能源动力学科专业发展战略研究报告

能源动力学科专业发展战略研究报告能源动力学科教学指导委员会一、我国能源动力学科高等教育发展历史沿革和面临的形势1.发展历史沿革我国能源动力类专业形成于20世纪50年代。以交通大学为例，1952年院系调整时，当时设在机械系中的动力组就单独成立了动力机械系。由于受当时苏联教育体制的影响，在该学科的发展过程中，专业面曾一度越分越细。50年代初期只有锅炉、汽轮机、内燃机等专业，以后又先后办起制冷专业与风机专业，制冷专业又细分出压缩机、制冷及低温专业。在50年代末又创办了核能专业，在六七十年代有些学校先后设立了工程热物理专业。这样，能源动力学科中的专业就先后包括有锅炉、涡轮机、电厂热能、风机、压缩机、制冷、低温、内燃机、工程热物理，水力机械以及核能工程等11个专业，形成了明显的以产品带教学的基本格局。热能与动力工程专业中包含的水利水电动力工程专业的前身为水电站动力装置专业。该专业形成于20世纪50年代。新中国成立以后，随着国家对水患的治理和经济建设的发展，国家设立了华东水利学院、武汉水利水电学院、华北水利水电学院等一些专门的水利院校，1958年起在这些院校和西安交通大学水利系（西安理工大学水电学院的前身）设立了水电站动力装置专业，以满足国家对水电建设人才的迫切需求。1977年恢复高考招生后，该专业更名为水电站动力设备专业。1984年该专业更名为水利水电动力工程专业，涵盖了原水能动力工程、水电站动力装置、水电站动力设备、水能动力及其自动化、机电排灌工程、水能动力与提水工程等专业，昆明工业学院、成都科技大学等一些院校都设置了该专业。1998年，按照教育部颁布的新的专业目录，水利水电动力工程专业并入热能与动力工程专业，新的热能与动力工程专业包含了原来的热力发动机、流体机械及流体工程、热能工程与动力机械、热能工程、制冷与低温技术、能源工程、工程热物理、水利水电动力、工程冷冻冷藏工程等9个专业。客观上说，这种专业划分与当时我国计划经济的体制以及工业发展的实际情况，在一定程度上是相适应的。过窄的专业面，但却培养了专业工作能力较强的学生。因此，在当时对我国经济的发展和工业体系的重建，曾经起到过积极的作用。但随着社会经济向现代化方向的发展和高新科学技术的进步，特别是我国改革开放以后，国外先进科技、管理体系的大量引进，学科的交叉融合不断产生新的经济增长点，原有的过细过窄的工科专业设置，总体上已不能适应新的形势和发展对人才的需要，必须进行专业调整。因此，在1993年原国家教委进行的专业目录调整中，将能源动力学科的上述前10个专业压缩为4个专业，即热能工程、热力发动机、制冷与低温工程、流体机械与流体工程，核工程与核技术保留。1998年，教育部颁布了新的专业目录，将上述前4个专业进一步合并为热能与动力工程专业，核工程与核技术专业单独设立，而在引导性的专业目录中，则建议将热能工程与核能工程合并。但当时我国大多数学校还是采用了热能工程与核能工程单独设专业的方案。因此，在2000年教育部设立的新一轮教学指导委员会中，在能源动力学科教学指导委员会下分设了三个委员会：热能动力工程，核工程与核技术以及热工基础课程教学指导分委员会。就核科学与技术类专业而言，既与能源动力学科有联系（如核能工程类专业）,又有其不同于能源动力学科的特征（如核技术应用类专业）。该学科和专业是为了适应我国核武器事业和核科技工业的发展而与能源动力学科同期建立起来的，创建初期同样参照了前苏联模式，划分较细，主要有核反应堆工程、核动力装置、同位素分离、核材料、核物理(包括实验核物理、理论物理、辐射防护、加速器物理及核电子学)、核化工(包括前处理、后处理和轻同位素分离)、核地质、核矿冶等，这样的专业学科体系延续了近40年。1998年教育部颁布的新专业目录将核工程、核技术两个本科专业合并为“核工程与核技术”专业。