低碳能源技术与油气储运工程专业特色建设探索

张引弟+廖锐全+江厚顺+李元风+李旭荣+伍丽娟+张瑞

摘 要 温室效应和全球变暖是当今国际社会关注的焦点。全球已步入低碳经济时代，中国面临严峻的节能减排形势，正在大力发展天然气及可再生能源等清洁能源，并积极推进低碳能源产业的发展。油气储运工程技术领域产生了天然气输送及应用、LNG 产业链及CCUS技术等新的职位需求。油气储运工程专业需拓展专业口径适应社会对人才新的需求，进行专业特色建设，即燃气方向的建设，在专业建设中应顺应社会对人才新的需求，调整本科教学内容，突出燃气工程方向特色，尤其是天然气长距离输送、城市燃气输配及应用新技术、LNG技术、CCUS技术CO2输送、天然气水合物及生物质能源气化利用等相关知识，以顺应燃气工程相关行业就业的新趋势。

关键词 节能减排 低碳能源 油气储运 燃气工程 专业特色

中图分类号：G642 文献标识码：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

油气储运工程专业是研究油气和城市燃气储存、运输及管理的一门交叉性高新技术学科。交叉型的学科是随着社会及科学技术的发展，融合了不同的专业内容相互交叉而逐步深入发展起来的新型专业，①比如油气储运工程专业就是融合了石油与天然气工程、机械、流体力学及动力工程及工程热物理等学科的交叉专业。人才培养是高校的中心任务，是以社会对人才的需求为导向，专业的发展与建设都要服务于这一宗旨，培养适应社会发展需求的综合性创新性人才。我校在油气储运工程专业建设过程中，根据专业建设的一般规律，结合社会对人才的需求及国家大的能源方针的导向性，分析专业的发展趋势和前景，基于目前办学的客观条件和地域因素，提出了专业新的发展方向和特色，即燃气工程方向的建设，经过几年的探索和建设取得了一定的效果。

1 节能减排大背景下油气储运专业特色建设的方向

1.1 一次能源构成的变化趋势

近几年来，自然灾害、极端天气、温室效应、海面上升等一系列由于气候变化造成的影响正在加剧影响人类赖以生存的环境。因此，能源与环境问题成为当今国际社会关注的热点，其中，温室效应和全球变暖是关注焦点。因此，在全球范围内各国家都提出了低碳经济发展策略，低碳经济的开始是以2009年底的哥本哈根会议为标志的。伴随着《京都议定书》的签定，节能减排、提高能源利用率与CO2减排资源化利用已成为当今世界面临的重要课题。当今全球已步入低碳经济时代，高效清洁利用高碳化石燃料，改善能源结构，扩大燃气应用比例，开发煤层气、页岩气资源，发展清洁新能源与可再生能源是未来应对低碳问题的关键。

碳捕集、利用和封存（CCUS）技术是一项具有二氧化碳减排协同其它污染物联合脱除且资源综合利用的多联产高新技术，该技术可以大规模的减排CO2等温室气体。发展CCUS技术，是国家能源科技“十三五”规划中的重要内容，是我国当前解决温室效应和应对气候变化、推进低碳发展的有效途径。与煤和石油相比，天然气被认为是一种“清洁”能源，近年来在全球一次能源消费结构中的比例逐年上升，具有加速发展的趋势。当前，中国能源消费仍然以煤为主，消费的能源中有约72%的煤炭，2.5%的天然气。而消费的天然气数据低于世界平均水平约25%，低于亚洲平均水平约8.8%。中国当前人均消费天然气为25 m3/a，而世界人均水平为403 m3/a。②

