电网扩张新策略：将电力线路地下化以抵御极端天气

电力行业，包括电力公司和电网运营商，越来越认识到将设备迁入地下的重要价值——这一举措有助于减少停电事故、降低资产风险，并从根源上消除设备引发野火的可能性。

电力公司与电网运营商正积极探索应对极端天气冲击的有效路径。与此同时，电力行业也深刻体会到野火带来的经济代价，无论是资产损毁还是因设备被认定为起火原因而承担的巨额赔偿。

将线路埋入地下，不仅能提升安全性，还可通过规避树木和植被等障碍，改善输电基础设施的整体性能。美国能源部（DOE）电网部署办公室与加州劳伦斯伯克利国家实验室联合发布的报告指出，"地下输配电线路的核心优势在于，能够大幅降低极端天气和野火造成的中断风险——既能防止火灾初始点燃，也能阻断火势蔓延——从而全面提升电网的可靠性与韧性。"多家电力公司和相关机构也指出，地下化方案可有效抵御雷击、动物入侵、强风（含雷暴、龙卷风、飓风及直线风暴）以及冰雪侵袭，同时彻底消除因交通事故或基础设施老化导致电线杆倒塌的风险（图1）。

图1：一辆车的撞击就能推倒电线杆，将带电导线抛落街头，并导致整片街区断电。将线路埋入地下，可从根本上消除路边这一安全隐患。图片来源：photovs / Envato Elements

S&C Electric Co.创新总监Richard Gray表示，目前已有若干结构设计方案可用于加固输电线路和铁塔，以应对大风、冰雪等威胁。"加固结构确实有帮助，但这只是解决方案的一部分。你可以针对更高的风载或冰载进行设计，但极端事件总会在线路某处找到薄弱环节，"Gray说，"即便对发电和输电环节进行了全面加固，如果配电系统的韧性跟不上，也毫无意义，因为配电系统才是最终向终端用户送电的关键环节。尽管这是一项浩大的工程，但将配电系统迁入地下，仍是抵御极端天气最为有效的手段之一。"

非营利组织Scenic America的政策与研究主任Tziporah Feldman表示，"地下化工作应当以主动预防为导向，而非亡羊补牢，因为等待时间越长，成本只会越来越高。"该组织取得了多项立法成果，包括"成功推动联邦政府在2021年《基础设施投资和就业法案》中支持电力设施地下化，促成《斯坦福德法案》修正案允许联邦紧急事务管理署（FEMA）资金用于地下化项目，并设立了50亿美元的韧性补贴计划。"

Feldman指出，尽管电力基础设施地下化成本不菲，但忽视这一做法所带来的财务风险更为巨大，野火损失尤为突出。"例如，2025年1月南加州野火被认为是由南加州爱迪生公司（SCE）的一条输电线路引发的，"Feldman说。代理受害者的律师已对该公司提起诉讼，估计野火造成的损失超过2500亿美元。Feldman认为，担忧地下化成本的电力公司应当"更加系统地将野火损失纳入成本核算"。

Stantec输电团队负责人Robert McClellan表示："地下化是野火防护的有效工具，但和所有工具一样，需要在合适的时机、合适的场景下使用，才能发挥最大效能。综合运用各种可用方法的优势来构建电力系统，是智慧工程的核心所在。"McClellan还强调："电力公司在推进输电线路地下化时，应尽可能采取主动态势。从架空线路转换为地下线路是一项艰巨任务，但当涉及生命代价时，风险的降低至关重要。"

施工方式

沟槽开挖与隧道掘进是输电线路地下化的两大主要施工方式，均需进行充分的前期规划，包括现场勘察、土壤检测、现有管线测绘，以及沟槽或隧道路径规划。

常见的沟槽施工方式是开挖一条宽度和深度均满足电缆及配套基础设施铺设要求的沟槽（图2）。沟底铺设沙土或水泥材料，并使用压实设备压实找平，随后将电力线路及相关基础设施组件放入沟中，最后进行回填或加装防护性、热稳定性良好的覆盖层。

图2：埋入导管中的电缆可免受风、冰、植被、车辆及火源的侵害，以前期施工投入换取数十年的停电率降低和野火责任规避。图片来源：VidEst / Envato Elements

在沟槽开挖及其他掩埋方式难以实施的地区，则会采用隧道掘进方式。该技术利用钻孔和掘进机械开凿隧道，以容纳输电线路，包括定向钻进等多种技术手段，可根据地下化基础设施的类型灵活调整隧道深度和直径。

