低碳能源技術與油氣儲運工程專業(yè)特色建設探索

張引弟+廖銳全+江厚順+李元風+李旭榮+伍麗娟+張瑞

摘 要 溫室效應和全球變暖是當今國際社會關注的焦點。全球已步入低碳經(jīng)濟時代，中國面臨嚴峻的節(jié)能減排形勢，正在大力發(fā)展天然氣及可再生能源等清潔能源，并積極推進低碳能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。油氣儲運工程技術領域產(chǎn)生了天然氣輸送及應用、LNG 產(chǎn)業(yè)鏈及CCUS技術等新的職位需求。油氣儲運工程專業(yè)需拓展專業(yè)口徑適應社會對人才新的需求，進行專業(yè)特色建設，即燃氣方向的建設，在專業(yè)建設中應順應社會對人才新的需求，調(diào)整本科教學內(nèi)容，突出燃氣工程方向特色，尤其是天然氣長距離輸送、城市燃氣輸配及應用新技術、LNG技術、CCUS技術CO2輸送、天然氣水合物及生物質(zhì)能源氣化利用等相關知識，以順應燃氣工程相關行業(yè)就業(yè)的新趨勢。

關鍵詞 節(jié)能減排 低碳能源 油氣儲運 燃氣工程 專業(yè)特色

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.09.019

Abstract Greenhouse effect and global warming are the focus of attention of the international community today. The world has entered the era of low carbon economy， China is facing a grim situation of energy saving and emission reduction， is vigorously developing clean energy and renewable energy and other clean energy sources， and actively promote the development of low-carbon energy industry. Oil and gas storage and transportation engineering technology has produced a natural gas transmission and application， LNG industry chain and CCUS technology and other new job requirements. Oil and gas storage and transportation engineering professional need to expand the professional caliber to adapt to the social demand for new talents， the specialty construction， the construction of the direction of fuel. In specialty construction should conform to the social demand for new talent， adjusting the content of undergraduate teaching， outstanding gas engineering direction characteristics， especially natural gas long distance transportation， city gas transmission and application of new technologies， LNG， CCUs CO2 technology transportation， natural gas hydrate and gasification of biomass energy utilization related knowledge， in order to adapt to the new trend of gas engineering related industries and more employment.

Key words conserve energy and reduce emissions； low carbon energy； oil & gas storage and transportation； gas engineering； special features

油氣儲運工程專業(yè)是研究油氣和城市燃氣儲存、運輸及管理的一門交叉性高新技術學科。交叉型的學科是隨著社會及科學技術的發(fā)展，融合了不同的專業(yè)內(nèi)容相互交叉而逐步深入發(fā)展起來的新型專業(yè)，①比如油氣儲運工程專業(yè)就是融合了石油與天然氣工程、機械、流體力學及動力工程及工程熱物理等學科的交叉專業(yè)。人才培養(yǎng)是高校的中心任務，是以社會對人才的需求為導向，專業(yè)的發(fā)展與建設都要服務于這一宗旨，培養(yǎng)適應社會發(fā)展需求的綜合性創(chuàng)新性人才。我校在油氣儲運工程專業(yè)建設過程中，根據(jù)專業(yè)建設的一般規(guī)律，結合社會對人才的需求及國家大的能源方針的導向性，分析專業(yè)的發(fā)展趨勢和前景，基于目前辦學的客觀條件和地域因素，提出了專業(yè)新的發(fā)展方向和特色，即燃氣工程方向的建設，經(jīng)過幾年的探索和建設取得了一定的效果。

1 節(jié)能減排大背景下油氣儲運專業(yè)特色建設的方向

1.1 一次能源構成的變化趨勢

近幾年來，自然災害、極端天氣、溫室效應、海面上升等一系列由于氣候變化造成的影響正在加劇影響人類賴以生存的環(huán)境。因此，能源與環(huán)境問題成為當今國際社會關注的熱點，其中，溫室效應和全球變暖是關注焦點。因此，在全球范圍內(nèi)各國家都提出了低碳經(jīng)濟發(fā)展策略，低碳經(jīng)濟的開始是以2009年底的哥本哈根會議為標志的。伴隨著《京都議定書》的簽定，節(jié)能減排、提高能源利用率與CO2減排資源化利用已成為當今世界面臨的重要課題。當今全球已步入低碳經(jīng)濟時代，高效清潔利用高碳化石燃料，改善能源結構，擴大燃氣應用比例，開發(fā)煤層氣、頁巖氣資源，發(fā)展清潔新能源與可再生能源是未來應對低碳問題的關鍵。

