储能学科体系建设与思考

“双碳”目标的提出，加速了我国能源结构由传统化石能源向可再生能源转型，但高渗透率的可再生能源发电给电力系统带来诸多问题，这些问题的解决催生了储能技术。本文首先介绍了我国储能技术发展现状。在我国政策鼓励、产业需求下，储能行业发展迅猛，并且按照当前的政策导向和要求，储能技术仍有巨大的发展空间，但是，这势必会导致储能技术专业人才短缺问题愈加突出。其次，本文阐述了我国储能学科建设现状。

本文来源：微信公众号 储能科学与技术 ID：esst2012

作者：李建林梁忠豪王力

单位：储能技术工程研究中心（北方工业大学）

为了缓解储能人才匮乏的压力，我国各大高校积极筹划申报储能专业，已增设“储能科学与工程”等相关专业的高校已达26所。最后，在新工科背景下，提出储能学科体系建设构想，围绕储能领域产业应用型人才培养目标，沿着素质、知识、能力3个维度的人才培养思路，遵循“跨学科交叉融合”课程设计主旨思想，建设储能学科课程体系，提出校企结合、科教融合、5+4+1考核的人才培养模式，实现储能学科“从0到1”的突破，致力于培养出储能行业“高素质、强基础、创新型”的杰出人才。

2021年3月中央财经委员会第九次会议首次明确要构建以可再生能源为主体的能源体系。然而，随着我国可再生能源装机规模迅速增大，用户侧负荷呈多样性变化，电力系统面临综合效率不高、运行灵活性受限、各类电源互补互济不足等诸多问题。为解决以上问题，储能技术应运而生。储能不仅可以平滑功率输出、跟踪计划出力、削峰填谷，还可以改善电能质量、调频调压、提高系统可靠性、辅助分布式电源接入等，大大减少弃风弃光，支撑可再生能源大规模开发和并网。储能技术的大规模应用，将深刻影响电力系统中资源配置结构，加快我国乃至全球能源结构调整。目前，随着电力行业储能配置需求以及储能技术的不断进步，储能行业发展迅猛，储能技术对于高质量专业人才的需求呈现井喷式增长。然而，我国储能行业发展时间较短，并没有培养足够多的相关人才，储能领域各方面面临专业人才供给严重不足的巨大挑战。因此，目前各个高校也积极行动起来，对储能技术学科建设给予足够的重视，加大储能技术的科研力度。但储能技术涉及众多学科的知识，具有较强的学科交叉性，而且随着工程研究的不断深入，储能技术随之会有较快的更新迭代，这就给各个高校对于储能技术相关人才培养带来很大的困难。所以如何构建储能学科课程体系及如何选择人才培养模式来应对储能技术学科交叉及更新较快的挑战显得尤为重要，进而对提高储能技术创新，促进能源结构转型，以及抢占能源战略制高点具有重要的意义。本文围绕储能领域高质量人才培养需求，首先描述了“双碳”目标下能源结构转型的背景中我国储能技术发展现状，并对储能高质量人才需求进行分析，提出培养应用型人才的储能学科课程体系建设构想，并进一步对储能人才培养模式展开论述，最后对储能技术人才的未来发展做进一步的展望。

1 我国储能技术发展现状

近年来，我国可再生能源装机容量迅速增加，截至2021年6月底，我国可再生能源发电装机总规模达9.71亿千瓦，占总装机的比重达43.1%。以风光为例，2012—2020年我国可再生能源新增装机容量趋势如图1所示。可再生能源的大规模入网，极大刺激了储能需求。实际上，自2016年储能首次进入国家发展规划，近几年，国家一直加大政策支持力度。2020年6月，国家发展改革委、国家能源局发布《关于做好2020年能源安全保障工作的指导意见》要求提高电力系统调节能力，推动储能技术应用；同年8月，国家发改委官网公开征求对《国家发展改革委 国家能源局关于开展“风光水火储一体化”“源网荷储一体化”的指导意见(征求意见稿)》具体部署中，给我国储能产业明确了发展方向，鼓励创新型储能技术的产生。目前我国已有多个地区提出可再生能源配置储能要求，部分地区相关政策汇总见表1。据不完全统计，2020年全年我国共发布了152项储能政策，其中国家政策49项，地方政策103项。

图1中国可再生能源新增装机容量趋势(单位：GW)