地下电力线路还需要专用材料加以保护。高密度聚乙烯（HDPE）和聚氯乙烯（PVC）导管可有效防止腐蚀、水分渗入和机械损伤，同时赋予地下设备充分的耐久性，以抵御环境因素侵蚀，并降低意外挖掘造成损坏的风险。

2024年，美国能源部通过旗下高级研究计划局能源项目（ARPA-E）宣布投入3400万美元，用于开发先进、低成本、高效率的电力线路地下化隧道掘进技术，并在"电网主动高速地下化可靠性、韧性与安全性改造"（GOPHURRS）项目框架下遴选了若干入选项目。其中，GE Vernova先进研究院（纽约）研发的地下机器人隧道施工工具入选其中。该工具名为SPEEDWORM（图3），可一步完成地下配电线路导管和电缆的挖掘与安装，其运动方式模拟蚯蚓爬行和树根延伸，能在约两小时内完成约305米电缆和导管的铺设。

图3：据GE Vernova介绍，SPEEDWORM技术可一步完成地下配电线路导管和电缆的安装，模拟蚯蚓和树根的运动方式，约两小时内可铺设约305米的电缆和导管。图片来源：GE Vernova

GE Vernova项目首席研究员William Tan去年表示，SPEEDWORM采用先进的前沿定位技术，可实现近实时地下定位。他介绍，该设备尾部配有金属"肌肉"，通过充气和放气产生"蠕动"——类似食物在人体消化道中推进的方式。Tan在新闻稿中指出，这种特殊运动方式能够驱动机械蚯蚓向前掘进，同时压实周围土壤，原理类似于手指插入湿沙时的挤压效果。其他获得能源部资助的项目则着重利用人工智能和传感器技术，以加快地下电力配电系统的建设速度。

建筑与设计公司Perkins&Will的副主任Robert Wall表示："在条件允许的情况下，将输电基础设施埋入地下，是保护其免受天气相关损害的最有效方式之一。"他补充道："对于任何电力公司——乃至任何类型的实体资产而言——最具影响力的第一步，就是建立系统的数字孪生模型。数字化能让运营人员更清晰地掌握资产运行状况，并为加固、扩容和未来需求规划提供更优决策依据。在此基础上，在可行区域优先推进输配电线路地下化，可显著降低气候风险。同样重要的是对资产和环境状况的持续监测，确保决策主动超前，而非被动应对。"

野火防护：加州与相关州的实践

近年来，美国多起重大野火事故经调查认定，架空输电线路是起火源头，涉及加州、夏威夷和德克萨斯州等地。加州在经历数起造成重大人员伤亡的火灾后，出台了监管规定，要求全州最大的几家电力公司提交以野火风险为优先排序依据的10年地下化计划。

太平洋天然气与电力公司（PG&E）拥有目前美国最具雄心的地下化计划之一。该公司因2017年和2018年加州野火造成超过300亿美元的赔偿负债，于2019年申请破产保护，并于2020年夏季完成重组，将安全举措列为核心议题。该公司近期表示，已完成超过1200英里地下电力线路的铺设，今年还将继续推进数百英里的建设。今年5月1日，PG&E宣布"自2018年启动社区野火安全计划以来，已累计完成超过1640英里的系统升级工程（包括加固电杆和覆盖型输电线路），并计划今年再完成314英里的系统升级"。该公司的长期目标是将其整个输电系统中的10000英里线路实现地下化。

圣地亚哥燃气与电力公司（SDG&E）是加州多家正在推进高野火风险区架空线路地下化改造的电力公司之一（图4）。该公司还与多家电力公司一道，在气象条件加剧野火风险时主动采取公共安全断电措施（PSPS）。SDG&E将其计划命名为"战略性地下化工程"，并将其纳入公司野火减缓计划的重要组成部分。SDG&E表示，该项目旨在降低公共安全断电对消防站、医疗中心、学校和图书馆等关键设施的影响。

图4：干草地里的木质电线杆，既可能是火源，也可能成为火灾受害者。将线路埋入地下，两个隐患同时消除——既无火花引燃草场，也无需在烟尘散尽后更换焦黑的电杆。图片来源：Galyna_Andrushko / Envato Elements