中国城市燃气的大规模应用源于“西气东输”工程的实施。特别的，自从中国与俄罗斯签订《中俄东线供气购销合同》4000亿协议大单，国内的天然气供应在未来得到了保证，并且供应趋势表现出多元化的结构，如液化天然气（LNG）、页岩气和煤层气等气源均得到国家的重视。根据文献，③2005-2050年中国一次能源构成的变化趋势如图1所示，未来的10～20年，即2020-2030年，将是世界一次能源构成的转折点。石油（曲线Ⅳ）与可再生能源（曲线 ）在一次能源构成中的排位互换，而煤（曲线 ）和天然气（曲线Ⅲ）两者之间的排位主要依赖于天然气生产和煤CCUS技术之间的经济型。

对于化石燃料而言，消耗最多的行业依次是电力行业、交通运输、工业及石油化工业。世界上天然气主要用于发电、工业、居民燃料和化工原料，我国的天然气利用以化肥工业为主，尚处于起步阶段，随着节能减排的需求，我国天然气的再未来的引用主要应用于发电、作为石油替代燃料及供应城市生活所需。

从图1可知，从现在到2030年，天然气的总消费量将持续增长，并且将取代石油居一次能源的首位地位，中国在2010- 2030年间发展低碳经济，天然气的合理开发和应用是关键。据报道，④天然气中国交通能源多元化、降低石油对外依存度的关键，其在中国由高碳能源（煤和石油）向低碳能源的转变阶段将发挥重要的作用，因其具有节能减排、促使经济发展、城市燃气调峰以及降低石油进口等作用。

因此，未来10年，将会是从高碳能源到低碳能源的转型时期，而天然气作为一种相对清洁的化石燃料将会是这个时期国家能源供给的重要方面。为了完成国家“十三五”期间节能减排任务，天然气的应用将主要投资于三个方面：即城市民生工程，交通运输和天然气发电技术等。因此，加大燃气开发，加快燃气管道和储气库的建设，将是当前能源发展需求的具体任务之一。此外，核电、太阳能、可再生能源等清洁能源也将快速发展。

1.2社会对油气储运人才的需求变化

从以上可见，“十三五”期间将是天然气等清洁能源的快速发展时期。因此，调整能源结构，发展清洁能源技术，保护生态环境是当前经济和环境的需要。⑤这给从事油气储运相关工作的同行和产业创造了机会，也给现有的工作人员和行业体系带来了巨大的挑战。

长江大学油气储运专业设置在石油工程学院，一级学科为石油与天然气工程，自2003年开始本科生招生，2007年研究生招生，截至目前已有11年的办学历史，送走本科毕业生7届，研究生4届，毕业生主要以本科毕业生为主。毕业生大多在石油行业、天然气行业、燃气公司、市政设计院及热力公司等就业，随着社会的发展就业也体现出了多样性，但是主要是以以上几个行业就业为主，如图2所示。从图2可以看出，随着国家能源政策的调整，燃气行业对毕业生的需求呈现增长趋势。

2区域地方对油气储运专业人才需求的转变

在国家能源结构及需求大调整的环境下，基于节能减排的目标，各省都极力推行清洁能源的生产和应用。在中国，天然气的供求基本上是“就近利用”原则，也就是生产区就是应用消费区。西气东输、忠武线、崖港线、南海东方气田等一系列外输管网的敷设和应用，中国天然气供应布局为：西气东输、海气上岸、北气南下”以及“就近外供”。 湖北省是“西气东输、忠武线等”工程经过的省份，基于国家能源方针和政策的转变，对油气储运工程专业的毕业生需求旺盛。目前中南地区只有长江大学与武汉理工大学开设了油气储运这一本科专业，加上近年来国家对天然气下游相关产业的开放，很多民企、私企不断进入，是的这两所高校的油气储运专业的毕业生就业相对容易一些。尤其是近年来发展较快的燃气工程方向，使得油气储运工程本科毕业生的就业职位需求量剧增。但这些新增岗位又有别于传统的油气储运工程对毕业生的培养，主要区别在于：（1）天然气管道输送和地下油气储备库的建设是未来发展趋势。（2）新建天然气管道的仪表、监测等自动化程度不断增加，新的仪器仪表层出不穷，这些测量技术都需要及时的添加到学生的授课内容中去。（3）城市燃气应急调峰难题促使加快各地对储气库建设力度。（4）城市燃气输配及应用新技术，如节能环保新型燃烧技术、天然气分布式能源系统及地源热泵技术等需求明显。（5）新建LNG接收站及LNG冷能利用技术，涉及到制冷低温工程与管道水泵等机械学科，而这些知识恰是工程热物理专业和机械工程所擅长的，因此传统的油气储运专业在和这些强势专业竞争时优势不明显。（6）CCUS技术中CO2资源综合利用化用于强化采油或驱油过程中的管道输送问题。（7）天然气分离技术及水合物的浆液流动规律。⑥（8）与新能源相关的燃气应用与输送技术也涉及油气储运的相关设计和计算，例如生物质发电的转化和输送问题。

