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储能学科建设的现状及启示

北极星储能网  来源:北极星储能网  作者:李建林,王哲  2021/1/22 10:45:11  我要投稿  

北极星储能网讯:摘 要:《储能技术专业学科发展行动计划》的提出扶持与激励储能未来的发展。目前储能学科涉及电力电子、电力系统、电力市场、电化学、热管理等诸多领域,涉及的专业范围比较广,因此,专门设立储能学科对于我国储能技术的发展是必需的。作为储能学科发展的基石,储能学科建设也处于国家政策发布的措施之中。本文根据储能领域现状,首先阐述储能学科建设的意义和必要性,然后梳理了国内储能现有高校设置情况和教材及杂志,最后给出了我国储能学科建设的启示。关键词:储能;学科建设;现状;启示

1 意义和必要性近年来,出于对新能源大规模接入电网以及电力削峰填谷等场景需求,还有其它清洁能源的存储需要,储能行业现在扮演着至关重要的角色。大规模储能技术是国家战略,备受国家各部委重视,储能的战略地位提到了空前高度[1]在最新的“十四五”规划建议中,提升新能源消纳能力和存储能力,提升存储能力旨在大力发展储能行业并支持储能技术的发展[2]国家也颁布了一些相关配套政策。我国储能产业规模化实施和成功运行验证了有效配置储能装置和在一些领域合理运用储能技术可大幅度提升系统运行的稳定性和可靠性,提高系统的运行效率。当前,我国储能行业的发展较之前已经有了很大的提升,但和世界大国相比还存在一定的差距,并且我国储能行业的研究方向仍然不是很明确。我国储能技术专业学科发展行动计划(2020-2024年)中重点强调了加快发展储能技术学科并促进储能技术与相关学科深度交叉融合[2-4]明储能技术和储能相关学科交叉进入到国家对未来发展规划的布局当中,储能产业的发展已上升到了国家层面。当今,各门学科的交叉性越来越大,通过学科之间的交叉往往能够获得新的认知,并带来创新[5]设一流的高等学校,主要任务之一就是建设一批重点且领先于国内外水平的一流重点学科,它关系着这所高校的前途和命运。高等学校的根本任务是要培养专业人才,教学是高等学校对专业人才进行集中培养的有效途径,学科建设是保证和提高教学质量的重要一环,教学质量同时又是检验学科建设水平的评价指标[6]以,一个学科的建设好坏与这所高等学校的教学质量也有着密不可分的关系。针对储能学科在国家级层面的建设作用,本文通过储能学科高校设置情况、现有教材和期刊以及相关协会这三个方面对储能学科建设进行梳理。

2 我国储能学科现有高校设置情况高校对储能学科的态度,是储能学科发展的基石。加大对储能科学与技术的推广和科研力度,促进储能学科交叉融合,需要高校对储能学科的建设予以重视,完善储能学科课程体系。现对已对储能技术人才培养进行规划并已开始实施的部分高校设置情况进行阐述。

2.1 西安交通大学西安交通大学响应国家战略指示,培养储能领域急需人才,依托动力工程及工程热物理和电气工程这两个国内排名靠前的学科率先获得教育部批准增设了全国第一个储能科学与工程本科专业,现已有电信、机械工程等6个学院开展储能技术相关的基础研究并开启校企合作。储能科学与工程专业在2019级工科试验班(机类)、工科试验班(电类)、理科试验班分别招收10名、15名、5名学生。2020年招收储能科学与工程(实验班)32人,为其他学校由示范工程牵头,带领更多的高等学校响应国家战略,并将储能学科建设范围逐步推广,必能在加强储能学科建设的同时,更有效的满足多种能源的高效利用。

2.2 华北电力大学华北电力大学是继西安交通大学后创建储能学科的第二所高校。其牵头举办了全国储能技术专业学科建设论坛。该论坛重点指出储能专业的建设需要加强顶层设计和学科交叉,综合布局,现已成立了先进材料研究院、能源互联网研究院、储能技术研究院和华北电力大学-三峡集团氢能联合实验室等四个研究平台,对储能技术及其应用进行进一步的探究。储能科学与工程教研室主要承担《储热技术及应用》、《储能电池技术》和《储氢技术及应用》等储能领域专业课程的教学,主要围绕电化学储能、物理储能和化学储能等方向展开研究。能源与动力工程(储能方向)相关课程有理论力学、材料力学、电路理论、电机学、工程热力学和控制理论等。

2.3 华中科技大学华中科技大学举办了第五届全国储能科学与技术大会,会议下设了“动力与储能电池”等四个分论坛,其电能存储与转换研究课题组自2015年起一直对电化学储能材料及器件和新型二次电池储能体系等研究方向进行深入探讨,近年来一直在储能领域探索并取得了丰硕成果,学校在2019年招生人数为60人左右,2020年增设储能科学与基础、储能器件与装备和储能系统与应用为电气工程及其自动化专业选修科目。

