城市變電站建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢探討

夏 溢

上海市節(jié)能減排中心有限公司

0 引言

電力安全是社會穩(wěn)定運行、經(jīng)濟健康發(fā)展的重要保障，變電站作為電力供應(yīng)的節(jié)點已成為城市重要基礎(chǔ)設(shè)施。隨著城市快速發(fā)展，電力需求不斷提升，變電站布點數(shù)量越來越多，運行可靠性要求也越來越高。與此同時，部分城市發(fā)展過程中區(qū)域與變電站建設(shè)在生態(tài)環(huán)保、景觀環(huán)境、土地供應(yīng)、社會穩(wěn)定等方面的不協(xié)調(diào)問題也日益凸顯。如何從城市高質(zhì)量發(fā)展、精細化管理出發(fā)，更好地推進城市變電站的建設(shè)和發(fā)展，成為一個亟待探討的問題。

1 城市變電站建設(shè)現(xiàn)狀

城市變電站建設(shè)基本分為獨立地上、獨立地下和結(jié)合建設(shè)三種模式。獨立地上是指單獨取得用地，主要電氣設(shè)備均位于地上獨立建筑內(nèi)的變電站；獨立地下是指單獨取得用地，但主要電氣設(shè)備均位于地下獨立建筑內(nèi)的變電站；結(jié)合建設(shè)是指將變電站與公共建筑內(nèi)其他非居住建筑綜合結(jié)建的變電站，結(jié)建對象多為商業(yè)、辦公建筑或工業(yè)、倉儲物流建筑等，基本排除住宅、學校、醫(yī)院、護理院等噪聲、電磁環(huán)境敏感目標[1]。

目前，國內(nèi)獨立地上變電站仍占多數(shù)，獨立地下和結(jié)建變電站處于試點推廣階段。截至2017年，全國電力系統(tǒng)總計建成和投運的66 kV及以上電壓等級的地下變電站僅為112座，主要分布在北京、上海、廣東等11個省市和自治區(qū)[2]。上海作為特大型城市，在地下變電站和結(jié)建變電站建設(shè)方面領(lǐng)先全國。至2019年底，上海地下變電站總數(shù)達32座，其中500 kV 2座（含全國首座）。這些地下變電站基本集中在中心城區(qū)，僅占全市變電站的3%左右；在結(jié)建方面，至2019年底，35 kV及以上電壓等級的變電站達22座，同樣集中在中心城區(qū)，整體占比較地下變電站略低。

國外以東京、倫敦、巴黎為代表的大型城市地下變電站建設(shè)經(jīng)驗較為豐富，但數(shù)量上仍是地上變電站占多數(shù)，其中東京是地下變電站建設(shè)較多的城市。為最大限度地利用城市空間，東京地下變電站大多采取了結(jié)建模式，如新宿變電站、高輪變電站、275 kV東新宿變電站和500 kV新豐洲變電站分別建于公園地下、寺廟地下、東京電力公司辦公樓地下和東京電力公司數(shù)據(jù)存儲中心地下[3，4]。

2 城市變電站建設(shè)模式的優(yōu)勢及問題

1)建設(shè)投資方面

地下變電站的建設(shè)投資大幅超過地上變電站：一是建筑安裝工程費較大。除建筑體量外，地下建筑還需進行基坑開挖，其維護、通風、排水和消防系統(tǒng)也更復雜，因此，整體建筑安裝工程費較高。經(jīng)計算，110 kV地下站建筑安裝工程費約為地上站的3～6倍。二是設(shè)備費用較高。地下空間對設(shè)備小型化、火災(zāi)危險性等級等要求更高。如地上變電站多使用火災(zāi)危險性等級為丙類的油浸式絕緣變壓器，而地下變電站多使用火災(zāi)危險性等級為丁類的六氟化硫氣體絕緣變壓器，其價格為油浸式絕緣變壓器的4倍左右?？傮w來看，規(guī)模相同的110 kV變電站，地下站總投資約為地上站的3～4倍。此外，結(jié)建變電站還需考慮具體項目的個性化設(shè)計，其建設(shè)投資差異性較大。

2)運營安全性方面

在現(xiàn)有技術(shù)水平下，地下變電站的安全風險仍相對較高。一是地下建筑易出現(xiàn)滲水、返潮等現(xiàn)象，設(shè)備運行條件相對惡劣，易出現(xiàn)故障。二是地下變電站逃生通道較長，使有毒氣體易于聚集。此外，地下空間預留孔洞較多，方向辨識困難，一旦發(fā)生火災(zāi)或氣體泄漏，逃生和救援難度遠高于地上變電站。三是近年來城市頻繁出現(xiàn)的內(nèi)澇，也對地下變電站的安全運行產(chǎn)生重大威脅。盡管如此，需看到的是，隨著地下建筑及變電站智能運維技術(shù)的發(fā)展，上述風險日趨可控。此外，從人民防空安全角度看，在部分緊急狀態(tài)下，地下變電站比地上變電站更有利于保障城市核心供能。

