“双碳”目标下高校开设碳储科学与工程专业的必要性与初步实践.pdf
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1、文章编号:10007393(2023)03038508DOI:10.13639/j.odpt.202209053“双碳”目标下高校开设碳储科学与工程专业的必要性与初步实践芮振华1,2,3张凤远2梁永图3徐春明1蓝兴英1徐悦41.中国石油大学(北京)碳中和未来技术学院;2.中国石油大学(北京)石油工程学院;3.中国石油大学(北京)克拉玛依校区;4.中国石油大学(北京)教务处引用格式:芮振华,张凤远,梁永图,徐春明,蓝兴英,徐悦.“双碳”目标下高校开设碳储科学与工程专业的必要性与初步实践J.石油钻采工艺,2023,45(3):385-392.摘要:在气候变化、碳排放问题的大背景下,高等院校亟需采取
2、应对措施积极开设碳储科学与工程专业,在人才培养、科学研究等方面助力国家实现碳达峰、碳中和的宏伟目标。通过系统调研全球二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)产业背景、国内外公司CCUS 发展规划战略以及 CCUS 领域人才需求情况,详细分析了高等院校开设碳储科学与工程专业的必要性,阐述了国外高校CCUS 教育和科研进展,通过对比国内首批开设碳储科学与工程专业 4 所高校的实践情况总结了该专业目前面临的挑战,并提出了应对建议。研究结果表明,目前国内外碳储科学与工程专业人才需求量大,并且具有良好的就业前景和发展态势,高校开设碳储科学与工程专业十分必要。关键词:双碳;碳储科学与工程;CCUS;高校;必要
3、性;实践中图分类号:TE991.1文献标识码:ANecessity and preliminary practice of carbon storage science and engineering majorin colleges under the dual carbon goalsRUIZhenhua1,2,3,ZHANGFengyuan2,LIANGYongtu3,XUChunming1,LANXingying1,XUYue41.College of Carbon Neutrality Future Technology,China University of Petroleum(B
4、eijing),Beijing 102249,China;2.College of Petroleum Engineering,China University of Petroleum(Beijing),Beijing 102249,China;3.China University of Petroleum(Beijing)at Karamay,Karamay 834000,Xinjiang,China;4.Administrative Office,China University of Petroleum(Beijing),Beijing 102249,ChinaCitation:RUI
5、 Zhenhua,ZHANG Fengyuan,LIANG Yongtu,XU Chunming,LAN Xingying,XU Yue.Necessity andpreliminarypracticeofcarbonstoragescienceandengineeringmajorincollegesunderthedualcarbongoalsJ.OilDrilling&ProductionTechnology,2023,45(3):385-392.Abstract:Asaresponsetoclimatechangeandcarbonemissions,collegesanduniver
6、sitiessetupcarbonstoragescienceand基金项目:中国石油大学(北京)教育教学改革项目“碳储专业人才培养模式探索与实践”(编号:XM1072022014)、“油气+碳中和”复合型拔尖创新人才培养模式研究(编号:XM1072022109)、碳储专业本博一体化人才培养模式探索与实践(编号:XM1072022255);中国石油大学(北京)科研基金资助项目“页岩油绿色高效开发一体化技术”(编号:2462021YJRC012)。第一作者:芮振华(1981-),2011 年毕业于美国阿拉斯加大学费尔班克斯分校能源与采矿工程管理专业,获博士学位,现从事 CO2捕集、提高采收率与封
