氢能是一种清洁、高效、可再生的二次能源,具有广阔的应用前景和市场潜力。随着我国双碳目标的提出和氢能产业的快速发展,氢能与氢安全领域面临着人才缺口和质量不足的问题。
在2022第二届中日韩氢能产业高峰论坛、2022第二届世界绿氢产业发展大会、2022首届中国(山东)氢产业大会上,来自山东大学副教授、博士生导师、中国动力工程学会青年工作委员会委员李雪芳教授分享了《氢能与氢安全人才培养思路》。
氢能发展背景
2020年9月,我国在联合国大会上提出了中国的“双碳”目标,这也就是我们常说的“3060”计划。
要实现双碳目标,大力发展氢能是一个必然的选择,因此,我国从国家层面上制定了很多关于氢能发展的顶层设计,比如2019年氢能被写入政府工作报告,2020年颁布的《中华人民共和国能源法(征求意见稿)》将氢能列入能源范畴。2022年3月,国家能源局印发《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》。
从全世界来看,美国、欧洲、日本、韩国等国家和地区都结合自身的产业特点,制定了相应的氢能发展路线图。尤其是欧洲由于俄乌冲突的原因导致他们对能源转型的需求更加迫切,其中以德国为代表的欧洲大陆国家对氢能的发展有着极大的热情,而且德国的氢能发展时间比较长,也在天然气掺氢、液氢等方面做了系统的研究。
回到我国来看,目前涉及氢能产业的企业和项目遍布全国,特别是东部沿海地区有很多氢能相关企业,比如山东就有齐鲁石化、泰山钢铁、奥扬科技、东岳集团、潍柴等知名企业。
从整个氢能产业链来看,目前产业的各个环节都需要大量的人才,包括制氢、储氢、运氢、氢能的应用。另外,还需要大量氢安全人才去从事氢能基础设施的安全防护设计、风险评价、标准与规范制定等工作。
人才培养现状
在《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》、《加强碳达峰碳中和高等教育人才培养体系建设工作方案》中,均提出要加快氢能技术及装备专业人才的培养以及氢能相关学科的建设,以夯实我国氢能产业高质量发展的人才基础。
山东省早在2020年6月就发布了全国第一个省级氢能产业中长期发展规划《山东省氢能产业中长期发展规划(2020-2030年)》,其中也重点提到了要强化氢能人才的培养以及氢能产业专家智库的建设。
从高校的角度来看,氢能的专科教育比本科教育还要稍微早一些,早在2019年氢能技术应用专业就正式进入高职教育专业目录。长春汽车工业高等专科学校汽车工程学院成为国内首个设置氢能技术应用专业的高职院校。截止到2022年7月,全国共有12家职业院校设立了氢能专业。
然而,氢能正式进入本科专业目录的时间是2021年,教育部新增了氢能科学与工程的本科专业,华北电力大学成为国内首家设立该专业的本科院校。氢能科学与工程专业属于工学、能源动力类,融合了制氢、储氢、氢安全、氢动力等多个模块。
此外,国内很多高校还开设了一些储能和氢能相关的专业,比如可持续能源、碳储科学与工程等专业。这些专业都与氢能人才的培养密切相关。山东大学也开设了新能源科学与工程、储能科学与工程两个专业,这两个专业培养的人才也涵盖了一部分氢能人才的需求。
在研究生培养方面,全国很多高校都有氢能相关的研究方向,这也是高校做“开研”的一个特点,就是需要做一些前沿性的课题。众所周知,2018年之后氢能在国内才逐渐产生“热度”,实际上国内高校研究生做氢能的研究方向算是比较早的。大部分的高校也都是以动力工程、化学、材料、电器等专业为基础来做氢能的方向。
从国外来看,国外的高校有一个特点,就是经常做一些面向社会单位的教育培训,比如政府、企业等部门,授课的主要涵盖了氢能的基本知识、氢能技术、氢能经济分析、氢能政策的制定等方面内容。
政府和企业这些单位都决定了将来氢能政策的走向以及产业的发展趋势,这个面向政府和企业的培训也就具有比较大的现实意义了,这也是值得我们国内高校借鉴的一个地方。
其中一个比较典型的就是英国奥斯特大学开设的面向全球氢安全的课程。这个课程分为氢安全原理和氢安全技术两个模块,每个模块的学费都是2000多欧元,约15000元人民币。
