登Nature子刊！西華科研團隊提出地下隧道輸電新方案，破解高原綠電“送出難”！

近日，電氣與電子信息學院青年教師范昊洋博士在國際頂級期刊《Nature Communications》上發表題為“Bulk electrical power extraction through tunnel transmission technology from renewable energy concentrated zones”的研究論文，為山地高原地區可再生能源外送難題提供了經濟高效的大容量輸電解決方案。研究不僅為雅魯藏布江下游水電工程等國家重大戰略項目提供了關鍵技術支撐，也為全球山地可再生能源外送指明了新的技術路徑。該論文以范昊洋老師為第一作者、中國科學技術信息研究所黃琦教授為通訊作者，西華大學為第一單位，標志著我校在新型電力傳輸技術與可再生能源并網領域取得重要突破。

論文截圖

破解高原綠電“送出難”：

從架空線路到地下隧道的范式探索

我國西南地區，尤其是青藏高原及四川高原山區，蘊藏著全球最為豐富的水能、太陽能和風能資源。雅魯藏布江、金沙江等流域的國家重特大水電工程正加速推進，然而，這些清潔能源要“翻山越嶺”送往千家萬戶，卻長期受困于一個現實難題：傳統架空輸電線路受制于生態紅線、走廊資源稀缺、極端天氣干擾和地緣安全風險。這些挑戰嚴重制約了可再生能源的高效并網。

在此背景下，大容量地下深埋電力隧道被視為極具潛力的替代方案，但相關技術的系統性驗證與優化設計仍存在空白。針對上述瓶頸，范昊洋及所在團隊跳出“以架空補架空”的傳統思路，將目光投向山體深處——提出利用長距離地下深埋隧道替代架空線路，實現大容量電力隱蔽、安全、生態友好地送出。

高海拔地區建設大容量地下輸電隧道研究示意圖

研究結果表明，在山地可再生能源富集區域，基于地下隧道的輸電系統（尤其是氣體絕緣線路GIL）具有顯著綜合優勢：不僅能有效規避架空線路面臨的外部風險，在生態保護、景觀維護及基礎設施兼容性等方面表現突出，更能在外部成本顯著時展現出優于傳統方案的經濟性能。這一成果為推動可持續可再生能源并網、助力凈零排放目標實現提供了重要支撐。

從量化判據到設計優化：

為工程應用提供科學“標尺”

本研究的核心創新之一，在于首次建立了一套大容量地下輸電隧道的“多物理場+全生命周期成本”一體化分析框架。范昊洋解釋道：“就像裝修房子，以前要找不同的施工隊分別負責結構安全、采暖保溫、水電造價，我們的研究相當于提供了一個‘一體化設計師’，幫你把所有因素統一考慮、找到最優方案?！?/p>

山區高原場景下架空輸電線路與地下隧道輸電的建設成本對比

具體而言，研究團隊通過有限元分析，實現了電磁場、熱場、流體力學與經濟成本的深度耦合。通過優化隧道內導體的空間布置方式，交流電纜的最大載流量提升了57%；通過優化隧道通風設計，氣體絕緣線路（GIL）的單位輸電成本可降低約20%，達到全球同類方案中的最優水平之一。

更重要的是，研究團隊首次提出了全球適用的臨界判據：當線路沿線的生態與景觀外部成本超過每公里每年約55萬美元時，氣體絕緣線路的全生命周期成本將低于架空線路——這意味著地下輸電在綜合經濟性上“更值得”。這一量化標準填補了此前國際上的空白，為政策制定者和工程設計方提供了科學決策工具。

隧道通風對輸電容量及單位輸電任務成本的影響

“這一分析框架具有高度可擴展性，能夠為不同隧道環境與輸電技術提供定制化設計指導?！狈蛾谎蟊硎?。研究團隊已將其方法論延伸至全球其他山地（阿爾卑斯山、阿巴拉契亞山、安第斯山等）場景，未來還將繼續擴展至城市地下輸電等場景，展現出廣闊的應用前景。

服務大國工程與地方發展：

從雅魯藏布江到四川清潔能源基地

這項研究成果最直接的應用指向，是被稱為“全球最大水電工程”的雅魯藏布江下游水電工程。該工程規劃總裝機容量約6000萬千瓦，相當于3個三峽工程，如何將如此巨量的電力安全、高效地送出高原，是工程成敗的關鍵技術難題之一。研究提出的地下隧道輸電框架，為該工程的外送通道方案提供了科學依據和核心技術儲備。范昊洋類比道：“如果說雅魯藏布江的水電站是西南地區的‘心臟’，那么輸電線路就是‘大動脈’。把這條大動脈從風吹日曬的山脊上‘移’進山肚子里，不僅能保護這條動脈不受傷害，還能讓它承載更多的‘血液’（電力），同時把青山綠水完好地留給子孫后代?！?/p>

與此同時，研究成果對四川省高原山區的能源開發具有更為現實的經濟價值。四川是全國水電第一大省，金沙江、大渡河、雅礱江“三江”流域水能蘊藏量約占全國三分之一。近年來，涼山、甘孜、阿壩等地光伏、風電開發迅猛。然而，受制于輸電通道緊張、生態紅線限制，大量“綠電”無法及時送出。四川省“十五五”規劃明確提出要擴大清潔能源外送規模，本研究提供的地下隧道輸電方案可在技術上突破走廊資源瓶頸，拓寬電力外送通道，助力四川打造國家級“清潔能源基地”。

