东北亚能源互联网怎么教？一个国家级一流课程的实训方案解析

能源互联网可以理解为综合运用先进的电力电子技术、信息技术和智能管理技术，将大量分布式能量采集装置、分布式能量储存装置和各种类型负载构成的新型电力网络、石油网络、天然气网络等能源节点互联起来，以实现能量双向流动的能量对等交换与共享网络。全球能源互联网的实质是智能电网+特高压电网+清洁能源，是能源生态清洁化、配置广域化、消费电气化的现代能源体系。

这样一个横跨多国、涉及多能源品种的系统，教学上怎么讲？北京欧倍尔与山东大学电气工程学院联合开发的东北亚能源互联网虚拟仿真实验教学项目，给出了一条可行路径。该项目已成功申报为2019年首批国家级一流本科课程，为山东大学电气工程学院的新工科建设提供了有效支撑。

▲ 软件认知模块入口与五类发电厂场景

一、项目背景：为什么选东北亚

东北亚能源互联网是全球能源互联网的重要组成部分，对促进东北亚地区可持续发展具有重要意义。

1、资源与市场的互补格局

俄罗斯远东、蒙古和中国东北华北等地区清洁能源资源十分丰富，而中、日、韩三国能源市场空间巨大。充分发挥资源与市场互补优势，将促进俄罗斯、蒙古等国清洁能源大规模开发、大范围配置，为中、日、韩、朝等国提供清洁电力供应，实现各国合作共赢。

这种资源与负荷逆向分布的格局，恰恰是跨国能源互联网要解决的核心问题。把东北亚作为教学研究对象，学生面对的是一个真实的、有明确物理与经济约束的系统，而不是抽象的电网模型。

2、人才培养的目标定位

项目的培养目标很明确：培养具有国家能源安全观和国际视野的新型电气工程人才。软件融合了电力、能源、控制、运筹、经济等多学科知识，契合「新工科」人才培养理念，有利于培养学生在能源、经济以及政治等领域的交叉思考能力，培养创新型、复合型、应用型电气人才。

▲ 实时功率平衡仿真实验：跨国能源流向

二、项目难点：三个不好讲的地方

把这样一个系统搬进课堂，教学上有三个具体困难。

1、难点一：系统太宏观，学生建立不起整体印象

能源互联网横跨多国、覆盖多种能源形式，课堂上用一张平面图很难让学生理解能源基地在哪里、负荷中心在哪里、能源流向怎么走。缺少空间概念，后续的网络架构分析就无从谈起。

2、难点二：跨国数据拿不到，真实案例难落地

真实跨国能源系统的运行数据涉及多国能源战略，教学上无法获取也无法使用。没有数据，功率平衡、能量平衡这类需要算的环节就只能停留在公式推导。

3、难点三：时间尺度跨度大，课堂演示不出来

能源系统的运行涉及秒级、分钟级、小时级多个时间尺度，真实系统的动态过程在课堂上无法演示。学生看不到「功率不平衡会发生什么」，就很难理解为什么需要调度。

三、解决方案：认知+实验两部分

针对上述难点，软件把教学内容组织为虚拟仿真软件操作与实验操作两部分。

1、认知部分：五个场景建立空间与设备概念

认知部分包含五个环节：全球能源全景图认知、风电光伏厂认知、火力发电厂认知、燃气发电厂认知、水力发电厂认知。

全球能源全景图认知：以全球地图为载体，展示各洲的能源分布与能源流向，各洲板块均可展开查看该区域的能源分布介绍。

各类发电厂认知：进入风电光伏厂、火力发电厂、燃气发电厂、水力发电厂等场景，场景中的设备可高亮查看介绍，控制室内可查看大屏幕资料，形成对发电环节的直观认知。

▲ 全球能源互联网全景图与能源流向

▲ 火力发电厂场景认知

2、实验部分：三个实验打通分析能力

实验部分包含三个实验：能源互联网网络架构搭建实验、能源互联网实时功率平衡仿真实验、多能源能量平衡仿真实验。软件支持中英文双语切换，便于开展国际化教学与留学生培养。

▲ 三大实验模块入口

四、实施成效：从课程到平台

项目落地后取得了几个层面的成果。

1、课程层面：首批国家级一流本科课程

项目成功申报为2019年首批国家级虚拟仿真实验教学一流本科课程。这一认定不仅是对项目质量的认可，也为课程后续的资源投入与推广提供了支撑。

2、教学层面：从知识传授到能力训练

通过这一项目，学生能够在虚拟环境中模拟搭建能源互联网网络，进行实时功率平衡和多能源能量平衡的仿真实验，在实践中掌握能源互联网的关键技术，提升解决实际问题的能力。

3、平台层面：带动同类项目建设

除本项目外，北京欧倍尔在电气领域还参与建设了多个国家级一流课程项目，包括与清华大学合作的综合能源微网虚拟仿真软件、基于电力系统运行约束的电力交易虚拟仿真平台，以及与安徽理工大学合作的煤矿配电继电保护虚拟仿真软件。这些项目共同构成了一套覆盖「发—输—配—用—交易」的电气类虚拟仿真教学体系。

五、可复制的经验：三条

1、经验一：选一个有真实约束的研究对象

东北亚之所以适合作为教学对象，是因为它的资源分布、市场格局、政治经济关系都是真实存在的。学生面对的不是虚构案例，分析结论有现实意义，学习动机自然更强。

2、经验二：认知与实验分层设计

先认知后实验的分层安排，符合由浅入深的学习规律。认知部分解决「系统长什么样」，实验部分解决「系统怎么运行」，两段之间有明确的衔接点。

3、经验三：多学科知识的融合载体

能源互联网天然涉及电力、能源、控制、运筹、经济多个学科。把它作为教学载体，可以在一门课里完成多学科交叉训练，这正是新工科人才培养所需要的。

六、适配课程与应用场景

本软件面向电气工程及其自动化、能源与动力工程、新能源科学与工程等专业，适合以下课程与环节。

▲ 水力发电厂场景认知

跨国能源互联网的教学难点在于系统太宏观、数据拿不到、过程演示不出来。把认知与实验分层，用虚拟仿真的方式把这三道坎跨过去，是这个项目能够成为国家级一流课程的关键。