多站融合工程環(huán)境影響因素研究

李 峰，趙愛蓮，戴 崢，李 真

(1.國網(wǎng)上海市電力公司電力經(jīng)濟技術(shù)研究院，上海 200233；2.中國電力工程顧問集團華東電力設(shè)計院有限公司，上海 200001)

0 引言

為了順應(yīng)能源革命和數(shù)字革命融合發(fā)展趨勢，國家電網(wǎng)有限公司于2019年初提出了“建設(shè)具有樞紐型、平臺型、共享型特征的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，建設(shè)運營好堅強智能電網(wǎng)、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”，即建設(shè)“三型兩網(wǎng)”企業(yè)的戰(zhàn)略目標[1]。為實現(xiàn)“三型兩網(wǎng)”戰(zhàn)略目標，多站融合是重要舉措。多站融合，即突破傳統(tǒng)的變電站理念，將傳統(tǒng)變電站與數(shù)據(jù)中心、北斗基站、5G基站、充電樁、儲能站等多個站點融合為一體。2019年，上海浦東35kV殷家浜變電站、山西省太原市220kV迎西變電站及江蘇無錫220kV紅旗變電站等多個多站融合工程相繼投入運行。隨著“三型兩網(wǎng)”的推進，多站融合工程將是電網(wǎng)企業(yè)的重點發(fā)展方向之一。

從環(huán)境保護角度看，多站融合工程充分利用變電站站址資源，集約化建設(shè)，節(jié)約用地，是“三線一單”理念的落實，屬于環(huán)境合理性工程。然而，傳統(tǒng)變電站屬于輸變電工程，環(huán)境影響因素清晰，環(huán)境影響評價方法已趨完善，而多站融合工程集中了多類工程的環(huán)境影響因素，環(huán)境影響問題變得更為復雜。目前多站融合工程相關(guān)研究較少[2-10]，尚無多站融合工程環(huán)境影響相關(guān)研究。

本文從多站融合工程各融合站點的設(shè)備組成、融合建設(shè)技術(shù)特點入手，對多站融合工程產(chǎn)污環(huán)節(jié)進行分析，篩選出多站融合工程環(huán)境影響因素。研究成果可為多站融合工程環(huán)境影響評價、設(shè)計咨詢等工作提供指導，從環(huán)境保護角度為“三型兩網(wǎng)”目標的實現(xiàn)提供支撐。

1 多站融合工程及技術(shù)特點

1.1 變電站

傳統(tǒng)變電站由電氣一次設(shè)備、系統(tǒng)及電氣二次設(shè)備、采暖通風和空調(diào)設(shè)備、給排水和消防設(shè)備等構(gòu)成。其中，系統(tǒng)及電氣二次設(shè)備主要為繼電保護設(shè)備、安全自動控制裝置、調(diào)度自動化設(shè)備、通信設(shè)備，作用為保證電氣一次設(shè)備安全、可靠運行，布置于建構(gòu)筑物內(nèi)；采暖通風和空調(diào)設(shè)備及給排水和消防設(shè)備也基本布置于建構(gòu)筑物內(nèi)；變電站對周圍環(huán)境產(chǎn)生影響的主要為電氣一次設(shè)備。

電氣一次設(shè)備主要包括主變壓器、低壓無功補償裝置(并聯(lián)電抗器、并聯(lián)電容器)、配電裝置(斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、架空母線等)及高壓電抗器。

按電氣設(shè)備布置型式，變電站可分為戶外變電站、半戶內(nèi)變電站、戶內(nèi)變電站及地下變電站幾種。主變壓器、配電裝置露天布置的變電站為戶外變電站，主變壓器或配電裝置布置于建構(gòu)筑物內(nèi)的變電站為半戶內(nèi)變電站，變電站電氣設(shè)備均布置于建構(gòu)筑物內(nèi)的變電站為戶內(nèi)變電站，電氣設(shè)備均布置于地下的變電站為地下變電站。

與數(shù)據(jù)中心融合建設(shè)的變電站電壓等級有35kV、66kV、110kV和220kV四種電壓等級[11]，涵蓋戶內(nèi)、半戶內(nèi)變電站。

1.2 數(shù)據(jù)中心

常規(guī)數(shù)據(jù)中心[12]由主機房(包括服務(wù)器機房、網(wǎng)絡(luò)機房、存儲機房等)、輔助區(qū)(包括進線間、測試機房、總控中心、消防和安防控制室、備件庫、打印室、維修室等)、支持區(qū)(包括變配電室、柴油發(fā)電機房、電池室、空調(diào)機房、動力站房、UPS系統(tǒng)用房、消防設(shè)施用房等)、行政管理區(qū)(包括辦公室、門廳、值班室、盥洗室、更衣間和用戶工作室等)組成的。

