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關(guān)鍵詞:短跑,放松能力,訓(xùn)練,專項(xiàng)力量
0.前言
短跑的放松技術(shù)是一個(gè)抽象概念,不是單純的技術(shù)動(dòng)作,而是多種因素在短跑運(yùn)動(dòng)中的綜合作用,是多個(gè)環(huán)節(jié)緊密結(jié)合形成的一個(gè)體系,即稱作放松能力。從生理學(xué)角度去理解,肌肉的放松意指肌肉的舒張,而肌肉的緊張意指肌肉的收縮。眾所周知,短跑是一項(xiàng)極限強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)員在跑中無論哪個(gè)方面都承受著極大的刺激和負(fù)荷。因此很明顯,從單個(gè)方面的理論去解釋“放松”,并不是人們?cè)诙膛芙虒W(xué)訓(xùn)練的實(shí)踐中所特指并廣泛使用的“放松”―短跑放松技術(shù)。根據(jù)“放松”一詞所涉及的有關(guān)因素和短跑技術(shù)要求,我們把“短跑放松能力”解釋為:短跑的放松能力是建立在正確的短跑動(dòng)作技術(shù)之上的合理的肌肉用力方式和跑的節(jié)奏, 是為達(dá)到最佳運(yùn)動(dòng)成績的經(jīng)濟(jì)高效的短跑技術(shù), 是人體以最大的限度發(fā)揮機(jī)體的能量,獲得最高速度的一種方法。受神經(jīng)系統(tǒng)靈活性、心理品質(zhì)、速度耐力等生理、心理因素的影響。
1.研究對(duì)象及方法
1.1研究對(duì)象
蘇州市業(yè)余體校的8名短跑運(yùn)動(dòng)員,平均年齡為20歲,均為男性。論文大全。
1.2研究方法
1.2.1文獻(xiàn)資料法
通過各種學(xué)報(bào)期刊的廣泛查詢,深入了解其研究現(xiàn)狀和動(dòng)態(tài),并收索與本論文相關(guān)的資料。
1.2.2實(shí)驗(yàn)法
對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象實(shí)施為期5個(gè)月的短跑訓(xùn)練,在訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)測量訓(xùn)練前測量的指標(biāo),并對(duì)運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)狀況進(jìn)行評(píng)定,調(diào)查運(yùn)動(dòng)員的自我訓(xùn)練肌肉用力感覺。通過集訓(xùn)前后與運(yùn)動(dòng)員放松能力的有關(guān)身體素質(zhì)、技術(shù)情況、心理狀況及運(yùn)動(dòng)成績的變化來檢驗(yàn)訓(xùn)練的效果,得出結(jié)論。
1.2.3數(shù)理統(tǒng)計(jì)法
采用SPSS12.0軟件統(tǒng)計(jì)包對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。
2.結(jié)果與分析
2.1結(jié)果
影響運(yùn)動(dòng)員成績提高的因素是多方面的,如步長、步頻、身體素質(zhì)、心理素質(zhì)、放松能力等。論文大全。從短跑過程看,起跑、加速跑、途中跑和沖刺跑技術(shù)的好壞也影響著短跑運(yùn)動(dòng)的最終成績。經(jīng)過5個(gè)月的系統(tǒng)訓(xùn)練,運(yùn)動(dòng)員的身體素質(zhì)、動(dòng)作技術(shù)和心理素質(zhì)都有了較大的提高(這在下文中有所論證),無可否認(rèn),這與運(yùn)動(dòng)成績的提高有直接關(guān)系。
2.1.1實(shí)驗(yàn)前后100米成績的比較
實(shí)驗(yàn)對(duì)象在實(shí)驗(yàn)前后100米成績結(jié)果見表1,由表1可見,實(shí)驗(yàn)后的成績比實(shí)驗(yàn)前均有明顯提高,經(jīng)過統(tǒng)計(jì)學(xué)分析T=3.142 ,P<0.01實(shí)驗(yàn)前后訓(xùn)練效果差異顯著,達(dá)到了非常顯著的水平。論文大全。
表1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象在實(shí)驗(yàn)前后的成績變化情況
過程裝備與控制工程工程熱力學(xué)教學(xué)改革過程裝備與控制工程(文中均簡稱“過控專業(yè)”)學(xué)科是機(jī)械類學(xué)科的一個(gè)重要分支,其自身屬于機(jī)械領(lǐng)域,但同時(shí)其又服務(wù)于過程工業(yè)。因此其主要以過程工業(yè)為專業(yè)背景。過程工業(yè)是以流程性物料(如氣體、液體、粉體等)為主要對(duì)象,以改變物料的狀態(tài)和性質(zhì)為主要目的。其包括冶金、化工、化學(xué)、煉油、制藥、食品、環(huán)保、能源、動(dòng)力等諸多行業(yè)與部門。過程工業(yè)所涉及的一些物理、化學(xué)過程,主要有傳質(zhì)過程、傳熱過程、流動(dòng)過程、反應(yīng)過程、機(jī)械過程、熱力學(xué)過程等。正是這些物理、化學(xué)過程,構(gòu)成了過程工業(yè)的生產(chǎn)過程。過程工業(yè)所涉及的對(duì)象是流程性物料,從原料到產(chǎn)品需經(jīng)過復(fù)雜的工藝過程,因而整個(gè)過程需要由為數(shù)眾多的單元構(gòu)成,而每一個(gè)單元又需要由能實(shí)現(xiàn)這一功能的設(shè)備來完成,而將這些單元設(shè)備連在一起便構(gòu)成了過程裝備。
工業(yè)過程中的物理、化學(xué)過程無不涉及能量的轉(zhuǎn)換和傳遞問題,而熱力過程又是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和傳遞的必要途徑。以熱力過程為研究對(duì)象的工程熱力學(xué)課程在專業(yè)學(xué)習(xí)中起到重要的作用。結(jié)合這幾年熱力學(xué)教學(xué)改革實(shí)踐以及我校實(shí)際,本文將分析過控專業(yè)所開設(shè)的工程熱力學(xué)課程教學(xué)中存在的問題,并就其改革的方向和方法進(jìn)行探索和思考。
一、工程熱力學(xué)在過程裝備與控制工程專業(yè)中的地位
過控專業(yè)的總體框架為以“過程設(shè)備”為主體,以“過程工程”和“過程控制”為兩翼的“一體兩翼”。其中,過程設(shè)備主要是以焊接為主要制造手段的(諸如換熱器和鍋爐等)過程設(shè)備和以機(jī)械加工為主要的制造手段的(諸如壓縮機(jī)、離心機(jī)、泵、內(nèi)燃機(jī)和汽輪機(jī)等)過程設(shè)備。這些過程設(shè)備的共性在于,其目的是要通過一系列過程來獲得產(chǎn)品,這些過程伴隨著流體工質(zhì)的運(yùn)動(dòng)和能量的轉(zhuǎn)換。而工程熱力學(xué)的研究內(nèi)容就是通過工質(zhì)的狀態(tài)變化實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換、通過掌握能量的轉(zhuǎn)換規(guī)律獲得提高能量轉(zhuǎn)化效率的途徑。同時(shí),過程裝備與控制工程專業(yè)的知識(shí)結(jié)構(gòu)有三個(gè)層次:專業(yè)理論基礎(chǔ)知識(shí)、專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)。在專業(yè)理論基礎(chǔ)知識(shí)中,熱力學(xué)基礎(chǔ)就是其中重要的內(nèi)容之一。因此工程熱力學(xué)是過程裝備與控制工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)理論基礎(chǔ)課。查閱相關(guān)文獻(xiàn),不難發(fā)現(xiàn)目前在工程熱力學(xué)教學(xué)方法的探討和改進(jìn)方面有許多有效的措施,但其中絕大部分都集中在能源動(dòng)力類專業(yè)工程熱力學(xué)教學(xué)上。雖然這些方式方法大多也可借鑒到過控專業(yè)工程熱力學(xué)的教學(xué)改革中。但由于專業(yè)發(fā)展方向的不同,使得課程改革相應(yīng)的側(cè)重點(diǎn)也難免會(huì)有所差異。具體針對(duì)過控專業(yè)工程熱力學(xué)教學(xué)改革還少有文獻(xiàn)發(fā)表。為此本文僅針對(duì)內(nèi)蒙古科技大學(xué)的實(shí)際情況,提出過控專業(yè)工程熱力學(xué)教學(xué)改革的一些建議和思考。
二、工程熱力學(xué)在過控專業(yè)存在的問題
1.我校過控專業(yè)設(shè)在機(jī)械工程學(xué)院。學(xué)院在制定培養(yǎng)方案和在學(xué)生培養(yǎng)過程當(dāng)中均主要偏向于機(jī)械裝備方面。因此,過控專業(yè)學(xué)生的能源應(yīng)用意識(shí)和對(duì)能源轉(zhuǎn)換的理解上要滯后于能源動(dòng)力類專業(yè)的學(xué)生。但正如本文前面所分析的,過控專業(yè)實(shí)際上又是與能源應(yīng)用和轉(zhuǎn)換密不可分的。
2.工程熱力學(xué)課程內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)非常多,而且各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間又相互緊密聯(lián)系。同時(shí)課程中的概念十分抽象,具有較強(qiáng)的理論性。這在一定程度上增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度和積極性。而這在過控專業(yè)更為突出,在教學(xué)中學(xué)生普遍反映熱力學(xué)課程太難,書中公式太多,內(nèi)容抽象,從一開始就產(chǎn)生了厭學(xué)情緒。
3.不同專業(yè)方向?qū)こ虩崃W(xué)知識(shí)需求的側(cè)重點(diǎn)不同,而針對(duì)不同專業(yè)安排教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)課時(shí)以及教材的選取還有待進(jìn)一步完善。