2.4 北方工业大学同样,国家颁布的一些政策和机遇为本学校储能的发展带来了契机。2019年,北方工业大学被授予北京先进碳材料促进会储能专委会理事长单位,国网综合能源服务集团有限公司和国家电投集团科学技术研究院有限公司与本学校共同建立全国首个储能技术工程研究中心。北方工业大学有着新能源储能实验测试关键装置和仿真软件等多种基础设施。基于储能与新能源领域有较好的研究基础,学校已申请储能本科课程的申报,其研究生研究方向的新能源并网发电技术中的主要研究内容之一为大规模储能技术,储能关键理论及技术较为成熟。同时学校也在准备建设大规模储能与智能输配电系统作为重点研究方向,其相关课程有新能源并网发电技术、现代电力电子电路、系统辨识与自适应控制等。

2.5 同济大学先后承担储能技术相关领域多项国家自然科学基金和国家重点研发项目。现有百余篇论文,10余项国家授权发明专利以及国家自然科学奖项和教育部科学技术进步奖等。在去年11月,同济大学拟发了储能学科建设草案,草案中重点提出要加快物理、化学和电力电气等多学科多领域交叉融合,加快建立储能技术学科专业,加快培养急需紧缺人才。现已有微电网储能技术、超级电容储能、锂电池储能、储氢技术和相变储能等技术的研究。目前相关课程有《蓄能理论》和《蓄能空调理论与技术》等。

2.6 典型高校储能学科建设概况由典型高校设置储能学科有利于带动其他学校对储能学科建设的积极性,现列出典型高校储能学科概况,如表1所示。我国教育部发文,于2019年设立储能科学与工程,现已开设大学有西安交通大学和华北电力大学,这反映出我国的储能学科建设有待加强。但已有多所高校申报此专业等待教育部审批,这些高校在审批之前就已经在储能领域有了一定的教学基础,有能力扩大储能领域在学术界的影响力,能够带动更多的高校去发挥自身优势在储能领域进行不断创新,为国家建设创造更多的功绩。

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3 我国储能领域现有教材及期刊储能领域的发展离不开各个媒介对储能技术及装置的推广,教材和期刊是在各个媒介中对储能学科建设起到了主要作用之一,为储能技术与众多高校教师和学生搭建了桥梁。在有着学术影响力的知名期刊上刊登储能领域综述性和技术性文章与出版储能相关教材可扩大储能在外界的认知度,提升储能技术的学术影响力,有利于加快储能学科建设。现对我国储能领域部分教材和杂志进行阐述。

3.1 储能领域部分现有教材为了对储能产业及技术发展现状与时俱进的更新,我国储能领域专家和学者对自己研究内容撰写了教材,部分储能学科教材如表2所示:

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《大规模储能技术》从储能应用需求、储能技术、储能典型案例、政策等方面进行了理论分析[7]储能产业的发展颇有意义,可让读者阅读后对储能领域有一个较为清晰的理解,同时为储能电站等储能装置的实际应用提供了理论支撑。《电池储能系统调频技术》主要论述了电池储能系统参与电力系统调频的理论依据、可行性、示范工程和经济性等[8]要读者具有储能技术和电力系统的理论知识,储能系统应用场景为电力调频辅助服务,适用于各个电力领域的高校师生和电网、供电局等单位的技术人员进行涉猎或钻研。《电力储能技术及应用》主要论述了储能技术和储能系统,同时梳理了储能在电力系统中发挥的作用及其应用[9]储能和电力系统连上线,可适用于大部分学习电气工程和新能源发电等专业的高校师生阅读和参考。

3.2 储能领域部分现有期刊为更便捷展示各个单位和高校储能创新成果,各个期刊设置储能领域栏目并不断更新最新文章,部分储能领域期刊概况如表3所示:

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其中,在国内比较具有较高学术价值的月刊是《储能科学与技术》,是国家新闻出版署正式批准的储能行业唯一高端科学技术期刊[10,11]期刊主要收录储能相关技术研发及研究综述性文章,自创刊起发文量一直处于上升趋势,重点聚焦在储能领域产业动态、发展趋势、新理论、新技术和新成果,引导我国储能行业健康发展。《电力建设》近年来主要刊登电力领域的学术论文和科技成果,在逐步调整的过程中增设了储能技术栏目,重点发表储能新技术、优化设计等最近研究成果。其编委会由68名委员和6名顾问组成,在中国学术期刊中处于高水平核心期刊,在一定程度上增加了储能技术的报道力度。

《现代电力》由华北电力大学主办,作为一本关注现代电力和综合能源技术的电力学术期刊,服务于全国各高校、电网企业和发电公司等所有新能源电力系统单位和工程技术人员,自建刊以来共刊登储能相关文章百余篇,大规模储能应用是其重点关注领域,现有80余为编委,阵容宏大。4 我国储能领域相关协会

