城市變電站建設發展現狀及趨勢探討

夏 溢

上海市節能減排中心有限公司

0 引言

電力安全是社會穩定運行、經濟健康發展的重要保障，變電站作為電力供應的節點已成為城市重要基礎設施。隨著城市快速發展，電力需求不斷提升，變電站布點數量越來越多，運行可靠性要求也越來越高。與此同時，部分城市發展過程中區域與變電站建設在生態環保、景觀環境、土地供應、社會穩定等方面的不協調問題也日益凸顯。如何從城市高質量發展、精細化管理出發，更好地推進城市變電站的建設和發展，成為一個亟待探討的問題。

1 城市變電站建設現狀

城市變電站建設基本分為獨立地上、獨立地下和結合建設三種模式。獨立地上是指單獨取得用地，主要電氣設備均位于地上獨立建筑內的變電站；獨立地下是指單獨取得用地，但主要電氣設備均位于地下獨立建筑內的變電站；結合建設是指將變電站與公共建筑內其他非居住建筑綜合結建的變電站，結建對象多為商業、辦公建筑或工業、倉儲物流建筑等，基本排除住宅、學校、醫院、護理院等噪聲、電磁環境敏感目標[1]。

目前，國內獨立地上變電站仍占多數，獨立地下和結建變電站處于試點推廣階段。截至2017年，全國電力系統總計建成和投運的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[2]。上海作為特大型城市，在地下變電站和結建變電站建設方面領先全國。至2019年底，上海地下變電站總數達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，僅占全市變電站的3%左右；在結建方面，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，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經驗較為豐富，但數量上仍是地上變電站占多數，其中東京是地下變電站建設較多的城市。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據存儲中心地下[3，4]。

2 城市變電站建設模式的優勢及問題

1)建設投資方面

地下變電站的建設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、排水和消防系統也更復雜，因此，整體建筑安裝工程費較高。經計算，110 kV地下站建筑安裝工程費約為地上站的3～6倍。二是設備費用較高。地下空間對設備小型化、火災危險性等級等要求更高。如地上變電站多使用火災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。總體來看，規模相同的110 kV變電站，地下站總投資約為地上站的3～4倍。此外，結建變電站還需考慮具體項目的個性化設計，其建設投資差異性較大。

2)運營安全性方面

在現有技術水平下，地下變電站的安全風險仍相對較高。一是地下建筑易出現滲水、返潮等現象，設備運行條件相對惡劣，易出現故障。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，一旦發生火災或氣體泄漏，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的內澇，也對地下變電站的安全運行產生重大威脅。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的發展，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、排風井及設備運輸通道，造成同樣電氣規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%。如果僅從土地供應方面看，獨立地下變電站并不具備優勢，需通過結建方式實現土地分層使用，才能發揮地下變電站集約用地的作用。

4)環境影響方面

地下變電站和結建變電站較之獨立地上變電站有著一定優勢。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合而融于周邊環境。此外，結建變電站建筑立面的設計多經充分優化，突出環境景觀，使其在結建的商業、辦公建筑中具有極高的隱蔽性，如與環球港結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 與環球港結建的上海110 kV盤灣站

圖2 建于地鐵上方的上海110 kV新七寶站

5)建設程序方面

獨立地上和獨立地下變電站的建設多采用劃撥用地，即用地直接劃撥給變電站建設運營單位-各地電力公司。而結建變電站，特別是與商辦結建的建筑，多采用土地出讓方式，由主體商辦項目的開發單位（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電氣安裝，對土建部分實施回購（或由商辦項目開發單位無償移交）。實踐中，結建變電站的建設經常發生以下問題：一是商辦項目開發單位易按一般地產項目管理流程報建、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；三是商辦項目開發單位消極配合及變電站土建回購和移交產生的稅費較高，導致結建變電站產證辦理困難。

6)適用范圍方面

目前，地下變電站和結建變電站主要集中在中心城區，以降低變電站鄰避效應。獨立地上變電站在中心城區也有分布，但考慮到中心城區土地資源緊張，而變電站選址需滿足諸多要求，如退界及安全距離、站址面積以滿足設備布置等，近年來在中心城區的選址日趨困難。此外，結建變電站的結建對象多為商辦建筑，而部分變電站，如住宅區變電站等，周邊缺乏可結建的商辦建筑，導致結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投資成本和安全運維風險較低，但部分區域選址困難，且如果鄰近敏感目標，易引發社會穩定性風險；獨立地下變電站噪聲和電磁環境控制更優，景觀融合性強，可降低社會穩定性風險，有助于人防安全，但建設投資高，運維安全風險在現有技術水平下也較高；結合建設變電站，景觀融合性強，且結合建設的地下變電站，還可通過土地分層使用實現集約用地，但建設流程復雜、產證辦理困難。

3 城市變電站發展趨勢

由于擔心噪聲、電磁環境及房屋租售受到變電站的影響，城市居民對電力設施的“鄰避效應”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域，變電站選址及建設越發困難的局面。

為緩解相關矛盾、提升變電站建設效率的同時體現民生關懷，后續城市變電站的總體發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勢，可結合城市區域特點，在安全經濟的前提下繼續推廣。并可學習東京經驗，從提升土地利用效率出發，多采用結建模式建設地下變電站。此外，考慮到安全運維的便利性和企業投資壓力，地下變電站可試點采用創新的半地下式建設方式，即將變壓器等主要電氣設備設置于地面以上或下沉式廣場首層，其他設備布置于地面以下，并結合綠化、造景以達到較好的景觀融合性。對城市非核心區域，短期來看，獨立地上變電站仍是較為經濟的選擇，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：主要考慮突破現有結建經驗的限制，化被動結建為主動結建，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。如目前電網企業已個別推進以變電站為主體，復合光伏發電、儲能、數據中心、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，變電站結合停車場及電動汽車充電站建設也可作為創新突破方向。在城市核心地區，停車位往往處于緊缺狀態，變電站建設如能帶來停車位、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”。以上海典型設計的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典型設計變電站的建設用地指標及2011修訂版的《上海市城市規劃管理技術規定》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，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。變電站結建地下停車場后，可結合周邊需求和商業經濟性，合理配置充電設施。

4 結論

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

為提升建設效率、體現民生關懷，后續城市變電站的建設將進一步景觀融合化和功能復合化。城市核心區域在經濟、安全前提下，可多采用結建模式建設地下變電站；非核心區域，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、光伏發電、數據中心、5G基站等進行結建，擴大變電站的結建形式。