7、存等方面的研究工作,教授。通讯地址:(102249)北京市昌平区府学路 18 号中国石油大学(北京)石油工程学院,E-mail:通讯作者:张凤远(1993-),2020 年毕业于美国宾州州立大学石油与天然气工程专业,获博士学位,现从事油气渗流理论与应用等方面的研究工作,讲师。通讯地址:(102249)北京市昌平区府学路 18 号中国石油大学(北京)。E-mail:第45卷第3期石油钻采工艺Vol.45No.32023年5月OILDRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGYMay2023engineeringmajortoachievetheambitiousgoalsofcarb
8、onpeakandcarbonneutrality(dualcarbon)throughtalenttrainingandscientificresearch.Thebackgroundofglobalcarbondioxidecapture,utilizationandstorage(CCUS)industry,CCUSdevelopmentstrategiesofdomesticandforeigncompaniesandthedemandfortalentsinCCUSwerestudied,andtheprogressofCCUSeducationandresearchinforeig
9、ncollegesanduniversitiesintroduced.ChallengesandsuggestionsweremadebycomparingthepracticeofthefirstfourcollegestosetupcarbonstoragescienceandengineeringmajorinChina.Theresultsshowthatwithgreatcareerprospects,carbonstorageprofessionalsareinbadlyneedathomeandabroad,hencethenecessityofcarbonstoragescie
10、nceandengineeringmajor.Key words:dualcarbon;carbonstoragescienceandengineering;CCUS;college;necessity;practice随着工业技术的进步,世界各国对于能源的利用,特别是化石能源的利用,达到了人类发展历史的最高水平。化石能源燃烧造成的 CO2过量排放,将会引起海洋生态系统的破坏及一系列自然灾害的发生,因此积极应对气候变化和碳排放问题已成为全球共识。中国作为一个负责任的大国,在应对气候变化方面做出了相应的承诺:中国力争于 2030 年CO2排放达到峰值、2060 年实现碳中和,为实现人类可持续发展
11、做出贡献1。碳捕集、利用与封存技术(CarbonCapture,UtilizationandStorage,CCUS)是最具潜力的碳减排技术之一。然而国内外 CCUS 技术尚未成熟,仍存在许多技术难点和待解决的问题。这些问题具有高度学科交叉属性,同时又对碳储科学与工程方面的知识具有极高要求,目前高校尚未建立成熟的CCUS 领域人才培养体系2。因此面对 CCUS 等减碳技术领域人才紧缺的形势,高等院校亟需建构既服务国家能源战略重大需求,又同时实现“双碳”目标的新型专业体系,实现碳储科学与工程领域高端人才培养的目标3。基于国家“双碳”目标,开展高等院校开设碳储科学与工程(简称碳储)专业的必要性分析
12、,并介绍国内外高校开设以CCUS 为主要教学和科研内容的碳储专业实践情况,对培养 CCUS 领域的专业技术人才具有一定的指导意义。1 开设碳储专业的必要性 1.1 全球 CCUS 产业背景全世界每年产生百亿吨当量的 CO2,超过70%是由能源利用产生的。如何在保证能源供应的同时,同时通过低碳能源技术及减碳技术降低CO2含量是世界各国面临的一大难题。二氧化碳捕集、利用与封存 CCUS 技术是解决这一难题过程中不可或缺的重要技术。联合国政府间气候变化专门委 员会(IPCC)第 5 次 评 估 报 告 指 出:若 要 在2100 年实现 450ppmCO2当量浓度控制目标(温度上升控制在 1.5 以