與新建變電站融合建設(shè)的數(shù)據(jù)中心有集裝箱式、獨立建筑式兩種建設(shè)模塊(如表1所示)。利用已有變電站融合建設(shè)數(shù)據(jù)中心工程，可通過優(yōu)化調(diào)整變電站建筑內(nèi)的設(shè)備設(shè)施平面布置，騰挪出一定空間用于建設(shè)數(shù)據(jù)中心。

表1 數(shù)據(jù)中心站典型模塊

1.3 北斗基站

北斗基站主要由室外設(shè)施和室內(nèi)儀器柜組成。室外設(shè)施包括觀測墩、扼流圈天線、避雷器等。室內(nèi)設(shè)備主要包括機柜和安裝在機柜內(nèi)的GNSS接收機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、浪涌保護設(shè)備、電源設(shè)備等。室內(nèi)與室外設(shè)備相互獨立，通過扼流圈天線與基準站GNSS接收機連接[13]。

與變電站融合建設(shè)的北斗基站觀測墩可選擇在變電站主控樓的樓頂搭建，基準站的室內(nèi)設(shè)備安裝在變電站主控室內(nèi)，GNSS接收機可直接利用站內(nèi)已有通信電源供電，無需單獨配套UPS電源；GNSS天線及觀測墩設(shè)置在站內(nèi)避雷針保護范圍之內(nèi)，充分利用站內(nèi)已有避雷設(shè)施和浪涌保護器來達到對基準站設(shè)備的防雷目的。

1.4 5G基站

移動通信基站有機房、電線、鐵塔桅桿等結(jié)構(gòu)部件。其中，機房主要配備信號收發(fā)器、監(jiān)控裝置、滅火裝置、供電設(shè)備和空調(diào)設(shè)備；塔桿包括防雷接地系統(tǒng)，塔體，基礎(chǔ)，支架，電纜和輔助設(shè)施等幾個部分的結(jié)構(gòu)。從設(shè)備形態(tài)角度劃分，5G基站可分為基帶設(shè)備、射頻設(shè)備、一體化gNB設(shè)備以及其他形態(tài)的設(shè)備。其中，5G基帶設(shè)備又包含了BBU、CU、DU不同類型的物理設(shè)備，5G射頻設(shè)備包含了AAU和RRU設(shè)備。與變電站融合建設(shè)的5G基站監(jiān)控裝置、滅火裝置及供電系統(tǒng)可依托變電站建設(shè)。

1.5 充電樁

獨立的、對外經(jīng)營的充電樁配備有供電系統(tǒng)、充電設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)及相應(yīng)的配套設(shè)施。供電系統(tǒng)主要由一次設(shè)備(包括開關(guān)、變壓器及線路等)和二次設(shè)備(包括檢測、保護、控制裝置等)組成。充電設(shè)備是充電站電氣系統(tǒng)的核心，一般分直流充電樁和交流充電樁。監(jiān)控系統(tǒng)由一臺或多臺服務(wù)器組成。與變電站融合建設(shè)的充電樁電能直接依托變電站供給，僅設(shè)置充電樁。典型的220kV紅旗變電站融合模型如圖1～圖3所示。

圖1 220kV紅旗模型

圖2 220kV紅旗變電站內(nèi)融合建設(shè)的數(shù)據(jù)中心和北斗基站

圖3 220kV紅旗變電站內(nèi)融合建設(shè)的5G基站和充電樁

1.6 儲能站

儲能站儲能載體為電池，主要類型有鋰電池、硫鈉電池、液流電池等，商業(yè)成熟度高的為鋰電池。儲能站主要系統(tǒng)組成包括電池艙、PCS升壓艙、10kV匯流艙、智能總控艙、SVG艙。與變電站融合建設(shè)的儲能站公用工程可結(jié)合變電站，降低UPS電源等配置。

2 多站融合工程產(chǎn)污環(huán)節(jié)分析

2.1 變電站

(1)變電站內(nèi)各種變電設(shè)備(包括主變壓器、高壓斷路器等)在運行過程中會產(chǎn)生工頻電場、工頻磁場。融合建設(shè)的變電站電壓等級最高為220kV，且建設(shè)型式為戶內(nèi)、半戶內(nèi)變電站，因此電磁環(huán)境影響相對較小。

(2)變電站主變壓器、電抗器等電氣設(shè)備運行過程中產(chǎn)生噪聲，以中低頻為主。融合建設(shè)的變電站電壓等級相對較低，且采用戶內(nèi)、半戶內(nèi)建筑型式，由于建筑物的隔聲，其對廠界噪聲貢獻較小。

