차세대 교통시스템 동향

서론 기술진보에 따라 전기철도에도 다양한 신기술이 도입되어 고속화와 쾌적성 등이 실현되었고, 신기술을 이용해서 기존의 전기철도 개념을 뒤엎을만한 시스템도 등장하기 시작했다. 기존의 전기철도는 재래선, 신칸센(新幹線)처럼 철제차륜과 철레일에 의해 차량의 지지와 안내를 하며 회전형 모터에서 구동하는 방식이 일반적이었다. 여기서 말하는 새로운 시스템이란 차량의 지지를 자기로 하거나, 버스형 차량을 지상에 매설된 자석으로 유도해 구동시키는 등 다양한 형태로 실용화 혹은 개발되는 것을 말하는데 여기서는 이들을 통칭해서 차세대 교통시스템이라고 부른다. 이 글에서는 이들 차세대교통시스템 개요와 앞으로의 구동에 관해 기술한다. 차세대교통시스템의 분류 철도의 분류방법에는 차량의 지지, 안내에 의한 분류와 구동방법에 의한 분류 등 여러 가지 방법이 있지만, 차세대교통시스템을 유형화하면 <그림 1>과 같다. 재래철도의 발전형에서도 LRV(Light Rail Vehicle)와 같은 시스템은 저상식으로 홈에서 단차 없이 승하차가 가능하다는 특색을 갖고 있기 때문에 차세대교통시스템이라고 불린다. 또 고무타이어를 사용한 모든 신교통시스템은 어느 정도 보급되어 있어서 차세대교통시스템이라는 범주에는 포함되지 않지만, LRV적인 이용과 바이모덜시스템으로의 응용이 제안되어 실용(유럽에서는 일부 실용)화 단계에 왔다. 새로운 기술을 이용한 교통시스템은 다양한 시스템이 제안되어 개발되었지만 차세대교통시스템으로 전기철도에 의한 획기적인 신기술이란 자기부상, 자기유도, 무선에 의한 열차제어라고 생각된다. 자기부상기술은 리니모(HSST), 자기유도기술은 IMTAS로 두가지 모두 2005년에 철도사업법에 의해 운행되었다(IMTS는 지구박람회 기간내). 또, 무선에 의한 열차제어기술로는 IMTS로 일부 실용화되었으며, JR히가시니혼(東日本)이 개발 중인 실용화단계의 ATACS가 있다. 차세대교통시스템의 예 차세대교통시스템으로 앞으로도 전개를 기대할 수 있는 시스템에 대해서 기술한다. 1. 자기부상식 철도 HSST

차체의 지지와 안내를 상전도자석에 의한 자기력으로 움직이며, 구동을 차상 1차방식의 리니어유도모터로 움직이는 시스템으로 2005년 3월에 도부큐료선·리니모로 실용화되었다(<그림 2>). 리니모의 노선은 약 8.9km로 9개의 역이 있고 최고속도는 약 100km/h이며 약 17분간 운행한다. 자기부상식 철도는 독일이 개발한 트랜스라비트(중국, 상해에서 실용)와 일본이 개발 중인 초전도자기부상식 철도(JR마그레브)라는 초고속을 노린 시스템이 유명하지만 본격적인 도시교통시스템으로는 HSST가 처음으로 실용화되었다. 이 방식 <그림 3>의 자기부상식 철도는 구동제어가 VVVF인버터차와 똑같이 제어가 간편하다는 재래철도의 우수성과 자기부상식의 저소음·진동, 비교적 간편화 보수화로 새로운 기술에 기반한 우수성을 갖춘 시스템으로 앞으로 세계의 여러 도시에서 도입할 것으로 기대된다.

2. IMTS 버스형 차량을 이용해 지상에 매설한 마커(영구자석)를 차위의 센서에서 읽어 들여 컴퓨터로 위치, 속도, 핸들의 조타각도 등을 계산함으로써 궤도 위를 자동으로 운전하며, 차량 간은 무선에 의해 간격을 제어하는 대열주행을 하는 시스템이 도요타가 개발한 IMTS(Intelligent Multi-mode Transit System)이다.

이 시스템의 구성개요를 <그림 4>에 표시한다. 영구자석과 무선을 이용한다는 것은 기존의 전기철도에서는 볼 수 없었던 특징이다. <표 1>에 IMTS와 기존의 전기철도를 비교했다. 분기에 있어서 자기 마커 N, S극을 차량제어 컴퓨터로 판단하는 차상분기방식<그림 5>을 채용했다.

또 대열주행을 하는 차량 <그림 6>의 합류(연결)/분기(분리)를 무선에 따라 달리는 것이 가능하며, 이것도 큰 특징이 된다. 이 IMTS는 2004년에 철도사업법·성령에 ‘자기유도식 철도’로 특수철도에 추가되었으며, 2005년 지구박람회 행사장 내의 운송을 담당한 실적을 갖고 있다. <그림 7>은 대열주행(2차량) 실시 중인 모습이다.