三、工程熱力學(xué)在過控專業(yè)教學(xué)中的探索與思考
1.結(jié)合過控專業(yè)特色和專業(yè)方向,整合工程熱力學(xué)教學(xué)內(nèi)容
我校除了過控專業(yè),還有建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)、熱能與能源應(yīng)用工程專業(yè)均開設(shè)有工程熱力學(xué)課程。對(duì)于后兩個(gè)專業(yè)而言,其工程熱力學(xué)課程學(xué)時(shí)數(shù)較多,并且它們的能源應(yīng)用的方向性和技術(shù)性與工程熱力學(xué)要更加緊密。而過控專業(yè)相對(duì)來說熱力學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)偏少,其專業(yè)方向性與工程熱力學(xué)就不是那么緊密。因此,在過控專業(yè)中所講授的熱力學(xué)課程內(nèi)容就不能像能源動(dòng)力類專業(yè)中那樣面面俱到。那么只能根據(jù)過控專業(yè)的專業(yè)特點(diǎn)和專業(yè)方向?qū)崃W(xué)內(nèi)容進(jìn)行取舍。優(yōu)化后的工程熱力學(xué)主要教學(xué)內(nèi)容為:熱力學(xué)第一定律及由其而展開的開口、閉口系統(tǒng)能量方程式;熱力學(xué)第二定律及由其而展開的卡諾循環(huán)與逆卡諾循環(huán)到孤立系統(tǒng)熵增原理;壓氣機(jī)的熱力過程;制冷循環(huán)、動(dòng)力循環(huán);以及系統(tǒng)工質(zhì)(如水蒸氣)的熱力性質(zhì);其中一些基本概念(如熱力系統(tǒng)、功、熱、焓、熵、理想氣體、狀態(tài)方程等)貫穿在以上內(nèi)容的講解當(dāng)中。
2.選定適用于過控專業(yè)的教材
目前出版的絕大部分工程熱力學(xué)教材都是根據(jù)能源動(dòng)力類專業(yè)的特點(diǎn)和發(fā)展方向來編寫的。而能源動(dòng)力類相應(yīng)的熱力學(xué)教材,不論是在教學(xué)內(nèi)容上,還是在知識(shí)結(jié)構(gòu)的編排,以及工程實(shí)例的選取上,都不能滿足過控專業(yè)的實(shí)際要求。以內(nèi)蒙古科技大學(xué)為例,學(xué)校開設(shè)有多個(gè)能源動(dòng)力類專業(yè),相關(guān)熱力學(xué)教學(xué)師資力量較強(qiáng)。因此,基本是都是由能源動(dòng)力類的專業(yè)老師來擔(dān)任過控專業(yè)的教學(xué)任務(wù)。同時(shí),由于過控專業(yè)與能源動(dòng)力類專業(yè)分屬不同的學(xué)院,在教學(xué)、培養(yǎng)方案、教材以及教學(xué)人員等方面無法實(shí)現(xiàn)有效的統(tǒng)籌規(guī)劃。此外,一些熱力學(xué)任課老師為了自己上課方便,在擔(dān)任過控專業(yè)工程熱力學(xué)教學(xué)時(shí),往往就直接采用能源動(dòng)力類熱力學(xué)教材和講義。這些在一定程度影響到因材施教,同時(shí)也加大了過控專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)難度,從而影響學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。因此,選定與過控專業(yè)相匹配的熱力學(xué)教材,并編寫相應(yīng)的講義對(duì)提高過控專業(yè)工程熱力學(xué)教學(xué)水平具有重要作用。
3.提高知識(shí)點(diǎn)講解的通俗易懂性
工程熱力學(xué)是一門理論性較強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)繁瑣、公式多、內(nèi)容抽象的專業(yè)基礎(chǔ)課。因此,如何對(duì)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的講解做到通俗易懂是非??简?yàn)任課老師大智慧的。例如,任何一本教材都有它的局限性。例如同樣一個(gè)知識(shí)點(diǎn),就出現(xiàn)在適用于過控專業(yè)教材的陳述和解釋上沒有能源動(dòng)力類教材解釋的清晰易懂的情況。因此,在講義的編寫過程中,在課堂的講授中,不能局限與所選用的教材。作為熱力學(xué)任課教師要廣讀相關(guān)熱力學(xué)書籍和教材,平時(shí)留意日常生活的點(diǎn)點(diǎn)滴滴,這樣有利于例舉出與日常生活緊密相關(guān)的實(shí)例進(jìn)行講解,從促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。根據(jù)學(xué)生實(shí)際水平因材施教。熱力學(xué)的一個(gè)特點(diǎn)就是公式形式多、公式推導(dǎo)多?;A(chǔ)差的學(xué)生聽起來會(huì)十分枯燥而且不好理解。那么我們可以明確就告訴學(xué)生不用去深究其如何推導(dǎo)得到的,只要熟悉幾個(gè)重要公式如何使用就可以了,但這就需要在教學(xué)中通過舉例或?qū)嵺`來加強(qiáng)這些公式的應(yīng)用。在實(shí)踐中引出并講解公式的應(yīng)用,比直接生硬的推導(dǎo)出一堆公式要更容易讓學(xué)生理解和接受。
4.加強(qiáng)以過控專業(yè)過程工程為背景的情景教學(xué)
過控專業(yè)突出工業(yè)過程的控制,而熱力過程又是工業(yè)中最為常見的過程之一。熱力學(xué)課程的主要任務(wù)是通過對(duì)課程
的學(xué)習(xí),提高學(xué)生熱力學(xué)基礎(chǔ)理論水平,培養(yǎng)學(xué)生分析和處理問題的抽象能力和邏輯思維能力,為學(xué)生從事工業(yè)過程尤其是熱力過程的設(shè)計(jì)與控制工作奠定必備的理論基礎(chǔ)。但同時(shí),通過課程的學(xué)習(xí)來培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)際熱力過程的分析,做到實(shí)際工程于理論相結(jié)合顯得更為重要。因?yàn)檫@一方面可以培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí),另一方面可以加深學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的認(rèn)識(shí),提高學(xué)習(xí)興趣。因此在工程熱力學(xué)的教學(xué)上,要注重工程實(shí)踐的融入。構(gòu)建實(shí)際的工程情景。將熱力學(xué)知識(shí)點(diǎn)融入到情景中去講授。例如,將空調(diào)實(shí)際制冷、供熱過程引入逆卡諾循環(huán)的講解中。讓學(xué)生理解逆卡諾循環(huán)為什么能夠?qū)崿F(xiàn)制冷和供熱功能。理解制冷系數(shù)和供熱系數(shù)的實(shí)際意義和價(jià)值;將機(jī)械領(lǐng)域常見的壓縮機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等實(shí)際壓縮、膨脹等熱力過程引入到閉口系統(tǒng)、開口系統(tǒng)能量方程知識(shí)點(diǎn)上。以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)能量方程的工程應(yīng)用價(jià)值的理解,培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)。
5.增加熱力學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí),提高實(shí)踐能力
相對(duì)于能源動(dòng)力類專業(yè),我校過控專業(yè)學(xué)時(shí)數(shù)較少。再加上專業(yè)方向偏重于機(jī)械類。因此早期該課程教學(xué)大綱制定上就沒有安排基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)。但是從多年教師授課和學(xué)生學(xué)習(xí)情況來看,增加一定學(xué)時(shí)的熱力學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是非常有必要的。在課程安排上,可以精簡一部分理論知識(shí)的講授來滿足實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不在多,而在于精,具有一定代表性。其中要有必要的熱力過程演示實(shí)驗(yàn),以提高學(xué)生對(duì)熱力過程的深入認(rèn)識(shí);此外還需補(bǔ)充一到兩個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)。如制冷循環(huán)、動(dòng)力循環(huán)實(shí)驗(yàn)等。這些都可以和內(nèi)蒙古科技大學(xué)能源動(dòng)力類專業(yè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合來開展。但需要注意的是,在講解及實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中要突出“過程”這個(gè)專業(yè)特點(diǎn)。
四、結(jié)束語
工程熱力學(xué)課程在過程裝備與控制工程專業(yè)中具有重要的地位,需要引起足夠的重視。針對(duì)專業(yè)特點(diǎn)和學(xué)生接受能力適時(shí)調(diào)整優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,因材施教,探索有效的教學(xué)方法,提高教學(xué)質(zhì)量。教學(xué)中有意識(shí)的構(gòu)建實(shí)踐情景,注重知識(shí)的工程應(yīng)用,在工程應(yīng)用中學(xué)知識(shí),以培養(yǎng)學(xué)生的工程過程分析和應(yīng)用能力,提高學(xué)生工程應(yīng)用素質(zhì)。
參考文獻(xiàn):
[1]陶秀祥,孫鳳杰,何京敏.過程裝備與控制工程專業(yè)的知識(shí)體系與人才培養(yǎng)模式[J].煤炭高等教育,2005,23(3):91-93.
