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能源與動力工程導論范文1

關鍵詞：能源動力；人才培養；CDIO；實踐

作者簡介：楊俊蘭（1971-），女，河北行唐人，天津城建大學能源與安全工程學院，教授；王澤生（1964-），男，天津人，天津城建大學能源與安全工程學院，教授。（天津 300384）

基金項目：本文系天津城建大學教育教學改革項目（項目編號：JG-1207）的研究成果。

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）02-0022-02

一、概述

當今世界，能源和環境是目前世界各國所面臨的頭等重大的科技與社會問題，而相關專業人才資源會成為推動經濟社會發展的戰略性資源。培養高素質的具有創新意識的能源工程應用型專業人才是我們義不容辭的責任。2012年9月，教育部頒布實施新的《普通高等學校本科專業目錄（2012年）》，熱能與動力工程本科專業更名為能源與動力工程專業，可見專業名稱所賦予的內涵更加廣闊和深遠，從而也說明隨著能源動力科學技術的飛速發展和新問題的提出，需要培養更加適合社會所需的人才，由此有必要對能源動力專業人才的培養模式進行改革與實踐，培養適應21世紀社會發展需要的高級應用型人才，對推動我國執行可持續發展戰略具有重要的意義。

目前正處于信息化的時代，各方面技術的發展也是日新月異，能源動力學科所應用的范圍、涉及的領域更加廣闊。由此培養方案的制定必須堅持按大類培養原則，體現本科專業通識教育思想，使學生不僅僅局限于傳統的研究對象，還要有比較堅實的知識基礎、比較廣的知識面和一定的能力儲備。[1]CDIO工程教學理念是國際工程教育與人才培養的創新模式。美國麻省理工學院和瑞典皇家理工學院等4所大學組成的工程教育改革研究團隊提出、持續發展和倡導了全新的CDIO即構思—設計—實現—運行的工程教育理念和以能力培養為目標的CDIO理念。CDIO模式強調綜合的創新能力，與社會大環境的協調發展，同時更關注工程實踐，加強培養學生的實踐能力。[2]文獻[1，3-4]指出的所謂“回歸工程”，是指建立在科學與技術之上的包括多種因素的大工程含義。這就需要對能源動力專業的人才培養模式進行革新來實現。

天津城建大學于2000年成立熱能與動力工程本科專業，多年來，我們對專業培養方案和課程體系進行了多次完善和改革創新。而且在課程建設方面取得了顯著成果。但在提高學生工程素質和能力培養質量方面，尤其是實施過程的規劃和設計，有待進一步深入探討。本文基于CDIO理念，將構思—設計—實現—運行貫穿于學生學習的每個階段，探索反映工程本質的教育理念與知識技能訓練相融合的人才培養模式及其實施方案，并完善相應的課程體系，使畢業生具備較高的工程素質和能力，更好地服務于天津經濟的發展和濱海新區的建設，以及滿足周邊地區乃至全國對能源動力類人才培養的需求。

二、人才培養目標和要求

1.培養目標

本專業培養適應國家和社會經濟發展和建設需要的、德智體美全面發展的、具備能源生產、轉化、利用與動力系統研發基本理論和應用技術，以及具有節能減排理念，能在工業與民用等領域從事城市能源供應與利用、新能源工程、制冷空調等方面的生產、開發、設計、管理以及科學研究工作的高級應用型人才。

2.培養要求

作為地方院校，應當堅持與地方經濟建設緊密結合，面向基層，服務地方區域，在人才培養中首先應當找準人才培養定位，突出專業特色。[5]

本專業學生主要學習各種能量轉換及有效利用的理論和技術，接受現代科學與工程的基本訓練，掌握能源、熱科學及動力系統基礎理論，掌握計算機及控制技術等現代工具，具備從事節能、制冷、動力、環保和新能源開發利用等領域的研究開發、設計制造和應用管理所必須的工程技術知識，初步具有應用所學知識提出、分析及解決本專業領域問題的能力。

三、人才培養實施方案

擬將學生的培養分成四個階段（四個學年），在每個階段以工程項目為主線，學生經歷CDIO的完整實訓過程，與相應的核心知識點相關聯。即從工程流程出發，將課程體系融合在工程教育流程中，使得課程體系不再是簡單的疊加，而是有機的綜合化。

