摘要：在“新能源发电技术”教学过程中，充分吸收国外高校模块化教学模式、凝练教学内容、改革教学方法，采用课堂讲授、提问与解答、课程项目、研究报告等手段，把互动式教学法成功应用到教学实践中。课程以电能变换与控制为主线，鼓励学生组成研究小组对课程项目进行协作研究，提升了学生学习兴趣，培养了学生自主创新能力。

关键词：教学改革；新能源发电技术；创新人才培养

作者简介：韩杨（1982-），男，四川成都人，电子科技大学机电学院电力电子系，讲师。

基金项目：本文系电子科技大学中央高校基本科研业务费资助（项目编号：2672011ZYGX2011J093）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）14-0046-02

“新能源发电技术”是电子科技大学电气工程及自动化、机械设计制造及自动化、工业工程三个专业课程体系中的一门重要课程。该课程属于高年级本科生的专业选修课，共32课时、内容多、知识面广、综合性强。[1， 2]由于三个专业的学生知识体系存在一定差异，在教学理念、教学内容、教学方法等方面，需要做出系统的设计和创新。笔者在教学过程中，充分吸收国外高校模块化教学模式、凝练教学内容，充分利用交互式教学方法，采用课堂讲授、提问与解答、课程项目、研究报告等手段，把互动式教学方法成功应用到教学实践中。课程以电能变换与控制为主线，鼓励不同专业背景的学生组成研究小组对课程项目进行协作研究，提升了学生的学习兴趣，培养了学生的自主创新能力。[3， 4]

一、国外“新能源发电技术”教学内容与模式回顾

1.麻省理工学院（MIT）的模块化教学模式

课程简介：课程评估当前和未来潜在的能源系统，包括资源提取、转换和最终使用技术，重点区域和全球能源需求。研究各种可再生能源和传统能源的生产技术，能源最终用途和替代品，在不同国家的消费习惯。

第一部分：能源的背景。欠发达国家日益增长的能源需求、发达国家可持续的未来能源。能源概述、能源供给和需求的问题；能源转换和经济性分析，气候变化和应对措施。模块1：能量传递和转换方法。模块2：资源评估和消耗分析。模块3：能量转换、传输和存储。模块4：系统的分析方法。模块5：能源供应，需求和存储规划。模块6：电气系统动力学。模块7：热力学与效率的计算。

第二部分：具体的能源技术。模块1：核能的基础和现状；核废料处理；扩建民用核能和核扩散。模块2：化石能源的燃料转换，电源循环，联合循环。模块3：地热能源的类型；技术、环境、社会和经济问题。模块4：生物质能资源和用途，资源的类型和要求。

第三部分：能源最终用途，方案评估和权衡分析。模块1：汽车技术和燃料经济政策。模块2：生物质转化的生命周期分析；土地使用问题、净能量平衡和能量整合。模块3：电化学方法电能储存、能量转换，燃料电池。模块4：可持续能源，非洲撒哈拉以南地区的电力系统的挑战和选择。

2.瑞典皇家理工学院（KTH）课程内容与要求

课程内容：替代能源和可再生能源的全方位的介绍和分析，包括整合这些解决方案以满足能源服务的要求。包括现有和未来的替代能源，如水能、风能、太阳能、光伏、光热，燃料处理；可再生能源系统面临的挑战；动态整合各种可再生能源。在整个教学过程中，学生的读、写和研讨主题是“先进的可再生能源系统技术”，特别是通过项目工作和多个为期半天的研讨会对相关专题进行研讨，每个人都参与演讲和讨论，并邀请有行业工程背景的专家和政策制定者来课堂参与探讨，丰富课堂内容、提升教学质量。

课程要求：在课程结束时，学生应能够分析和设计能源系统，利用风能、生物能源、太阳能产生电力或用于加热与冷却。完成课程后，学生能详细说明风能、生物能、太阳能基本原理和主要特点，以及它们之间的区别。能掌握这3种可再生能源系统的主要组件，了解基于化石燃料的能源系统对环境和社会的影响。

3.威斯康星大学（UWM）课程内容与要求

课程内容：学习有关国家最先进的可再生能源系统，包括生物质、电力和液体燃料，以及风力、太阳能、水电。学生们将对可再生能源电力和能源供应做工程计算，并要了解可再生能源的生产、分配和最终使用系统。能源存储、可再生能源政策；经济分析，购买和销售能源；风能理论与实践；太阳能可用性，光热和光伏发电系统；水电；地热，潮汐能和波浪发电；生物能源、生物质燃烧热力和电力；生物质气化，生物油热解；生物燃料的生命周期评估。

课程要求：掌握基本的可再生能源系统的工程计算，了解可再生资源评估和能源基础设施一体化。确定可再生能源系统的环境影响。设计和评估可再生能源系统的技术和经济上的可行性。了解能源在社会中的关键作用。了解可再生能源发展的公共政策、市场结构。卓越学生的学习成果：能够运用数学、科学和工程原则进行实验设计，并能分析和解释实验现象。有能力设计一个系统、部件或过程，以满足预期要求，具备解决工程问题和有效沟通的能力。