综上所述，随着国内这种能源消费的变化，如何培养出一批高质量、高素质的燃气工程及应用人才是当务之急，具体体现在天然气管道设计及运营、管网优化及计量技术、多气源联动以及 LNG 的储存及气化冷能利用、节能环保新型燃烧技术、天然气分布式能源系统及地源热泵技术、CO2管道输送等方面，还有生物燃气的开发利用等，这给油气储运工程专业发展提供了很好的机遇。基于此，燃气工程作为油气储运专业应对社会对人才新的需求而发展的新方向，则必须进行专业特色建设来应对这种新的需求。

3 长江大学油气储运专业特色建设

3.1油气储运专业燃气方向建设成果

针对国家能源需求的重大调整和社会对油气储运专业毕业生的需求的调整，长江大学抓住了这个发展契机，拓宽油气储运专业发展口径，从2011年开始在油气储运工程专业增设燃气工程方向，进行专业特色建设。

其专业培养目标和要求为：培养适应我国经济和油气战略发展需求，德智体全面发展，具备工程流体力学、工程热力学、传热学、油气储运工程、城市燃烧输配等方面的基本理论、基本知识和基本技能。经过4年时间的探索和建设，燃气工程方向建设初见成效：

（1）课程体系设置。形成了燃气工程方向完整的理论课程设置体系，如表1所示。以流体力学、工程热力学、传热学、工程力学、输气管道设计与管理、输油管道设计与管理、泵与压缩机等学科和专业基础课为核心，设置了燃气输配、燃气应用新技术、燃气燃烧技术及设备、油气计量技术、天然气储存技术、液化天然气技术、天然气地下储气库技术及数值模拟、燃气非灌输工艺、专业外语、测量仪表自动化等为选修课特色鲜明的专业方向。

（2）教学团队及师资队伍建设。当前，全国大约有40多所高校院所开设了油气储运专业，导致“油气储运”专业毕业的博士供不应求。经过调研，具有油气储运专业的石油大学每年毕业的博士约20人，除了高校需求人才之外，有一些科研院所、国企及跨国企业都需要该方面的人才，并且这些毕业生研究方向大多是传统的油气储运方向，而燃气工程方向强势学科大多不在石油高校，而是在一些办学经验丰富，人才培养非常成熟的“985”高校，比如哈尔滨工业大学、同济大学、华中科技大学、重庆大学等，而这些学校燃气方向毕业的博士就业相对容易。因此，我校人才引进困难，而短期内引进合适的燃气工程方向的人才形成合理的教学科研团队是我校油气储运专业特色建设首要面临的问题。基于这一点，考虑到油气储运专业是以数学、物理及化学为基础的交叉学科，因此，我校在人才引进方面应转换思路，以具有良好的数理化知识为基础，满足研究方向为原则，充分考虑人才稳定性因素的基础上引进。例如，可从相关专业引进，如能源类、水力学、热力学、机械类、交通运输类以及防腐防垢方向，引进时应该地缘因素和稳定性；除此而外，可考虑将我校资质好的研究生通过和相关高校联合培养的方式来充实我校师资力量。当前，已形成了燃气工程方向稳定教学团队，实行以教学团队组长带领的课程责任教授负责制，建立了合理的人才培养方案，并组织更新教学内容和教学大纲。