第一學年：接受早期CDIO體驗。通過開設專業導論課，讓學生了解能源專業的發展動態，初步了解一般能源系統的構成；在導師的指導下，制定個人學習及職業生涯的初步規劃。

第二學年：接受初級CDIO體驗。在導師的指導下，通過認識實習、實驗室參觀調研，了解一般能源系統“構建—設計—實現—運行”的基本內容。

第三學年：接受中級CDIO體驗。學生以小組為單位進行現場專業實訓，初步完成對一個具體的能源系統進行“構建—設計—實現—運行”的完整過程，即通過學習專業課程，先對設備的設計進行實訓，進而開展系統的設計，而且使這兩個設計之間進行有機的結合。

第四學年：接受高級CDIO體驗。在第一學期，主要針對學過的專業課程進行課程設計群的實訓。將2～3門專業課程的設計內容整合成一個綜合的設計項目，讓學生將所學課程之間的知識進行有機結合，設計一個工程項目。在第二學期，學生通過畢業設計進行綜合項目設計，應用所學課程解決實際問題。學生首先通過畢業實習對實際工程進行調研，提出設計方案。

四、人才培養措施

1.調整專業結構

文獻[5]中提到不同的院校各有特色，主要表現為不同專業方向，服務于不同的工程技術領域。我們緊緊圍繞本學校的辦學理念，結合天津地區的經濟和行業的發展趨勢，對專業方向進行了調整。在2006級培養方案中，專業方向為熱力發電廠工程和制冷與空調工程，相應的專業必修課分成兩個模塊供學生選擇。在2010級培養方案修訂過程中，專業方向調整為：城市熱力工程和制冷與空調工程。兩個專業方向必修課程采用了交叉捆綁的方式，都是把另一方向的主要課程進行了整合。熱能與動力工程專業更名為能源與動力工程專業后，在2013級培養方案修訂過程中，依然沿用2010級培養方案中的兩個專業方向：城市熱力工程和制冷與空調工程，但是對課程體系進行了修訂，目的是為了拓寬學生的知識面，更加適應社會的需求。

2.課程教學體系完善與優化

能源與動力工程專業廣泛應用于能源、動力、建筑、環保等許多領域。學生四年在校學習過程中，針對四個階段的CDIO實訓，完善配套的課程體系建設，優化理論教學和實踐教學體系。在專業課程體系中貫徹CDIO理念及標準，整個課程體系以實際工程項目為主線，把培養目標融入到教學過程中。專業培養方案包括公共基礎課程、學科基礎課程、專業基礎課程、專業模塊課程、專業選修課程以及實踐教學環節等內容，培養學生綜合應用和實踐能力，使學生的專業素養得到穩步提升。

在2010級培養方案修訂過程中，兩個專業方向必修課程采用了交叉捆綁的方式，即在城市熱力工程方向中捆綁了“制冷系統與設備”課程；而在制冷與空調工程方向中捆綁了“熱電廠系統與設備”課程，都是把另一方向的主要課程進行了整合。在2013級培養方案修訂過程中，進一步對課程體系進行了修訂和完善。拓寬了學生的就業面，提高了畢業生與社會用人需求的適應性。另外，開設有一定數量的專業選修課，有利于擴大學生的知識面，適應社會對擇業的不同要求。

在實踐教學方面不斷強化，主要包括認識實習、生產實習、畢業實習、課程設計、畢業設計等環節，共41周。充分挖掘現有實驗設備潛力，進一步完善實驗教學體系和實驗教學平臺，提高實驗教學質量及效果。能源與動力工程專業的專業基礎實驗和專業實驗都已經采取了獨立設課的方式，分為綜合性、演示性和設計性實驗，有些實驗是必做，有些實驗是選做，培養了學生的自主性和實踐創新能力。另外，在2013級培養方案中增加了課程設計的門數和總學時，課程設計和畢業設計題目大都來自于工程實踐。學院實驗中心還建有實驗實訓平臺，可以培養鍛煉學生的動手能力和自主創新。從2012級學生開始，還設立了班導師制，定期指導學生參加科研活動、行業比賽、挑戰杯以及大學生創新實驗項目等科技活動。