表1中各地区均按不低于10%配备储能设施。因此，假设从2021年开始测算，在每年风电、光伏装机为60 GW的情况下，如果按10%的容量配置储能，大概每年需要新增6 GW储能。由此可见，储能的发展空间非常大，并且随着技术进步和产能推动，储能成本不断下降，更加激发了储能行业规模化发展。近日，国家发改委、国家能源局共同发布了《关于加快推动新型储能发展的指导意见》，明确到2025年，实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变，实现装机规模达3000万千瓦以上。我国储能市场将由百MW/MW·h级时代步入GW/GW·h级时代，大规模、大容量的储能将广泛有序地应用于新型电力系统的发电侧、电网侧、用户侧各环节。

2 我国储能学科建设现状

目前，储能产业的迅猛发展与储能领域专业人才短缺的矛盾日益突出，建设和发展储能学科已成为国家重大战略需求。为加快储能领域“高精尖”人才培养，2020年1月，教育部、国家发改委、国家能源局联合制定印发的《储能技术专业学科发展行动计划(2020—2024年)》(以下简称《行动计划》)指出：首先，高校人才培养体系需打破学科专业壁垒，加快多学科多领域交叉融合、协同创新，完善储能学科建设；其次，大力培养技术研发型人才和产业应用型人才；最后，加强科教联动，产教融合，促进教育链、人才链和产业链有机衔接和深度融合。《行动计划》所含的主要内容如图2所示。

图2《行动计划》主要内容

全国多所高校正积极响应《行动计划》筹划储能专业，截至目前，全国共有17省市26所高校增设了“储能科学与工程”专业(26所高校储能学科建设概况见表2)。其中西安交通大学深度融合动力工程及工程热物理、电气工程、材料科学与工程、电子科学与技术、物理学、化学六大学科，实现基础科学、能源科学、信息科学等的深度融合，建立本-硕-博贯通的培养模式，保证人才培养周期，围绕热质储能、电磁储能和储能系统三大模块开展跨学科协同人才培养。华中科技大学以能源动力和电气工程为主，兼顾材料科学、化学工程等，依托学校现有的3个国家实验室，2个国家级试验教学示范中心，开展跨学科人才培养，涉及电化学储能、热储能、机械储能、电转气技术、分布式储能、离网储能等研究方向。北京科技大学聚焦电力储能与冶金工业用能交叉领域，以冶金工程为主体，依托其专业优势，融合动力工程与工程热物理、材料科学与工程、人工智能科学与工程等专业，构建工业储能、物理储能、化学储能、智慧储能与能源互联网4个教学板块，进行储能人才培养，其本科生培养以基础理论知识为主，涉及数学、物理、化学、储电、储氢及储热专业。储能作为典型学科交叉支撑的新工科专业，跨学科的人才施教方式是必然选择，不同高校可结合自身专业优势，寻找现有学科之间的融合点，最大化利用现有学科软硬件资源，确定储能专业发展方向，据此设置人才培养体系，培养储能领域“高精尖”人才。

表2 26所高校储能学科建设概况

同时，为促进储能产业技术发展，国内储能领域专家、学者撰写了相关研究方向的一系列教材，部分储能学科教材见表3。

表3部分储能学科教材

3 储能学科体系建设构想

3.1 新工科背景

当今世界各国的竞争，本质上是人才竞争，国家安全、经济社会发展都离不开创新型人才。面对以新技术、新产业、新业态和新模式为特征的新经济，2017年，教育部提出“新工科”发展规划，旨在树立工程教育新理念、新结构、新模式、新体系。其中，培养学生解决复杂和不确定性工程问题是我国高等工程教育的一项重要内容，也是全世界工程教育所面临的共同课题，因为没有两个工程项目完全相同。因此，在产业融合、能源转型的背景下，培养高素质、强基础、创新型的杰出工程人才已成为高等工程教育的重要任务。

3.2 人才培养思路及目标

储能技术专业人才的缺乏很大程度上制约了储能行业健康发展。为顺应我国新工科建设和国际工程教育发展新趋势，高校可依托现有学科专业，从产业应用需求出发，考虑全链条技术需求——储能本体技术、储能应用技术、储能控制技术来支撑储能学科全方位、整体性建设，并根据自身定位，围绕不同的储能人才培养目标(例如产业应用型人才、技术研发型人才等)灵活设置不同课程体系及人才培养模式。本文以产业应用型人才为人才培养目标，提出从素质、知识、能力三个维度考虑的人才培养思路(具体见图3)，培养具有较高的综合素质，过硬的专业知识，过强的综合能力以及国际视野的储能领域高素质、强基础、创新型的杰出工程人才。