[2]王元文,龍登云.過程裝備與控制工程專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)和課程體系[J].廣東化工,2007,34(2):85-87.
[3]吳t,金光,高靖芳,王麗芳,何麗娟.工程熱力學(xué)教學(xué)方法改革[J].中國冶金教育,2014,(4):24-25.
1、交通能源與環(huán)境問題是21世紀(jì)
全球面臨的重大挑戰(zhàn)。對(duì)我國尤為嚴(yán)峻
目前世界汽車保有量約8億輛,預(yù)計(jì)到2020年全球汽車保有量將達(dá)到12億輛,主要增幅來自發(fā)展中國家。國際能源機(jī)構(gòu)(IEA)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,2001全球57%的石油消費(fèi)在交通領(lǐng)域(其中美國達(dá)到67%)。預(yù)計(jì)到2020年交通用油占全球石油總消耗的62%以上。美國能源部預(yù)測,2020年以后,全球石油需求與常規(guī)石油供給之間將出現(xiàn)缺口,2050年的供需缺口幾乎相當(dāng)于2000年世界石油總產(chǎn)量的兩倍。與此同時(shí),交通能源消耗也是造成局部環(huán)境污染和全球溫室氣體排放的主要來源之一。為此,全球已達(dá)成共識(shí):交通能源轉(zhuǎn)型勢在必行。
近年來,我國汽車業(yè)迅猛發(fā)展。2005年,我國汽車產(chǎn)銷量均超過570萬輛,分別居世界第三位和第二位,自主品牌轎車和汽車出口均出現(xiàn)大幅增長。預(yù)計(jì)2020年前我國將成為世界上最大的汽車制造國和主要的汽車出口國之一。我國目前的汽車人均保有量還很低,2005年每千人汽車保有量僅為美國的2.9%(21輛),大約相當(dāng)于美國90年前的水平,是世界上汽車市場潛力最大的國家,預(yù)計(jì)2020年汽車保有量將達(dá)到1.3~1.5億輛。但是,當(dāng)我國剛剛到達(dá)汽車社會(huì)門檻,車用石油消費(fèi)在石油總消費(fèi)中的比例(1/3以下)還大大低于世界平均水平時(shí)(1/2以上),我們已經(jīng)感受到了石油供應(yīng)的日益緊張。同時(shí),車用石油消耗所產(chǎn)生的空氣污染和CO排放也正在變成愈來愈嚴(yán)重的問題,我國已經(jīng)成為世界上第二大CO排放國,由此產(chǎn)生的國際政治和經(jīng)濟(jì)爭端將會(huì)愈演愈烈。這充分表明,我國所面臨的石油安全與交通能源問題將來勢更猛,影響更大,挑戰(zhàn)更加嚴(yán)峻。按傳統(tǒng)交通能源動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展下去,不可持續(xù),實(shí)現(xiàn)我國交通能源動(dòng)力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型是大勢所趨。
2、未來20年是我國交通能源動(dòng)力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略機(jī)遇期
歷史上,交通能源動(dòng)力系統(tǒng)變革一直處于技術(shù)革命和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的核心位置。十九世紀(jì),煤和蒸汽機(jī)火車引發(fā)了歐洲的工業(yè)革命,開創(chuàng)了人類的工業(yè)經(jīng)濟(jì)和工業(yè)文明;二十世紀(jì),石油和內(nèi)燃機(jī)汽車促成了美國的經(jīng)濟(jì)騰飛,把人類帶入了基于石油的經(jīng)濟(jì)體系與物質(zhì)繁榮,也帶來了能源環(huán)境的巨大挑戰(zhàn)。進(jìn)入二十一世紀(jì),以替代燃料和混合動(dòng)力為代表的各種新型汽車能源動(dòng)力技術(shù)迅猛發(fā)展,相互競爭,引發(fā)了一場新的技術(shù)變革,預(yù)示著人類將要進(jìn)入后石油時(shí)代過渡期和能源動(dòng)力技術(shù)創(chuàng)新突破的機(jī)遇期。
這場能源動(dòng)力系統(tǒng)變革的主要趨勢是汽車能源多元化、汽車動(dòng)力電氣化和汽車排放潔凈化:基于可再生能源的生物燃料對(duì)于各種車輛具有良好的適用性,成為各國共同推廣的新型燃料?;旌蟿?dòng)力作為新型汽車能源動(dòng)力技術(shù)共性平臺(tái)繼承了先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)技術(shù),結(jié)合高效潔凈的電力驅(qū)動(dòng)方式,既充分利用現(xiàn)有燃料基礎(chǔ)設(shè)施,又能包容各種新型燃料,現(xiàn)已成為新型動(dòng)力汽車產(chǎn)業(yè)化的里程碑,燃料電池作為一種新興能量轉(zhuǎn)換裝置,盡管目前還存在很多需要克服的技術(shù)障礙,但其作為新一代汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)的遠(yuǎn)期解決方案仍然被全球所看好。
汽車能源動(dòng)力技術(shù)的變革是一個(gè)比較漫長的過程。混合動(dòng)力有望在近中期逐步普及;燃料電池汽車的規(guī)模商業(yè)化大約在2020年以后。面向中長期的汽車技術(shù)發(fā)展,我國汽車所處的這一技術(shù)變革時(shí)期為我國交通能源動(dòng)力系統(tǒng)變革提供了歷史機(jī)遇。
機(jī)遇之一:中國的資源和能源狀況適合發(fā)展新能源交通動(dòng)力系統(tǒng)。
中國缺油、少氣、多煤,這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)給交通能源可持續(xù)發(fā)展帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)?;诟鞣N資源特點(diǎn)的多種替代燃料可以充分發(fā)揮我國地域遼闊和資源多樣性的優(yōu)勢,因地制宜發(fā)展基于煤炭的燃料工業(yè)、基于生物質(zhì)的農(nóng)業(yè)能源和基于天然氣的各種氣體燃料技術(shù),從而實(shí)現(xiàn)交通能源來源的多樣化。同時(shí),從我國城鄉(xiāng)布局看,城市模式以大城市群為主要特點(diǎn),汽車燃料基礎(chǔ)設(shè)施比較集中,有利于燃料清潔化管理和監(jiān)督。我國廣大農(nóng)村,隨地區(qū)不同,其一次能源資源特點(diǎn)也不同,這比較適合發(fā)展一次能源來源多元化、燃料制取和消費(fèi)當(dāng)?shù)鼗娜剂瞎?yīng)體系。
機(jī)遇之二:我國具有實(shí)現(xiàn)交通能源動(dòng)力系統(tǒng)變革的后發(fā)優(yōu)勢。
從我國汽車發(fā)展階段看,具有后發(fā)優(yōu)勢。盡管發(fā)達(dá)國家政府均大力推動(dòng)各種代用燃料汽車的應(yīng)用和向氫能燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型,但是其傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)龐大,石油基礎(chǔ)設(shè)施完善,消費(fèi)習(xí)慣難以轉(zhuǎn)變,實(shí)施轉(zhuǎn)型社會(huì)成本高昂,轉(zhuǎn)型難度很大。而我國汽車工業(yè)剛剛發(fā)展起來,汽車普及率低,因而在汽車動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略選擇上,有更大的自由度。相對(duì)常規(guī)汽車而言,我國在新能源汽車研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面具有比較優(yōu)勢。如果政策得當(dāng),可以在世界上率先實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型。
機(jī)遇之三:實(shí)施汽車動(dòng)力系統(tǒng)變革,是多年來我國發(fā)展清潔汽車和電動(dòng)汽車成功實(shí)踐的戰(zhàn)略總結(jié)和發(fā)展的必然要求。