碳捕集、利用和封存（CCUS）技術是一項具有二氧化碳減排協(xié)同其它污染物聯(lián)合脫除且資源綜合利用的多聯(lián)產(chǎn)高新技術，該技術可以大規(guī)模的減排CO2等溫室氣體。發(fā)展CCUS技術，是國家能源科技“十三五”規(guī)劃中的重要內(nèi)容，是我國當前解決溫室效應和應對氣候變化、推進低碳發(fā)展的有效途徑。與煤和石油相比，天然氣被認為是一種“清潔”能源，近年來在全球一次能源消費結構中的比例逐年上升，具有加速發(fā)展的趨勢。當前，中國能源消費仍然以煤為主，消費的能源中有約72%的煤炭，2.5%的天然氣。而消費的天然氣數(shù)據(jù)低于世界平均水平約25%，低于亞洲平均水平約8.8%。中國當前人均消費天然氣為25 m3/a，而世界人均水平為403 m3/a。②

中國城市燃氣的大規(guī)模應用源于“西氣東輸”工程的實施。特別的，自從中國與俄羅斯簽訂《中俄東線供氣購銷合同》4000億協(xié)議大單，國內(nèi)的天然氣供應在未來得到了保證，并且供應趨勢表現(xiàn)出多元化的結構，如液化天然氣（LNG）、頁巖氣和煤層氣等氣源均得到國家的重視。根據(jù)文獻，③2005-2050年中國一次能源構成的變化趨勢如圖1所示，未來的10～20年，即2020-2030年，將是世界一次能源構成的轉(zhuǎn)折點。石油（曲線Ⅳ）與可再生能源（曲線 ）在一次能源構成中的排位互換，而煤（曲線 ）和天然氣（曲線Ⅲ）兩者之間的排位主要依賴于天然氣生產(chǎn)和煤CCUS技術之間的經(jīng)濟型。

對于化石燃料而言，消耗最多的行業(yè)依次是電力行業(yè)、交通運輸、工業(yè)及石油化工業(yè)。世界上天然氣主要用于發(fā)電、工業(yè)、居民燃料和化工原料，我國的天然氣利用以化肥工業(yè)為主，尚處于起步階段，隨著節(jié)能減排的需求，我國天然氣的再未來的引用主要應用于發(fā)電、作為石油替代燃料及供應城市生活所需。

從圖1可知，從現(xiàn)在到2030年，天然氣的總消費量將持續(xù)增長，并且將取代石油居一次能源的首位地位，中國在2010- 2030年間發(fā)展低碳經(jīng)濟，天然氣的合理開發(fā)和應用是關鍵。據(jù)報道，④天然氣中國交通能源多元化、降低石油對外依存度的關鍵，其在中國由高碳能源（煤和石油）向低碳能源的轉(zhuǎn)變階段將發(fā)揮重要的作用，因其具有節(jié)能減排、促使經(jīng)濟發(fā)展、城市燃氣調(diào)峰以及降低石油進口等作用。

因此，未來10年，將會是從高碳能源到低碳能源的轉(zhuǎn)型時期，而天然氣作為一種相對清潔的化石燃料將會是這個時期國家能源供給的重要方面。為了完成國家“十三五”期間節(jié)能減排任務，天然氣的應用將主要投資于三個方面：即城市民生工程，交通運輸和天然氣發(fā)電技術等。因此，加大燃氣開發(fā)，加快燃氣管道和儲氣庫的建設，將是當前能源發(fā)展需求的具體任務之一。此外，核電、太陽能、可再生能源等清潔能源也將快速發(fā)展。

1.2社會對油氣儲運人才的需求變化

從以上可見，“十三五”期間將是天然氣等清潔能源的快速發(fā)展時期。因此，調(diào)整能源結構，發(fā)展清潔能源技術，保護生態(tài)環(huán)境是當前經(jīng)濟和環(huán)境的需要。⑤這給從事油氣儲運相關工作的同行和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了機會，也給現(xiàn)有的工作人員和行業(yè)體系帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