将核工程、核技术相关的研究性学科合并为“核科学与技术”一级学科，下设4个二级学科，即核能科学与工程（含部分等离子体物理）、核燃料循环与材料、核技术及应用、辐射防护与环境保护；将与核物理相关的学科合并为“物理学”下的“等离子体物理”、“粒子物理与原子核物理”等学科；将与核地质铀矿冶相关的学科合并入“矿产普查与勘探”、“水文学及水资源”、“采矿工程”等学科。本研究以核工程与核技术专业为重点，同时兼顾与此相关的其他专业。目前，全国有100余所高校设有能源动力类专业，近20所高校设有核工程或核技术专业（其中5所高校设有核工程专业）。2.国外相应专业设置的对比根据我们的初步调查，以美国为例，一般相应于我国热能动力工程专业的内容，大部分设置在机械中，作为机械系的一个专业方向，称为热流科学（ThermalandFluidScience）或能量系统（Energysystem），而核工程与核技术则一般单独设立或者在化工系中，例如美国麻省理工学院、佛罗里达大学等均如此（见附录）。以下是该两校机械系的专业方向设置。麻省理工学院机械系：（1）热流科学(Thermalandfluidscience)；（2）计算工程（ComputationalEngineering）；（3）能量利用与传输（EnergyUtilizationandTransportation）;（4）生物机械工程（BiomechanicalEngineering）；（5）制造与材料加工（ManufacturingandMaterialsProcessing）;（6）力学与材料（MechanicsandMaterials）；（7）信息（Information）；（8）设计（Design）；（9）系统，计算机与控制（Systems,ComputersandControl）。麻省理工学院工学院核工程系：（1）核能方向（NuclearEnergyOption）；（2）医学与工业辐射方向（RadiationformedicineandindustryOption）。佛罗里达大学机械系：（1）生物力学系统（Biomechanicalsystems）；（2）能量转换系统（EnergyConversionSystem）；（3）机械系统（MechanicalSystem）；（4）热系统（Thermalsystem）；（4）制造（Manufacturing）；（6）机械手（Robotics）。佛罗里达大学工学院核工程系：（1）核与辐射工程方向；（2）核工程科学方向。从上面美国2所有代表性学校（麻省理工为一流大学，佛罗里达大学为高水平知名大学）的机械系与核工程系的设置可以看出以下共同特点：（1）机械系学科的方向高度交叉，一些在我国是属于信息与电气类专业的内容，美国机械系照样研究；（2）专业面相当地宽，即使能源动力方向也是比我们现在的专业设置要宽得多；（3）核工程是单独设系的。3.面临的形势能源动力工业是我国国民经济与国防建设的重要基础和支柱型产业，同时也是涉及多个领域高新技术的集成产业，在国家经济建设与社会发展中一直起着极其重要的作用。近年来，随着我国各个方面改革的深化发展，包括市场经济的逐步建立、国有大中型企业机制的转换、加入WTO后面临的挑战，以及能源动力领域技术的发展，并考虑到我国核科技工业“十一五”以及到2020年发展所面临的形势与任务，我国能源动力类以及核相关专业人才的培养面临着严峻的挑战。能源动力及环境是目前世界各国所面临的头等重大的社会问题，我国能源工业面临着经济增长、环境保护和社会发展的重大压力。我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，煤炭占商品能源消费的76％，已成为我国大气污染的主要来源。已经探明的常规能源剩余储量(煤炭、石油、天然气等)及可开采年限十分有限。2000年的统计资料表明，我国化石能源剩余可储采比煤炭为92年，石油20.5年，仅为世界储采比的一半；天然气为63年，优质能源十分匮乏。我国已成为世界第二大石油进口国，对国际石油市场的依赖度逐年提高，能源安全面临挑战，存在着十分危险的潜在危机，比世界总的能源形势更加严峻。