摘 要:隨著全球能源轉(zhuǎn)型和對可再生能源需求的不斷增長,氫能作為一種清潔能源在能源結(jié)構(gòu)中的地位愈發(fā)重要。氫能技術(shù)應(yīng)用專業(yè)人才的培養(yǎng)成為職業(yè)教育領(lǐng)域的一個新重點(diǎn),因此需要建設(shè)高質(zhì)量的氫能源實(shí)訓(xùn)室來滿足人才培養(yǎng)。文章從氫能技術(shù)應(yīng)用專業(yè)的課程設(shè)置和實(shí)訓(xùn)體系出發(fā),研究了氫能實(shí)訓(xùn)室建設(shè)的方法和路徑,并以氫燃料電池生產(chǎn)與維護(hù)實(shí)訓(xùn)室為研究對象從場地設(shè)置和設(shè)備配置方面闡述了實(shí)訓(xùn)室建設(shè)的關(guān)鍵問題,并對相關(guān)課程體系和實(shí)訓(xùn)要求進(jìn)行了說明。本研究希望對職業(yè)院校氫能技術(shù)相關(guān)專業(yè)建設(shè)和改進(jìn)提供參考意義,并對促進(jìn)我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展及實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了人才支持。
關(guān)鍵詞:氫能技術(shù)應(yīng)用 實(shí)訓(xùn)室建設(shè) 職業(yè)本科教育 雙碳目標(biāo) 可再生能源
0 引言
2020年9月22日,習(xí)近平總書記在第75屆聯(lián)合國大會上宣布,中國將采取更加有力的政策和措施,力爭于2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。這體現(xiàn)了中國政府對于降低碳排放的高度重視和決心[1]。
目前我國能源以含碳能源為主,如果要實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo),就需要發(fā)展可再生能源,逐漸減少對高碳能源的依賴。但可再生能源存在季節(jié)性、波動性和隨機(jī)性的特點(diǎn),因此要發(fā)展可再生能源,就必須大力發(fā)展儲能產(chǎn)業(yè),配合可再生能源,逐漸使其成長為主力能源[2]。氫能可以實(shí)現(xiàn)從交通到多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,它既可以發(fā)電,也是儲能的一種重要形式,還可以通過燃料電池為汽車等提供能源。因此,氫能既是實(shí)現(xiàn)可再生能源大規(guī)模利用中關(guān)鍵的二次能源,也是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的努力方向之一。在此背景下,氫能技術(shù)應(yīng)用專業(yè)人才的培養(yǎng)成為高等教育和職業(yè)教育領(lǐng)域的重點(diǎn)任務(wù)。
實(shí)訓(xùn)室作為職業(yè)教育中理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要平臺,對于學(xué)生掌握氫能技術(shù)、提升實(shí)際操作能力具有不可替代的作用[3]。然而,由于氫能技術(shù)的特殊性和復(fù)雜性,傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)室設(shè)施和教學(xué)方法已難以滿足當(dāng)前的教學(xué)需求[4]。因此,構(gòu)建一個符合氫能技術(shù)特點(diǎn)、能夠模擬真實(shí)工業(yè)環(huán)境的實(shí)訓(xùn)室,對于提升教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生技能具有重要意義。
