碳中和背景下高校能源類專業教學改革思考

東曉虎 劉慧卿 黃世軍 王敬

[摘 要] 習近平總書記在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上向國際社會作出碳達峰、碳中和鄭重承諾，在氣候雄心峰會上提出了具體目標。“雙碳”政策的提出，為能源行業發展及能源專業教學提供了新的機遇和挑戰。以石油工程專業為例，在教學目標、課程設置、方式方法及課程實踐等方面，對能源類專業教育教學改革進行了深入思考。基于碳中和導向下能源類專業課程教學改革，對高質量完成碳中和目標，推動高等院校能源科學世界一流學科建設，促進學生將個人發展融入國家建設需求等方面具有重要意義。

[關鍵詞] 碳中和;能源行業;石油工程;教學改革

[中圖分類號] G643 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）10-0051-04 [收稿日期] 2021-07-05

引言

2020年9月22日，習近平總書記在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上向國際社會作出碳達峰、碳中和鄭重承諾，在氣候雄心峰會上提出了具體目標，我國力爭2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和。同時，在黨的十九屆五中全會、中央經濟工作會議等對相關工作作出了具體部署。2021年兩會期間，碳達峰、碳中和也被首次寫入政府工作報告，成為代表委員們討論的“熱詞”，是“十四五”規劃的重點內容之一[1]。在當前的“雙碳”大背景下，進行高等院校能源類專業的教育教學改革，對于高質量完成碳中和目標，推動世界一流學科建設，探索實施“新工科”發展模式具有重要意義。對于石油行業來說，工業排放的大量二氧化碳和富碳尾氣等，可以通過碳捕捉方式注入石油油藏，一方面達到提高石油采收率的目的;另一方面也可以將大量碳儲集封存于地下，是實現碳中和目標的重要手段之一[2]。本文將以石油工程專業為例，開展碳中和目標導向下石油工程等能源類專業教育教學改革思考，對提高能源類專業學生的培養質量具有一定的指導意義。

一、碳中和目標對能源類專業教學帶來的挑戰

能源問題是人類社會發展的根本問題，以清潔、無碳、智能為核心的新能源體系，是現階段世界能源轉型的發展趨勢與方向。由化石能源利用所導致的碳排放是大氣環境中碳富集的直接來源，而碳中和是解決世界能源問題、應對全球氣候變化的有效途徑。所謂碳中和，即通過碳替代、碳減排、碳封存、碳循環等多種途徑，實現碳的零排放甚至負排放[3]。碳中和政策的提出，為能源行業發展及能源專業學生的教學工作提供了新的機遇和挑戰。

（一）去碳目標導向下化石能源開發新趨勢

煤炭、石油、天然氣等化石能源是現階段人類社會的主要能源消費形式。在整個能源消費結構中，石油天然氣等液體能源占到很大比重。基于去碳的大目標導向，開展并擴大化石能源開發與利用的低碳化模式，將是油氣行業發展的方向，典型的如CO2驅油技術與廢棄油氣藏的CO2封存技術等。盡管目前注CO2采油技術已在油氣行業中長足發展，在包括稠油、低滲透、致密、頁巖等不同類型的油氣藏中開展了大量礦場實踐應用，且應用效果較其他方式優勢顯著。但受到氣源、腐蝕等問題的限制，大型的礦場應用實例仍然較少[4]（P120-150）。碳中和目標的提出，再一次為注CO2提高石油采收率技術發展提出了新要求，石油行業勢必在當前碳中和的目標下，通過技術攻關，解決非常規油氣藏注CO2開采機制、規律、孔隙多相流體運移特征及腐蝕處理等技術難題，以期實現注CO2提高石油采收率技術的快速大規模應用，加快實現碳中和目標。

（二）新能源產業的快速發展日益迫切

綠色、低能耗能源與新能源是實現碳中和的重要途徑，包括風能、氫能及核能等在內的清潔能源，將是化石能源的重要接替形式，同時碳中和的提出，也為水制氫技術、小型核反應堆技術、地熱、天然氣水合物開發等新能源產業發展帶來了良機。相比油、氣，風能、氫能、核能、地熱能均為零碳排能源，但目前這類新能源的應用比例整體較低，擴大新能源的應用范圍，將是保證高質量實現碳中和的重要手段。另外，對高等學校新能源相關專業要以高質量實現碳中和目標為契機，進行教育教學改革，加緊完善相關產業鏈技術工藝短板，促進新能源產業的快速蓬勃發展。