基于對(duì)我國能源安全、環(huán)境保護(hù)和實(shí)現(xiàn)我國汽車工業(yè)跨越發(fā)展的戰(zhàn)略考慮,“九五”期間,科技部會(huì)同有關(guān)部委組織實(shí)施了“清潔汽車行動(dòng)”,取得了重大階段性成果。截止2005年,全國已有燃?xì)馄?2萬輛,加氣站700余座,年替代石油150萬噸。而且天然氣汽車呈現(xiàn)快速增長勢頭,預(yù)計(jì)今后幾年將進(jìn)入大規(guī)模推廣應(yīng)用階段?!笆濉逼陂g,科技部組織實(shí)施了“電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)”,國家投入8.8億元,是最大的科技專項(xiàng)之一。全國200余家單位、2000多名骨干科技人員直接參與實(shí)施,初步形成了官、產(chǎn)、學(xué)、研合作機(jī)制。目前,小型純電動(dòng)車輛已經(jīng)開始小規(guī)模產(chǎn)業(yè)化,混合動(dòng)力汽車已有多個(gè)車型通過國家認(rèn)證成為產(chǎn)品,燃料電池汽車已進(jìn)入示范考核運(yùn)行階段。自主開發(fā)的燃料電池、動(dòng)力蓄電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電子控制系統(tǒng)具備批量化生產(chǎn)能力。這為我國汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的實(shí)施,奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)、人才和實(shí)踐基礎(chǔ)。
二、我國交通能源動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇
基于我國汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇,我國汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展目標(biāo)應(yīng)當(dāng)是立足轉(zhuǎn)型、盡快轉(zhuǎn)型。但是,新型汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)與現(xiàn)有汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)存在著千絲萬縷的聯(lián)系。同時(shí),我國當(dāng)前汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展和節(jié)能環(huán)保問題還要靠現(xiàn)有汽車能源動(dòng)力技術(shù)解決。為此,應(yīng)當(dāng)選擇一種“過渡”和“轉(zhuǎn)型”并行互動(dòng)、協(xié)調(diào)發(fā)展的戰(zhàn)略。一方面,發(fā)展節(jié)能汽車解決緊迫的能源安全問題,另一方面,開展新能源汽車研究,瞄準(zhǔn)未來汽車競爭制高點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。
1、節(jié)能汽車
優(yōu)化現(xiàn)有以石油和內(nèi)燃機(jī)為基礎(chǔ)的車用能源動(dòng)力系統(tǒng),發(fā)展節(jié)能汽車,重點(diǎn)發(fā)展直噴式內(nèi)燃機(jī)及其混合動(dòng)力系
統(tǒng)。利用現(xiàn)有液體燃料基礎(chǔ)設(shè)施,實(shí)施汽柴油清潔化戰(zhàn)略,逐步與國際燃油規(guī)范接軌;大力發(fā)展各種合成燃料,尤其是符合中國國情的煤基合成燃料,并與汽柴油混合,形成新型清潔燃料。
2000年以來,我國汽車(包括農(nóng)用汽車)汽柴油年消費(fèi)約占全國汽柴油消費(fèi)總量的一半,石油消費(fèi)的1/3左右。這一數(shù)據(jù)說明三個(gè)問題1)車用汽柴油消費(fèi)總量與石油消費(fèi)總量同步快速增長??紤]到汽車市場的持續(xù)升溫,石油安全風(fēng)險(xiǎn)很大。2)與國際平均水平相比,我國汽柴油消費(fèi)占石油總消費(fèi)的比例較低。通過石油消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化,可實(shí)施汽車燃料的間接替代。主要是通過置換方式將替代難度較小的工業(yè)燃料等用非石油產(chǎn)品先行替代,將其原先使用的石油燃料用于汽車。則在相同石油消費(fèi)總量下,車用燃料消費(fèi)總量大約具有20%以上的上升空間。3)我國目前車用燃油消費(fèi)總量與汽車保有量之比偏高,也即汽車油耗量偏大,節(jié)能的潛力巨大。2002年,我國計(jì)入農(nóng)用車和摩托車后的等效平均單車年耗油量約為1.5噸,接近美國2000年的平均單車年耗油量,而大大高于2000年的法國(1.2噸)和日本(1噸)。平均單車年耗油量取決于車輛技術(shù)、車型結(jié)構(gòu)和行駛里程以及運(yùn)行工況等因素,中長期均有較大的改善潛力。根據(jù)國家中長期科技規(guī)劃能源領(lǐng)域戰(zhàn)略研究結(jié)果,建議2020年我國汽車節(jié)能目標(biāo)為:在汽車保有量調(diào)節(jié)在1.5億輛以內(nèi)的前提下,平均單車年油耗量控制在1噸左右。與目前相比,節(jié)約1/3左右,節(jié)油潛力70007萬噸左右。汽車燃油消耗總量控制在1.5~2億噸。為了達(dá)到這一目標(biāo),關(guān)鍵的節(jié)能汽車能源動(dòng)力技術(shù)如下:
(1)高效柴油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)
轎車柴油機(jī)節(jié)能效果與汽油混合動(dòng)力不相上下。據(jù)國務(wù)院發(fā)展研究中心分析預(yù)測,如果2020年我國柴油轎車發(fā)展到乘用車的20%,則當(dāng)年可節(jié)約燃料1880萬噸。為此應(yīng)當(dāng)在我國發(fā)展先進(jìn)的柴油轎車,但是必須解決好排放控制關(guān)鍵技術(shù)問題。主要包括:柴油機(jī)電控技術(shù),排氣后處理技術(shù)和清潔柴油與代用柴油技術(shù);柴油機(jī)電控高壓燃油噴射系統(tǒng)和智能化發(fā)動(dòng)機(jī)電子管理系統(tǒng),是綠色高效柴油機(jī)核心關(guān)鍵技術(shù),應(yīng)當(dāng)大力發(fā)展;柴油機(jī)排放控制可采取如下應(yīng)對(duì)策略:EGR(廢氣再循環(huán))技術(shù)成熟,效果顯著,應(yīng)盡快推廣使用;DPF(微粒捕捉器)技術(shù)2010年前將會(huì)在歐洲柴油車普及,我國需加快應(yīng)用速度;NOX(氮氧化物)催化轉(zhuǎn)換器技術(shù)路線需要慎重選擇,深入研究;發(fā)展合成柴油和生物柴油對(duì)解決柴油的數(shù)量和質(zhì)量都具有重大意義,要大力發(fā)展代用柴油技術(shù),力爭在2020年,將生產(chǎn)能力提高到1000萬噸以上。根據(jù)2002年統(tǒng)計(jì),我國農(nóng)用車所消耗的柴油總量與常規(guī)柴油車的柴油消耗總量不相上下。開發(fā)節(jié)能、經(jīng)濟(jì)的新型農(nóng)用車并逐步采用農(nóng)業(yè)能源作為燃料對(duì)于汽車節(jié)能和發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)具有重大戰(zhàn)略意義。
(2)節(jié)能汽油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)
當(dāng)前,我國的轎車基本上是汽油轎車,目前采用的轎車汽油發(fā)動(dòng)機(jī)還有20%以上的節(jié)能潛力。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展呈如下趨勢:缸內(nèi)直噴技術(shù)、電輔助增壓、電動(dòng)氣門、可變壓縮比、停缸控制技術(shù)等將在今后五年規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。世界各國正在對(duì)直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)開展深入研究。以日本為代表的非均質(zhì)直噴技術(shù)面臨燃燒穩(wěn)定性和后處理等問題,以歐洲為代表的均質(zhì)直噴技術(shù)正在興起。電動(dòng)氣門與無凸輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)也在突破之中。電動(dòng)氣門具有與電控噴射同等重要的意義,它將給發(fā)動(dòng)機(jī)空氣系統(tǒng)控制和循環(huán)過程管理帶來一系列節(jié)能技術(shù)變革,如取消節(jié)氣門,可變壓縮比、部分停缸等。目前我國轎車主要集中在大城市。在中小城市和農(nóng)村,摩托車和三輪摩托車是主要個(gè)人交通工具,保有量已達(dá)1.2億輛以上,其節(jié)能環(huán)保水平急待提高,其升級(jí)換代趨勢值得關(guān)注。有針對(duì)性的開發(fā)具有中國特色的超微型節(jié)能汽油車具有重要的節(jié)能意義和市場前景。
(3)先進(jìn)的混合內(nèi)燃機(jī)技術(shù)