本研究旨在探討職業(yè)本科氫能技術(shù)應(yīng)用專業(yè)實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)策略。通過分析當(dāng)前氫能技術(shù)的教學(xué)現(xiàn)狀和行業(yè)需求,結(jié)合國內(nèi)外先進(jìn)的實(shí)訓(xùn)室建設(shè)經(jīng)驗(yàn),本文將提出一套科學(xué)、合理且具有前瞻性的實(shí)訓(xùn)室建設(shè)方案。該方案將涵蓋實(shí)訓(xùn)室的設(shè)計(jì)理念、功能布局、設(shè)備配置、安全管理等方面,旨在為氫能技術(shù)應(yīng)用專業(yè)的學(xué)生提供一個集教學(xué)、實(shí)踐、創(chuàng)新于一體的綜合實(shí)訓(xùn)平臺,以促進(jìn)學(xué)生技能的全面提升,滿足社會對高素質(zhì)氫能技術(shù)人才的需求。
1 氫能技術(shù)應(yīng)用專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)分析
1.1 專業(yè)定位與特色
氫能應(yīng)用技術(shù)專業(yè)是適應(yīng)燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要,為燃料電池汽車關(guān)鍵部件研發(fā)制造與服務(wù)、燃料電池汽車整車制造與服務(wù)、加氫站等企業(yè)的制造、檢驗(yàn)檢測、維護(hù)等崗位培養(yǎng)能夠解決實(shí)際問題,具有工程應(yīng)用能力的專業(yè)技術(shù)人才。本專業(yè)以能源動力與材料大類為基礎(chǔ),是知識傳授、素質(zhì)教育和能力培養(yǎng)為一體的高等職業(yè)教育,培養(yǎng)從事燃料電池汽車、氫燃料電池主要部件及整機(jī)的裝配制造、維修維護(hù)、檢驗(yàn)檢測和加氫設(shè)備檢測調(diào)試等工作的高素質(zhì)技術(shù)技能型人才。
1.2 培養(yǎng)目標(biāo)
本專業(yè)培養(yǎng)德、智、體、美、勞全面發(fā)展,具有良好職業(yè)道德和人文素養(yǎng),掌握氫能技術(shù)應(yīng)用專業(yè)知識與技術(shù)技能,面向氫氣加注、氫燃料電池生產(chǎn)與應(yīng)用、燃料電池汽車制造與服務(wù)等技術(shù)領(lǐng)域,能夠從事氫氣儲存與加注、燃料電池汽車零部件制造檢測維護(hù)及整車檢測維護(hù)服務(wù)等工作的高素質(zhì)技術(shù)技能人才。
1.3 職業(yè)面向
本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是為氫燃料電池生產(chǎn)企業(yè)、燃料電池汽車生產(chǎn)企業(yè)、加氫站等企業(yè)培養(yǎng)高素質(zhì)的技術(shù)型人才。畢業(yè)生將具備氫燃料電池制造檢測與維護(hù)、燃料電池汽車制造檢測與維護(hù)、加氫站建設(shè)和管理等方面的專業(yè)技能,能夠滿足以下職業(yè)崗位的需求。
1.3.1 初始崗位包括
氫燃料電池裝配與維護(hù)技術(shù)員:負(fù)責(zé)氫燃料電池的組裝、調(diào)試和維護(hù)工作,確保電池系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行;氫能汽車動力系統(tǒng)裝配與維護(hù)技術(shù)員:專注于氫能汽車動力系統(tǒng)的組裝、測試和維護(hù),保障車輛性能;加氫站運(yùn)行與維護(hù)加氫員:負(fù)責(zé)加氫站的日常運(yùn)營活動,包括加氫服務(wù)、設(shè)備維護(hù)和安全管理;氫能裝備生產(chǎn)與維修技術(shù)員:涉及氫能相關(guān)裝備的生產(chǎn)、檢修和維護(hù)工作,確保設(shè)備的高效運(yùn)行;燃料電池汽車檢測維護(hù)與維修技術(shù)員:對燃料電池汽車進(jìn)行定期檢測、維護(hù)和必要的修理服務(wù)。
1.3.2 可遷移崗位包括
