由產(chǎn)量大國(guó)到技術(shù)強(qiáng)國(guó)的跨越發(fā)展。
2)采用“置換”(間接替代)、“摻混”(部分替代)、“代替”(全部替代)三管齊下,先易后難、穩(wěn)步發(fā)展汽車替代能源;大力發(fā)展煤基、生物質(zhì)基、天然氣基石油替代燃料,促進(jìn)交通能源多元化;繼續(xù)發(fā)展燃油、燃?xì)狻㈦娙N燃料/能源的基礎(chǔ)設(shè)施,實(shí)現(xiàn)交通能源載體盡可能的兼容性和一體化。
3)開(kāi)發(fā)醇/醚/酯含氧燃料、BTL/CTL/GTL合成油、天然氣/合成氣/氫氣氣體燃料三大類代用燃料技術(shù)及其車輛應(yīng)用技術(shù),推進(jìn)汽車燃料因時(shí)、因地、有序、有限的多元化液體代用燃料宜以摻混應(yīng)用為主,通過(guò)合理的燃料設(shè)計(jì)、優(yōu)化的整車匹配和規(guī)范的油品管理,逐步替代石油柴油;全力推進(jìn)車用燃料技術(shù)創(chuàng)新尤其是合成氣技術(shù)、存儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)等,建立代用燃料的基礎(chǔ)技術(shù)平臺(tái),以適應(yīng)交通能源轉(zhuǎn)型過(guò)程中代用燃料品種的變化與過(guò)渡。
關(guān)鍵詞:能源消耗;汽車技術(shù);節(jié)能技術(shù);環(huán)保;
中圖分類號(hào):U491 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-3520(2015)-06-00-01
汽車誕生以來(lái)極大的推動(dòng)了世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,方便了人類的出行,另一方面,汽車對(duì)化石能源的需求量不斷增長(zhǎng),已引起全球性的能源恐慌。根據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),用于交通工具消耗的石油量占總消耗量的57%,預(yù)計(jì)到2020年將增加到62%。其中,增幅最大的主要為發(fā)展中國(guó)國(guó)家。能源危機(jī)以及由能源消耗引發(fā)的環(huán)境污染,已經(jīng)嚴(yán)重制約了汽車工業(yè)的發(fā)展和人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的進(jìn)程。社會(huì)對(duì)于低能耗、零排放的汽車技術(shù)的需求日益強(qiáng)烈。
一、我國(guó)交通運(yùn)輸能源消耗的現(xiàn)狀
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,我國(guó)人民群眾生活水平不斷提高,汽車業(yè)在我國(guó)的發(fā)展形勢(shì)異常迅猛。據(jù)相關(guān)部門數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)汽車產(chǎn)量及銷售量已經(jīng)于2005年居于世界前三名地位,汽車自主研發(fā)品牌以及出口量均呈現(xiàn)大幅度增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到2020年,我國(guó)汽車保有量將得到1.5億輛左右。與此同時(shí),汽車對(duì)于化石能源尤其是石油能源的消耗也給國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)巨大挑戰(zhàn),車用石油的耗費(fèi)量不斷增長(zhǎng),已達(dá)到石油總耗費(fèi)量的1/3之一,雖然低于世界1/2的平均水平,但仍然造成了能源緊張,影響了其他行業(yè)的發(fā)展。另一方面,汽車尾氣排放對(duì)環(huán)境的影響越來(lái)越明顯,CO2的排放已經(jīng)引起了溫室效應(yīng),引起國(guó)際上的政治和經(jīng)濟(jì)性爭(zhēng)端。傳統(tǒng)的汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求,對(duì)交通能源動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)型或升級(jí)是當(dāng)前汽車技術(shù)改進(jìn)的主要任務(wù)。
二、汽車技術(shù)未來(lái)發(fā)展方向
汽車業(yè)發(fā)展給能源消耗帶來(lái)負(fù)擔(dān)的同時(shí),也給汽車技術(shù)的改進(jìn)提出了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。交通能源動(dòng)力系統(tǒng)的改革及升級(jí)是汽車技術(shù)革命和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的核心部分,以可再生燃料替代傳統(tǒng)化石能源和混合動(dòng)力為代表的新型能源動(dòng)力系統(tǒng)的研發(fā),將引發(fā)新的技術(shù)變革,能源消耗最小化、能源多元化、動(dòng)力系統(tǒng)電氣化以及排放清潔化是未來(lái)汽車技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)。
(一)汽車節(jié)能技術(shù)
1、汽車輕量化技術(shù)。汽車耗能量與汽車負(fù)載有直接關(guān)系,同等條件下,汽車負(fù)載小,能源消耗較少。在保證汽車實(shí)用性能的同時(shí),降低汽車自身的質(zhì)量是當(dāng)前面臨的主要問(wèn)題。新型材料的研發(fā)為降低汽車自身質(zhì)量提供了物質(zhì)保障,例如,塑膠及其他復(fù)合材料的采用,可大幅度降低汽車自身的質(zhì)量,預(yù)計(jì)能降低相關(guān)部件質(zhì)量的40%左右,與此同時(shí),還能為汽車制造商節(jié)約大量原料成本。新型低密度、高強(qiáng)度、高耐腐蝕性的合成材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用已經(jīng)是汽車材料研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。
