實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介：

雙碳目標(biāo)下，新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重塑能源結(jié)構(gòu)的同時(shí)也深化了儲(chǔ)能和多能流結(jié)構(gòu)在能源系統(tǒng)中的重要地位，以此實(shí)現(xiàn)新能源消納、電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻和綜合能源服務(wù)。其中，結(jié)合數(shù)據(jù)中心、速凍冷庫(kù)等高熱流密度空間使用的液空儲(chǔ)能型冷電綜合利用系統(tǒng)是針對(duì)液態(tài)空氣儲(chǔ)能的一種更為實(shí)用高效的釋能方式。東南大學(xué)依托“能源與動(dòng)力工程”方向豐碩的教學(xué)和科研成果，以培養(yǎng)具備能源戰(zhàn)略格局和生態(tài)文明素養(yǎng)的精神建立液空儲(chǔ)能型冷電綜合利用系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。利用虛擬仿真技術(shù)的開放性、擴(kuò)展性和可持續(xù)性促進(jìn)教育公平和均衡發(fā)展。學(xué)生可以通過該平臺(tái)深入學(xué)習(xí)雙碳戰(zhàn)略、未來能源結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)能及其關(guān)鍵技術(shù)，通過互動(dòng)式操作進(jìn)行冷電綜合利用系統(tǒng)的熱力參數(shù)觀測(cè)和性能研究，還可以根據(jù)特定場(chǎng)景需求完成冷電綜合利用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試。通過該實(shí)驗(yàn)可以深化學(xué)生對(duì)未來能源體系的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)思維和解決實(shí)際問題的能力，增強(qiáng)投身國(guó)家碳中和建設(shè)的使命感。

實(shí)驗(yàn)背景：

1、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，要從電力生產(chǎn)側(cè)和能源消費(fèi)側(cè)推進(jìn)能源電力低碳化轉(zhuǎn)型，構(gòu)建新型零碳電力系統(tǒng)

2020年9月22日，國(guó)家主席習(xí)近平在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上宣布，中國(guó)力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。能源電力是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的關(guān)鍵。隨著風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電開發(fā)消納規(guī)模迅速加大，電力系統(tǒng)對(duì)靈活性調(diào)節(jié)能力的需求加快提升。國(guó)家能源局高度重視儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，明確提出需要大力發(fā)展各類儲(chǔ)能以彌補(bǔ)系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)能力缺口，支撐構(gòu)建新型電力系統(tǒng)。新型電力系統(tǒng)自身將成為零碳電力系統(tǒng)，從電力生產(chǎn)側(cè)和能源消費(fèi)側(cè)兩端發(fā)力推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型，是支撐全社會(huì)高度電氣化、實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的重要平臺(tái)。

2、促進(jìn)能源電力低碳化轉(zhuǎn)型，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供培養(yǎng)復(fù)合型、創(chuàng)新型人才，需加強(qiáng)新能源科學(xué)與工程和儲(chǔ)能科學(xué)與工程專業(yè)建設(shè)

2022年7月，教育部提出，要加快雙碳領(lǐng)域人才培養(yǎng)，加強(qiáng)綠色低碳教育、打造高水平科研科技攻關(guān)平臺(tái)、加快緊缺人才培養(yǎng)、深化產(chǎn)教融合協(xié)同育人，促進(jìn)能源電力低碳化轉(zhuǎn)型升級(jí)。近年來教育部新批準(zhǔn)設(shè)置儲(chǔ)能科學(xué)與工程、新能源科學(xué)與工程、氫能科學(xué)與工程、智慧能源工程等10余個(gè)本科專業(yè)，鼓勵(lì)校企聯(lián)合開展產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目，加快國(guó)家儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)，為逐步構(gòu)建全面、持續(xù)、有效的雙碳教育課程與教材體系打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為促進(jìn)能源電力低碳化轉(zhuǎn)型升級(jí)培養(yǎng)高素質(zhì)人才，為我國(guó)“碳達(dá)峰、碳中和”領(lǐng)域提供智力支撐。