现在，能源资源的国际间竞争愈演愈烈，从伊拉克战争及战后重建，到中日双方在俄罗斯输油管线走向上的角逐等一系列国际问题，无不是国家间能源战略利益冲突、斗争的具体反映。因此，开发利用可再生能源、实现能源工业的可持续发展更加迫切、更具重大意义。我们应该清楚地认识到：我国的能源资源是有限的，我国现有能源开发利用程度与效率很低，在清洁能源开发、能源综合高效利用和环境保护领域内，与发达国家存在着较大的差距：我国水能资源理论蕴藏量（未包括台湾省）为6.76亿千瓦，可开发容量3.78亿千瓦,相应年发电量19200亿千瓦时，均居世界第一；至2003年底，水电装机容量达到9139万千瓦，年发电量2710亿千瓦时，开发率按电量算只有14％，按装机容量算只有24.2％，远远落后于美国、加拿大、西欧等发达国家，也落后于巴西、埃及、印度等发展中国家。高耗能产品能源单耗比发达国家平均水平高40%左右，单位产值能耗是世界平均水平的2.3倍。同时，实施可持续发展战略对能源发展提出了更高的要求。长期以来，粗放型的增长方式使能源发展与保护环境、资源之间的矛盾日益尖锐。未来能源发展中，如何充分利用天然气、水电、核电等清洁能源，加快新能源与可再生能源开发，推广应用洁净煤技术，逐步降低用于终端消费煤炭的比重，实现能源、经济、环境的可持续发展将是“十五”以及中长期能源发展面临的重要选择。特别地，我国核科技工业是国家的战略行业。完善的核科技工业体系是确立一个国家核大国地位的基本条件。它既是国家战略威慑力量和国防科技工业的重要组成部分，是国家政治、国防安全的重要保障和外交利益所在，同时又是国民经济的重要产业。核军工、核能、核燃料和核应用技术产业，是我国核科技工业的主要组成部分。与此相适应，如何培养适应21世纪社会需要的能源动力类以及核相关专业的人才，是每个大学相关专业以及每位从事能源动力类专业教育的工作者需要解决的重要问题。二、能源动力学科专业的主要特点1.与环境问题的密切相关性常规化石能源的使用是能源动力学科专业教学的主要内容之一，而常规化石能源的使用与环境问题密切相关。目前，煤炭、石油、天然气等化石能源仍在整个能源构成中占据主导地位，而且估计在今后几十年的时间内这一局面还不会改变。这些常规化石能源主要直接应用于火力发电，这会带来一系列严重的环境问题，比如硫氧化物、氮氧化物等的大气污染、固体废物、水污染和热污染等。据最近的报载，当前我国每年火力发电的煤炭耗量超过8亿吨，电厂的烟尘排放量约为350万吨，占全国烟尘排放量的35％。其中，微细粒子（小于10微米）排放量超过250万吨，是影响大城市大气质量和能见度的主要因数，并严重危害人体健康。因此，对能源动力生产过程中的这些环境问题必须进行妥善处理和控制，实现其环境友好化，才能保证人类的生存和社会经济的可持续发展。环境问题已经成为能源动力技术研究中的重要组成部分，也必须在专业课程的教学中有相应的体现。也正是基于这一原因，浙江大学已经将原来的热能与动力工程专业改名为能源与环境系统工程专业。核能发电虽然没有上述火力发电那样的问题，但有其独特的问题，如辐射防护与保健、核废料的处置与处理等均与环境保护有关。迫于环境方面对能源开发与利用的巨大压力，作为常规能源的水能由于具有清洁与可再生的特点，其开发与利用越来越得到重视，在我国能源发展战略占有十分重要的地位。2.不同学科间的高度交叉性能源动力学科的技术基础课程和专业课程涉及到多学科领域的知识，以热能动力工程专业为例，就涉及到以下各学科：（1）热学学科；（2）力学学科；（3）机械制造学科；（4）自动控制及计算机学科；（4）水力发电学科；（5）化学学科。为适应21世纪初我国能源学科发展的需要，应当在各专业课程的设置中，适当安排各个有关学科的知识。美国设有机械系的各高等院校，之所以专业的研究范围如此之宽（除了机械与热流科学外还包括信息控制，生物力学，MEMS等），也是与本专业的多学科交叉特性密切相关的。类似地，核科学与技术类专业不但要以传统的热、力、机械、强/弱电等为专业基础，还与新兴的信息、生命、生