3.改革教學內容和方法

隨時跟蹤國內外本學科的最新發展，了解能源動力行業的發展動態，吸取其他兄弟院校的經驗，不斷完善優化課程體系和教學內容，增加適應社會發展的新知識和新技術等，保持教學內容的先進性和適用性。

在教學方法與教學手段方面，以先進的教學理念指導教學方法的改革；靈活運用多種教學方法，調動學生學習積極性，促進學生學習能力發展；協調傳統教學手段和現代教育技術的應用，并做好與課程的整合。教學方法要有利于激發和調動學生學習的主動性和創造性，開展探索性教學方法。[6]為了實施探索性學習的教學模式，尤其是專業課程，采取問題式教學方式，即針對教學內容，從工程實際、日常生活或最新發展技術中提煉出能引起學生濃厚興趣且能夠加強學生對重點或難點知識理解的一個課題，在課上結合教學內容指導和啟發學生展開課題的思考、分析和研究，使學生在每一堂課上在探索中“聽”課、學習。并且建立完善專業核心課程教學網站，優化組合教學資源，建設豐富的教學輔助資料，為學生課余時間的探索性學習創造條件。

4.完善實踐教學平臺

強化學生工程素質培養，與實踐緊密結合，培養學生的動手能力。通過充分挖掘現有實驗設備潛力，進一步完善實驗教學體系和實驗教學平臺，提高實驗教學質量及效果。在實驗教學組織上采取開放實驗教學與傳統的集中實驗教學相結合的方式，并開放實驗室，加強學生實驗技能培養，重視在實踐教學中培養學生的實踐能力和創新能力，重新編制了與之相配合的實驗指導書。

五、結束語

作為天津市地方性高等院校，根據當地的經濟和行業發展需求，合理定位人才培養層次，結合學校的辦學理念和自身發展特點，不斷完善和修改培養方案，優化課程體系，改革人才培養模式。通過將CDIO現代工程教育理念引入能源與動力專業的人才培養方案中，將構思—設計—實現—運行貫穿于學生學習的每個階段，探索反映工程本質的教育理念與知識技能訓練相融合的人才培養模式及其實施方案，并完善相應的課程體系，使畢業生具備較高的工程素質和能力，更好地服務于天津經濟的發展和濱海新區的建設，以及滿足周邊地區乃至全國對能源動力類人才培養的需求。

參考文獻：

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[2]許其清.自動化專業CDIO人才培養模式的探索與實踐[J].中國現代教育裝備，2011，（23）：84-85，139.

[3]趙婷婷，買楠楠.基于大工程觀的美國高等工程教育課程設置特點分析[J].高等教育研究，2004，25（6）：94-101.

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能源與動力工程導論范文2

關鍵詞 密集烤房；生物質能源；煤炭；烘烤成本；節能降耗；經濟性狀

中圖分類號 S572；TK6 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）03-0239-02

烤煙栽培中，在一定的時間和烤房內利用熱能實現煙葉內部一系列生理生化變化和脫水干燥的過程稱為烤煙調制[1-2]。在烤煙調制過程中需要消耗大量的能源，燃料的不充分燃燒，煤燃燒所釋放的粉塵、硫化物和碳氧化合物等污染物排放在空氣中，給周圍環境帶來較大污染，影響空氣質量[3-5]。隨著社會的進步和科技的發展，人們對生活的要求越來越高，為減輕勞動強度、適應烤煙規模化生產、保護環境，當前以燃煤為主的密集型烤房表現出一系列不足[6]。隨著烤煙產業的發展，能源危機越來越嚴重以及環保問題的提出，采用可再生環保能源生物質能烘烤煙葉，大力實施節能減排，是煙草行業義不容辭的責任[7]。生物質能是世界第四大能源，也是唯一可運輸、儲存的清潔的可再生能源[8-9]。生物質顆粒燃料的原料包括煙桿、麥稈、玉米秸稈、大豆秸稈、木屑、鋸末等。石林地廣人稀，氣候溫暖，草料和農作物秸稈豐富，非常適合于發展烤煙調制過程中生物質能的利用。2016年7―9月，在昆明市石林彝族自治縣西街口鎮格渣烘烤工場，對密集型烤房生物質能源烘烤和煤炭烘烤進行對比試驗分析，為云南石林生物質能源烘烤工藝提供一定的技術參考依據，從而推動煙草產業的節能減排和低碳濟發展。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在云南省昆明市石林縣西街口鎮格渣村委會烘烤工廠進行。供試煙田土壤為微酸性，適宜烤煙生長；肥力較好，水解性氮含量中等，磷含量和有效鎂含量中等，速效鉀含量偏低。