13、内),CCUS 技术将发挥至关重要的作用;若不采用 CCUS 技术,以上目标无法实现4。因此,发展 CCUS 产业对全球碳减排和世界能源供给具有十分重要的战略意义。截至 2020 年,全球共有 63 个 CCUS 商业设施,其中 26 个正在运行,37 个处于发展阶段5。全球 CCUS 市场规模将在 5 年内增长 19 亿美元,复合年增长率 17.0%6。目前全球 CO2捕集能力为每年 4103万 t,预计 2040 年全球 CCUS 部署规模将达到 4105万 t,2050 年达到 6105万 t。全球已有136 个国家制定了碳中和目标,包括美国在内大多数国家宣布在 2050 年之前实现碳中
14、和目标,其中13 个国家将碳中和目标列入法律条文,53 个国家发布了政策宣示文档7。部分国家和地区的 CCUS产业背景及投资规划如下。(1)美国作为 CCUS 全球领导者,CO2捕集能力占全球 60%以上,拥有 10 座商用 CCUS 设施,最早的 CCUS 设施可追溯到 1970 至 1980 年期间。所有设施的 CO2捕集能力约为 2.5103万 t/a,占全球捕集量的 2/3。美国 CCUS 部署正在朝着可持续发展的目标加速扩大。预计到 2070 年,CO2的捕集量可达到 12亿 t 左右,其中超过 95%可实现永久封存。美国国家石油委员会(NPC)建议政府进行投资 6800 亿美元,将
15、财政激励措施由目前 50 美元/t提高至 110 美元/t,以此促进 CCUS 技术的大规模部署。通过财政激励,美国 CO2捕集与封存能力有望在未来 25 年内再增加 3.54 亿 t/a,使其碳减排总能力达到 5 亿 t/a。这一战略若被采纳将会带来23.6 万个就业岗位以及每年 210 亿美元的国民生产总值4。(2)欧洲的 CO2捕集量预计将在 2030 年增加到 3500万 t/a,2050 年增加到 3.5 亿 t/a,2070 年增386石油钻采工艺2023 年5月(第45卷)第3期加到 7 亿 t/a 以上。20192070 年预计 42%的碳捕集量来自发电行业,31%来自工业,2
16、6%来自燃料精炼。到 2050 年,捕集的大部分 CO2都与化石燃料的使用有关5。在资金投资方面,欧盟计划将 20212027 年总预算的 30%用于应对气候变化及其带来的影响。最近的政策措施主要针对低碳创新技术,包括100 亿欧元的欧盟创新基金和 702 亿欧元的欧盟地平线 2020 基金5。为实现净零排放,能源系统和相关基础设施的投资将增加到每年 52005750 亿欧元6。欧洲投资银行计划在 20212030 年拨款 1 万亿欧元应对气候变化及其对环境的影响。(3)中国 CCUS 应用前景广阔,截至 2019 年底共开展 21 个与碳捕集、埋存利用相关的项目。排除传统化工,CCUS 项目
17、的 CO2封存量约为 170 万 t。以提高原油采收率(EOR)为例,全国约 130 亿 t 地质储量的油田适合 CCUS 技术,可提高原油采收率15%,增加可采储量 19.2 亿 t,封存 CO2约 50 亿 t。我国政府先后制定了一系列战略目标,其中2020 年碳强度下降 40%45%的目标已于 2017 年提前完成8。预计到 2060 年清洁能源技术基础设施投资将超过百万亿,创造 4 千万个净新增工作岗位。目前国内 CCUS 示范工程投资额都在数亿元,到 2060 年我国 CCUS 总投资将达 3.5 万亿元。为抢占 CCUS 技术制高点,世界各国纷纷加大CCUS 产业投资规模和力度,增
18、加资本投入及财政激励措施,扩大碳捕集与封存的规模和能力,增设相应就业岗位,将 CCUS 技术建设成为一个完整的产业链,为碳储专业开设提供重要时代背景与契机。1.2 国内外公司 CCUS 发展情况与战略规划在 CCUS 产业发展的大背景下,国内外公司也紧跟时代浪潮纷纷响应各国制定的碳中和目标,加大 CCUS 产业的投资计划,通过投入更多的工程项目以及科研经费,抢先占据市场份额9-10。首先做出响应的是雪佛龙、埃克森美孚等国外传统能源公司。雪佛龙公司过去十年中在 CCUS 研究和部署上投资了 10 多亿美元,为了实现碳中和目标,雪佛龙预计 2022 年到 2028 年投资 20 亿美元,主要投资集
19、中在替代能源、交通和基础设施、CCUS 以及储能领域。埃克森美孚新宣布的低碳解决方案正在帮助推进全球 20 多个碳捕集和封存项目,计划到 2025 年投资 30 亿美元。英国石油公司 20202030 年的目标是将其年度低碳投资增加到约 50 亿美元,来建立一个低碳技术的综合投资方案,包括可再生能源、生物能源、氢能和 CCUS。自从我国“双碳”目标提出以来,国内能源公司纷纷响应11。中国石油 2021 年确定了公司内部碳达峰与碳中和发展目标、实施路径和行动方案,并把绿色低碳纳入集团公司发展的五大战略,加快碳中和建设、推动 CCUS 技术发展,推进绿化经营和绿色金融。中国石化于 2020 年开始
