近日，电气与电子信息学院青年教师范昊洋博士在国际顶级期刊《Nature Communications》上发表题为“Bulk electrical power extraction through tunnel transmission technology from renewable energy concentrated zones”的研究论文，为山地高原地区可再生能源外送难题提供了经济高效的大容量输电解决方案。研究不仅为雅鲁藏布江下游水电工程等国家重大战略项目提供了关键技术支撑，也为全球山地可再生能源外送指明了新的技术路径。该论文以范昊洋老师为第一作者、中国科学技术信息研究所黄琦教授为通讯作者，西华大学为第一单位，标志着我校在新型电力传输技术与可再生能源并网领域取得重要突破。

论文截图

破解高原绿电“送出难”：

从架空线路到地下隧道的范式探索

我国西南地区，尤其是青藏高原及四川高原山区，蕴藏着全球最为丰富的水能、太阳能和风能资源。雅鲁藏布江、金沙江等流域的国家重特大水电工程正加速推进，然而，这些清洁能源要“翻山越岭”送往千家万户，却长期受困于一个现实难题：传统架空输电线路受制于生态红线、走廊资源稀缺、极端天气干扰和地缘安全风险。这些挑战严重制约了可再生能源的高效并网。

在此背景下，大容量地下深埋电力隧道被视为极具潜力的替代方案，但相关技术的系统性验证与优化设计仍存在空白。针对上述瓶颈，范昊洋及所在团队跳出“以架空补架空”的传统思路，将目光投向山体深处——提出利用长距离地下深埋隧道替代架空线路，实现大容量电力隐蔽、安全、生态友好地送出。

高海拔地区建设大容量地下输电隧道研究示意图

研究结果表明，在山地可再生能源富集区域，基于地下隧道的输电系统（尤其是气体绝缘线路GIL）具有显著综合优势：不仅能有效规避架空线路面临的外部风险，在生态保护、景观维护及基础设施兼容性等方面表现突出，更能在外部成本显著时展现出优于传统方案的经济性能。这一成果为推动可持续可再生能源并网、助力净零排放目标实现提供了重要支撑。

从量化判据到设计优化：

为工程应用提供科学“标尺”

本研究的核心创新之一，在于首次建立了一套大容量地下输电隧道的“多物理场+全生命周期成本”一体化分析框架。范昊洋解释道：“就像装修房子，以前要找不同的施工队分别负责结构安全、采暖保温、水电造价，我们的研究相当于提供了一个‘一体化设计师’，帮你把所有因素统一考虑、找到最优方案。”

山区高原场景下架空输电线路与地下隧道输电的建设成本对比

具体而言，研究团队通过有限元分析，实现了电磁场、热场、流体力学与经济成本的深度耦合。通过优化隧道内导体的空间布置方式，交流电缆的最大载流量提升了57%；通过优化隧道通风设计，气体绝缘线路（GIL）的单位输电成本可降低约20%，达到全球同类方案中的最优水平之一。

更重要的是，研究团队首次提出了全球适用的临界判据：当线路沿线的生态与景观外部成本超过每公里每年约55万美元时，气体绝缘线路的全生命周期成本将低于架空线路——这意味着地下输电在综合经济性上“更值得”。这一量化标准填补了此前国际上的空白，为政策制定者和工程设计方提供了科学决策工具。

隧道通风对输电容量及单位输电任务成本的影响

“这一分析框架具有高度可扩展性，能够为不同隧道环境与输电技术提供定制化设计指导。”范昊洋表示。研究团队已将其方法论延伸至全球其他山地（阿尔卑斯山、阿巴拉契亚山、安第斯山等）场景，未来还将继续扩展至城市地下输电等场景，展现出广阔的应用前景。

服务大国工程与地方发展：

从雅鲁藏布江到四川清洁能源基地

这项研究成果最直接的应用指向，是被称为“全球最大水电工程”的雅鲁藏布江下游水电工程。该工程规划总装机容量约6000万千瓦，相当于3个三峡工程，如何将如此巨量的电力安全、高效地送出高原，是工程成败的关键技术难题之一。研究提出的地下隧道输电框架，为该工程的外送通道方案提供了科学依据和核心技术储备。范昊洋类比道：“如果说雅鲁藏布江的水电站是西南地区的‘心脏’，那么输电线路就是‘大动脉’。把这条大动脉从风吹日晒的山脊上‘移’进山肚子里，不仅能保护这条动脉不受伤害，还能让它承载更多的‘血液’（电力），同时把青山绿水完好地留给子孙后代。”

与此同时，研究成果对四川省高原山区的能源开发具有更为现实的经济价值。四川是全国水电第一大省，金沙江、大渡河、雅砻江“三江”流域水能蕴藏量约占全国三分之一。近年来，凉山、甘孜、阿坝等地光伏、风电开发迅猛。然而，受制于输电通道紧张、生态红线限制，大量“绿电”无法及时送出。四川省“十五五”规划明确提出要扩大清洁能源外送规模，本研究提供的地下隧道输电方案可在技术上突破走廊资源瓶颈，拓宽电力外送通道，助力四川打造国家级“清洁能源基地”。