先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展呈現(xiàn)多重混合化趨勢。燃料供應(yīng)的混合:常規(guī)汽柴油與代用燃料混合。以常規(guī)汽柴油為主,將各種代用燃料,包括醇醚燃料與汽柴油摻混并進(jìn)行適當(dāng)設(shè)計(jì)將會(huì)成為主流燃料技術(shù)。燃燒方式的混合:汽油機(jī)均質(zhì)充氣與柴油機(jī)壓燃點(diǎn)燃混合。以燃料混合技術(shù)和控制技術(shù)為基礎(chǔ),綜合汽油機(jī)和柴油機(jī)兩種燃燒方式優(yōu)點(diǎn)的均質(zhì)壓燃HCCI內(nèi)燃機(jī)技術(shù)正在興起。輸出功率的混合:內(nèi)燃機(jī)與電機(jī)功率的混合。新型集成化大功率啟動(dòng)電機(jī)/發(fā)電機(jī)一體化裝置ISG與新型電源系統(tǒng)技術(shù)既是內(nèi)燃機(jī)電控技術(shù)的擴(kuò)展和深化,也是復(fù)雜混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)模塊技術(shù)。內(nèi)燃機(jī)的混合化是聯(lián)結(jié)現(xiàn)有汽車節(jié)能環(huán)保技術(shù)與新能源汽車技術(shù)之間的橋梁。
2、新能源汽車
開發(fā)新一代車用能源動(dòng)力系統(tǒng),發(fā)展新能源汽車。重點(diǎn)發(fā)展各種液體代用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)及其混合動(dòng)力汽車,逐步過渡到采用生物燃料的混合動(dòng)力和可充電的混合動(dòng)力;進(jìn)一步發(fā)展以天然氣為主體的氣體燃料基礎(chǔ)設(shè)施,分步建設(shè)長期可持續(xù)利用的氣體燃料供應(yīng)網(wǎng)絡(luò);以天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ),發(fā)展各種燃?xì)鈩?dòng)力,尤其是天然氣/氫氣內(nèi)燃機(jī)及其混合動(dòng)力;發(fā)展新一代燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)及其混合動(dòng)力,到2020年,達(dá)到規(guī)模商業(yè)化水平;大力推進(jìn)動(dòng)力電池的技術(shù)進(jìn)步,發(fā)展適合中國國情的純電動(dòng)車尤其是微型純電動(dòng)車。以城市公交車輛為重點(diǎn),以點(diǎn)帶面,穩(wěn)步推進(jìn)新能源汽車的示范與商業(yè)化。
(1)車用能源轉(zhuǎn)型的方向和重點(diǎn)
車用能源轉(zhuǎn)型的方向?qū)氖?、天然?煤層氣、煤基燃料向生物質(zhì)燃料和化石能、核能及可再生能源制氫和發(fā)電過渡。從資源來源看,中長期車用石油替代燃料的主體將來自三方面:煤基燃料、生物燃料、天然氣燃料。到2020年,總量將可達(dá)到三千萬噸以上,占車用燃料總消費(fèi)的15%~20%,與歐盟的預(yù)期目標(biāo)基本相同。從車輛應(yīng)用角度看,車用代用燃料主要有三類:含氧燃料(醇/醚/酯)、合成油(BTL/CTL/GTL)、氣體燃料(甲烷氣/合成氣/氫氣)。含氧燃料技術(shù)成熟,是近期推廣應(yīng)用的重點(diǎn),一般以摻混使用為宜。合成油與現(xiàn)有車輛技術(shù)體系和基礎(chǔ)設(shè)施完全兼容,而且是一種優(yōu)質(zhì)的環(huán)保燃料。其技術(shù)也還有較大的改進(jìn)余地。從中長期看,將成為一種主體代用燃料。氣體燃料中,甲烷氣是近中期的重點(diǎn),以天然氣為例,2020年,我國天然氣供應(yīng)量可達(dá)到1200億立方米以上,如拿出10%左右用于汽車就可替代1千萬噸左右汽柴油;合成氣是各種一次能源通過氣化工藝制成的富氫氣體,是各種汽車新型燃料的原料氣,也可直接用作車用燃料,在車用能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮著關(guān)鍵作用,氫氣是一種原料來源廣泛、尾氣排放為零的環(huán)保燃料,是車用能源轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略目標(biāo)之一。根據(jù)國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要,我國將從基礎(chǔ)科學(xué)研究、前沿技術(shù)創(chuàng)新、工程應(yīng)用開發(fā)等多個(gè)層
面實(shí)施對(duì)氫能技術(shù)的重點(diǎn)突破。
(2)汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)型與混合動(dòng)力
汽車動(dòng)力系統(tǒng)是一個(gè)完整的體系,包括燃料、發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)三個(gè)主要層次。根據(jù)生命周期循環(huán)分析,從油井到車輪的效率來看,源于石油的最佳組合是:汽油/柴油一內(nèi)燃機(jī)―混合動(dòng)力。源于天然氣、煤的氫燃料電池及其混合動(dòng)力可與合成燃料內(nèi)燃機(jī)及其混合動(dòng)力競爭。近年來,汽車動(dòng)力系統(tǒng)最大的突破是混合動(dòng)力技術(shù),它為汽車動(dòng)力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型奠定了基礎(chǔ)平臺(tái)。
當(dāng)前,內(nèi)燃機(jī)混合動(dòng)力轎車產(chǎn)業(yè)化是動(dòng)力轉(zhuǎn)型的里程碑。采用混聯(lián)式汽油混合動(dòng)力系統(tǒng)的轎車城市工況可節(jié)油40%左右。混合動(dòng)力還為汽車排放控制尤其是城市工況條件下的排放控制提供了有效的新途徑。鑒于我國私人轎車主要集中在大中城市,混合動(dòng)力轎車非常適合在我國推廣使用。同時(shí),我國是一個(gè)公交車大國,在公交車中推廣使用混合動(dòng)力車輛也具有重要的節(jié)能環(huán)保意義。要借鑒我國汽車產(chǎn)業(yè)在發(fā)動(dòng)機(jī)電控噴射等技術(shù)變革中所積累的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)和商業(yè)模式,并通過稅收優(yōu)惠等激勵(lì)政策,大力開發(fā)和推廣混合動(dòng)力。
今后,發(fā)展我國混合動(dòng)力有兩條技術(shù)路線值得重視:一是轎車混合動(dòng)力的模塊化。通過功能模塊的發(fā)展與組合逐步推進(jìn)汽車動(dòng)力的電氣化。從只具備自動(dòng)啟停、怠速關(guān)機(jī)功能的“微混合(micro-hybrid)”、以并聯(lián)式混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)為主體的“輕混合(mild-hybrid)”和以混聯(lián)式為特征的“全混合(full-hybrid)”,隨著電功率的比例逐步提高,最終過渡到串聯(lián)式“可充電混合(plug-in-hybrid)”。二是城市客車混合動(dòng)力系統(tǒng)的平臺(tái)化。發(fā)電機(jī)組+驅(qū)動(dòng)電機(jī)+儲(chǔ)能裝置構(gòu)成了混合動(dòng)力系統(tǒng)的基本技術(shù)平臺(tái)。通過換用不同的輔助動(dòng)力總成(APU)適應(yīng)從汽、柴油內(nèi)燃機(jī)到氫能燃料電池各種不同的能源動(dòng)力轉(zhuǎn)化裝置,形成油―電、氣―電、電―電各種不同混合動(dòng)力,促進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)的平穩(wěn)過渡與轉(zhuǎn)型。
(3)汽車能源動(dòng)力轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵與瓶頸:動(dòng)力蓄電池和氫能燃料電池
目前,新型動(dòng)力電池尚不能很好滿足汽車使用要求,即使對(duì)于已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的國外混合動(dòng)力轎車用動(dòng)力電池也還存在初始成本高,使用壽命短等問題。動(dòng)力蓄電池同時(shí)涉及混合動(dòng)力、純電動(dòng)和燃料電池三種電動(dòng)汽車,因此動(dòng)力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型將強(qiáng)烈依賴電池技術(shù)的突破。盡管混合動(dòng)力的產(chǎn)業(yè)化會(huì)大大促進(jìn)動(dòng)力電池尤其是高功率型動(dòng)力電池的技術(shù)進(jìn)步,但是近三十年來車用動(dòng)力電池研發(fā)的經(jīng)驗(yàn)表明其技術(shù)進(jìn)步過程將呈現(xiàn)出長期、穩(wěn)步和漸變的特征。