氫燃料電池裝配與維護(hù)工程師/主管:擔(dān)任項(xiàng)目負(fù)責(zé)人或團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo),負(fù)責(zé)氫燃料電池的高級裝配、維護(hù)和技術(shù)創(chuàng)新;氫能汽車動力系統(tǒng)裝配與維護(hù)工程師/主管:作為項(xiàng)目工程師或部門主管,領(lǐng)導(dǎo)動力系統(tǒng)的裝配和維護(hù)工作;加氫站運(yùn)行與維護(hù)站長/經(jīng)理:管理整個加氫站的運(yùn)營,包括人員管理、財(cái)務(wù)規(guī)劃和服務(wù)優(yōu)化;氫能裝備生產(chǎn)與維修工程師/主管:負(fù)責(zé)氫能裝備的生產(chǎn)線管理和維修工作,提升生產(chǎn)效率和設(shè)備可靠性;燃料電池汽車檢測維護(hù)與維修工程師/主管:作為檢測和維護(hù)部門的負(fù)責(zé)人,確保汽車的質(zhì)量和性能。
2 氫能技術(shù)應(yīng)用課程體系和實(shí)訓(xùn)要求
2.1 課程體系和課程設(shè)置
本專業(yè)的課程體系以提高學(xué)生的實(shí)際工作能力為核心,圍繞氫能技術(shù)的應(yīng)用、管理和維護(hù)等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。課程體系應(yīng)遵循以下原則。①行業(yè)需求導(dǎo)向:結(jié)合氫能行業(yè)的發(fā)展趨勢和崗位需求,確保課程內(nèi)容的實(shí)用性和前瞻性。②理論與實(shí)踐相結(jié)合:通過理論教學(xué)與實(shí)訓(xùn)相配合,強(qiáng)化學(xué)生的動手能力和實(shí)際問題解決能力。③安全與環(huán)保意識:在所有課程中貫穿安全操作和環(huán)保理念,培養(yǎng)學(xué)生的安全意識和環(huán)境保護(hù)意識。四、創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展:鼓勵學(xué)生掌握創(chuàng)新思維和方法,關(guān)注氫能技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。
課程設(shè)置應(yīng)涵蓋以下主要模塊。基礎(chǔ)理論課程:包括氫能科學(xué)與技術(shù)導(dǎo)論、燃料電池原理、能源轉(zhuǎn)換與管理等;專業(yè)技術(shù)課程:涉及氫燃料電池裝配與維護(hù)、氫能汽車動力系統(tǒng)、加氫站設(shè)計(jì)與運(yùn)營等;實(shí)訓(xùn)課程:通過實(shí)訓(xùn)室實(shí)操,加強(qiáng)學(xué)生對理論知識的應(yīng)用能力和實(shí)際操作技能的培養(yǎng);安全與環(huán)保課程:強(qiáng)調(diào)安全生產(chǎn)法律法規(guī)、應(yīng)急處理、環(huán)境保護(hù)等內(nèi)容;綜合實(shí)踐課程:通過實(shí)習(xí)、項(xiàng)目實(shí)踐等方式,提供實(shí)際工作環(huán)境的模擬,增強(qiáng)學(xué)生的綜合職業(yè)能力。課程詳細(xì)設(shè)置及學(xué)分分配表如下,其中實(shí)訓(xùn)類課程總占比超過50%,滿足職業(yè)教育的教學(xué)要求。
2.2 氫能技術(shù)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)課程設(shè)置及要求
在氫能技術(shù)應(yīng)用專業(yè)的實(shí)訓(xùn)課程設(shè)置中,根據(jù)課程目標(biāo)和崗位要求設(shè)置了三門關(guān)鍵課程——《氫燃料電池生產(chǎn)與維護(hù)》《氫氣制備與檢測》以及《燃料電池汽車綜合實(shí)訓(xùn)》,課程的課時(shí)安排圖下表所示,三門課程分別開設(shè)于第二學(xué)期和第四學(xué)期,每門課程均有30個學(xué)時(shí),根據(jù)課程內(nèi)容不同課程課內(nèi)授課、課內(nèi)實(shí)踐、課內(nèi)上級和課外實(shí)踐所占的比例不同。
《氫燃料電池生產(chǎn)與維護(hù)》培養(yǎng)學(xué)生掌握氫燃料電池的組裝、調(diào)試和維護(hù)保養(yǎng)技能,教授學(xué)生進(jìn)行電池性能測試、故障診斷和修復(fù)的方法,強(qiáng)調(diào)電池系統(tǒng)的優(yōu)化和長期運(yùn)行維護(hù)策略。實(shí)訓(xùn)要求提供包含多種類型氫燃料電池的裝配和維護(hù)工作站,安排學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)際的電池組裝和維護(hù)操作,采用模擬故障情景,訓(xùn)練學(xué)生的快速診斷和問題解決能力。
