王舒 雷為堯 川觀新聞記者 江蕓涵
近日，西華大學(xué)電氣與電子信息學(xué)院青年教師范昊洋博士在國際權(quán)威期刊《Nature Communications》（《自然—通訊》）上發(fā)表題為“Bulk electrical power extraction through tunnel transmission technology from renewable energy concentrated zones”（“基于隧道傳輸技術(shù)的可再生能源富集區(qū)大容量電力提取”）的研究論文，為山地高原地區(qū)可再生能源外送難題提供了經(jīng)濟(jì)高效的大容量輸電解決方案。該論文以范昊洋為第一作者、中國科學(xué)技術(shù)信息研究所黃琦教授為通訊作者，西華大學(xué)為第一單位，標(biāo)志著該校在新型電力傳輸技術(shù)與可再生能源并網(wǎng)領(lǐng)域的科研攻關(guān)取得重要突破。
論文截圖
從架空線路到地下隧道的探索。我國青藏高原及四川高原山區(qū)，蘊(yùn)藏著豐富的水能、太陽能和風(fēng)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(jìn)，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(xiàn)實(shí)難題：傳統(tǒng)架空輸電線路受制于生態(tài)紅線、走廊資源稀缺、極端天氣干擾和地緣安全風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重制約了可再生能源的高效并網(wǎng)。
范昊洋及所在團(tuán)隊(duì)提出，利用長距離地下深埋隧道替代架空線路，實(shí)現(xiàn)大容量電力隱蔽、安全、生態(tài)友好地送出。他們的研究結(jié)果表明，在山地可再生能源富集區(qū)域，基于地下隧道的輸電系統(tǒng)（尤其是氣體絕緣線路GIL）不僅能有效規(guī)避架空線路面臨的外部風(fēng)險(xiǎn)，在生態(tài)保護(hù)、景觀維護(hù)及基礎(chǔ)設(shè)施兼容性等方面表現(xiàn)突出，更能在外部成本顯著時展現(xiàn)出優(yōu)于傳統(tǒng)方案的經(jīng)濟(jì)性能。
高海拔地區(qū)建設(shè)大容量地下輸電隧道研究示意圖
本研究的核心創(chuàng)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。研究團(tuán)隊(duì)通過有限元分析，實(shí)現(xiàn)了電磁場、熱場、流體力學(xué)與經(jīng)濟(jì)成本的深度耦合。范昊洋解釋說：“就像裝修房子，以前要找不同的施工隊(duì)分別負(fù)責(zé)結(jié)構(gòu)安全、采暖保溫、水電造價(jià)，我們的研究相當(dāng)于提供了一個‘一體化設(shè)計(jì)師’，幫你把所有因素統(tǒng)一考慮、找到最優(yōu)方案。”
研究團(tuán)隊(duì)還首次提出了全球適用的臨界判據(jù)：當(dāng)線路沿線的生態(tài)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(jīng)濟(jì)性上“更值得”。范昊洋表示，研究團(tuán)隊(duì)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(xù)擴(kuò)展至城市地下輸電等場景，展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。
服務(wù)大國工程與地方發(fā)展。這項(xiàng)研究成果最直接的應(yīng)用指向，是雅魯藏布江下游水電工程。該工程規(guī)劃總裝機(jī)容量約6000萬千瓦，相當(dāng)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(guān)鍵技術(shù)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(xué)依據(jù)和核心技術(shù)儲備。范昊洋解釋說：“把輸電線路這條‘大動脈’從風(fēng)吹日曬的山脊上‘移’進(jìn)山肚子里，不僅能保護(hù)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(qū)的能源開發(fā)具有更為現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本研究提供的地下隧道輸電方案可在技術(shù)上突破走廊資源瓶頸，助力四川打造國家級“清潔能源基地”。而且，從戰(zhàn)略安全角度看，地下深埋隧道輸電的核心價(jià)值在于“隱蔽性”與“抗毀性”。從生態(tài)保護(hù)角度看，地下隧道幾乎不破壞地面生態(tài)——僅兩端及通風(fēng)豎井需要開挖，而架空線路則需開辟連綿數(shù)百公里的走廊通道。
范昊洋表示，下一步還將開展地質(zhì)適應(yīng)性驗(yàn)證、更高電壓等級延伸研究、氣候變化影響評估、先導(dǎo)示范工程建設(shè)等工作，以推動研究成果更快落地。
有組織科研的生動實(shí)踐。這項(xiàng)研究的背后，是一支多單位協(xié)同、多學(xué)科交叉的有組織科研團(tuán)隊(duì)。論文作者來自西華大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)信息研究所、電子科技大學(xué)、成都理工大學(xué)、國網(wǎng)四川省電力公司、美國伊利諾伊理工大學(xué)等單位，涵蓋電氣工程、熱力學(xué)、流體力學(xué)、地質(zhì)學(xué)、能源經(jīng)濟(jì)學(xué)、生態(tài)環(huán)境評估等多個學(xué)科領(lǐng)域。
范昊洋介紹，研究團(tuán)隊(duì)并非簡單的“拼盤式”合作，而是在每個關(guān)鍵環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了深度融合。例如，在建模階段，需要電氣工程知識準(zhǔn)確描述導(dǎo)線特性，熱力學(xué)知識建立熱傳導(dǎo)方程，流體力學(xué)知識模擬隧道內(nèi)空氣流動——三者缺一不可。而在成本分析階段，團(tuán)隊(duì)將生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)中的“外部性成本”與工程仿真結(jié)果打通，用“單位輸電成本”這一統(tǒng)一指標(biāo)，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(jīng)濟(jì)性。
范昊洋博士
這種跨單位、跨學(xué)科的協(xié)同攻關(guān)模式，是西華大學(xué)近年來積極推動“有組織科研”的典型縮影。電氣與電子信息學(xué)院院長雷霞表示：“學(xué)院近年來聚焦西南地區(qū)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(xiàng)成果的發(fā)布，正是學(xué)院長期深耕電力行業(yè)、服務(wù)地方發(fā)展的標(biāo)志性產(chǎn)出。”
（圖片由受訪者提供）
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氣體絕緣線路（GIL），輸電界的‘隱形戰(zhàn)衣’，看不見，但真能打。
這研究真接地氣！把高壓線“藏”進(jìn)山里，既保住了青山綠水，又能把電穩(wěn)穩(wěn)送出來。四川山區(qū)清潔能源豐富，傳統(tǒng)架線又難又破壞生態(tài)。現(xiàn)在好了，像裝修請了“一體化設(shè)計(jì)師”，省錢省地還安全。給本土青年科學(xué)家點(diǎn)贊，這才是我們需要的硬核創(chuàng)新！
厲害了
厲害了??
把輸電線路從山脊“移”進(jìn)山肚子，既保住了青山綠水，又送出了清潔能源，這才是“兩全其美”的硬科技。
西華大學(xué)“電力地道戰(zhàn)”，把能源“動脈”藏進(jìn)山肚皮！清潔電“穩(wěn)了”，青山綠水也“穩(wěn)了”，這波操作真“來電”！