氫燃料電池系統(tǒng)是最具效率潛力的車用發(fā)動(dòng)機(jī),并能帶來全新的汽車設(shè)計(jì)概念。據(jù)IEA2004年統(tǒng)計(jì),全球能源科技研發(fā)公共資金投入中約12%投向了氫能燃料電池。近年來,燃料電池汽車技術(shù)得到了快速的發(fā)展,例如電堆大規(guī)模生產(chǎn)成本已降低到接近100美元/千瓦。但是,車用燃料電池商業(yè)化還面臨一系列重大挑戰(zhàn):壽命仍需提高兩倍以上,還有儲(chǔ)氫、氫源基礎(chǔ)設(shè)施等重大問題有待解決。以低溫膜和碳極板為標(biāo)志的車用質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)研發(fā)和投資的第一已經(jīng)過去。以復(fù)合增強(qiáng)高溫膜、低鉑催化劑和金屬雙極板為標(biāo)志的新一代技術(shù)正在興起。美國能源部2005年8月最新技術(shù)路線圖,美國國會(huì)批準(zhǔn)繼續(xù)加大氫能燃料電池投入,全球正在為燃料電池產(chǎn)業(yè)化而繼續(xù)努力,我國在氫能燃料電池技術(shù)競爭中處于除日本、加拿大、美國之后的第二行列。
總體上講,燃料電池是車用動(dòng)力系統(tǒng)的一個(gè)長遠(yuǎn)解決方案。其中,燃料電池城市大客車可望率先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。美國正在實(shí)施國家計(jì)劃,目標(biāo)是到2015年使燃料電池城市客車占到新增城市公交車的10%。相比而言,城市公交在我國更具戰(zhàn)略地位,我國大客車產(chǎn)業(yè)更具國際競爭力。應(yīng)當(dāng)把燃料電池大客車作為燃料電池汽車商業(yè)化的突破口。
(4)我國新型能源動(dòng)力汽車發(fā)展趨勢與進(jìn)程展望
綜合國外各種研究預(yù)測和各大國際汽車公司與能源公司的技術(shù)發(fā)展路線圖,結(jié)合我國具體國情和發(fā)展現(xiàn)狀,可初步展望我國汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型趨勢
1)2010年左右,隨著石油價(jià)格的上漲和燃油稅的征收以及排放法規(guī)與國際接軌,我國汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)轉(zhuǎn)型的轉(zhuǎn)折點(diǎn)將會(huì)出現(xiàn)。以混合動(dòng)力和混合燃料為主體的新能源動(dòng)力系統(tǒng)車輛產(chǎn)業(yè)化將會(huì)到來。
2)2020年左右,隨著常規(guī)石油供需缺口的出現(xiàn)和C02政策法規(guī)的實(shí)施以及燃料電池、動(dòng)力電池等新型能源動(dòng)力技術(shù)的進(jìn)步,我國汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)轉(zhuǎn)型將取得進(jìn)一步突破,燃料電池轎車產(chǎn)業(yè)化可望興起。
3)2l世紀(jì)上半葉,基于各種液體燃料及其基礎(chǔ)設(shè)施的先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)與混合動(dòng)力車、基于各種氣體燃料及其基礎(chǔ)設(shè)施的燃?xì)馀c燃料電池車、基于電燃料及其基礎(chǔ)設(shè)施的純電動(dòng)車在將會(huì)長期并存。其中先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)與混合動(dòng)力車將占主導(dǎo)地位。燃?xì)馀c燃料電池車以及純電動(dòng)車之和在2l世紀(jì)中葉前后可望達(dá)到汽車銷量的1/3~1/2。
我國新型汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)程路線將是沿著中國特色之路逐步走向世界前沿。
內(nèi)燃機(jī)及其混合動(dòng)力車將會(huì)出現(xiàn)適合我國城市工況的輕度混合動(dòng)力小型車、適合地區(qū)特點(diǎn)的超微型汽油車等特色車型,其所用燃料近中期將以汽柴油為主,摻混少量替代燃料。中遠(yuǎn)期,各種替代燃料的比例將會(huì)逐步加大逐步發(fā)展出基于生物燃料的充電式(plug-in)內(nèi)燃混合動(dòng)力車。
燃?xì)馀c燃料電池車將從目前世界上最大的天然氣公交車隊(duì)、燃料電池混合動(dòng)力公交車隊(duì),逐步發(fā)展出規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的氫能燃料電池轎車。
純電動(dòng)車將從目前世界上最大的電動(dòng)自行車生產(chǎn)國(年產(chǎn)千萬輛),發(fā)展出裝備先進(jìn)動(dòng)力電池的微型電動(dòng)車并廣泛推廣使用。
考慮到新技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用推廣中的各種風(fēng)險(xiǎn)和不確定性,上述預(yù)測是一種比較初步和粗略的估計(jì),需要根據(jù)新的進(jìn)展加以修正。但這一展望可以作為我們努力爭取的目標(biāo)。
三、我國應(yīng)采取的科技對(duì)策
基于節(jié)能與新能源汽車“過渡”與“轉(zhuǎn)型”的雙重發(fā)展戰(zhàn)略,我國汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)的科技對(duì)策可遵循三條基本技術(shù)路線。三管齊下,并行互動(dòng):
(1)開發(fā)和推廣先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)與混合動(dòng)力汽車,解決緊迫的節(jié)能與環(huán)保問題并促進(jìn)自主品牌汽車發(fā)展,推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)轉(zhuǎn)型。
(2)研發(fā)和應(yīng)用氣體燃料、煤基燃料和生物燃料等汽車代用燃料,促進(jìn)交通能源來源多元化,同時(shí)有步驟的推動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施的擴(kuò)展和轉(zhuǎn)型。
(3)開展燃料電池汽車和純電動(dòng)車的研發(fā)、示范和產(chǎn)業(yè)化,促進(jìn)新能源電動(dòng)汽車技術(shù)創(chuàng)新與重點(diǎn)跨越。
近年來,國家攻關(guān)計(jì)劃、清潔汽車行動(dòng)、電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)的實(shí)施,極大地推動(dòng)了我國節(jié)能和新能源汽車的技術(shù)變革。根據(jù)國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃,今后將進(jìn)一步加大力度,推進(jìn)我國汽車能源動(dòng)
力科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化。為此建議:
1)以2020年節(jié)約和替代車用燃料總量達(dá)到1億噸(節(jié)約7000萬噸,替代3000萬噸)為目標(biāo),推進(jìn)節(jié)能與新能源汽車并行互動(dòng)與協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略。在市場方面,要以節(jié)能汽車為主體,大力發(fā)展小型化和微型化的節(jié)能環(huán)保國民車,盡快實(shí)施燃油稅,加大油耗法規(guī)推進(jìn)力度。在研發(fā)方面,要以新能源汽車為戰(zhàn)略重點(diǎn),緊緊抓住未來二十年汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)變革的戰(zhàn)略機(jī)遇期,官產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān),實(shí)現(xiàn)中國汽車產(chǎn)業(yè)由產(chǎn)量大國到技術(shù)強(qiáng)國的跨越發(fā)展。
2)采用“置換”(間接替代)、“摻混”(部分替代)、“代替”(全部替代)三管齊下,先易后難、穩(wěn)步發(fā)展汽車替代能源;大力發(fā)展煤基、生物質(zhì)基、天然氣基石油替代燃料,促進(jìn)交通能源多元化;繼續(xù)發(fā)展燃油、燃?xì)?、電三種燃料/能源的基礎(chǔ)設(shè)施,實(shí)現(xiàn)交通能源載體盡可能的兼容性和一體化。
3)開發(fā)醇/醚/酯含氧燃料、BTL/CTL/GTL合成油、天然氣/合成氣/氫氣氣體燃料三大類代用燃料技術(shù)及其車輛應(yīng)用技術(shù),推進(jìn)汽車燃料因時(shí)、因地、有序、有限的多元化液體代用燃料宜以摻混應(yīng)用為主,通過合理的燃料設(shè)計(jì)、優(yōu)化的整車匹配和規(guī)范的油品管理,逐步替代石油柴油;全力推進(jìn)車用燃料技術(shù)創(chuàng)新尤其是合成氣技術(shù)、存儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)等,建立代用燃料的基礎(chǔ)技術(shù)平臺(tái),以適應(yīng)交通能源轉(zhuǎn)型過程中代用燃料品種的變化與過渡。