3、新能源專業(yè)寬口徑課程體系實(shí)驗(yàn)無法開展，傳統(tǒng)教學(xué)方式難以理解，有效培養(yǎng)復(fù)合型、創(chuàng)新型領(lǐng)軍人才急需虛擬仿真教學(xué)

新能源專業(yè)作為交叉型學(xué)科，涉及的專業(yè)課種類復(fù)雜，傳統(tǒng)教學(xué)方式不足以為新能源專業(yè)創(chuàng)新型高水平領(lǐng)軍人才大量培養(yǎng)提供足夠教學(xué)支撐，教學(xué)中更需要加強(qiáng)理論實(shí)際緊密結(jié)合。但是新能源專業(yè)寬口徑課程體系實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)復(fù)雜、建設(shè)困難大，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)危險(xiǎn)性高，難以實(shí)現(xiàn)多專業(yè)、多層次、多課程的實(shí)驗(yàn)設(shè)備保障，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)無法開展。教育部鼓勵(lì)采用新技術(shù)手段，擴(kuò)大雙碳相關(guān)課程學(xué)習(xí)覆蓋面，在《關(guān)于開展國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》指出虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目是推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目、拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容廣度和深度、延伸實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間和空間、提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和水平的重要舉措。本課程以液空儲(chǔ)能為切入點(diǎn)，結(jié)合儲(chǔ)能、發(fā)電、制冷環(huán)節(jié)，建設(shè)液空儲(chǔ)能型冷電綜合利用系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為促進(jìn)能源電力低碳化轉(zhuǎn)型和有效培養(yǎng)新能源行業(yè)復(fù)合型、創(chuàng)新型領(lǐng)軍人才提供強(qiáng)有力手段。

設(shè)計(jì)原則：

綠色安全可持續(xù)的能源供應(yīng)體系、雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是國(guó)家穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展的必要前提和首要保障，為形象生動(dòng)地傳授儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用于制冷-發(fā)電功用的新知識(shí)，本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)遵循“立德樹人-創(chuàng)設(shè)情景-容錯(cuò)探究”的設(shè)計(jì)原則，自主開發(fā)了液空儲(chǔ)能型冷電綜合利用系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)。

（1）堅(jiān)持立德樹人，深化教學(xué)改革

用生動(dòng)的實(shí)踐教育演繹素質(zhì)教育的本真，讓教育充滿溫度與力量。尊重學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律，通過設(shè)置實(shí)驗(yàn)背景認(rèn)知、基礎(chǔ)模塊以及應(yīng)用模塊三段式，梯度推進(jìn)學(xué)生交互性操作，通過引導(dǎo)式教學(xué)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)以及自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)引發(fā)學(xué)生對(duì)國(guó)家能源安全新戰(zhàn)略和碳達(dá)峰碳中和政策的認(rèn)知。結(jié)合課程思政，注重挖掘我國(guó)能源建設(shè)領(lǐng)域的發(fā)展史及其成就，有助于學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)能源科學(xué)的情感、態(tài)度、價(jià)值觀施加積極影響，并結(jié)合熱點(diǎn)問題和科學(xué)前沿設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，及時(shí)反映能源學(xué)科的國(guó)際前沿及熱點(diǎn)問題，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，保持課程特色和內(nèi)容新穎性。始終堅(jiān)持把立德樹人融入各個(gè)環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生培根鑄魂，掌握過硬專業(yè)知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生成人成才，激勵(lì)學(xué)生投身于我國(guó)能源領(lǐng)域建設(shè)。

