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氫能科學與工程:能源界刮起“氫旋風”

時間:2023-08-11   訪問量:1050

一專業解析

什么是氫能?氫能有什么優勢?

“氫”既是元素周期表中原子質量最輕的元素,又是宇宙中含量最多的元素?,F在,提起“氫”,我們已經不再陌生。北京2022年冬奧會火炬,就是采用純氫作為燃料。冬奧會核心賽區也投入了700余輛氫燃料大巴車,用于日常交通。

“氫能是指將氫氣作為能源儲存和利用的載體。相比傳統燃料,氫能具有零排放、能源轉換效率高、可再生等優勢?!比A北電力大學氫能科學與工程教研室副主任楊天讓老師介紹說,“氫能是一種高能量密度、高燃燒熱值的燃料,對比現有電動汽車,氫燃料汽車可以實現更長的行駛里程,且加氫僅需要幾分鐘的時間;做為能量載體,氫能對比電能可以有多種儲存方式,如高壓壓縮、低溫液化、固體儲氫等;同時,氫能還是少有的能夠儲存百吉瓦時以上的方式,且運輸方式多元,不受輸配電網絡限制,從而幫助可再生能源大規模消納,實現電網大規模調峰和跨季節、跨地域儲能?!?/p>

新工科理念下的新型交叉型專業

氫能科學與工程專業是新工科理念下誕生的的新型交叉型專業,是一門綜合性學科,融合了制氫、運氫、儲氫、用氫以及氫安全等氫能全產業鏈條,開展全方位跨學科人才培養。

以華北電力大學為例,該專業知識體系包含化學工程、材料科學與工程、動力工程及工程熱物理、電氣工程等專業方向的內容。課程體系設置包括:1.大電力學科體系下的工科公共基礎課程,數學、物理、計算機、思政、體育、英語等;2.多學科交叉專業基礎課程,涵蓋了化學、材料、工程熱物理、電氣、機械和控制學科的關鍵課程;3.面向制氫、儲氫、用氫、氫安全核心產業環節的專業核心課程;4.針對進階知識的專業選修課程,包括科研進展、熱點應用和關鍵工具技能的教學;5.實踐課程體系根據核心課程和產業需要,設置了基礎實驗、科研實驗和產業實踐模塊。

特設布控專業,審批要求嚴格

“氫能科學與工程專業(080506KT)于2022年正式進入教育部本科專業目錄,大類為能源動力類,屬于控制開設專業又屬于特別設置的專業,兼有控制專業與特設專業的屬性和特性?!比A北電力大學能源動力與機械工程學院副院長沈國清老師說:“目前,氫能產業逐漸由工業氣體的小眾屬性轉變為能源領域的基礎屬性,社會關注度高,但是行業和產業尚處于探索和示范階段,高校開設氫能本科專業需要加以引導和控制,要對專業設置進行充分論證。目前來說國家對相關專業審批還是比較嚴格的?!?/p>

二專業與就業


“氫”風徐來,方興未艾

第一次能源危機,氫能作為一種替代能源進入人們的視野。在全球向低碳、綠色轉型的大背景下,世界各國開始積極探索,利用氫燃料實現“無污染、零排放”。

我國2019年3月首次將氫能寫入《政府工作報告》,在公共領域加快充電、加氫等設施建設。2020年4月,《中華人民共和國能源法(征求意見稿)》擬將氫能列入能源范疇。2021年10月,中共中央、國務院印發《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》,統籌推進氫能“制—儲—輸—用”全鏈條發展。2022年3月,國家發展和改革委員會發布《氫能產業發展中長期規劃(2021—2035年)》,氫能被確定為未來國家能源體系的重要組成部分和用能終端實現綠色低碳轉型的重要載體,氫能產業被確定為戰略性新興產業和未來產業重點發展方向。2022年4月,教育部關于印發《加強碳達峰碳中和高等教育人才培養體系建設工作方案》的通知,提出要加快氫能技術及裝備專業人才的培養以及氫能相關學科的建設,以夯實我國氫能產業高質量發展的人才基礎。

產業人才缺口凸出

據楊老師介紹,氫能產業鏈的上游為制氫,中游是氫儲運,下游為氫的綜合應用。到2060年,我國氫能需求預計達1.3億噸,其中工業需求占主導地位約60%,交通運輸領域將逐年擴大規模達到31%。當前,我國氫能及燃料電池主要應用于交通領域,圍繞氫燃料電池汽車已經形成了氫氣制、儲、運、用全產業鏈。

畢業生可在布局氫能產業的能源動力和電氣類國央企、氫燃料電池企業、新能源汽車企業、新能源電力企業、氫能制取、氫能轉化、氫能管理、氫能安全應用等行業從事系統運行、檢測維護、檢驗分析、電池裝配與維護、安全監管等工作,成為氫能技術領域的卓越工程師;也可選擇考研深造,在高等院校和科研院所從事教學和研究工作,以及深耕技術研發,成長為能源電力行業、氫能裝備和氫能技術應用方向的復合型領軍人才。

隨著氫能產業的發展駛入“快車道”,氫能產業正面臨人才缺口的問題日益凸顯。當前氫能領域人才主要來自化學工程與技術、材料科學與工程、動力工程及工程熱物理、能源化學工程專業、新能源材料與器件等專業。在專業能力方面,氫能專業在學科交叉、跨域培養方面還未形成體系,現有人才普遍面臨基礎知識儲備不足,知識結構單一的問題;在工程實現方面,國內氫能領域的人才培養一直存在入門難度高、專業資源少、實驗基礎薄弱、實訓項目缺失等問題。氫能人才普遍缺乏工程經驗,現有工程實踐能力難以滿足產業落地需求。未來,行業將持續需求基礎理論和專業知識扎實、工程設計和實踐技能突出以及創新能力和研究技能俱佳的知識復合型人才。

未來發展在“綠氫”

我國氫氣制取主要以化石燃料為主,占比約80%,未來一段時間,隨著可再生能源發電成本持續降低,電解制氫占比將逐年上升,預計2050年達到70%。

據楊老師介紹,氫氣不像煤、石油和天然氣可以直接從地下開采,必須從水、化石燃料等含氫物質中制得,所以是二次能源。目前氫氣主要的制得方式還是化石能源的重整:比如甲烷,我們可以通過化學反應的方式去掉碳,把它變成氫氣;比如煉化石油過程中副產的氫氣,但這個缺點就是需要用到化石能源。所以,未來氫能尤其是可再生能源電解水制備“綠氫”,將成為構建清潔低碳、安全高效、可持續發展的能源體系的重要載體。


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