（3）教材建设。教材主要选用国家优秀教材、面向21世纪教材及具有专业特色的教材。同时，配合湖北省教学研究项目，编写教材3部，燃气工程方向理论教材编写已筹备并实施，向学校申请了“第六批教材立项建设工作”。并且向相关出版社递交了申请，拟编写该方向系列教材。

（4）实践教学条件建设。燃气工程方向建设3年以来，已建成油气管道模拟实验环道和多相流教学实验平台，拥有油品基础物性测试仪，原油流变测试仪、小呼吸损耗实验装置等较先进的专业实验设备。燃气工程方向教学实验平台已经建成1个，如图3所示。

实习基地已有中石化江汉油田与中石化长岭炼化公司两个实习基地，正在联系和开辟的实习基地有2个。

毕业设计分为校内完成和校外完成两种情况，校内主要是系内教师指导，以理论、实验室和科研为主要来源；校外主要是一些签约工作的同学去自己未来单位实习，通过参与单位项目的形式来完成。自开展燃气工程方向建设以来，该方向老师已指导学生获得省优秀毕业设计（论文）4次。

（5）教学改革及研究。理论教学改革已实施，并逐步推进。工程流体力学、工程热力学已参与教学改革，效果优良；已获批省级教学研究项目1项（油气储运工程专业燃气方向综合建设与教学改革研究（省级教研项目，2013）），校级教学研究项目1项，发表教研论文8篇，其中中文核心3篇，EI1篇。指导学生获得全国石油工程设计大赛二等奖2次；参加校级讲课比赛获奖1次。

（6）学科建设。燃气工程方向已初步形成稳定研究方向，并取得了一定的成果。目前代表性的项目有国家自然科学基金、中石油重大专项及吐哈油田公司多相流实验平台建设。已发表教科研论文90余篇，其中SCI11篇，EI25篇；获教育部自然科学一等奖1项、湖北省自然科学二等奖2项、中国石油与化工协会科技进步二等奖1项、石油天然气总公司优秀软件一等奖1项、石油天然气总公司教学成果二等奖1项、湖北省电力公司一等奖1项；获发明专利1项。已经建成多相流科研平台1个，正在筹建的科研实验室总面积接近150平方米。

3.2油气储运专业特色建设发展方向

作为中国主要的油气储运人才培养和科研基地，进行燃气工程方向建设是应对全球低碳经济背景下国家大的能源政策调整而为之，由于燃气工程方向为新设方向，面临重重困难，往后的建设应该在人才培养模式中充分体现基于石油天然气大学科背景的厚基础、宽口径模式，大力发展燃气工程方向，将社会需求的新技术及时加入到教学和科研当中去。并且根据人才市场对专业技术人才的需求扩大人才培养规模，结合当前学科前沿的发展，适应我国油气资源发展战略要求和储运工程学科不断拓宽的形势，不断地进行专业特色建设的探索和实践，同时多向相关专业发展迅速的学校和相同学科背景的学校学习建设经验和方法，使我校的油气储运专业燃气方向建设尽快完善并且达到国内先进水平，进一步提高人才培养质量，为中国油气储运事业的发展提供充足的高质量人才资源。

注释

① 张尧.民办高校交叉学科专业学生培养的研究[J].科技信息，2008（22）：167.

② 刘建武.二氧化碳输送管道工程设计的关键问题[J].油气储运，2014（4）：4-369.

③④华 贲.中国低碳能源格局中的天然气[J].天然气工业，2011（1）：8-12.

⑤ 韩文科，李际.国家发展改革委能源研究所课题组，“十二五”时期能源发展问题研究[J].宏观经济研究，2010（3）：3-17.

⑥ 张劲军，何利民，宫敬，李玉星，宇波，刘刚.油气储运理论与技术进展[J].中国石油大学学报（自然科学版），2013（5）：151-159.