關(guān)鍵詞:CDIO;項(xiàng)目;課程體系
1將CDIO引入能源動(dòng)力類課程體系的必要性
CDIO工程教育模式以構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)施(Implement)、運(yùn)行(Operate)全過程為載體培養(yǎng)學(xué)生的工程能力—包括個(gè)人的學(xué)科知識(shí)和推理能力、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力、工程系統(tǒng)能力與現(xiàn)代企業(yè)對(duì)工程人才的需求相適應(yīng)。以往大學(xué)課程體系的設(shè)置過分注重單學(xué)科課程的理論性和知識(shí)的系統(tǒng)性,課堂教學(xué)以教師講授教材知識(shí)為主,學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不濃,目標(biāo)性不強(qiáng),往往被動(dòng)接受,學(xué)生的主動(dòng)性難以調(diào)動(dòng),不適合培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力、自學(xué)的能力、解決問題的能力以及工程應(yīng)用的能力。理論學(xué)習(xí)和工程應(yīng)用相脫節(jié),學(xué)生感覺學(xué)習(xí)理論空洞,不知如何應(yīng)用,畢業(yè)生缺乏工程實(shí)踐設(shè)計(jì)能力,不能滿足現(xiàn)代企業(yè)需求,面臨巨大的就業(yè)壓力。針對(duì)這種現(xiàn)狀,將CDIO工程教育模式引入能源動(dòng)力類課程體系,注重培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力,將理論課程與實(shí)踐環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián),全面培養(yǎng)學(xué)生的工程能力勢在必行。
2基于CDIO工程教育模式的能源動(dòng)力類課程體系的構(gòu)建
沈陽理工大學(xué)能源動(dòng)力類課程體系以項(xiàng)目設(shè)計(jì)為主線,項(xiàng)目分為3個(gè)層次,一級(jí)項(xiàng)目貫穿于整個(gè)本科教育階段,使學(xué)生完整的得到構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作等方面的系統(tǒng)訓(xùn)練,一級(jí)項(xiàng)目所包含的知識(shí)、能力由二級(jí)、三級(jí)項(xiàng)目和課程組成。一級(jí)項(xiàng)目設(shè)初級(jí)和高級(jí)兩個(gè)階段,初級(jí)階段是工程導(dǎo)論項(xiàng)目,這個(gè)項(xiàng)目讓一年級(jí)的新生了解能源動(dòng)力類產(chǎn)品的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行4個(gè)過程的生命周期,高級(jí)階段即畢業(yè)設(shè)計(jì),學(xué)生獨(dú)立完成一個(gè)能源動(dòng)力類產(chǎn)品的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)作的完整過程,一級(jí)項(xiàng)目包含本專業(yè)主要核心課程,體現(xiàn)本專業(yè)主要能力。二級(jí)項(xiàng)目是一組課程的知識(shí)的綜合應(yīng)用,引導(dǎo)一組相關(guān)課程的學(xué)習(xí),重點(diǎn)突出某項(xiàng)能力要求。三級(jí)項(xiàng)目則是針對(duì)單門課程的綜合實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì),增強(qiáng)學(xué)生對(duì)該門課程內(nèi)容的理解。沈陽理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程專業(yè)以應(yīng)用大型工程軟件進(jìn)行車用內(nèi)燃機(jī)及其零部件產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)和制造的能力培養(yǎng)為特色,以熱工、力學(xué)和機(jī)械理論為基礎(chǔ),以計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)為工具,培養(yǎng)既具有動(dòng)力機(jī)械工程基本理論知識(shí)和基本技能,又具有扎實(shí)的內(nèi)燃機(jī)方向的理論知識(shí)和基本技能,能從事汽車發(fā)動(dòng)機(jī)研究、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)以及生產(chǎn)、經(jīng)營、管理等方面工作,具有較強(qiáng)工程實(shí)踐能力,德、智、體全面發(fā)展的高級(jí)應(yīng)用型人才。為實(shí)現(xiàn)上述培養(yǎng)目標(biāo)和專業(yè)特色,沈陽理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程專業(yè)基于CDIO理念的二級(jí)項(xiàng)目課程體系如圖2所示,三級(jí)項(xiàng)目課程體系見表1。另外,在此基礎(chǔ)上,還開設(shè)了工程崗位實(shí)踐和生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)踐課程,讓學(xué)生深入到企業(yè),了解相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程與現(xiàn)代企業(yè)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程及企業(yè)對(duì)人才的要求和標(biāo)準(zhǔn)。
3案例解析基于CDIO能源動(dòng)力類課程體系改革的實(shí)施方案
3.1項(xiàng)目的實(shí)施方案
為保證基于CDIO課程體系的運(yùn)行,課程的安排以階段項(xiàng)目為中心組成課程模塊,使學(xué)生通過課程模塊的學(xué)習(xí)能夠順利完成階段項(xiàng)目。一級(jí)項(xiàng)目第一階段:在學(xué)習(xí)工程設(shè)計(jì)導(dǎo)論的基礎(chǔ)上,將學(xué)生分為若干個(gè)小組,由指導(dǎo)教師引導(dǎo)學(xué)生通過查閱資料制定一個(gè)典型零部件或機(jī)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)計(jì)劃書,并由指導(dǎo)教師向?qū)W生講解CDIO的內(nèi)涵與思想,使學(xué)生了解CDIO理念及工科學(xué)生應(yīng)具備的學(xué)科知識(shí)和推理能力、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力,以及完成這一項(xiàng)目需要哪些知識(shí)模塊和能力,使學(xué)生對(duì)將要學(xué)習(xí)的專業(yè)課程及將要參與的CDIO實(shí)踐活動(dòng)具備初步的認(rèn)識(shí),從而有目的的學(xué)習(xí),通過具體的實(shí)踐過程將理論與實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來,調(diào)動(dòng)主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性解決問題。一級(jí)項(xiàng)目第二階段:進(jìn)行概念模型設(shè)計(jì)—零部件三維實(shí)體造型和虛擬裝配結(jié)合二級(jí)項(xiàng)目1完成,初步了解產(chǎn)品結(jié)構(gòu),學(xué)會(huì)應(yīng)用建模工具描述產(chǎn)品,掌握基本的工程基礎(chǔ)知識(shí)。一級(jí)項(xiàng)目第三階段:進(jìn)行零部件的細(xì)致設(shè)計(jì)、系統(tǒng)及零部件的理論分析、虛擬試驗(yàn)及制造工藝設(shè)計(jì)結(jié)合二級(jí)項(xiàng)目2完成,學(xué)會(huì)運(yùn)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、基礎(chǔ)性以及專門性工程知識(shí)綜合應(yīng)用于解決復(fù)雜工程問題,并得出實(shí)證性結(jié)論,為復(fù)雜工程問題設(shè)計(jì)解決方案,創(chuàng)造、選擇適當(dāng)?shù)默F(xiàn)代工程及信息技術(shù)工具(包括仿真和建模工具)將其應(yīng)用于復(fù)雜的工程活動(dòng)中。