图3素质、知识、能力三维人才培养思路

由图3可知，素质维度包括碳中和理念、可持续发展理念、国际视野、紧跟产业发展的服务意识等；能力维度主要包括捕获前沿知识的能力，系统思维能力，运用数学、科学和工程知识的实践能力以及能够在全球化、经济、环境和社会背景下判断工程解决方案效果的能力。个人能力的发挥不仅可以使知识的作用发挥得淋漓尽致，还可以体现自身价值，素质则可以指导能力往正确的方向前进。下节即从素质、知识、能力三个维度出发，围绕产业应用型人才培养目标，进行相应的课程体系建设。

3.3 课程体系建设

储能学科建设是储能产业健康发展的基石，是国家能源战略重大需求，而课程体系建设又是储能学科建设的基础，是实现人才培养目标的关键因素。在新工科背景下，“跨学科交叉融合”被视为工程人才所需具备的核心素质之一。“跨学科交叉融合”教学逐渐成为“高精尖”人才培养的重要途径，高校通过将现有不同学科专业交叉融合，可形成学科之间动态交叉整合，不仅突破单一学科局限性进而丰富了相关学科内涵，而且适应了知识创新和社会需求，有利于培养学生的综合能力。储能技术涉及电气工程、材料学、化学、能源动力等众多学科的知识(图4)，是典型的学科交叉支撑的新工科专业。按照新工科内涵，构建“跨学科交叉融合”课程设计主旨思想，通过储能相关学科横向联系，打破专业壁垒，充分利用高校现有教育资源，培养储能行业高质量、复合型人才，真正做到储能学科高起点建设。文献中指出中国矿业大学针对跨学科教学进行了教学实践与探索，并且取得了良好的效果，给储能学科建设及人才培养提供了借鉴与思考。

图4储能技术涉及学科

根据以上提出的储能学科课程设计主旨思想，我们对课程体系建设中的几个关键环节设计方案具体如下。

3.3.1 关于跨学科交叉具体方案

以北方工业大学为例，涉及储能技术的相关学科(学校已开设)有新能源科学与工程、能源动力、控制科学与工程学科、电气工程、材料科学与工程专业等，涉及储能技术研究方向有大规模电储能技术及应用研究、大型抽水蓄能技术等(部分储能技术研究方向见图5)，基于此，可以以电气工程学科为基础，以优势储能技术研究方向为主体，以其他相关学科为支撑，补充其他储能关键技术课程，横向整合现有学科的教师、技术研究人员、校外实践基地、设备、软件等资源，培植储能学科生长点。

图5 部分储能技术研究方向

3.3.2 关于素质、能力培养的课程设置

依托现有大学生素质教育课程体系，塑造大学生健康的核心价值观。另外，遵循“强实践、严过程”的人才培养理念，依托校企联合、教研结合人才培养平台，加强学生实践力度，提高实践环节在考核中的权重，最终培养出信念执着、品德优良、能力突出的拔尖人才。

3.3.3 关于专业课程设置

专业课程设置分为4个梯次，第一，工程基础课，即工程类专业的通识课程，包括工程制图及CAD基础、C语言程序设计、仿真技术与应用等课程；第二，专业基础课，即本学科专业所需基础知识对应的课程，包括电机学、材料学、大规模储能技术等课程；第三，工程专业课，即本专业中不同方向(见3.3.4节)所需专业知识对应的课程，例如机械储能方向有水轮机、工程热力学、流体力学等课程，而电化学储能方向有电化学导论、电化学热力学、电极过程动力学等课程，故学生学习工程专业课程需要在选择所学专业方向之后；第四，专业选修课，即每个专业方向下各个子方向所需增加的专业知识对应的课程，以及其他专业延展性技术课程或相关技术课程，学生可以按照不同方向自主选择选修课程。对于以上专业课程，高校可以按照学生入学时间，安排学生分阶段逐步学习。

3.3.4 关于专业方向设置

高校可结合自身技术研究重点及当前教育资源，设置相应储能专业二级方向及三级小方向。以北方工业大学为例，结合目前学校储能技术研究方向(表4)，且储能技术课题组开展的研究已经覆盖了飞轮储能、电磁储能、超级电容储能、锂离子电池、铅酸电池等方面。因此可将二级方向设为：物理储能方向、电化学储能方向、电气类储能。其中对于物理储能方向，可根据技术类型，将三级小方向设为抽水蓄能技术、压缩空气储能技术，飞轮储能技术；对于电化学储能方向，由于锂离子电池应用性最好，但安全问题一直没有突破，据此，将三级小方向设为电化学储能本体技术、电化学储能安全管理技术；对于电气类储能方向，可根据技术类型，将三级小方向设为电磁储能、超级电容储能。