長江大學油氣儲運專業(yè)設置在石油工程學院，一級學科為石油與天然氣工程，自2003年開始本科生招生，2007年研究生招生，截至目前已有11年的辦學歷史，送走本科畢業(yè)生7屆，研究生4屆，畢業(yè)生主要以本科畢業(yè)生為主。畢業(yè)生大多在石油行業(yè)、天然氣行業(yè)、燃氣公司、市政設計院及熱力公司等就業(yè)，隨著社會的發(fā)展就業(yè)也體現(xiàn)出了多樣性，但是主要是以以上幾個行業(yè)就業(yè)為主，如圖2所示。從圖2可以看出，隨著國家能源政策的調(diào)整，燃氣行業(yè)對畢業(yè)生的需求呈現(xiàn)增長趨勢。

2區(qū)域地方對油氣儲運專業(yè)人才需求的轉(zhuǎn)變

在國家能源結構及需求大調(diào)整的環(huán)境下，基于節(jié)能減排的目標，各省都極力推行清潔能源的生產(chǎn)和應用。在中國，天然氣的供求基本上是“就近利用”原則，也就是生產(chǎn)區(qū)就是應用消費區(qū)。西氣東輸、忠武線、崖港線、南海東方氣田等一系列外輸管網(wǎng)的敷設和應用，中國天然氣供應布局為：西氣東輸、海氣上岸、北氣南下”以及“就近外供”。 湖北省是“西氣東輸、忠武線等”工程經(jīng)過的省份，基于國家能源方針和政策的轉(zhuǎn)變，對油氣儲運工程專業(yè)的畢業(yè)生需求旺盛。目前中南地區(qū)只有長江大學與武漢理工大學開設了油氣儲運這一本科專業(yè)，加上近年來國家對天然氣下游相關產(chǎn)業(yè)的開放，很多民企、私企不斷進入，是的這兩所高校的油氣儲運專業(yè)的畢業(yè)生就業(yè)相對容易一些。尤其是近年來發(fā)展較快的燃氣工程方向，使得油氣儲運工程本科畢業(yè)生的就業(yè)職位需求量劇增。但這些新增崗位又有別于傳統(tǒng)的油氣儲運工程對畢業(yè)生的培養(yǎng)，主要區(qū)別在于：（1）天然氣管道輸送和地下油氣儲備庫的建設是未來發(fā)展趨勢。（2）新建天然氣管道的儀表、監(jiān)測等自動化程度不斷增加，新的儀器儀表層出不窮，這些測量技術都需要及時的添加到學生的授課內(nèi)容中去。（3）城市燃氣應急調(diào)峰難題促使加快各地對儲氣庫建設力度。（4）城市燃氣輸配及應用新技術，如節(jié)能環(huán)保新型燃燒技術、天然氣分布式能源系統(tǒng)及地源熱泵技術等需求明顯。（5）新建LNG接收站及LNG冷能利用技術，涉及到制冷低溫工程與管道水泵等機械學科，而這些知識恰是工程熱物理專業(yè)和機械工程所擅長的，因此傳統(tǒng)的油氣儲運專業(yè)在和這些強勢專業(yè)競爭時優(yōu)勢不明顯。（6）CCUS技術中CO2資源綜合利用化用于強化采油或驅(qū)油過程中的管道輸送問題。（7）天然氣分離技術及水合物的漿液流動規(guī)律。⑥（8）與新能源相關的燃氣應用與輸送技術也涉及油氣儲運的相關設計和計算，例如生物質(zhì)發(fā)電的轉(zhuǎn)化和輸送問題。

綜上所述，隨著國內(nèi)這種能源消費的變化，如何培養(yǎng)出一批高質(zhì)量、高素質(zhì)的燃氣工程及應用人才是當務之急，具體體現(xiàn)在天然氣管道設計及運營、管網(wǎng)優(yōu)化及計量技術、多氣源聯(lián)動以及 LNG 的儲存及氣化冷能利用、節(jié)能環(huán)保新型燃燒技術、天然氣分布式能源系統(tǒng)及地源熱泵技術、CO2管道輸送等方面，還有生物燃氣的開發(fā)利用等，這給油氣儲運工程專業(yè)發(fā)展提供了很好的機遇。基于此，燃氣工程作為油氣儲運專業(yè)應對社會對人才新的需求而發(fā)展的新方向，則必須進行專業(yè)特色建設來應對這種新的需求。