一級(jí)項(xiàng)目的第四階段:高級(jí)階段即畢業(yè)設(shè)計(jì)—學(xué)生獨(dú)立完成一個(gè)能源動(dòng)力類產(chǎn)品的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)作的完整過程,進(jìn)一步體驗(yàn)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新。在項(xiàng)目的實(shí)施過程中,除了使學(xué)生掌握了相關(guān)的工程知識(shí)、學(xué)科知識(shí),產(chǎn)品、過程、系統(tǒng)的建造能力外,還可以通過企業(yè)調(diào)研、工作任務(wù)分析會(huì)、小組合作、項(xiàng)目階段總結(jié)項(xiàng)目技術(shù)文檔的編制、項(xiàng)目匯報(bào)使學(xué)生的個(gè)人能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、溝通能力(包括語言交流、書面交流、圖表交流、電子及多媒體交流)、終身學(xué)習(xí)能力得到全面提升。
3.2學(xué)習(xí)效果考核
為保證學(xué)習(xí)質(zhì)量,每一階段的項(xiàng)目都要有項(xiàng)目成果,編寫相應(yīng)的技術(shù)文檔和項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告,項(xiàng)目取得了預(yù)期效果方可進(jìn)行下一階段??己俗⒅貙W(xué)生在個(gè)人人際交往能力,產(chǎn)品、過程、系統(tǒng)建造能力以及學(xué)科知識(shí)等方面的學(xué)習(xí)。
3.3工程實(shí)踐場所保障
支持和鼓勵(lì)學(xué)生通過動(dòng)手學(xué)習(xí)產(chǎn)品、過程、系統(tǒng)的建造能力,學(xué)習(xí)學(xué)科知識(shí)。汽車實(shí)驗(yàn)中心包括熱工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室、汽車構(gòu)造實(shí)驗(yàn)室、汽車電子實(shí)驗(yàn)室、汽車振動(dòng)實(shí)驗(yàn)室、發(fā)動(dòng)機(jī)綜合性能實(shí)驗(yàn)室、車輛故障診斷、檢測及維護(hù)實(shí)驗(yàn)室、汽車及其典型零部件制造工藝實(shí)驗(yàn)室面向?qū)W生全面開放,學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室只需進(jìn)行登記,就可在實(shí)驗(yàn)室開展實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)活動(dòng),為學(xué)生提供了良好的工程實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)場所。
3.4教師教學(xué)能力保障
要求教師均有企業(yè)實(shí)踐經(jīng)歷,參與企業(yè)的生產(chǎn)過程,教師通過企業(yè)鍛煉提高個(gè)人人際交往能力以及產(chǎn)品、過程、系統(tǒng)建造能力。另外教師也組成指導(dǎo)團(tuán)隊(duì),由經(jīng)驗(yàn)豐富、責(zé)任心強(qiáng)的教師擔(dān)任組長,定期開展教學(xué)研討,通過相互交流和相互學(xué)習(xí),不斷提高教師對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)能力。
4課程體系改革所取得的成效
(1)教學(xué)改革實(shí)踐得到了學(xué)生的肯定,學(xué)生的工程實(shí)踐能力得到明顯提高,已畢業(yè)學(xué)生受到用人單位的好評(píng)。(2)學(xué)生學(xué)習(xí)方式及學(xué)習(xí)興趣發(fā)生了轉(zhuǎn)變,從傳統(tǒng)的接受式學(xué)習(xí)向主動(dòng)、探討、合作、有目的的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變,激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造力,在校期間,很多學(xué)生設(shè)計(jì)、制造出多項(xiàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)成果。(3)教學(xué)質(zhì)量有明顯提高,改革成果得到學(xué)校的認(rèn)可。如內(nèi)燃機(jī)原理課程被評(píng)為校優(yōu)秀課,內(nèi)燃機(jī)原理課程改革獲校教學(xué)成果三等獎(jiǎng)。
西安交大雖然在最近幾年的排名中有所下滑,但是排名什么的有沒有真正的參考價(jià)值并不好說。首先從學(xué)校角度來說,西安交大作為C9(即九校聯(lián)盟,中國首個(gè)頂尖大學(xué)間聯(lián)盟,聯(lián)盟成員包括北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南京大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、西安交通大學(xué)、浙江大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)等9所高校)之一的學(xué)校,實(shí)力是不容置疑的。西安交大是理工科為主的綜合性學(xué)校,工科的實(shí)力最強(qiáng),其中電氣、能動(dòng)、機(jī)械等都是全國數(shù)一數(shù)二的。我高考那年的最低分?jǐn)?shù)線并不特別高,可能是其他地方的同學(xué)都不想來西北這么遠(yuǎn)的地方上學(xué)。但是我覺得光從學(xué)校角度考慮的話,還是不錯(cuò)的選擇。
我的專業(yè)是能源動(dòng)力系統(tǒng)及自動(dòng)化,簡稱就是能動(dòng),專業(yè)排名是和清華不分上下的。大一大二大家都是一樣,學(xué)習(xí)基礎(chǔ)課程、專業(yè)基礎(chǔ)課程,當(dāng)然也有全校選修與輔修課。大三之前,也就是我現(xiàn)在這個(gè)階段將進(jìn)行分模塊,即選擇更小的方向,包括熱、冷和新能源。熱主要從事火力發(fā)電、內(nèi)燃機(jī)等方面的工作,冷包括制冷、壓縮機(jī)、流體機(jī)械等,新能源可能會(huì)單獨(dú)成為一門專業(yè)。這些更小的方向就看你以后是讀研還是考慮出國再做決定。就業(yè)的話,與能源、發(fā)電、制冷甚至航天研究方面相關(guān)的單位都有。能源動(dòng)力系統(tǒng)及自動(dòng)化是一個(gè)就業(yè)面非常廣的專業(yè),而且主要是面向大中型的國有企業(yè)和研究所。
當(dāng)然,所有專業(yè)都一樣,你必須考慮清楚自己適合做科研還是立即工作。如果你覺得自己適合做科研,你可以選擇讀研(學(xué)校有保送研究生制度,但一般都要求讀到博士畢業(yè))。如果你覺得自己不適合讀研,喜歡與人打交道,你可以選擇直接就業(yè)。因?yàn)樽x研往往會(huì)使你的選擇越來越窄,你越專業(yè)化,就業(yè)方向也就越狹窄了。當(dāng)然,這些都是后話。
在選擇專業(yè)的時(shí)候,你可能會(huì)聽說一些熱門的專業(yè),比如電氣和ACCA。如果你分?jǐn)?shù)不是特別高,這兩個(gè)專業(yè)可能不會(huì)被錄取。學(xué)校也有轉(zhuǎn)專業(yè)的政策,大一結(jié)束后你可以轉(zhuǎn)到除ACCA外的其他專業(yè)。也就是說,你進(jìn)了大學(xué)努力一年,還是有機(jī)會(huì)進(jìn)電氣這個(gè)專業(yè)的。到大二還有一次機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)專業(yè),是管理學(xué)院的招生和經(jīng)禾金融實(shí)驗(yàn)班的招生。這兩個(gè)專業(yè)只從本校大二的理工科學(xué)生中錄取。當(dāng)然,任何專業(yè)不是說你報(bào)上就前途一片光明了,再熱門的專業(yè)也不是人人都能找到好的工作。
學(xué)習(xí)生活方面,學(xué)校的學(xué)習(xí)氛圍比較濃厚,但也不乏各種學(xué)生會(huì)和社團(tuán)活動(dòng)。圖書館和自習(xí)室從開學(xué)到期末人都比較多。大型活動(dòng)的話,每年都有“交大之星”的選秀活動(dòng),今年已經(jīng)是第33屆了。學(xué)校實(shí)行“書院制”,將不同專業(yè)的學(xué)生分在一個(gè)書院,增進(jìn)不同專業(yè)間的聯(lián)系。
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