（三）人工智能助力能源行業低碳化發展

“智能化”“物聯網”“大數據”等是近年來各行各業的熱門詞匯，人工智能技術在各行業內深度融合進一步實現了相關數據的深層次利用，促進了行業技術發展。在碳中和背景下，能源行業正經歷化石能源的低碳化革命、新能源的規模化革命及能源管理的智能化革命，利用人工智能技術助力產業革命，推動形成“新煤炭”“新油氣”等新能源消費結構勢在必行[5]，同時也為能源類專業的教育教學提出了新的目標要求。石油工程等能源專業是具有多學科門類交叉特點的工程專業學科，所培養的學生具有多學科背景和交叉思維。在實際的生產與技術應用過程中，涉及大量的數據處理、分析，如地震數據、鉆完井數據、測井數據及油氣井生產動態數據等。為高效實現油氣行業低碳化革命，提高生產效率，人工智能將是最佳的輔助生產手段。

二、碳中和目標導向下的石油工程專業教育教學改革思考

石油工程專業是典型的傳統能源類工科專業，主要圍繞石油與天然氣工程的鉆完井技術、地下流體流動規律、開發技術理論、工藝技術及油氣藏管理等方面開展教學。在當前的碳中和背景下，進行石油工程專業的教育教學改革，對高質量完成碳中和目標具有重要意義。具體的改革思路主要包括以下幾個方面。

（一）培養目標和課程設置

在培養目標上，面向碳中和目標，根據專業發展需求，激發學生對碳中和相關行業的學習興趣和動力，理解碳中和與油氣行業的緊密聯系，使得石油工程專業畢業的學生既能夠在石油工程領域較好地從事工程設計及生產施工工作，同時又有能力開展油氣領域的“去碳”目標戰略需求設計，進而從事碳中和相關的管理與研發工作。

為實現此目標，在課程設置上，需對以往的課程設置安排進行優化。對于石油工程，一方面是通過各種措施，如廢棄油氣藏碳封存、CO2驅油等，實現固碳;另一方面是通過非常規資源（如頁巖油氣、地熱、天然氣水合物等），替代常規油氣資源，實現碳替代，最終達到能源的清潔化利用，提高轉化率。基于此，在課程設置上，繼續保留傳統石油工程專業的相關專業課程，但適當增加清潔能源的選修課程，包括“碳捕集與封存（CCS）”“節能減排”等，同時在新能源方面，也要開設“地熱”“天然氣水合物”“制氫”等相關課程，如圖1所示。在教學過程中，注重培養學生的學科交叉意識，培養學生綠色低碳、清潔能源的理念，為畢業后從事碳中和行業相關工作奠定基礎。

（二）教學理念和課程內容

利用移動終端開展線上教學是改善教學效果的重要措施，在教學理念上，應充分發揮線上教學工具的優勢，注重教學方式方法的多樣化。善于利用慕課、共享課等優質在線教學資源注重對學生的思維引導與啟發，使學生主動參與課堂教學，提高學生主動學習的能力和學習的效率。此外，在教學過程中，還應通過各種典型事例，培養學生“我為祖國獻石油”的情懷，注重將課程教學與思想政治教育有機結合，強化思想政治引導，形成協同效應，培養學生有理想信念、有道德情操等良好品德素養。

在課程內容上，隨行業發展，目前學科交叉的重要性逐漸凸顯，為高質量實現碳中和目標，學科交叉是唯一的出路。通過交叉思考，有助于高效解決行業瓶頸問題，推動技術發展。對于石油工程專業的學生，除相關基礎理論和技能外，還應能夠進行化學、物理、力學及材料等多學科方向與理念的交叉思考，能夠將所學知識活學活用，解決去碳目標難題。

（三）課程實踐和評價機制

課程實驗、實習、課程設計及學科競賽等系列課程實踐環節是檢驗與改善教學效果的重要措施，以去碳為目標導向的石油工程專業，其專業基礎課和專業必修課必須開展配套的實驗和實習。同時還應通過政策指引和宣傳，引導學生積極參與中國石油工程設計大賽、節能減排大賽及創新創業大賽等學科競賽，培養學生解決實際工程問題的能力。

對于不同類型的教學課程，包括理論教學類、實踐技能類等，采用不同的課程評價機制，強調中間過程性考核的評價比例，增加工程設計、課程實踐、教學研討等環節的分值，提高學生的專業綜合素質和創新思維能力。

三、石油工程專業課程教學的改革意義

“雙碳”目標的提出，是石油工程專業發展的又一個良機，通過開展教育教學改革，在一定程度上有助于高質量完成碳中和目標，同時也有助于推動石油工程專業世界一流學科的建設工作[6]。