3)土地資源利用方面

由于地下變電站各層平面均需布置大面積的進、排風井及設(shè)備運輸通道，造成同樣電氣規(guī)模下地下變電站建筑總體量和實際用地指標大于地上變電站。以上海為例，35 kV變電站用地指標為：地上0.2 hm2、地下0.27 hm2；110 kV變電站用地指標為：地上 0.24 hm2、地下 0.36 hm2[5，6]，地下變電站用地指標增加了35%～50%。如果僅從土地供應(yīng)方面看，獨立地下變電站并不具備優(yōu)勢，需通過結(jié)建方式實現(xiàn)土地分層使用，才能發(fā)揮地下變電站集約用地的作用。

4)環(huán)境影響方面

地下變電站和結(jié)建變電站較之獨立地上變電站有著一定優(yōu)勢。一是地下變電站由于主體位于地面以下，噪聲僅能通過風口傳出，故衰減明顯，而建筑的屏蔽作用也使電磁得到控制；二是地下變電站使地上建筑較少，僅需布置出入口、進排風井等。這些出入口、風井等通過與地上的綠化、建筑小品或其他建筑的有機結(jié)合而融于周邊環(huán)境。此外，結(jié)建變電站建筑立面的設(shè)計多經(jīng)充分優(yōu)化，突出環(huán)境景觀，使其在結(jié)建的商業(yè)、辦公建筑中具有極高的隱蔽性，如與環(huán)球港結(jié)建的上海盤灣和建于地鐵上方的新七寶110 kV變電站等，見圖1、2。

圖1 與環(huán)球港結(jié)建的上海110 kV盤灣站

圖2 建于地鐵上方的上海110 kV新七寶站

5)建設(shè)程序方面

獨立地上和獨立地下變電站的建設(shè)多采用劃撥用地，即用地直接劃撥給變電站建設(shè)運營單位-各地電力公司。而結(jié)建變電站，特別是與商辦結(jié)建的建筑，多采用土地出讓方式，由主體商辦項目的開發(fā)單位（非電力公司）獲得用地，并由其完成變電站土建部分的報批和施工，而電力公司僅負責完成變電站的后續(xù)電氣安裝，對土建部分實施回購（或由商辦項目開發(fā)單位無償移交）。實踐中，結(jié)建變電站的建設(shè)經(jīng)常發(fā)生以下問題：一是商辦項目開發(fā)單位易按一般地產(chǎn)項目管理流程報建、備案，而未同步辦理變電站核準，造成審批流程不完整；二是建設(shè)進度銜接不暢，部分急需投運的變電站由于主體項目的拖延而被迫延期；三是商辦項目開發(fā)單位消極配合及變電站土建回購和移交產(chǎn)生的稅費較高，導致結(jié)建變電站產(chǎn)證辦理困難。

6)適用范圍方面

目前，地下變電站和結(jié)建變電站主要集中在中心城區(qū)，以降低變電站鄰避效應(yīng)。獨立地上變電站在中心城區(qū)也有分布，但考慮到中心城區(qū)土地資源緊張，而變電站選址需滿足諸多要求，如退界及安全距離、站址面積以滿足設(shè)備布置等，近年來在中心城區(qū)的選址日趨困難。此外，結(jié)建變電站的結(jié)建對象多為商辦建筑，而部分變電站，如住宅區(qū)變電站等，周邊缺乏可結(jié)建的商辦建筑，導致結(jié)建模式適用范圍存在局限性。

綜合上述分析，獨立地上變電站建設(shè)投資成本和安全運維風險較低，但部分區(qū)域選址困難，且如果鄰近敏感目標，易引發(fā)社會穩(wěn)定性風險；獨立地下變電站噪聲和電磁環(huán)境控制更優(yōu)，景觀融合性強，可降低社會穩(wěn)定性風險，有助于人防安全，但建設(shè)投資高，運維安全風險在現(xiàn)有技術(shù)水平下也較高；結(jié)合建設(shè)變電站，景觀融合性強，且結(jié)合建設(shè)的地下變電站，還可通過土地分層使用實現(xiàn)集約用地，但建設(shè)流程復雜、產(chǎn)證辦理困難。