《氫氣制備與檢測》使學(xué)生理解并掌握氫氣的制備過程和技術(shù),教授氫氣品質(zhì)檢測的標(biāo)準(zhǔn)方法和操作流程,強(qiáng)化對氫氣儲存和運(yùn)輸安全的認(rèn)識。實(shí)訓(xùn)要求配備現(xiàn)代化的氫氣制備和檢測設(shè)備,確保實(shí)訓(xùn)的科學(xué)性和安全性,通過實(shí)際操作,讓學(xué)生熟悉氫氣生產(chǎn)的全過程,定期進(jìn)行氫氣泄漏和應(yīng)急響應(yīng)的演練,確保學(xué)生的安全操作能力。
《燃料電池汽車綜合實(shí)訓(xùn)》綜合運(yùn)用所學(xué)知識,進(jìn)行燃料電池汽車的組裝、調(diào)試和維護(hù),實(shí)施燃料電池汽車的性能測試和能效分析,學(xué)習(xí)電動汽車的市場評估和客戶服務(wù)技巧。實(shí)訓(xùn)要求:提供燃料電池汽車及其動力系統(tǒng)的實(shí)物或模擬操作平臺,指導(dǎo)學(xué)生完成從零部件到整車的完整操作流程,通過案例研究,提高學(xué)生的實(shí)際問題分析和解決能力。
以上實(shí)訓(xùn)課程的設(shè)置旨在確保學(xué)生在完成專業(yè)學(xué)習(xí)后,不僅具備理論知識,而且能夠熟練地應(yīng)用這些知識于實(shí)際工作中。每門課程都強(qiáng)調(diào)了實(shí)際操作技能的培養(yǎng)和安全意識的提高,以適應(yīng)未來職業(yè)生涯的挑戰(zhàn)。
2.3 實(shí)訓(xùn)室建設(shè)要求
為了達(dá)到教學(xué)目標(biāo),滿足實(shí)訓(xùn)要求,氫能技術(shù)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)室建設(shè)需要滿足以下基本要求。①安全標(biāo)準(zhǔn):由于氫氣具有較高的危險(xiǎn)性,實(shí)訓(xùn)室建設(shè)必須嚴(yán)格遵守安全生產(chǎn)法律法規(guī),設(shè)置必要的安全教育和應(yīng)急演練,確保學(xué)生在緊急情況下能夠正確應(yīng)對。②設(shè)備配置:實(shí)訓(xùn)室應(yīng)配備與氫能技術(shù)應(yīng)用相關(guān)的先進(jìn)設(shè)備,包括但不限于氫燃料電池裝配臺、測試設(shè)備、安全防護(hù)設(shè)施等[5]。這些設(shè)備應(yīng)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相符合,確保學(xué)生能夠接觸到行業(yè)內(nèi)最新的技術(shù)和設(shè)備。③職業(yè)導(dǎo)向:實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)應(yīng)考慮職業(yè)面向,如氫氣制備、儲存、運(yùn)輸、加注及氫燃料電池生產(chǎn)與應(yīng)用等技術(shù)領(lǐng)域,確保學(xué)生畢業(yè)后能夠迅速適應(yīng)職場環(huán)境。此外,實(shí)訓(xùn)室建設(shè)還需滿足產(chǎn)教融合、持續(xù)更新、評估體系、人文素養(yǎng)、國際合作和環(huán)保意識等要求,以確保學(xué)生能夠在安全的環(huán)境中接受高質(zhì)量的專業(yè)教育和實(shí)踐訓(xùn)練。
3 氫能技術(shù)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)室建設(shè)實(shí)踐