4.1 IEEE PES储能技术委员会(中国)

该协会在不久前成立,IEEE 电力与能源协会(PES)是中国学者与世界连接的桥梁。IEEE PES储能技术委员会(中国)现有400多位储能行业专家学者和工程师,以及50余家优秀企业,设立了储能材料与器件、储能系统与装备、储能并网与运行等六个分技术委员会。IEEE PES是电气电子工程领域最具影响力技术行业平台资源之一,它的成立使得广大专家和学者可以通过这个强有力的平台在国际舞台上将我国的技术创新和产业发展展现出来。

该组织深入研究可用于大规模工程应用的储能关键技术,加快完善储能应用标准体系,使得储能技术应用稳步发展;具有专业力量强、覆盖面广等优势,注重多学科交叉融合,可与各方专业力量协同合作,加强与储能相关的其他学术技术组织的交流合作,提出完整的高水平储能应用技术方案;加快了中国科技领域国际化的进程,促进学术和整个行业在国际上的发声和影响力,为提升中国在国际学术组织中的影响力开辟了一条成功的道路。充分整合资源,推进了我国储能产业的不断进步。

4.2 中关村储能产业技术联盟中关村储能产业技术联盟(China Energy Storage Alliance,NCESA)是中国第一个专注在储能领域的非营利性国际行业组织,是在储能领域有着重量级地位的协会。储能联盟由一些发展较为完善的储能技术厂商、新能源产业公司、相关领域的科研院所和高校构成,国内外有200余家成员单位。储能联盟在帮助政府主管部门研究制定我国储能产业发展战略、提倡储能发展模式、确定中远期储能产业发展方向等工作中,发挥着十分重要的作用。联盟以产业研究为工作核心,为储能产业各界提供专业的产业研究和定制化咨询服务,研究内容覆盖储能技术、产业趋势、应用机会、国内外储能政策、储能项目以及储能的经济性和储能商业模式等方面。该组织覆盖储能全产业链各参与方,参与了政府政策的制定、对储能应用进行推广,促进了储能产业的健康有序可持续发展。

4.3 其他储能专业委员会及储能分会近几年有很多储能协会在为我国储能领域建设做出了应有的贡献,在储能学科的建设中也起到了至关重要的作用,部分参与储能学科建设的协会如表4所示:

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以上储能专委会和分会均推动储能工程领域的学科交叉融合和产学研之间的交流和合作,促进储能学科的繁荣发展。中国电工技术协会储能标委会将储能产业重点指向标准体系,加强标准化建设工作,充分发挥其规范和引领作用;中国能源研究会储能专委会等储能专业委员会则是重点推进国内外的学术交流合作,提升各个高校之间的学术竞争力,从而促进储能学科的发展。

5 对储能学科课程体系设置的启示

为响应国家号召,加快培养储能领域高精尖人才,并根据本文对我国现有学校储能课程设置和储能领域教材、期刊和协会,现提出如下建议:

(1)随着我国“碳达峰/碳中和”这一重大国策的强力推进,“风光储火一体化,源网荷储一体化”必将催生万亿市值的储能市场,广阔的市场需求亟需人才“源动力”,复合型储能人才的培育已是大势所趋,紧缺的人才缺口亟需更多的高校像西安交通大学、华北电力大学一样,大力推进储能学科建设,为人才培养提供肥沃土壤;

(2)储能学科涉及电化学、材料、热物理、机械结构、电力电子、电力系统、电力市场等等诸多专业,现有的绝大数高校鲜有哪个学院可以包罗上述全部专业,亟需高等院校推陈出新,积极探索跨学院组建储能学科的新型模式,打破专业壁垒、尝试资源横纵向整合的办学举措;

(3)储能学科是新生事物,缺乏必要、健全的师资队伍,需要现有相关专业的教师不断提高认识、更新知识结构,方能胜任储能学科这一全新的教学体系;从本、硕、博不同维度、不同层次培养储能人才;

(4)储能学科的课程体系有待尽快建立,从储能的基本构成、储能分类、储能原理到储能系统集成、容量配置、经济评估等等诸多方面,迅速选编相应教材,设计课程体系,方能为完善的教学体系提供基本保障;

(5)储能技术实验研究是培育核心技术培育和成果重要摇篮,需要从长远发展的角度,统筹规划,成立国家级、省部级和高校级储能技术实验室,构建理论研究-实验研究-成果转化的科研体系;

(6)高等院校应加强与大型央企、储能设备生产企业战略合作,成立产学研用的教学实践基地,提高学生的动手能力,同时为企业的难点、痛点提供有力的人才保障;

(7)储能相关的行业协会,应积极履行社会责任,组织、设计全国性的大学生储能竞赛活动,学术论坛加强学术性,让学生在广阔的储能应用市场中储备基础知识,迅速成长。


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