（一）有助于深層次理解碳中和與油氣行業的關聯

基于當前的碳中和背景，通過教育教學改革，增設相關課程，優化課程教學內容，引導學生積極思考碳捕集、碳驅油、碳封存、碳轉化等去碳措施與油氣開發的緊密關聯，這些措施的開展不但能夠實現固碳目標，同時也能極大提高油氣產量，對解決我國石油對外依存度高的問題具有重要意義。

（二）有助于推動行業“卡脖子”技術快速發展

考慮到當前新的國際形勢和行業發展，包括石油工程專業在內的很多行業仍面臨諸多挑戰，盡管很多技術都已經國產化，但部分核心的儀器、設備等還需進口，對于石油工程來說，深井超深井鉆完井、深海油氣資源開發及特殊測試工具等仍然受制于人[7]。而在當前的碳中和背景下，通過教育教學改革，有助于引導學生肩負重任與使命，立志破解“卡脖子”技術難題，攻克行業技術壁壘。

（三）有助于培養學生將個人發展融入國家建設需求

作為“十四五”規劃的重要內容，碳中和是國家未來發展的重要支持領域，同時也是能源行業發展的趨勢所向，對于石油工程等能源類專業學生來說，高質量實現碳中和目標也是自身責任。在當前形勢下，只有將個人發展融入黨和國家的發展需求與建設規劃，才能夠實現個人價值的最大化，真正做到“我為祖國獻石油”的理想追求。

結語

碳中和是解決人類社會能源問題、氣候問題的重要途徑，碳中和目標的提出，對于高等院校的能源類專業來說，是一次極好的發展機遇。本文首先分析了碳中和對能源行業發展提出的新挑戰，包括化石能源開發的去碳目標導向趨勢、新能源產業快速發展的趨勢及人工智能助力能源行業低碳化的趨勢。基于此，以石油工程專業為例，分別從培養目標、課程設置、教學理念、課程內容、課程實踐和評價機制等方面開展了專業教育教學改革的思路思考，并分析了改革的意義，闡述了石油工程等能源類專業教育教學改革的迫切性。本文的教育教學改革思考研究有助于進一步推動高等院校能源類專業世界一流學科建設，對于高質量實現碳中和目標具有一定的實踐指導意義。

參考文獻

[1]中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要[EB/OL].（2021-03-13）[2021-06-14].http：//www.gov.cn/xinwen/2021-03/13/content_5592681.htm.

[2]程一步，孟憲玲.二氧化碳捕集、利用和封存技術應用現狀及發展方向[J].石油石化節能與減排，2014，4（5）：30-35.

[3]鄒才能，何東博，賈成業，等.世界能源轉型內涵、路徑及其對碳中和的意義[J].石油學報，2021，42（2）：233-247.

[4]張亮，楊昌華，牛保倫，等.CO2驅提高采收率原理及應用[M].中國石油大學出版社，2017.

[5]鄒才能，熊波，薛華慶，等.新能源在碳中和中的地位與作用[J].石油勘探與開發，2021，48（2）：411-420.

[6]郭得鋒，楊鳳葉，胡衛星.碳中和背景下能動專業的教學改革[J].決策探索（中），2020（12）：95.

[7]高德利.深海天然氣工程亟待突破核心技術[N].中國科學報，2020-09-30（3）.

Reflections on the Teaching Reform of Energy Majors in Colleges and Universities under the Background of Carbon Neutrality

—Taking Petroleum Engineering as an Example

DONG Xiao-hu， LIU Hui-qing， HUANG Shi-jun， WANG Jing

（College of Petroleum Engineering， China University of Petroleum， Beijing 102249， China）

Abstract： General secretary Xi Jinping made a solemn commitment to the international community during the general debate of the seventy-fifth UN General Assembly， and put forward specific goals at the summit of climate ambition. The proposal of “double carbon” policy provides new opportunities and challenges for the development of energy industry and the teaching of energy specialty. Taking petroleum engineering as an example， this paper makes an in-depth reflection on the education and teaching reform of energy majors in terms of teaching objectives， curriculum， methods and curriculum practice. The teaching reform of energy majors under the guidance of carbon neutralization is of great significance to achieve the goal of carbon neutralization with high quality， promote the construction of world-class disciplines of energy science in colleges and universities， and stimulate students to integrate their personal development into the needs of national construction.

Key words： carbon neutrality; energy major; petroleum engineering; teaching reform