根據(jù)上述實(shí)訓(xùn)要求,氫能技術(shù)應(yīng)用專業(yè)建設(shè)了三個實(shí)訓(xùn)室,分別為氫燃料電池生產(chǎn)與維護(hù)實(shí)訓(xùn)室、氫氣制備一體化實(shí)訓(xùn)室以及燃料電池汽車整車綜合實(shí)訓(xùn)室。三個實(shí)訓(xùn)室由于實(shí)訓(xùn)設(shè)備和所開始的課程不同,具體的建設(shè)在滿足基本要求的基礎(chǔ)上略有不同,接下來以氫燃料電池生產(chǎn)與維護(hù)實(shí)訓(xùn)室為例介紹氫能技術(shù)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)室建設(shè)實(shí)踐。
3.1 實(shí)訓(xùn)室場地劃分
氫燃料電池生產(chǎn)與維護(hù)實(shí)訓(xùn)室場地布置示意圖如下圖所示,實(shí)訓(xùn)場地為理實(shí)一體化教室,理論區(qū)域由一體機(jī)和3套桌椅構(gòu)成,實(shí)訓(xùn)區(qū)域設(shè)置有4個工位,在教室兩側(cè)分別設(shè)置了材儲存區(qū)和維修工具區(qū),并在實(shí)訓(xùn)區(qū)域兩側(cè)設(shè)置了安全防護(hù)區(qū)用于放置安全防護(hù)工具。為了人員行走安全,在理論教學(xué)區(qū)和實(shí)踐教學(xué)區(qū)中間設(shè)置了安全通道[6]。
3.2 實(shí)訓(xùn)室設(shè)備介紹
氫燃料電池生產(chǎn)與維護(hù)實(shí)訓(xùn)室為了滿足教學(xué)目的,建設(shè)了理實(shí)一體化實(shí)訓(xùn)室,實(shí)訓(xùn)設(shè)備如下表所示,其中氫燃料電池實(shí)訓(xùn)臺(4臺)是實(shí)訓(xùn)室的核心設(shè)備,用于教授學(xué)生電解水制氫的工作原理、工供電系統(tǒng)控制原理以及儲氫裝置的知識。通過實(shí)際操作,學(xué)生可以深入了解氫燃料電池的工作機(jī)制和相關(guān)技術(shù)。還配備了燃料電池環(huán)境模擬艙(1臺)這個高精度的測試設(shè)備能夠模擬不同的溫度和氣壓環(huán)境,讓學(xué)生了解燃料電池在各種條件下的性能變化。這對于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際問題解決能力和適應(yīng)不同工作環(huán)境的能力至關(guān)重要。其他的輔助實(shí)訓(xùn)有工具絕緣測試儀(4臺)用于檢測和評估電氣設(shè)備的絕緣性能。溫度測試儀器(4臺)用于監(jiān)測電氣設(shè)備的溫度。安全防護(hù)設(shè)備(30套),包括防護(hù)服、護(hù)目鏡、手套等,確保學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)的安全,同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生安全第一的職業(yè)素養(yǎng)。維修工具(4套)用于燃料電池的維護(hù)和修理。
3.3 實(shí)訓(xùn)課程開設(shè)情況
氫燃料電池生產(chǎn)與維護(hù)實(shí)訓(xùn)室是針對氫能技術(shù)應(yīng)用專業(yè)學(xué)生提供的專門實(shí)訓(xùn)空間,旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握氫燃料電池的組裝、調(diào)試、維護(hù)和修復(fù)等技能,實(shí)驗(yàn)室主要滿足《氫燃料電池生產(chǎn)與維護(hù)》課程的教學(xué)。《氫燃料電池生產(chǎn)與維護(hù)》是氫能技術(shù)應(yīng)用專業(yè)大二年級的專業(yè)核心課程,該課程采用理實(shí)一體式的授課方式。課程目標(biāo)包括理解氫燃料電池的工作原理及其在能源系統(tǒng)中的作用;掌握氫燃料電池的組裝、調(diào)試和維護(hù)的基本流程與方法;能夠診斷氫燃料電池的常見故障并執(zhí)行維修作業(yè);熟悉氫燃料電池生產(chǎn)的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)和安全操作規(guī)程。