SDG&E表示："战略性地下化工程将通过对关键社区设施附近的配电线路实施地下化改造，全面提升野火防御能力和供电可靠性。将架空输电线路移入地下，有效消除了恶劣天气下电弧引发火灾的风险，同时使相关线路在公共安全断电期间仍可保持带电运行，从而减少停电对易发火灾社区的影响。"SDG&E还表示："各线路或项目完成地下化改造后，原有的架空线路和设备将予以拆除，但具体拆除范围可能因线路配置情况而有所不同。例如，若电线杆同时为电话或有线电视等其他公用事业服务商所共用，且该服务商仍需使用，则相关电线杆将保留，以继续支撑其他服务。"SDG&E于2019年启动战略性地下化工程，预计持续推进至2032年，目标是完成约1500英里输电线路的地下化改造。

加州独立系统运营商（CAISO）近期遴选LS Power电网加州公司（LSPGC），负责融资、建设、拥有、运营和维护一条新建230千伏地下输电线路。该项目旨在强化旧金山湾区的电力基础设施，提升电网可靠性。据悉，该线路全长约11公里，将连接硅谷电力公司的北部受电站变电所与PG&E的圣何塞B变电所，是LSPGC"圣克拉拉谷供电"和"南湾供电"项目的延伸，后两个项目预计于2028年投入运营。这条230千伏线路已获CAISO 2024—2025年输电规划批准，估算建设成本为1.5亿至2亿美元，计划于2030年6月前投入运营。

"我们感谢CAISO通过此次竞争性遴选继续对LS Power寄予信任，"LS Power开发总裁Paul Thessen在声明中表示，"我们始终如期兑现承诺，此次项目是我们在加州日益扩大的业务布局和全美丰富输电项目开发经验的又一体现。我们期待与各方合作伙伴携手，共同为湾区交付这一重要基础设施。"Thessen还补充道："CAISO在竞争性输电规划领域处于领先地位，其透明、审慎的年度规划流程确保了电力消费者从中受益。"该线路投入使用后，PG&E预计将接手负责项目的运营和维护，以支撑圣何塞地区不断增长的能源需求。LSPGC目前已有一项资产投入运营——位于弗雷斯诺县的果园变电站，同时在全州还有五个输电项目正在开发，其中两个位于湾区。

科罗拉多州及其他州的地下化实践

科罗拉多州最大的电力公司、同时也是野火风险日益加剧的能源巨头Xcel Energy指出，将电力线路埋入地下并非总是最优选择，原因之一在于地下线路仍面临停电风险，且故障抢修耗时更长。该公司还指出，"建设和安装地下线路的成本是架空线路的5至10倍。"

尽管如此，Xcel仍在积极推进电力线路地下化投资（图5），以提升供电可靠性和野火安全性。该公司科罗拉多州总裁Robert Kenney今年早些时候表示，Xcel计划在未来几年内，在科罗拉多州高风险地区埋设约50英里的配电线路，其中包括博尔德县。该地区至今仍对2021年12月底发生的马歇尔大火记忆犹新——那场大火烧毁了丹佛以北、博尔德以南的苏必利尔镇和路易斯维尔镇近1100栋房屋。

图5：Xcel Energy已在其服务区域内多个社区完成输电线路地下化改造，包括科罗拉多州。该公司将地下化作为支撑电网建设、降低野火风险的多项工具之一。图片来源：POWER

马歇尔大火发生后，博尔德市已陆续完成多项地下化工程，并正在推进更多项目。科罗拉多州公用事业委员会于去年8月批准了Xcel的2025—2027年野火减缓计划，Xcel表示该计划将助力其"扩大野火减缓工作的范围、推进速度和实施规模"，博尔德及周边地区均在计划覆盖范围之内。

Xcel发言人Lisa Andersen告诉POWER："Xcel Energy将地下化作为强化电网、降低野火风险的工具之一，但在具体决策时，会综合考量成本、地形和许可限制等多重因素。目前，科罗拉多州约有19000英里配电线路实现了地下化，其中约4000英里位于高风险区域，约占全州系统总量的50%。由于上述诸多制约因素，地下化的输电线路比例远低于配电线路。"

Andersen补充道："我们目前的策略聚焦于在效益最大化的区域开展针对性地下化改造，例如野火风险较高或供电可靠性有较大提升空间的地区。在科罗拉多州，我们的野火减缓计划拟在2027年底前，在高风险区域对约50英里的配电线路实施地下化改造，同时推进其他系统加固升级工作。这部分工作的资本支出估算约为8030万美元，折合每英里约312万美元。"