二、创新人才培养模式下“新能源发电技术”教学设计

通过对该课程的学习，使学生了解中国的能源现状，掌握电源变换与控制技术的基本原理，掌握光伏发电和风力发电的基本原理及系统的构成，加深对中国风力资源和风力发电基本原理的认识，理解生物质资源的利用现状、转换与控制技术的基本原理，了解天然气、燃气发电与控制技术的基本原理和应用情况。吸收国外经验，设计教学模块。

1.电源变换和控制技术

内容要点：电力电子器件的概念、特征和分类，不可控器件——电力二极管，半控型器件——晶闸管，电力场效应晶体管——电力MOSFET，绝缘栅双极型晶体管——IGBT；AC—DC变换电路：二极管整流器——不控整流，晶闸管整流器——相控整流，PWM整流器——斩波整流；DC—DC变换电路：单管不隔离式DC—DC变换器，隔离式DC—DC变换器；DC—AC变换电路原理、分类、参数计算；AC—AC变换电路。

课堂提问：晶闸管的导通和关断条件是什么？相控整流与PWM整流电路区别是什么？交流调压电路的基本原理是什么？什么是逆变？如何防止逆变失败？

课程项目1：让学生设计一个50kW的相控整流和PWM整流电路，进行MATLAB仿真分析，比较两种整流电路的区别，要求分组讨论、制作PPT演讲，撰写研究报告。

2.风能、风力发电与控制技术

内容要点：风的产生、特性与应用；风力发电机组的结构、分类与工作原理；风力发电的特点、控制要求和功率调节控制；风力发电机组的并网运行和功率补偿：同步发电机组、异步发电机组和双馈异步发电机组的并网运行和功率补偿。

课堂提问：简述风能转换的基本原理。风力机的空气动力学参数有哪些？具体怎么求解？风力机有哪几种分类方法？

课程项目2：让学生设计基于全功率变换器的风力发电系统，在课程项目1的PWM整流电路的基础上，设计整流和逆变电路及其控制算法，进行MATLAB仿真，验证工作原理，要求分组讨论、制作PPT演讲、撰写研究报告。

3.太阳能、光伏发电与控制技术

内容要点：太阳能利用方式、分类及原理，中国光伏发电的历史和研究现状；太阳能电池的工作原理，太阳能电池材料的光学性质、等效电路、输出功率和填充因数，太阳能电池的效率、影响效率的因素及提高的途径；太阳能电池制造工艺，多、单晶硅制造技术；太阳能光伏发电系统设备构成，正弦波PWM技术，逆变器基本特性及评价；独立光伏发电系统的结构及工作原理、系统构成；并网光伏发电系统的分类、特点、结构、供电形式和设备构成。

课堂提问：多晶硅和单晶硅的制造工艺有什么不同？根据制作工艺的不同它们各有什么特点？什么是正弦波PWM逆变技术？并网光伏发电系统由哪几部分构成？

课程项目3：让学生设计小功率并网光伏发电系统，在课程项目2逆变电路的基础上，设计单相及三相逆变电路及其控制算法，进行MATLAB仿真，验证工作原理，要求分组讨论、制作PPT演讲、撰写研究报告。

4.生物质能的转换与控制技术

内容要点：生物质能的定义、生物质资源特点及类别；生物质能转换和发电技术、生物质能转换的能源模形式，城市垃圾、生物质燃气发电技术；生物质热裂解发电技术的分类、生物质热裂解机理，生物质热裂解技术及装置简介；我国生物质能的利用现状及开发生物质能的必要性，生物质能发电前景。

课堂提问：生物质能的优缺点是什么？根据其优缺点如何扬长避短充分利用生物质资源？生物质热裂解的机理是什么？请详细分析说明。影响生物质热裂解的因素有哪些？具体是如何影响的？

5.天然气、燃气发电与控制技术

内容要点：天然气水合物的概念，形成机理及化学性质；天然气的综合利用、环境价值与发展前景；小型燃气轮机发电机组的原理及用途、主要形式及应用前景；燃气轮机组的电能变换与控制系统、电网供电及控制；燃气发电机组的并网运行与控制策略，DC-AC低频并网逆变技术，DC-AC/ AC-DC-AC三级变换高频环节并网逆变技术；燃气发电机组高频并网逆变的控制策略。

课堂提问：小型燃气轮机组并网发电的原理是什么？简述燃气轮机组电能变换系统的结构和工作原理。燃气发电机组高频并网逆变是如何实现的？

三、结束语

在充分吸收国外高校“新能源发电技术”模块化教学模式的基础上，以人才培养为中心，凝练教学内容、改革教学方法，提高了学生对该课程的学习兴趣，课堂互动得到明显改善，不同专业背景的学生能够对课程项目进行协作研究，发挥各自的特长收集和吸收国外前沿技术，在PPT演讲、研究报告撰写方面锻炼了学生的综合能力，取得了良好的教学效果。

参考文献：

[1]何瑞文，谢云，陈璟华.电气工程及其自动化专业建设与实践模式探讨[J].中国电力教育，2012，（3）：72-73.

[2]王三义.浅谈新能源发电技术[J].中国电力教育，2011，（15）：92-93.

[3]马海啸.“新能源发电技术”课程建设与教学改革[J].中国电力教育，2011，（27）：148，179.

[4]孙欣，黄永红.“新能源发电技术”课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2011，（35）：95-96.