电气与电子信息学院范昊洋老师在Nature子刊发表大容量地下隧道输电最新研究成果

4月初，我校电气与电子信息学院范昊洋老师在国际顶级期刊《自然-通讯》（Nature Communications）发表题为《基于隧道传输技术的可再生能源富集区大容量电力提取》（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。范昊洋老师为论文第一作者，西华大学为第一完成单位，中国科学技术信息研究所黄琦教授为通讯作者，该研究工作得到国家自然科学基金委资助。此项成果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

我国西南地区蕴藏着丰富的可再生能源资源，国家多个重特大水电工程项目正在开发，对电力外送能力提出了极高要求。然而，传统架空输电线路在复杂山地环境中面临诸多挑战：地缘安全风险、生态环境破坏、极端天气干扰等问题，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。

高海拔地区建设大容量地下输电隧道研究示意图

针对这一关键需求，范昊洋老师和所在研究团队整合多物理场分析与全生命周期成本评估方法，对架空输电系统与地下隧道输电系统开展了全面对比研究。研究表明，基于地下隧道的输电系统（尤其是气体绝缘线路GIL）在山地可再生能源集中区域具有显著优势：其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，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。

 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

各种输电方式的全生命周期成本（LCC）分析

值得一提的是，研究团队创新性地提出了一套针对地下大容量输电隧道的有限元分析框架，实现了多物理场耦合（电磁、热力学、流体力学）与经济成本分析的深度融合。通过参数化调整导体间距，该框架可最大限度减少屏蔽层损耗并增强散热效果，在严格的温度限制范围内（电缆90°C、GIL 105°C）实现输电容量最大化，性能远超传统经验估算方法。在通风优化方面，团队采用二维负热源模型，精准匹配空气（40°C）与导体温度规范，可高效确定成本最优的竖井间距与风速组合。这一具备高度可扩展性的分析框架，能够为不同隧道环境与输电技术提供定制化设计指导，不仅为我国西南地区水电工程的开发提供了核心技术方案，更为全球山地可再生能源项目的建设提供了重要参考。

 隧道环境中交流电缆、直流电缆及GIL的磁场空间分布

导体的空间布置对隧道内温度及热损耗的影响

范昊洋老师一直致力于电力系统输电技术研究，此次成果是其团队在复杂环境输电领域的重要突破，凸显了我校在电气工程、多学科交叉融合与能源战略领域的科研实力。近年来，我校电气学科聚焦国家能源战略需求，持续在新能源并网、智能输电等前沿方向深耕，产出了一系列具有国际影响力的研究成果，为我国能源电力行业的高质量发展提供了有力的科技支撑。未来，学校将继续支持相关团队深耕关键技术攻关，为构建新型电力系统和推动能源绿色转型注入创新动力。