"地下化有助于降低野火风险，保护基础设施免受天气侵害，但其建设和维护工作更为复杂，"Andersen表示，"项目推进需要与其他公用事业单位协调配合，涉及大量许可审批流程，还须充分考虑地形条件、环保要求以及现有地下基础设施情况。因此，Xcel Energy对地下化方案逐案评估，并结合其他解决方案——如加固电杆、强化导线、覆盖型导体以及先进电网技术——以最低成本为客户提供最大化的可靠性和安全效益。"

Xcel还在对一条穿越丹佛市中心至东南部地区的地下线路进行更换和升级。该项目自2025年9月启动，预计明年竣工，涉及对一条长约10公里的230千伏Leetsdale-Monroe-Elati地下输电线路的整体替换。该线路穿越近年来经历显著增长的区域，用电需求大幅攀升。

其他州的立法动向

弗吉尼亚州立法机构今年要求州公用事业委员会就输电线路地下化问题开展专项研究。据悉，此举源于对数据中心带来的电力需求激增的预判——弗吉尼亚州是美国数据中心最密集的地区之一。Scenic America与Scenic Virginia联合倡导推动了相关立法，致力于推广韧性、可靠且视觉友好的基础设施建设。

"这项研究将有助于更清晰地揭示地下化的长期价值。综合考量维护成本降低、停电次数减少以及韧性增强等因素，地下化往往是一项明智的投资，"Feldman表示，"我们对弗吉尼亚州承诺以严格的数据驱动方式评估上述效益表示赞赏。"

新泽西州立法机构今年也提出了一项新法案，要求在受到严重天气或自然灾害影响的地区，将电力配电线路改为地下铺设。支持者表示，该措施将有效提升供电可靠性和公共安全。该法案将要求州公用事业监管机构为地下安装建立标准，优先适用于曾遭受或易受严重天气及自然灾害影响的地区，并将"重大灾难性事件"定义为导致至少10%用电客户大规模停电的严重风暴、洪涝或地震等灾害。

成本争议与经济效益分析

亚利桑那州图森电力公司（TEP）梳理了"电力线路地下化须知五件事"，与其他电力公司一样，强调成本始终是核心考量因素。TEP就"为何不将所有线路埋入地下"这一问题回应称："简而言之，成本更高——对于高压线路而言尤为如此——而且并不能切实提升可靠性。地下线路虽可抵御某些类型的损害，但在其他方面反而更为脆弱，可能导致故障停电时间更长。"

不过，TEP在官网上也指出："在向当地居民和企业输电的近8000英里低压配电线路中，超过一半——约4800英里——已实现地下化。在大多数情况下，地下安装的额外费用由开发商或业主承担，以避免将成本转嫁给全体TEP用电客户。"值得注意的是，该公司明确表示不对输电线路实施地下化改造。"我们全部2200英里的高压线路均为架空敷设，因为将其埋入地下会大幅推高成本，而且对于电压等级更高的项目，这一成本溢价将更为显著。"

"部分原因在于，输电线路的电流传输量远高于配电电缆，"TEP写道，"由于地下线路无法像架空线路那样自然散热，这些多余热量必须通过专门手段加以管控，以防止过载，这就需要采用造价更高的导体和其他绝缘基础设施。此外，更高的成本通常还反映了更复杂的土木工程要求、更大的地面扰动范围以及更多的劳动力投入。"

TEP指出，"将线路埋入地下，可能使配电项目成本翻倍，而输电线路项目的成本则可能增加10至20倍。以TEP最新研究的'中城可靠性项目'为例，这条138千伏线路的架空建设成本约为每英里120万美元，而地下建设成本则高达每英里1520万至2670万美元。上述两项估算均反映当前成本水平，且均不含土地使用权费用。"

TEP中城可靠性项目是一项耗资2200万美元的基础设施建设项目，于2024年获批，目标是在2027年前完成图森电网的现代化改造。TEP输配电规划与业务运营总监Mike Nitido表示，公司最新的五年资本预算预测显示，将通过2028年在新发电、输电和配电系统资产上投入34.5亿美元。"我们的目标是提供安全、可靠、日益清洁的电力，同时确保用电价格保持合理，这需要在各方面持续寻求平衡，"Nitido说。