（2）創(chuàng)設(shè)多樣情景，培養(yǎng)創(chuàng)新精神

在教學(xué)過程中，通過不斷創(chuàng)設(shè)疑問情景，引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑思辨是激發(fā)學(xué)生好奇心、求知欲的中要手段，用設(shè)問和情景答疑的形式鞏固學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)專業(yè)課《工程熱力學(xué)》、《傳熱學(xué)》、《流體力學(xué)》中重難點(diǎn)的理解，讓學(xué)生在情景教學(xué)體驗(yàn)中受到教育。通過虛擬實(shí)景教學(xué)讓學(xué)生仿佛置身其中，通過設(shè)置基性能研究環(huán)節(jié)和集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，并確保各環(huán)節(jié)之間具有交互連續(xù)性，保證學(xué)科連貫性。通過銜接專業(yè)課中的基本概念引導(dǎo)教學(xué)，讓學(xué)生在課外帶著疑問去接觸新事物、新問題，進(jìn)而產(chǎn)生創(chuàng)新的愿望和學(xué)習(xí)的動(dòng)力，于是自然而然地激發(fā)學(xué)生去積極思考、探究新知。

（3）重視容錯(cuò)探究，優(yōu)化實(shí)踐操作

當(dāng)學(xué)生出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生從不同角度、不同層次、不同方位對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行重新審視，突破學(xué)生既有的認(rèn)知，將錯(cuò)就錯(cuò)的對(duì)問題條件展開修正和訓(xùn)練，使錯(cuò)誤成為可遇不可求的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源。依托虛擬計(jì)算服務(wù)平臺(tái)，學(xué)生可根據(jù)提示和評(píng)估結(jié)果進(jìn)行多次嘗試，讓學(xué)生充分表達(dá)思維的機(jī)會(huì)，將學(xué)生大腦深處最真實(shí)的想法表達(dá)出來，從而使學(xué)生充分感受到探索、解決問題的樂趣，提升求知欲和探索能力，培養(yǎng)學(xué)生建立理論設(shè)計(jì)、仿真驗(yàn)證、反復(fù)優(yōu)化的工程設(shè)計(jì)思維。

實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：

本實(shí)驗(yàn)堅(jiān)持以學(xué)生為中心、以立德樹人為根本的教學(xué)理念，通過虛擬仿真所營(yíng)造的情景體驗(yàn)式的教學(xué)環(huán)境，使學(xué)生循序漸進(jìn)地開展“實(shí)驗(yàn)背景認(rèn)知、基礎(chǔ)模塊仿真、應(yīng)用系統(tǒng)集成”的學(xué)習(xí)實(shí)踐過程，完成“背景認(rèn)知、性能研究、系統(tǒng)設(shè)計(jì)”三個(gè)層次的訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)以下具體教學(xué)目標(biāo)：

（1）在實(shí)驗(yàn)背景認(rèn)知環(huán)節(jié)：幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)雙碳戰(zhàn)略的指導(dǎo)意義、了解國(guó)家能源體系和能源結(jié)構(gòu)演變，加強(qiáng)儲(chǔ)能技術(shù)在分布式能源系統(tǒng)的地位認(rèn)知，使學(xué)生掌握液空儲(chǔ)能工作原理、組成模塊、特點(diǎn)及適用場(chǎng)景，將思政教育潛移默化地融入到虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同感，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)國(guó)家雙碳建設(shè)的緊迫性。

（2）在基礎(chǔ)性能研究環(huán)節(jié)：培養(yǎng)學(xué)生掌握液態(tài)空氣物性，引導(dǎo)學(xué)生探究?jī)?chǔ)能模塊、制冷模塊和動(dòng)力模塊的熱力過程，使學(xué)生直觀的觀察到儲(chǔ)能模塊、制冷模塊和動(dòng)力模塊熱力過程的狀態(tài)參數(shù)變化，明確儲(chǔ)能能力、制冷量和發(fā)電量與控制量之間的定量影響關(guān)系，使學(xué)生能根據(jù)各模塊的不同需求合理調(diào)整控制參數(shù)。

（3）在集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)：通過集成液空儲(chǔ)能型冷電綜合利用系統(tǒng)的任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生基于儲(chǔ)能、制冷及動(dòng)力模塊，添加輔助部件組成虛擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并通過系統(tǒng)調(diào)試實(shí)現(xiàn)液態(tài)空氣泵和冷媒泵之間的匹配，最大程度上利用系統(tǒng)的制冷潛力。使學(xué)生建立從“模塊組件”到“系統(tǒng)集成”的整體思維，鍛煉學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際工程問題的能力。