3. LRT 기존의 노면전차는 기존의 전기철도와 같이 지지·안내, 구동방식으로 구성되었지만 느리고 가감 속이 늦다는 이미지가 있다. 그에 반에 참신한 차량 디자인과 차대구성에 대한 연구(<그림 8> : 모터를 차바퀴의 바깥쪽의 횡부에 탑재해서 차축을 없애는 구조)에 따라 홈에서 단차이가 없이 오르내릴 수 있으며, 차안도 100% 평평한 구조가 가능한(저상식) LRV(Light Rail Vehicle)가 유럽에서 개발, 도입되어 그 움직임이 일본에도 파급되고 있다.

이 LRV를 중심으로 자동차의 진입을 금지하고 보행자와의 트랜지트몰을 실현하거나 우선 신호를 갖추고 도로 위를 부드럽게 주행하거나, 자동차와 팩앤라이드를 실현한다는 등의 도시계획과 링크시킨 거리 만들기의 시스템을 LRT(Light Rail Transit)라고 부른다. 현재 일본은 아직 LRV의 도입단계에 머물러 있지만<표 2>, 앞으로 이 LRV를 중심으로 도시 만들기를 추진해서 LRT로 발전하기를 기대해본다. <그림 9>는 일본에서 개발된 100% 저상식 차량(히로시마 전철 그린루버 MAX)이다.

차세대교통시스템과 도입동향 앞에서는 차세대교통시스템 가운데 실용화된 것으로 앞으로 발전을 기대할 수 있는 시스템에 관해서 이야기했다. 이 항에서는 다양한 신기술에 의해 실용화, 발전이 가능한 시스템에 대해 기술하고자 한다. 1. 무선·위성 이용 시스템 IT, GPS를 시작으로 최근의 무선·위성기술은 눈부실 정도로 발전해왔으며, 이 기술들을 철도에 응용하려는 개발도 진행되고 있다. 무선, 위성을 이용함에 따라 지상 측의 인프라가 간략화될 것으로 기대되기 때문에 지방철도용으로의 개발이 진행되고 있다. <그림 10>에 GPS를 이용한 열차제어의 개념을 표시한다. 또, JR히가시니혼에서는 무선에 의한 열차위치를 중앙지령에 송신해서 열차가 진행 가능한 위치를 지시함으로써, 열차간 간격을 제어하는 ATACS를 개발해서 이미 실용화 단계에 있다. 위성을 이용한 열차제어 관련분야는 교통안전환경연구소에서 GPS에 의한 측위 데이터와 특정소전력무선에 의한 통신을 이용한 열차제어의 실험이 행해지고 있다. 2. 연료전지 이용 시스템 자동차로 개발되고 있는 연료전지를 철도에 이용하려는 개발도 진행되고 있다. 이 연료전지를 이용하면 비전화구간에 있어서 디젤차 등의 대체가 가능하게 되며 환경보호나 에너지절약에도 크게 공헌할 것으로 기대된다. 3. 바이모달 시스템 지방에서 철도의 쇠퇴는 자동차의 현저한 발전이 원인이기도 하며, 자동차가 도어투도어의 편리성을 갖고 있기 때문이다. 따라서 철도에도 도어투도어에 근접한 편리성만 있다면 고속성, 정시성에 뛰어난 철도의 장점을 충분히 발휘할 수 있다는 생각으로 개발된 것이 바이모달시스템이다. 도로 위는 버스로 주행하고 선로 위는 철도로 고속 주행하는 시스템이며, JR홋카이도가 개발하고 있는 DMV(Dual Mode Vehicle)이 실용단계에 있다. 선로에서는 전축은 차체에 내장하고 있는 철제차륜을 내리고 전축의 고무타이어를 띄우며 후축은 그대로 선로 위를 고무타이어로 주행한다. 그리고 도로 위에서는 전축의 철제차륜을 차내에 내장하고 전축의 고무타이어를 내려 전후륜 모두 고무타이어로 버스로 주행하는 시스템이다. 한편, 유럽에서는 고무타이어트럼으로, 버스로 주행하는 구간과 안내 레일을 매설해서 철도로 주행하는 구간을 갖춘 시스템도 개발되고 있다. 앞으로도 철도와 버스와의 부드러운 전환을 목표로 하는 바이모달시스템 개발이 요구된다. 결론 이상 차세대교통시스템의 분류를 나눠 앞으로 발전이 가능하고 이미 실용화된 시스템, 앞으로 발전이 기대되는 시스템에 대해서 기술했다. 전기철도시스템은 긴 역사를 갖고 있으며 기술적으로는 숙성기를 맞이하고 있다고 말할 수 있다. 이에 신기술을 가미해서 제각각 목적에 맞춰서 개발된 시스템이 차세대교통시스템이라고 말할 수 있다. 여기서 소개한 시스템 이외에도 다양한 새로운 시스템의 개발이 진행되고 있으며 새로운 기술적 브레이크스루가 있다면 공공운송으로 실용화될 것이다. 전기철도는 효율 높은 교통기관이며 에너지 절약, 저환경부하 등을 실현할 수 있는 시스템으로 차세대교통시스템은 목적에 맞춘 개발도 필요하겠지만 이 전기철도의 이점을 발전시키는 형태로 실용화되기를 바란다.