2、發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)改進(jìn)。發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)的主要工作部件,其工作性能在節(jié)能減排方面具有重要影響。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)也在不斷升級(jí)。
(1)多點(diǎn)電噴汽油機(jī)以其高轉(zhuǎn)化率,滿足了尾氣排放標(biāo)準(zhǔn),已經(jīng)取代落后的化油器,但該設(shè)備在燃油經(jīng)濟(jì)性方面需要進(jìn)一步改進(jìn),采用缸內(nèi)直噴技術(shù)可有效解決以上問(wèn)題,提高能燃油利用率,降低能耗。經(jīng)檢測(cè),該技術(shù)在空燃比達(dá)到22以上條件下,可降低8-10%的油耗。
(2)渦輪增壓技術(shù)對(duì)于柴油機(jī)而言,能增加發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩,其功率可提升40%以上,但排放量卻能保持不變;但對(duì)于汽油機(jī)而言,此技術(shù)容易引起爆炸,在使用過(guò)程中應(yīng)注意采取防爆措施。
(3)可變氣門正時(shí)技術(shù)改變了傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)配氣相位和升成固定不變的弊端,汽油相位的氣門相位和升程可根據(jù)系統(tǒng)的工作狀況進(jìn)行調(diào)節(jié),根據(jù)動(dòng)力性要求、排放量標(biāo)準(zhǔn)和燃油性價(jià)比對(duì)配氣系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能。寶馬公司、保時(shí)捷公司、豐田公司以及本田公司均采用了此項(xiàng)技術(shù)。該技術(shù)主要包括可變相位技術(shù)、可變升程技術(shù)以及可變相位和升程技術(shù)三種。
(4)柴油機(jī)因其低轉(zhuǎn)速、燃油性能好、CO2排放量低的優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用領(lǐng)域由重型機(jī)車向乘用型汽車拓展。柴油機(jī)經(jīng)歷了第一代電控噴射系統(tǒng)、第二代時(shí)間控制系統(tǒng)、第三代直接數(shù)控系統(tǒng)的幾次變革后,柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)將迎來(lái)高壓共軌電子控制燃油系統(tǒng)的時(shí)代。
(二)汽車環(huán)保技術(shù)
1、清潔能源的替代技術(shù)。相對(duì)于傳統(tǒng)的化石能源,醇類燃料燃燒產(chǎn)物以CO2和H2O為主,對(duì)環(huán)境污染程度較小,被譽(yù)為清潔能源。我國(guó)自二十世紀(jì)八十年代開(kāi)始,國(guó)家已經(jīng)組織有關(guān)科研部門和高校對(duì)甲醇、乙醇、氫氣和其他生物燃料展開(kāi)研究,再次基礎(chǔ)上又新增了石油氣和天然氣的相關(guān)研究工作。以天然氣為燃料的汽車已經(jīng)投入使用,其他混合燃料的使用實(shí)驗(yàn)也在進(jìn)行。氫氣以及生我燃料的研發(fā)尚在研究中,如何突破制取、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)燃夹g(shù)難題,降低使用成本是當(dāng)前面臨的主要任務(wù)。能用于替代的清潔能源應(yīng)滿足條件有:成本低、排放量少且無(wú)污染物、便于儲(chǔ)存運(yùn)輸、安全可靠、能滿足汽車啟動(dòng)、行駛或加速性能的能源需求等。
2、電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)。電動(dòng)汽車的構(gòu)思及實(shí)踐始于十九世紀(jì);至二十世紀(jì)被快捷方便的內(nèi)燃機(jī)汽車取代,退出市場(chǎng);二十一世紀(jì)由于環(huán)保及能源危機(jī)再次登上歷史舞臺(tái),并得到快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。目前,電動(dòng)汽車主要有蓄電池電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車、通過(guò)電線供電的電動(dòng)汽車、利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等進(jìn)行二次轉(zhuǎn)化的電動(dòng)汽車;利用替代方式儲(chǔ)存能源的電動(dòng)汽車等。電動(dòng)汽車在近期以及未來(lái)均有良好的發(fā)展勢(shì)頭,電動(dòng)汽車電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)成熟,當(dāng)前主要研究方向?yàn)閷?duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新升級(jí)、進(jìn)一步完善該系統(tǒng)的各項(xiàng)實(shí)用性能;另一方面,電動(dòng)汽車在能耗方面的性價(jià)比已經(jīng)被廣大用戶所認(rèn)可,成為其在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的最大優(yōu)勢(shì),這是傳統(tǒng)汽車能源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。
三、總結(jié)
汽車已經(jīng)成為社會(huì)中重要的交通工具,并繼續(xù)影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為促進(jìn)汽車業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo),應(yīng)不斷加大汽車的技術(shù)的研發(fā)力度,利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)將汽車能源消耗與尾氣排放進(jìn)行最優(yōu)化處理,同時(shí)還要繼續(xù)研發(fā)新型能源動(dòng)力系統(tǒng),充分利用自然界清潔能源,減少化石能源的消耗,保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。
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