3 長江大學油氣儲運專業(yè)特色建設

3.1油氣儲運專業(yè)燃氣方向建設成果

針對國家能源需求的重大調(diào)整和社會對油氣儲運專業(yè)畢業(yè)生的需求的調(diào)整，長江大學抓住了這個發(fā)展契機，拓寬油氣儲運專業(yè)發(fā)展口徑，從2011年開始在油氣儲運工程專業(yè)增設燃氣工程方向，進行專業(yè)特色建設。

其專業(yè)培養(yǎng)目標和要求為：培養(yǎng)適應我國經(jīng)濟和油氣戰(zhàn)略發(fā)展需求，德智體全面發(fā)展，具備工程流體力學、工程熱力學、傳熱學、油氣儲運工程、城市燃燒輸配等方面的基本理論、基本知識和基本技能。經(jīng)過4年時間的探索和建設，燃氣工程方向建設初見成效：

（1）課程體系設置。形成了燃氣工程方向完整的理論課程設置體系，如表1所示。以流體力學、工程熱力學、傳熱學、工程力學、輸氣管道設計與管理、輸油管道設計與管理、泵與壓縮機等學科和專業(yè)基礎課為核心，設置了燃氣輸配、燃氣應用新技術、燃氣燃燒技術及設備、油氣計量技術、天然氣儲存技術、液化天然氣技術、天然氣地下儲氣庫技術及數(shù)值模擬、燃氣非灌輸工藝、專業(yè)外語、測量儀表自動化等為選修課特色鮮明的專業(yè)方向。

（2）教學團隊及師資隊伍建設。當前，全國大約有40多所高校院所開設了油氣儲運專業(yè)，導致“油氣儲運”專業(yè)畢業(yè)的博士供不應求。經(jīng)過調(diào)研，具有油氣儲運專業(yè)的石油大學每年畢業(yè)的博士約20人，除了高校需求人才之外，有一些科研院所、國企及跨國企業(yè)都需要該方面的人才，并且這些畢業(yè)生研究方向大多是傳統(tǒng)的油氣儲運方向，而燃氣工程方向強勢學科大多不在石油高校，而是在一些辦學經(jīng)驗豐富，人才培養(yǎng)非常成熟的“985”高校，比如哈爾濱工業(yè)大學、同濟大學、華中科技大學、重慶大學等，而這些學校燃氣方向畢業(yè)的博士就業(yè)相對容易。因此，我校人才引進困難，而短期內(nèi)引進合適的燃氣工程方向的人才形成合理的教學科研團隊是我校油氣儲運專業(yè)特色建設首要面臨的問題。基于這一點，考慮到油氣儲運專業(yè)是以數(shù)學、物理及化學為基礎的交叉學科，因此，我校在人才引進方面應轉(zhuǎn)換思路，以具有良好的數(shù)理化知識為基礎，滿足研究方向為原則，充分考慮人才穩(wěn)定性因素的基礎上引進。例如，可從相關專業(yè)引進，如能源類、水力學、熱力學、機械類、交通運輸類以及防腐防垢方向，引進時應該地緣因素和穩(wěn)定性；除此而外，可考慮將我校資質(zhì)好的研究生通過和相關高校聯(lián)合培養(yǎng)的方式來充實我校師資力量。當前，已形成了燃氣工程方向穩(wěn)定教學團隊，實行以教學團隊組長帶領的課程責任教授負責制，建立了合理的人才培養(yǎng)方案，并組織更新教學內(nèi)容和教學大綱。

（3）教材建設。教材主要選用國家優(yōu)秀教材、面向21世紀教材及具有專業(yè)特色的教材。同時，配合湖北省教學研究項目，編寫教材3部，燃氣工程方向理論教材編寫已籌備并實施，向?qū)W校申請了“第六批教材立項建設工作”。并且向相關出版社遞交了申請，擬編寫該方向系列教材。