隧道环境中交流电缆、直流电缆及GIL的磁场空间分布

地下输电隧道综合电-磁-热-流体多物理场耦合与经济成本分析框架

从战略安全角度看，地下深埋隧道输电的核心价值在于“隐蔽性”与“抗毁性”：线路深埋于山体之中，不受极端天气影响，抗冰灾、暴雪、飓风等能力远超架空方案；同时，深埋隧道具有更好的战略纵深保护特性，在特殊情况下能有效保障电力供应安全。从生态保护角度看，地下隧道几乎不破坏地面生态——仅两端及通风竖井需要开挖，而架空线路则需开辟连绵数百公里的走廊通道。

范昊洋表示，下一步还将开展地质适应性验证、更高电压等级延伸研究、气候变化影响评估、先导示范工程建设等工作，以推动研究成果更快落地。

从“单兵作战”到“团队攻坚”：

有组织科研的生动实践

这项研究的背后，是一支多单位协同、多学科交叉的有组织科研团队。论文作者来自西华大学、中国科学技术信息研究所、电子科技大学、成都理工大学、国网四川省电力公司、美国伊利诺伊理工大学等单位，涵盖电气工程、热力学、流体力学、地质学、能源经济学、生态环境评估等多个学科领域。

范昊洋介绍，研究团队并非简单的“拼盘式”合作，而是在每个关键环节实现了深度融合。例如，在建模阶段，需要电气工程知识准确描述导线特性，热力学知识建立热传导方程，流体力学知识模拟隧道内空气流动——三者缺一不可。而在成本分析阶段，团队将生态经济学中的“外部性成本”与工程仿真结果打通，用“单位输电成本”这一统一指标，让工程师和政策制定者能够直观比较架空与地下方案的经济性。

范昊洋（左三）考察驷马桥水电站

这种跨单位、跨学科的协同攻关模式，正是西华大学近年来积极推动“有组织科研”的典型缩影。学校围绕国家能源战略需求，持续在新能源并网、智能输电、复杂环境电力系统等方向布局，鼓励青年教师组建参与交叉团队，承接服务地方发展与国家战略需求的重要课题。范昊洋团队的研究正是依托国家自然科学基金区域联合重点项目开展，合作单位包括国网四川省电力公司经济技术研究院等，体现了“高校+企业+行业”协同创新的组织优势。

电气与电子信息学院院长雷霞表示：“学院近年来聚焦西南地区能源外送‘卡脖子’问题，支持青年教师围绕重大工程需求开展前沿探索。这项成果的发布，正是学院长期深耕电力行业、服务地方发展的标志性产出。”

从高原田野到国际顶刊：

一位青年党员的科研求索与育人初心

论文成果的背后，是一段跨越学术与基层、科研与党建的独特成长轨迹。

自2022年起，范昊洋牵头组建“博士党员实践队”，六年内带队往返云南云县、四川甘孜、阿坝等高海拔地区20余次，深入山区、林区一线电站考察调研。范昊洋回忆道：“有一次在甘孜，风雪交加，车陷在泥里，是当地藏民帮我们推出来的。正是这些在风雪与泥泞中获得的‘脚底板下的学问’，让我对高原输电的痛点有了远超纸面研究的切身理解。”2023年，他根据基层经历创作的微党课《无故事村的故事》入选教育部示范性微党课，登上新华网、央视网、共产党员网等十个国家级媒体平台，全网播放量超218万次。2024年，他荣获“四川省高校优秀共产党员”称号。

范昊洋博士

入职西华不足一年，范昊洋便迅速将科研热情转化为育人实践。他与学院王涛副院长共同创建“电气club”——一个专为电气工程方向学生打造的“学科竞赛+学术研究”贯通式培养平台。在club中，他指导本科生衡星霖在约六个月内完成一篇研究论文初稿，已投递中科院二区期刊并进入审稿流程。对于本科生而言，这是极为难得的学术成果。与此同时，club还覆盖中国国际大学生创新大赛、“挑战杯”、全国大学生电子设计竞赛等顶级赛事进行系统化培养，范昊洋本人曾以参赛者身份获中国国际大学生创新大赛全国金奖等十余项奖项，如今他将这些经验毫无保留地传递给更年轻的学子。

范昊洋（右一）给电气club成员开组会指导学术研究

这份从崇山峻岭走向国际顶刊的研究成果，既是西华大学电气学科多年深耕能源电力领域的厚积薄发，也是一位青年科研工作者将论文写在祖国大地上的生动实践，它生动诠释了学校在引才育才、多学科交叉融合与服务国家战略需求上的战略定力与实干精神。面向未来，学校将继续聚焦新型电力系统与能源绿色转型的关键技术难题，以更多“从0到1”的原创性成果，为大国工程注入西华智慧，为中国能源转型贡献坚实力量。

编审 |范佳 雷为尧

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