1.2 試驗材料

1.2.1 供試燃料。以廢棄煙桿為主原料，如鋸末、木屑顆粒及秸稈顆粒生物質燃料（90%廢棄煙桿，10%鋸末）等可再生能源以及市場上的普通燃煤。

1.2.2 供試烤房及設備。生物質能源供熱氣流下降式密集型烤房成套設備，煤炭當前推廣的規格為8.0 m×2.7 m×3.0 m的氣流下降式密集型烤房。

1.2.3 供試煙葉。供試品種為當地主栽品種紅花大金元的中部葉。在煙葉田間成熟時，選取成熟度一致的中部煙葉作為試驗材料。供試煙葉要求同一天采摘、編竿、入爐、點火。

1.2.4 其他。備用發電機、天平秤、平板秤、電度表、電子溫濕度計等。

1.3 試驗設計

試驗設2個處理，分別為密集型烤房煤炭烘烤（T1）、密集型烤房生物質能源烘烤（T2）。采用對比試驗方法，3次重復。除了供熱系統不同，選擇結構相同的2座流下降式密集型烤房，一座使用生物質能源烘烤，另一座使用煤炭烘烤。

1.4 試驗方法及測定項目

供試煙葉采取統一、規范的原則，采收時，根據試驗要求和煙葉成熟度標準，統一采烤。烘烤結束回潮后，進行烤后煙葉外觀質量評價。烘烤過程根據中烤房內溫濕度情況酌情添加燃料。

1.4.1 烤房內溫濕度變化測定與記錄。在烤房內距離供熱墻1.5 m處的掛煙梁上分別放置溫濕度傳感器，每隔24 h觀察記錄溫度和濕度變化情況，依據烤房內煙葉的顏色、狀態變化及溫濕度數據，調整設定溫度和濕度，提高烤后煙葉質量。

1.4.2 烘烤能耗及成本。在入爐時記錄裝煙桿數，稱量每桿的鮮煙重并且記錄，烘烤過程中，對2種燃料每次添加的量分別進行記錄并匯總，烘烤結束后按照市場價格，計算出2座烤房的燃料成本，對2座烤房的耗電量進行統計并且稱量每桿的干煙重，計算鮮干比。點火前分別記錄2座烤房的電表讀數，烘烤結束后再分別記錄2座烤房的電表讀數，依據前后記錄的2座烤房電表讀數，分別計算出2座烤房的耗電量，根據當地工業用電價格計算出2座烤房的用電成本。

1.4.3 烤后煙葉外觀質量評價。對2座烤房隨機抽取20竿煙樣，然后由經驗豐富的分級員，根據烤煙GB2635―1992標準進行分級，計算烤后煙葉上中等煙比例、黃煙比例、青煙比例、雜色煙比例，以及烤后煙葉等級比例（中部橘黃二級C2F，中部橘黃三級C3F，中部檸黃三級C3L，中部橘黃四級C4F，中下部雜色二級CX2K），根據2016年烤煙收購價格計算出均價。

1.4.4 烘烤工藝措施。烘烤技術參照三段式烘烤工藝，按照昆明市烤煙烘烤技術操作指導圖表烘烤。

1.5 數據分析

根據烤房內的溫度變化，利用Office軟件作圖，并進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 烤房內溫度變化

由圖1可知，處理T1的溫度波動性大于處理T2。2個處理的起火點溫度相同，在烘烤96 h以前，處理T2的溫度一直高于處理T1的溫度，且處理T2的溫度在24 h內升高了7 ℃，而處理T1只升高了4 ℃，在烘烤72 h時，處理T1突然劇烈升溫且溫度從96 h開始一直高于處理T2。處理T2整個烘烤過程干球溫度穩定，波動性較小，在整個烘烤過程中沒有出現突然升溫或降溫的情況，而處理T1溫度變化不穩定，較生物質燃料烤房升溫較慢，波動性大。