表4 储能学科的课程体系

综上考虑，我们对储能学科课程体系设计(以物理储能方向为例)具体如表4所示。高校可根据实际情况，设置课程时间权重，采取线上和线下相结合的灵活授课形式。

3.4 人才培养模式

传统人才培养模式更加注重理论教学，培养出的学生容易出现高分低能，学生学习主动性未被完全激发，学生实践能力、创新能力较弱，加之储能产业更新迭代较快，故学生知识能力与产业实际岗位需求之间很容易存在较大的差异，而产教研结合是实现专业人才培养与产业需求紧密结合的有效途径之一，更有利于推动社会发展。所以，从社会需求出发，围绕储能学科人才培养目标，构建了“校企联合、科教融合、5+4+1考核”储能学科新型人才培养模式，如图6所示。

图6储能学科新型人才培养模式

3.4.1 校企联合

在“校企联合”模式中，企业作为校外实践教学基地，接受学生实习实训及教师项目培训，而高校则为学生提供理论知识学习及实验场所，与企业一起建设实践教学平台。首先，从企业引进工程项目，通过对多个项目横向分析以及纵向分解，衍生出不同层次的实验教学，比如基础性实验、综合性实验、设计性实验、创新性实验等，形成从理论到实践、从被动到主动、从知识传授到创新能力培养的实验教学体系。或者在学生掌握一定的基础知识之后，参与企业委托的横向课题研究或一些综合性的实践项目，以项目做引导，让学生全程参与项目申报、立项、实施等，全方位训练学生独立思考、分析解决问题的能力以及科研创新意识。其次，教师不定期到企业进行项目培训，及时了解工程中待攻破的难点问题，以解决问题为目的教学。学校不定期地邀请企业技术人员到学校开展专题讲座，和教师、学生进行学术探讨等，丰富教师教学内容。通过“校企联合”模式，有效联合高校院所和企业的储能研究团队，建立技术协同创新平台，让学生、教师“走出去”，把企业技术人员、项目“请进来”，充分发挥校内外资源优势，以储能学科建设，联合各界推动储能专业学科人才培养、技术创新与科技成果转化。

3.4.2 科教融合

储能领域高质量人才的培养离不开储能科研的支撑，所以将储能领域的科研资源(包括设备成果等)向教学资源转化对人才培养有重大意义。为此，高校可建立储能研究中心，比如：为促进科教融合，促进储能领域技术创新发展，北方工业大学与国网综合能源服务集团有限公司、国家电投集团中央研究院合作成立了储能技术工程研究中心，积极开设学科前沿课程或讲座，发挥科研对人才培养的作用。以科研项目为依托，对其进行合理的分解，将科研成果融入教学，鼓励学生参与科研项目，使其从简单的课本知识的学习转入科学研究的殿堂，培养学生独立思考及创新思维，激发他们的成就感和使命感。

3.4.3 “5+4+1”考核

新工科背景下对人才的培养更注重素质和能力，在以往的教学中，卷面考试成绩在衡量学生对于某学科的掌握程度上占有很大的比重，导致学生应试思想严重，考前突击重点知识，考后抛之脑后的现象比比皆是，学生自身的能力水平并未有很大的提升，这样就失去了日常教学的意义。因此，我们提出“5+4+1”的考核模式，即实践成绩占50%，主要包括实验成绩、实习成绩、项目设计成绩；考试成绩占40%，指期中或期末的卷面成绩；课堂表现成绩占10%，指课堂出勤率、课堂活跃程度等。这种考核模式可引导学生重视综合素质和能力培养，提升运用理论知识解决实际工程问题的能力、团队协作能力、创新能力等。

4 总结与展望

本文从素质、知识、能力三个维度出发，围绕产业应用型人才培养目标，遵循“跨学科交叉融合”课程设计主旨思想，建设储能学科的课程教育体系，提出校企结合、科教融合、5+4+1考核的人才培养模式，解决储能学科交叉性难题以及因储能行业更新较快而产生的专业教育与产业发展需求脱节问题。推动储能行业、企业和社会力量深度参与人才培养过程，形成多元协同的育人模式，更加精准的培养储能行业“高素质、强基础、创新型”的杰出产业应用型人才。在“双碳”目标下能源结构转型的进程中，储能行业发展依然会突飞猛进，储能领域人才需求不会是短期的、间断的，必将是长期的、可持续的。可以预见，在不久的将来，这一横跨多学科领域的复合型人才会成为中坚力量，为储能的可持续发展提供源源不断的动力。