3 城市變電站發(fā)展趨勢

由于擔心噪聲、電磁環(huán)境及房屋租售受到變電站的影響，城市居民對電力設(shè)施的“鄰避效應(yīng)”日益明顯，造成了越是城市核心、負荷密度高、亟須變電站布點的區(qū)域，變電站選址及建設(shè)越發(fā)困難的局面。

為緩解相關(guān)矛盾、提升變電站建設(shè)效率的同時體現(xiàn)民生關(guān)懷，后續(xù)城市變電站的總體發(fā)展預計將遵循景觀融合和功能復合兩大趨勢。

1)景觀融合方面：地下變電站具有較大優(yōu)勢，可結(jié)合城市區(qū)域特點，在安全經(jīng)濟的前提下繼續(xù)推廣。并可學習東京經(jīng)驗，從提升土地利用效率出發(fā)，多采用結(jié)建模式建設(shè)地下變電站。此外，考慮到安全運維的便利性和企業(yè)投資壓力，地下變電站可試點采用創(chuàng)新的半地下式建設(shè)方式，即將變壓器等主要電氣設(shè)備設(shè)置于地面以上或下沉式廣場首層，其他設(shè)備布置于地面以下，并結(jié)合綠化、造景以達到較好的景觀融合性。對城市非核心區(qū)域，短期來看，獨立地上變電站仍是較為經(jīng)濟的選擇，可借鑒城市垃圾電廠、分布式能源中心等景觀融合經(jīng)驗，進一步提升建筑美觀性或偽裝性。

2)功能復合方面：主要考慮突破現(xiàn)有結(jié)建經(jīng)驗的限制，化被動結(jié)建為主動結(jié)建，在無合適商辦項目的情況下，變電站主動復合其他功能，成為綜合項目的一體。如目前電網(wǎng)企業(yè)已個別推進以變電站為主體，復合光伏發(fā)電、儲能、數(shù)據(jù)中心、5G通信基站等功能的綜合能源站。

此外，從城市資源匱乏度看，變電站結(jié)合停車場及電動汽車充電站建設(shè)也可作為創(chuàng)新突破方向。在城市核心地區(qū)，停車位往往處于緊缺狀態(tài)，變電站建設(shè)如能帶來停車位、充電站點的增加，將有效提升周邊市民的獲得感，緩解“鄰避效應(yīng)”。以上海典型設(shè)計的110 kV地上變電站為例，如在其半地下電纜層下方增加一層停車場，按上海110 kV典型設(shè)計變電站的建設(shè)用地指標及2011修訂版的《上海市城市規(guī)劃管理技術(shù)規(guī)定》地下建筑離界距離（地下建筑離界距離［建筑退用地范圍紅線］不小于地下建筑物深度的0.7倍）測算，地下車庫最大面積約1 750 m2左右。而地下車庫的集約設(shè)計，停車面積最小約35 m2/臺，不考慮風機等輔助房間的情況下，1 750 m2最多可布置50個停車位。如考慮雙層建設(shè)，停車位則有望增加至90個。目前，地下停車場，包括雙層立體車庫的地下停車場，充電樁配置方案已較成熟。變電站結(jié)建地下停車場后，可結(jié)合周邊需求和商業(yè)經(jīng)濟性，合理配置充電設(shè)施。

4 結(jié)論

對城市變電站現(xiàn)有三種主要建設(shè)模式分析發(fā)現(xiàn)，獨立地上變電站投資成本及安全風險較低，但城市部分區(qū)域選址困難，易引發(fā)社會穩(wěn)定性風險；獨立地下變電站噪聲和電磁影響控制更優(yōu)、景觀融合性也強，但投資成本及安全風險較高；結(jié)合建設(shè)變電站景觀融合性強，且結(jié)建地下變電站土地資源利用效率較高，但目前的結(jié)建方式建設(shè)流程復雜、產(chǎn)證辦理困難。

為提升建設(shè)效率、體現(xiàn)民生關(guān)懷，后續(xù)城市變電站的建設(shè)將進一步景觀融合化和功能復合化。城市核心區(qū)域在經(jīng)濟、安全前提下，可多采用結(jié)建模式建設(shè)地下變電站；非核心區(qū)域，在進一步提升建筑美觀或偽裝前提下，獨立地上變電站仍是較為經(jīng)濟的選擇。功能復合方面，可考慮與停車場、充電站、儲能、光伏發(fā)電、數(shù)據(jù)中心、5G基站等進行結(jié)建，擴大變電站的結(jié)建形式。