20、碳达峰与碳中和方面的战略路径课题研究,制定了一系列战略目标及保障措施,即将开启 CCUS 全产业链示范项目建设,加快推进氢能等先进能源和 CCUS 等深度脱碳技术创新及产业化发展。紧接着,2021 年 1 月15 日中国海油宣布启动碳中和规划,将全面推动公司绿色低碳转型,并将绿色低碳确定为集团公司五大发展战略之一,现已启动我国首个海上 CO2封存示范工程。2022 年,中国海油、壳牌以及埃克森美孚签约合作建设广东大亚湾区海上规模化碳捕集与封存(CCS/CCUS)研究项目正式启动。在 CCUS 战略规划方面,国内外公司制定了发展低碳和 CCUS 的短期和长期战略部署,设立了相应的捕集、减排与埋存
21、目标12。国内外代表性公司的 CCUS 战略规划如表 1 所示。表1国内外代表性公司 CCUS 战略规划Table1CCUSstrategiesofenterprisesinChinaandabroad公司CCUS产能规划/(万t a1)实现时间埃克森美孚50002030年雪佛龙25002030年壳牌25002035年英国石油公司10002025年中国海油10002022年中国石油5002025年中国石化1002022年通过以上数据可以看出,未来 CCUS 产业投资和技术发展潜力巨大,在全球推进碳中和目标背景下,国内外能源公司必将面临深度转型和深度调整产业结构,需要大量的人才来实现上述战略规划
22、和目标。另一方面,CCUS 商业化依然面临捕集能耗高、CO2源汇匹配差、气价高、封存成本高等诸多问题,实现企业的 CCUS 商业化、盈利化模式,不仅需要 CCUS 领域的专业技术方面人才,而且还需要碳芮振华等:“双碳”目标下高校开设碳储科学与工程专业的必要性与初步实践387交易、碳金融等领域人才来完善政策、制定规划。针对 CCUS 产业,高校具备各个环节技术交叉的条件并走在科技理论的前沿,因此亟需为 CCUS 产业提供技术基础和人才基础。1.3 CCUS 领域人才需求和就业渠道在整个 CCUS 产业链条上,政府需要打造良好的政策环境及合理的管理规范;企业需要规划投资开展工程项目;科研院所要加大
23、科研力度解决CCUS 相关理论与技术难题。然而目前 CCUS 技术与政策尚未成熟,仍存在许多技术难点和待解决的科学、工程与管理问题。为解决 CCUS 产业链上的卡脖子问题,政府、企业、科研院所都对 CCUS 领域的专业人才提出了迫切需求。碳储人才需要具备较强的数理化功底、理工科逻辑思维和均衡的知识体系;系统掌握能源高效低碳转化、CCUS 等专业知识和实践能力的同时,具备均衡的知识理论和多学科交叉能力;具备全球视野和终身学习能力,特别是“双碳”领域前沿技术学习能力;具备较高的综合素质,尤其是沟通交流能力和团结协作能力13。CCUS 领域专业人才就业渠道可包含:中央或地方政府,从事宏观政策与法律法
24、规制定及碳交易与市场补贴措施等方面的工作;传统化石能源企业,从事碳捕集、利用与封存方面的专业技术工作;中国石油大学、中国矿业大学、中石油勘探开发研究院等高校或研究院所,从事专业技术研究工作14。若从更广义的碳中和领域人才需求来看,市场所需的碳中和人才业务范围除去上面介绍的CCUS 技术领域,还可分为如下 5 个板块。(1)碳排放核算。我国目前已有 2000 多家电力企业被纳入碳市场交易,除此之外国家还要求八大行业 8000多家重点排放企业每年提报温室气体排放报告清单,因此需要专业人员对这些企业的碳排放进行核算。(2)碳管理咨询。为企业或政府提供碳管理、碳中和等相关的咨询服务,市场潜力预计在百亿
25、元。(3)环境权益项目开发,主要包含碳资产和绿证。碳资产是指在强制碳排放权交易机制或者自愿碳排放权交易机制下,产生的可直接或间接影响组织温室气体排放的配额排放权、减排信用额及相关活动;绿证是绿色电力证书的简称,是由国家对发电企业颁发的电子凭证。(4)碳金融行业。未来碳金融市场现货和期货的交易额预计可达 20 万亿元。(5)碳行业内服务,主要包含培训业务、行业资讯业务和碳管理信息化业务,其中碳管理信息化业务在 2025 年之前市场容量会达到百亿级别。广阔的就业渠道、社会对人才的迫切需求,使得目前高校在 CCUS 及相关领域人才培养和知识传播方面显示出了不足之处,迫切需要开设相关专业为社会输送人才
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