實(shí)驗(yàn)要求：

（1）專業(yè)與年級(jí)要求

本仿真實(shí)驗(yàn)屬于面向東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院能源與動(dòng)力工程專業(yè)、建筑環(huán)境與能源工程專業(yè)、儲(chǔ)能科學(xué)與工程專業(yè)、新能源科學(xué)與工程專業(yè)三年級(jí)及以上的學(xué)生，其涉及的專業(yè)知識(shí)涵括《工程熱力學(xué)》、《傳熱學(xué)》、《汽輪機(jī)原理》和《流體力學(xué)》等專業(yè)基礎(chǔ)課。全校其它專業(yè)的學(xué)生也可根據(jù)專業(yè)需求和個(gè)人能力選擇對(duì)本課程進(jìn)行選修。

（2）基本知識(shí)和能力要求

具備如（1）所述專業(yè)的基礎(chǔ)知識(shí)，包括但不限于《工程熱力學(xué)》、《傳熱學(xué)》、《汽輪機(jī)原理》、《流體力學(xué)》，及一定的計(jì)算機(jī)使用能力。此外，分析問題及自主探索的習(xí)慣有助于實(shí)驗(yàn)人員在認(rèn)知環(huán)節(jié)、性能研究、系統(tǒng)設(shè)計(jì)三個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)中總結(jié)分析實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)背后的機(jī)理，提高融貫各課程的知識(shí)體系以解決實(shí)際問題的能力。

（3）實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

本仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)涉及的專業(yè)基礎(chǔ)課程理論性強(qiáng)、知識(shí)面廣，具有較強(qiáng)的綜合性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。為確保教學(xué)質(zhì)量，提出以下實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)。

仿真實(shí)驗(yàn)開始前：

①本仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)有配套實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前需進(jìn)行仔細(xì)閱讀，熟知本仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)專業(yè)、年紀(jì)及能力的要求，選擇符合自身的仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)；

②請(qǐng)確保具備符合本仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)運(yùn)行條件的軟硬件實(shí)驗(yàn)環(huán)境，保障實(shí)驗(yàn)過程流暢性；

③請(qǐng)通過觀看視頻簡(jiǎn)介、教師指導(dǎo)等方法，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康募案鳝h(huán)節(jié)的目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)和難點(diǎn)，確保具備順利開展仿真實(shí)驗(yàn)的理論基礎(chǔ)；

仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中：

①請(qǐng)充分利用實(shí)驗(yàn)背景認(rèn)知環(huán)節(jié)，通過視頻、動(dòng)畫等插件開展拓展學(xué)習(xí)，擴(kuò)充自己的專業(yè)知識(shí)；

②請(qǐng)根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)步驟引導(dǎo)開展實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)確無遺漏地完成各環(huán)節(jié)任務(wù)要求，同時(shí)可通過微信群等方式尋求在線答疑解惑；

③請(qǐng)充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，性能研究和系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)具有過程指向的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，在經(jīng)過提示后能夠修改獲得正確結(jié)果同樣可以獲得優(yōu)異的成績(jī)；

仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)束后：

①完成實(shí)驗(yàn)后，請(qǐng)務(wù)必點(diǎn)擊“完成并提交”以生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并在關(guān)閉實(shí)驗(yàn)界面前，點(diǎn)擊界面右下角的“實(shí)驗(yàn)報(bào)告”鏈接進(jìn)入課程平臺(tái)查看。

②結(jié)合實(shí)驗(yàn)報(bào)告認(rèn)真回顧實(shí)驗(yàn)過程，針對(duì)不足查找原因，并積極開展互動(dòng)交流，以進(jìn)一步鞏固理論知識(shí)、提升創(chuàng)新思維能力。