（4）實踐教學條件建設。燃氣工程方向建設3年以來，已建成油氣管道模擬實驗環(huán)道和多相流教學實驗平臺，擁有油品基礎物性測試儀，原油流變測試儀、小呼吸損耗實驗裝置等較先進的專業(yè)實驗設備。燃氣工程方向教學實驗平臺已經(jīng)建成1個，如圖3所示。

實習基地已有中石化江漢油田與中石化長嶺煉化公司兩個實習基地，正在聯(lián)系和開辟的實習基地有2個。

畢業(yè)設計分為校內(nèi)完成和校外完成兩種情況，校內(nèi)主要是系內(nèi)教師指導，以理論、實驗室和科研為主要來源；校外主要是一些簽約工作的同學去自己未來單位實習，通過參與單位項目的形式來完成。自開展燃氣工程方向建設以來，該方向老師已指導學生獲得省優(yōu)秀畢業(yè)設計（論文）4次。

（5）教學改革及研究。理論教學改革已實施，并逐步推進。工程流體力學、工程熱力學已參與教學改革，效果優(yōu)良；已獲批省級教學研究項目1項（油氣儲運工程專業(yè)燃氣方向綜合建設與教學改革研究（省級教研項目，2013）），校級教學研究項目1項，發(fā)表教研論文8篇，其中中文核心3篇，EI1篇。指導學生獲得全國石油工程設計大賽二等獎2次；參加校級講課比賽獲獎1次。

（6）學科建設。燃氣工程方向已初步形成穩(wěn)定研究方向，并取得了一定的成果。目前代表性的項目有國家自然科學基金、中石油重大專項及吐哈油田公司多相流實驗平臺建設。已發(fā)表教科研論文90余篇，其中SCI11篇，EI25篇；獲教育部自然科學一等獎1項、湖北省自然科學二等獎2項、中國石油與化工協(xié)會科技進步二等獎1項、石油天然氣總公司優(yōu)秀軟件一等獎1項、石油天然氣總公司教學成果二等獎1項、湖北省電力公司一等獎1項；獲發(fā)明專利1項。已經(jīng)建成多相流科研平臺1個，正在籌建的科研實驗室總面積接近150平方米。

3.2油氣儲運專業(yè)特色建設發(fā)展方向

作為中國主要的油氣儲運人才培養(yǎng)和科研基地，進行燃氣工程方向建設是應對全球低碳經(jīng)濟背景下國家大的能源政策調(diào)整而為之，由于燃氣工程方向為新設方向，面臨重重困難，往后的建設應該在人才培養(yǎng)模式中充分體現(xiàn)基于石油天然氣大學科背景的厚基礎、寬口徑模式，大力發(fā)展燃氣工程方向，將社會需求的新技術及時加入到教學和科研當中去。并且根據(jù)人才市場對專業(yè)技術人才的需求擴大人才培養(yǎng)規(guī)模，結合當前學科前沿的發(fā)展，適應我國油氣資源發(fā)展戰(zhàn)略要求和儲運工程學科不斷拓寬的形勢，不斷地進行專業(yè)特色建設的探索和實踐，同時多向相關專業(yè)發(fā)展迅速的學校和相同學科背景的學校學習建設經(jīng)驗和方法，使我校的油氣儲運專業(yè)燃氣方向建設盡快完善并且達到國內(nèi)先進水平，進一步提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，為中國油氣儲運事業(yè)的發(fā)展提供充足的高質(zhì)量人才資源。

注釋

① 張堯.民辦高校交叉學科專業(yè)學生培養(yǎng)的研究[J].科技信息，2008（22）：167.

② 劉建武.二氧化碳輸送管道工程設計的關鍵問題[J].油氣儲運，2014（4）：4-369.

③④華 賁.中國低碳能源格局中的天然氣[J].天然氣工業(yè)，2011（1）：8-12.

⑤ 韓文科，李際.國家發(fā)展改革委能源研究所課題組，“十二五”時期能源發(fā)展問題研究[J].宏觀經(jīng)濟研究，2010（3）：3-17.

⑥ 張勁軍，何利民，宮敬，李玉星，宇波，劉剛.油氣儲運理論與技術進展[J].中國石油大學學報（自然科學版），2013（5）：151-159.