破除成本认知误区

Scenic America的Feldman告诉POWER："'地下化成本比传统架空线路高出14倍'的说法是一个误区。真实的前期成本差距是2至3倍，这在Dominion Energy和佛罗里达电力与照明公司（FPL）等实际项目中均已得到印证。10至15倍的数字很可能来自一项对所有线路进行地下化改造的旧版研究，而非战略性、针对性的地下化方案。经济分析表明，若一条架空线路在10年内发生一次停电倒塌，地下化的成本即可实现收支平衡；若发生一次以上，则在经济上更具优势。"

Dominion Energy表示，其于2014年启动的"战略地下化计划"旨在识别最易发生停电的架空线路，并与业主合作将其迁入地下。"通过数据驱动的分析流程，我们持续追踪分析10年间各支线的运行表现，将其中停电频率最高的线路列为地下化改造的优先对象，"该公司表示，"树木是导致停电的首要原因，而进入社区的支线架空线路在风暴中受损最为严重，维修次数也最多。"该公司还指出："尽管停电情况仍可能发生，但将损坏频率最高的输电线路改为地下铺设，将整体提升配电系统的可靠性。"

FPL的"风暴安全地下化计划"（SSUP）同样启动于数年前，主动将社区架空输电线路替换为地下电缆，有效提升了电网抵御极端天气的能力，并减少了植被引发的停电事故。FPL表示，该计划采用定向钻进技术，最大限度降低对地产的影响，并依据历史风暴停电数据进行项目选择。

FPL表示，自2006年以来已累计投入近40亿美元用于电网加固，"其中相当大比例专项用于线路地下化，以提升风暴韧性。尽管全面实现地下化的长期总成本估计高达350亿美元，但截至2025年中，FPL已将超过50%的配电系统迁入地下。"

Feldman指出，有多重因素有助于提升地下化方案长期可行性，其中包括：

"此外，在公路和铁路通行权（ROW）范围内推进输电线路地下化改造，存在大量节约成本的机遇，"Feldman表示，"美国联邦公路管理局已认定，在公路通行权范围内共建公用事业设施符合公共利益，并获联邦法规许可。通行权范围内的地下化方案能有效破解输电扩容在选线方面的多重难题——避免另辟全新架空走廊的困难，助力高效输送电力以支持电动汽车充电需求，为交通管理机构开辟新的收益来源，降低环境影响，减少耗时费力的选址/改线研究需求，并降低公众集体反对的风险，"Feldman说。

Feldman还指出，电力公司可通过争取更低的保险费率、减少责任风险敞口来降低地下化的综合成本，并强调了将输电线路迁入地下所带来的环境美化价值。

"架空线路造成的视觉污染，破坏了自然景观的内在美，而这对人们的身心健康至关重要，这一影响在弱势社区中尤为深刻。人们倾向于在视觉上令人愉悦的环境中生活和工作，因为这样的环境能激发自豪感、幸福感和社区归属感，"Feldman说，"地下化改造能够提升地面景观的视觉质量，为居民和企业创造更具吸引力的空间。"

——Darrell Proctor，POWER高级编辑

Q&A

Q1：将电力线路埋入地下，成本大概是架空线路的几倍？

A：实际成本差距因线路类型而异。对于低压配电线路，地下化成本约为架空线路的2至3倍；对于高压输电线路，差距则可扩大至10至20倍甚至更高。以图森电力公司（TEP）的中城可靠性项目为例，138千伏架空线路每英里造价约120万美元，而地下线路每英里造价高达1520万至2670万美元。不过，综合考虑野火赔偿、维护成本减少和供电可靠性提升等因素，地下化在长期经济效益上往往更具优势。

Q2：地下化电力线路真的能有效防止野火吗？

A：是的，效果显著。调查表明，近年来加州、夏威夷和德克萨斯州多起重大野火均由架空输电线路引发。将线路埋入地下，既能防止初始起火，也能阻断火势蔓延。加州已要求主要电力公司提交10年地下化计划，PG&E等公司也因野火赔偿责任而加速推进地下化工程。美国能源部报告也指出，地下线路可显著降低极端天气和野火造成中断的风险。

Q3：目前有哪些新技术可以加快电力线路地下化施工？

A：美国能源部2024年通过ARPA-E项目投入3400万美元，专项支持新型地下化施工技术研发。其中最受关注的是GE Vernova研发的SPEEDWORM机器人，它模仿蚯蚓和树根的运动方式，能在约两小时内一步完成约305米电缆和导管的挖掘与铺设。此外，其他获资助项目还融合了人工智能和传感器技术，以进一步提升地下配电系统的建设效率。