2.2 烘烤能耗及成本

由表1可以看出，生物質與燃煤燃料能耗成本各不相同。其中處理T2的鮮干比為6.9，較處理T1減少了0.2，降幅為2.9%，說明同質量的鮮煙葉經處理T2烘烤后，干煙重量更高；處理T1的單位能耗為1.2元/kg，較處理T2增加了0.1元/kg，增幅9.1%，表明處理T1的能耗成本較處理T2要高。

2.3 烤后煙葉外觀質量

由表2可知，處理T2的烤后煙葉在外觀質量上結構疏松，成熟度好，油分足，色度強，明顯優于處理T1，且烤后黃煙率較高、青煙率低、雜色煙比例較低。其中處理T2烤后煙葉的黃煙率為93.5%，較處理T1增加了3.6個百分點，增幅為4.0%；而處理T1烤后煙葉的青煙率為8.2%，較處理T2高2.1個百分點，增幅達34.4%；雜色率為1.9%，較處理T2高1.5個百分點，增幅達到了375.0%。

由表3可知，生物質燃料烤后煙葉油分足，色度好，外觀質量好且能顯著提高中上等煙等級比例，增加經濟效益。其中處理T2烤后煙葉等級比例以C2F和C3F較高，且均高于處理T1，上等煙比例為61.4%，較處理T1增加了8.9個百分點，增幅為17.0%；處理T1的中等煙比例明顯高于處理 T2，為33.5%，較處理T2增加了6.4個百分點，增幅為23.6%，但其中價格稍高的C3L比例低于處理T2，處理T2較處理T1增加了0.6個百分點，增幅達10.7%；處理T1 CX2K的比例為14.0%，較處理T2增加了2.5個百分點，增幅達21.7%；綜上分析，處理T2的均價為32.8元/kg，較處理T1增加了1.4元/kg，增幅為4.5%。

2.4 綜合經濟效益

由表4可知，處理T2提高了經濟效益。其中，處理T1的用工工價為3 060.0元，較處理T2增加了1 320元，增幅高_75.9%；處理T1能耗為830.7元，較處理T2增加了18.1元，增幅為2.2%；處理T2的產值為23 891.5元，較處理T1增加了1 851.8元，增幅為8.4%；而在凈利潤上，處理T2為21 338.9元，較處理T1增加了3 189.9元，增幅高達17.6%。

3 結論與討論

該試驗結果表明，生物質燃料較煤炭密集型烤房烘烤的節能減排效果好、減工降本效益好、提質增效效果好。其中生物質燃料整個烘烤過程干球溫度穩定，受人為因素影響較小，可操控性強，沒有出現突然大幅升溫的情況，而燃煤烘烤溫度變化不穩定，受人為因素影響較大，溫度會隨著加煤次數以及每次加煤量的變化而變化，很難達到預期的溫度。另外，烘烤操作人員任務更繁重，增加了烘烤成本。烘烤能耗較燃煤烘烤低，同時，一方面生物質燃料起火點低、可控性強、燃燒性好；另一方面，生物質燃料的原料來源廣泛，變廢為寶，對保護環境起到很大的作用，同時，田間烤煙秸稈等的回收利用降低了病蟲害的傳播，病蟲害大大減少。

而在烤房建造成本上，密集型烤房生物質能源烤房的建造成本要比燃煤烤房高6 500元左右，但可以使用的年限達10年之久，凈利潤可高出3 189.9元，煙葉經濟效益有所提高，大多數煙農對于這樣的建造成本是可以接受的，增強了煙農種植的積極性，有利于在當地大力推廣密集型烤房生物質能源烘烤。

生物質能烘烤也有不足之處。生物質燃料不易運輸、不易儲存以及生物質送料機技術不成熟，時常會出現送料機被生物質燃料卡死的情況，在送料機改造和生物質燃料烘烤余熱回收方面的技術還有待提高。另外，生物質燃料的加工方式有多種，例如工廠集中加工銷售式、農戶提供原料加工付費式等各種加工方式，為適應烤煙規模化烘烤的發展，還應對加工方式做進一步的研究與改進。

4 參考文獻

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