(3)變電站運行期間值班、值守人員或檢修人員會產(chǎn)生少量生活污水。

(4)變電站運行期值班、值守人員或檢修人員會產(chǎn)生少量生活垃圾。

(5)二次設(shè)備中直流及交流不停電電源系統(tǒng)內(nèi)到期更換下來的廢舊蓄電池。

(6)變電站變壓器、油浸式低壓電抗器等含油設(shè)備事故情況下將產(chǎn)生廢油。

2.2 數(shù)據(jù)中心

(1)數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)設(shè)備運行過程中會產(chǎn)生電磁輻射；但融合建設(shè)的數(shù)據(jù)中心建筑或集裝箱采取了一系列屏蔽措施，且選用電磁兼容性好、電磁輻射弱的計算機終端設(shè)備，機房內(nèi)的電磁場即能達到國家相關(guān)標準要求，不會泄露到戶外，不會對外環(huán)境產(chǎn)生電磁影響。

(2)數(shù)據(jù)中心設(shè)備運行過程中會產(chǎn)生噪聲，噪聲來源：服務(wù)器、交換機、存儲器等IT設(shè)備；冷水機組、水泵、冷卻塔、風機等暖通設(shè)備；變壓器、柴油發(fā)動機、不間斷電源等電氣設(shè)備。融合建設(shè)的數(shù)據(jù)中心采取風冷、蒸發(fā)冷冷卻方式，取消變壓器、柴油發(fā)動機等電氣設(shè)備，噪聲影響相對較小。

(3)數(shù)據(jù)中心工作人員會產(chǎn)生生活污水，與變電站融合建設(shè)的數(shù)據(jù)中心運行可依托變電站工作人員，不增加生活污水量。

(4)數(shù)據(jù)中心運行過程中會產(chǎn)生更換下來的廢舊蓄電池、廢舊電子設(shè)備組件。與變電站融合建設(shè)的數(shù)據(jù)中心不停電電源可依托變電站，運行過程中不增加廢舊蓄電池。

(5)數(shù)據(jù)中心工作人員產(chǎn)生少量生活垃圾，與變電站融合建設(shè)的數(shù)據(jù)中心依托變電站運行，不增加固廢產(chǎn)生量。

2.3 北斗基站

(1)融合建設(shè)的北斗基站機柜內(nèi)電氣設(shè)備運行過程中可能產(chǎn)生電磁環(huán)境影響。

(2)融合建設(shè)的北斗基站機柜內(nèi)電氣設(shè)備運行過程中產(chǎn)生噪聲影響。

2.4 5G基站

(1)基站機房內(nèi)設(shè)備如信號發(fā)射機、功率放大器等運行期會產(chǎn)生電磁場，但這部分電氣設(shè)備己采取了良好的屏蔽措施，并且設(shè)備放置在機房內(nèi)，對周圍環(huán)境不會造成電磁輻射污染?；菊＿\行時，發(fā)射天線向周圍發(fā)射不同頻率范圍段的電磁波，導致周圍環(huán)境電磁輻射場強增高。

(2)基站設(shè)備及空調(diào)運行期產(chǎn)生機械噪聲。

(3)基站機房內(nèi)運行期將定期更換下來廢舊蓄電池，增加固廢。

2.5 充電樁

(1)融合建設(shè)的充電樁充電過程中設(shè)備運行會產(chǎn)生極低的噪聲。

(2)融合建設(shè)的充電樁設(shè)備運行時將產(chǎn)生工頻電磁場，由于充電樁電壓等級低，產(chǎn)生的電磁場影響可以忽略。

2.6 儲能站

(1)融合建設(shè)的儲能站內(nèi)主要的設(shè)施電池艙內(nèi)電池運行一段時間后可能會產(chǎn)生廢舊蓄電池。

(2)融合建設(shè)的儲能站電氣設(shè)備運行產(chǎn)生工頻電磁場，但由于電池電壓等級較低，其電磁環(huán)境影響可以忽略。

3 多站融合工程環(huán)境影響因素篩選

經(jīng)過產(chǎn)污環(huán)節(jié)分析，多站融合工程環(huán)境影響因素總結(jié)如表2所示。

表2 多站融合工程運行期環(huán)境影響因素

4 結(jié)語

多站融合工程突破了傳統(tǒng)變電站理念，將變電站與數(shù)據(jù)中心、北斗基站、5G基站、充電樁、儲能站等多個站點融合建設(shè)。在環(huán)境保護方面，多站融合工程由于集中了多類工程的環(huán)境影響要素，環(huán)境影響問題變得更為復雜。通過對多站融合工程的系統(tǒng)組成與技術(shù)特點的分析，產(chǎn)物環(huán)節(jié)的梳理，明確了多站融合工程環(huán)境影響因素。多站融合工程污染因子雖較傳統(tǒng)變電站增多，但融合建設(shè)的各類工程環(huán)境影響相對較小。相對于傳統(tǒng)變電站來說，與數(shù)據(jù)中心、北斗基站、5G基站、充電樁、儲能站等站點中的一個或多個融合建設(shè)的變電站，環(huán)境影響因素應(yīng)考慮數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的噪聲、固廢影響，5G基站產(chǎn)生的電磁輻射、噪聲、固廢影響，以及儲能站的廢棄蓄電池影響。