隧道環境中交流電纜、直流電纜及GIL的磁場空間分布

地下輸電隧道綜合電-磁-熱-流體多物理場耦合與經濟成本分析框架

從戰略安全角度看，地下深埋隧道輸電的核心價值在于“隱蔽性”與“抗毀性”：線路深埋于山體之中，不受極端天氣影響，抗冰災、暴雪、颶風等能力遠超架空方案；同時，深埋隧道具有更好的戰略縱深保護特性，在特殊情況下能有效保障電力供應安全。從生態保護角度看，地下隧道幾乎不破壞地面生態——僅兩端及通風豎井需要開挖，而架空線路則需開辟連綿數百公里的走廊通道。

范昊洋表示，下一步還將開展地質適應性驗證、更高電壓等級延伸研究、氣候變化影響評估、先導示范工程建設等工作，以推動研究成果更快落地。

從“單兵作戰”到“團隊攻堅”：

有組織科研的生動實踐

這項研究的背后，是一支多單位協同、多學科交叉的有組織科研團隊。論文作者來自西華大學、中國科學技術信息研究所、電子科技大學、成都理工大學、國網四川省電力公司、美國伊利諾伊理工大學等單位，涵蓋電氣工程、熱力學、流體力學、地質學、能源經濟學、生態環境評估等多個學科領域。

范昊洋介紹，研究團隊并非簡單的“拼盤式”合作，而是在每個關鍵環節實現了深度融合。例如，在建模階段，需要電氣工程知識準確描述導線特性，熱力學知識建立熱傳導方程，流體力學知識模擬隧道內空氣流動——三者缺一不可。而在成本分析階段，團隊將生態經濟學中的“外部性成本”與工程仿真結果打通，用“單位輸電成本”這一統一指標，讓工程師和政策制定者能夠直觀比較架空與地下方案的經濟性。

范昊洋（左三）考察駟馬橋水電站

這種跨單位、跨學科的協同攻關模式，正是西華大學近年來積極推動“有組織科研”的典型縮影。學校圍繞國家能源戰略需求，持續在新能源并網、智能輸電、復雜環境電力系統等方向布局，鼓勵青年教師組建參與交叉團隊，承接服務地方發展與國家戰略需求的重要課題。范昊洋團隊的研究正是依托國家自然科學基金區域聯合重點項目開展，合作單位包括國網四川省電力公司經濟技術研究院等，體現了“高校+企業+行業”協同創新的組織優勢。

電氣與電子信息學院院長雷霞表示：“學院近年來聚焦西南地區能源外送‘卡脖子’問題，支持青年教師圍繞重大工程需求開展前沿探索。這項成果的發布，正是學院長期深耕電力行業、服務地方發展的標志性產出?！?/p>

從高原田野到國際頂刊：

一位青年黨員的科研求索與育人初心

論文成果的背后，是一段跨越學術與基層、科研與黨建的獨特成長軌跡。

自2022年起，范昊洋牽頭組建“博士黨員實踐隊”，六年內帶隊往返云南云縣、四川甘孜、阿壩等高海拔地區20余次，深入山區、林區一線電站考察調研。范昊洋回憶道：“有一次在甘孜，風雪交加，車陷在泥里，是當地藏民幫我們推出來的。正是這些在風雪與泥濘中獲得的‘腳底板下的學問’，讓我對高原輸電的痛點有了遠超紙面研究的切身理解?！?023年，他根據基層經歷創作的微黨課《無故事村的故事》入選教育部示范性微黨課，登上新華網、央視網、共產黨員網等十個國家級媒體平臺，全網播放量超218萬次。2024年，他榮獲“四川省高校優秀共產黨員”稱號。

范昊洋博士

入職西華不足一年，范昊洋便迅速將科研熱情轉化為育人實踐。他與學院王濤副院長共同創建“電氣club”——一個專為電氣工程方向學生打造的“學科競賽+學術研究”貫通式培養平臺。在club中，他指導本科生衡星霖在約六個月內完成一篇研究論文初稿，已投遞中科院二區期刊并進入審稿流程。對于本科生而言，這是極為難得的學術成果。與此同時，club還覆蓋中國國際大學生創新大賽、“挑戰杯”、全國大學生電子設計競賽等頂級賽事進行系統化培養，范昊洋本人曾以參賽者身份獲中國國際大學生創新大賽全國金獎等十余項獎項，如今他將這些經驗毫無保留地傳遞給更年輕的學子。

范昊洋（右一）給電氣club成員開組會指導學術研究

這份從崇山峻嶺走向國際頂刊的研究成果，既是西華大學電氣學科多年深耕能源電力領域的厚積薄發，也是一位青年科研工作者將論文寫在祖國大地上的生動實踐，它生動詮釋了學校在引才育才、多學科交叉融合與服務國家戰略需求上的戰略定力與實干精神。面向未來，學校將繼續聚焦新型電力系統與能源綠色轉型的關鍵技術難題，以更多“從0到1”的原創性成果，為大國工程注入西華智慧，為中國能源轉型貢獻堅實力量。

整理 | 王舒

編輯 | 劉婷

編審 | 范佳 雷為堯

為優秀的西華人點贊！