綜上所述,氫能技術(shù)應(yīng)用專業(yè)的實(shí)訓(xùn)室設(shè)備涵蓋了從基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)到實(shí)際操作、從安全教育到技能培養(yǎng)的全方位教學(xué)內(nèi)容。這些設(shè)備不僅為學(xué)生提供了實(shí)踐操作的平臺,還強(qiáng)調(diào)了安全意識和實(shí)際操作能力的培養(yǎng),為學(xué)生的專業(yè)成長和未來職業(yè)生涯打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
4 總結(jié)
氫能技術(shù)應(yīng)用專業(yè)的實(shí)訓(xùn)室建設(shè)是一個系統(tǒng)工程,它不僅包括硬件設(shè)施的配置,還包括課程體系的設(shè)計(jì)和實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的開展。本研究從分析當(dāng)前氫能技術(shù)的教學(xué)現(xiàn)狀和行業(yè)需求出發(fā),提出了一套科學(xué)、合理且具有前瞻性的實(shí)訓(xùn)室建設(shè)方案。該方案著重于模擬真實(shí)工業(yè)環(huán)境,注重理論與實(shí)踐的結(jié)合,強(qiáng)調(diào)安全與環(huán)保的培養(yǎng),以及創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展的理念。
在具體實(shí)踐中,我們根據(jù)不同的專業(yè)方向和技術(shù)需求,建立了多個專門的實(shí)訓(xùn)室,如氫燃料電池生產(chǎn)與維護(hù)實(shí)訓(xùn)室、氫氣制備一體化實(shí)訓(xùn)室和燃料電池汽車整車綜合實(shí)訓(xùn)室等。每個實(shí)訓(xùn)室都配備了相應(yīng)的先進(jìn)設(shè)備和工具,并設(shè)置了合理的空間布局,以滿足不同實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的需求。同時(shí),我們還設(shè)計(jì)了一系列與氫能技術(shù)應(yīng)用相關(guān)的課程,并通過這些課程將學(xué)生引導(dǎo)到實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行實(shí)際操作和技能訓(xùn)練。
基金項(xiàng)目:2021年度陜西省高等職業(yè)教育教學(xué)改革研究重點(diǎn)項(xiàng)目“對標(biāo)國家標(biāo)準(zhǔn),創(chuàng)建本科層次職業(yè)教育 陜西方案的研究與實(shí)踐”(項(xiàng)目編號:21GG004)。
參考文獻(xiàn):
[1]張丁文,李雷.陜西省氫能產(chǎn)業(yè)金融支持政策思考[J].合作經(jīng)濟(jì)與科技,2024(11):47-49.
[2]杜慧濱,鄒宏陽.碳中和下“氫能+儲能”的創(chuàng)新引領(lǐng)與管理決策[J/OL].中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)(社會科學(xué)版),1-10[2024-05-06].http://kns.cnki.net/kcms/detail/37.1447.C.20240412.2242.002.html.
[3]商政,楊蒙,胡志祥.氫能與燃料電池實(shí)驗(yàn)室的規(guī)劃與建設(shè)[J/OL].電池工業(yè),1-6[2024-05-06].http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1448.TM.20240314.1844.002.html.
[4]王延波,叢林,周媛.氫燃料電池檢測實(shí)驗(yàn)室建設(shè)思路研究[J].電子質(zhì)量,2023(01):97-99.
[5]李速,畢春華.關(guān)于高職高專機(jī)能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的思考[J].中國醫(yī)藥指南,2011,9(04):164-165.
[6]劉連明.基于崗位能力需求的新能源汽車專業(yè)實(shí)訓(xùn)室建設(shè)研究[J].汽車維護(hù)與修理,2022(24):63-65.