从我国的实际来看,目前氢能与氢安全人才培养还存在以下3个方面的突出问题:
1、人才缺口大
近年来我国氢能产业蓬勃发展,制氢、储运、应用等环节方兴未艾,高层次研发人员、管理人员尚面临较大缺口,高层次人才缺口大,氢能人才培养规模还有待加强。
2、缺乏系统化培养
自2021年我国首次设立“氢能科学与工程”专业以来,只有一所本科院校开展科学系统的培养。目前我国氢能人才也多来自涉氢的其他学科,尚缺乏本硕博一体化培养模式。
3、专业融合浅
氢能科学与工程以热物理、化学工程、电气工程等学科为基础,涵盖制备、储能、氢安全等领域,学科融合性强。目前氢能专业人才培养多依托某一个专业,与其他专业融合较浅。
要解决以上这些问题就需要“好的”氢能人才培养思路。
人才培养思路
在氢能人才培养思路方面,中国动力工程学会青年工作委员会委员、山东大学博士生导师、副教授李雪芳表示,在氢能产业快速发展和新工科建设的背景下,要建立氢能专业来满足新工科人才需求,首先需要思考为谁培养人?培养什么样的人才?怎样培养人才?等问题。
中石化安全工程研究院、氢能安全创新团队负责人于安峰博士表示,氢能专业涉及到多个学科领域,氢能产业也涉及到制·储·运·加·安全、装备制造等各个方面,本科生应该注重通识教育,包括氢在能源化工体系中的地位、物理化学属性、制备技术概况及发展趋势、了解危害特性、风险控制方法等安全通识;研究生则需要针对氢能产业发展进行更深入的研究,比如氢气燃爆过程的精准计算及实验、材料的氢相容性及抑制技术、电解水制氢等绿氢制备工艺研发,以及氢安全、氢经济及产业发展推动等。
国家电投科学技术研究院高级工程师、氢安全国家重点研发计划子课题负责人李涛博士也表示,现在企业里从事氢能相关工作的人员基本都来源于化工、材料等专业,多数对氢能行业及相关知识不了解,需要花较长时间才能进入状态。因此建议高校在本科阶段开设氢能方面的专业课程,内容应涵盖氢能全产业链、氢安全与标准等知识,通过氢能本科专业的设置和学科建设,增加氢能后备人才规模;在研究生阶段,应以对接企业关键技术需求、解决“卡脖子”问题为目标,培养聚焦于某一具体研发方向的专精人才。
因此企业特别需要高校通过系统化、专业化和梯度化的人才培养,形成多层次、全方位的氢能人才梯队。所以在制定人才培养目标和课程体系的时候要注意学科交叉,同时与产业链的有机结合。课程体系必须涵盖制氢、储氢、应用和安全等各个方面的基础知识,特别是对本科生的培养。
首先由于氢能专业刚设立,在接下来的一段时间内,需要扩大招生规模,形成系统化的专业课程体系,强化产学协同育人。其中要建设一批包括氢能专业在内的示范性能源学院,同时形成统一的教材体系,还要推进与国外高水平学校的联合培养。
那么对于研究生培养需要以解决学科前沿问题和突破卡脖子技术为导向,打造高水平科研公关平台,鼓励校企开展科研项目合作,这样使得高校把科研论文写在祖国的大地上、写在产业界,真正做到产学研用有机结合。
此外非常重要的一点,我们要培养人才首先就需要师资,没有师资就没办法培养人才,所以需要通过人才引进、教育培训、国际交流等方式尽快的打造一支专业的氢能人才培养队伍。
氢能专业的人才培养必须面向产业,因此校企合作是必不可少的,校企合作主要包括校企双导师制、企业实践学分制、校企联合办学、联合科研项目等方式。目前国内很多高校跟企业都建立了涉及氢能方向的联合实验室,比如山东大学和北京微焓科技建立了新能源联合实验室。
山东大学氢能团队介绍
山东大学氢能学科专业有新能源科学与工程、储能科学与工程两个专业。这两个专业也涵盖了现阶段氢能人才培养所需要的一部分内容,虽然还不是直接对口的氢能专业,但这也是一个好的开始,跟氢能以及储能特别相关的两个专业。
目前山东大学的氢能团队主要的研究方向也涵盖了制氢、储氢、加氢以及氢安全等各个方面,在整个产业链都有相关的研究方向。李雪芳教授所在的团队研究方向主要包括常温和低温的高压氢气泄漏扩散研究,另外还有针对实际应用场景的氢气泄露扩散和燃爆的研究、定量风险评价(QRA)及氢安全软件开发。此外还跟企业进行了广泛的合作,例如开展校企的合作基地、参与氢能项目的评审以及为企业员工(特别是技术人员)进行氢能技术知识和氢安全技术知识的培训。