[전기철도, 더 빠르게 더 스마트하게⑤] 수출국 대열에 들어서다, 430㎞/h 고속철도 · 무가선 트램 · 자기부상열차 상용화 | |
2013-03-05 | |
![]() 기존의 KTX, KTX-산천은 맨 앞과 뒤의 동력차가 차량을 끄는 동력 집중 방식인 데 비해 해무는 국내 처음으로 동력 분산형 추진 시스템을 적용했다. 세계적인 추세이기도 한 동력 분산형은 엔진을 각 차량에 분산 배치해 열차의 가감속 성능을 향상시키고, 열차를 탄력적으로 편성 · 운영하기 쉬워 운행시간 단축과 운영 효율 향상에 유리한 이점이 있다. 별도의 기관차가 필요치 않아 KTX-산천과 비교하면 좌석 수가 약 16% 증가했다. ![]() 중국 500㎞/h급 시제 열차 개발(2011.12) 등의 성공에 힘입어 세계 고속철도 시장을 선도하고자 한다. 그리고 우리나라가 이 대열에 오른다. 또한 300㎞/h에서의 공기 저항을 약 10% 감소시켜 에너지 효율을 높였다. 열차 앞부분인 전두부의 공력 해석을 통한 유선형 설계로 공기 저항을 최대한 줄였기에 가능하다. IGBT 인버터 추진 교류 유도전동기 방식 및 영구자석 동기전동기의 추진 장치를 채택, 기존 전동기 대비 10% 경량화 및 효율을 5% 향상시킨 유도전동기를 탑재했다. 차체는 알루미늄 압출재로 강도를 높이면서 두께를 줄여 제작, 기존 KTX-산천 대비 5% 가벼워졌고, 차량의 이음매 부분 등을 최적화 제작해 차음 성능을 5㏈ 감소시켰다. 자재 국산화로 수입국에서 수출국으로 진입 고속철도 차량 개발과 함께 인프라 개발도 진행됐다. 전기철도 차량에 전력을 공급하는 핵심 부품인 전차선 개발을 추진한 대한전선과 철도연은 지난해 하반기 400㎞/h급 고속철도용 전차선 개발에 성공했다. 이 정도 성능은 세계에서도 처음 개발된 사례로 알려진다. 지금까지 국내에서는 350㎞/h급이 최고 수준이었으며, 철도 선진국에서도 운영 속도 350㎞/h급이 최고 레벨로 평가받았다. 대한전선 기술연구소 측에 따르면 이번에 개발한 고속 전차선은 기계적 강도를 향상하고 전기전도도의 하락을 최소화시켜, 기계적 강도 목표(55㎏f/㎟)와 전기전도도(IACS 70%)를 동시에 달성할 수 있는 고강도, 고전도 전차선이다. 고속철도 전차선로 자재 국산화 과제 또한 지난해 하반기 개발 완료했다. 철도시설공단은 제룡산업, 세명전기공업, 임진에스티, 대우볼트, 디투엔지니어링 등 5개 업체와 협약을 맺고 전차선로 자재 개발을 추진했으며 2010년 경부고속철도 개통 당시 69% 수준에 머물렀던 전차선로 자재를 100% 국산화하는 데 성공했다. ![]() ![]() 이번 430㎞/h급 고속철도 차량 및 인프라의 기술개발에 참여한 관계자들은 수입 대체 효과는 물론, 앞으로 고속철도 도입 예정인 동남아시아 등 국외시장 진출도 가능해져 국내 철도 시장의 활성화를 기대하고 있다. 비접촉식 급 · 집전 핵심 기술 개발 7월부터 구미시에서 운행되는 무선 충전 전기 버스와 같은 원리로 운행되는 전기 철도도 조만간 나올 예정이다. KAIST, 철도연, 현대로템은 무선 전력 전송 기술을 고속철도 시스템에 적용하는 비접촉식급 · 집전 핵심 기술을 개발 중이다. 올해 10월까지 2년간 총 18억 원을 투입해 진행하는 이 과제는 추후 국가 철도망 구축 시 터널 및 유지 보수비용 절감, 속도 향상, 소음 및 철도주변 미관 개선 등을 도모해 고속철도 기술의 경쟁력을 확보할 것으로 전망된다. 진행하는 연구 내용은 ▲고속철도용 5.5㎿급대용량 급전 인버터 기술 개발 ▲고속철도용 실시간 세그먼테이션 급전선로 및 구조 기술 개발 ▲고속철도용 4.9㎿급 대용량 집전 모듈 기술 개발 ▲고속철도용 대용량 급 · 집전 최적 형상 구조 기술 및 능동형 EMF 차폐 기술 개발 ▲고속철도용 대용량 급 · 집전 시스템의 성능 평가 시험 기술 개발 등이다. ![]() 지난해에는 수년간의 정부 지원 연구개발 과제를 완료하고 무가선 트램과 자기 부상 열차도 대중 앞에 선보였다. 11월 22일 충북 오송에서 전용 시험선(1㎞) 준공식을 가진 무가선 트램은 세계 최대 용량의 전지(162㎾h, 리튬 이온 이차전지)를 탑재해 한번 충전으로 25㎞ 이상 주행 가능한 노면 전차다. 궤조가 도로 위에 돌출되지 않고 지면과 수평으로 매립돼 필요 시 버스, 자동차, 자전거 등 다른 교통수단도 함께 쓸 수 있다. ![]() 기존 트램의 단점으로 지적돼 온 차량 위에 전기를 공급하는 고압 가선이 없어 미관 효과가 좋으며 가선을 통한 에너지 손실을 10% 이상 절감한다. 제동 시 발생하는 전기 에너지를 배터리에 충전해 에너지 효율을 30% 이상 높이도록 했으며 별도의 역사 없이 버스 승강장 정도의 표시만 있으면 돼 건설비도 지하철의 20%, 고가 구조 경전철의 50%인 230억 원/㎞ 규모로 저렴한 장점이 있다. 무가선 트램 개발을 주도한 철도연은 앞으로 오송 전용 시험선을 0.7㎞ 추가 확장해 총 1.7㎞의 시험선에서 2015년 말까지 실용화를 위한 6만㎞ 시험 주행을 완료할 계획이다. 11월 29일 시승식을 가진 자기 부상 열차 인천국제공항 시범 노선(6.1㎞ 복선)은 오는 8월경 개통예정이다. 전자력의 힘으로 레일 위를 떠서 가는 열차인 자기 부상 열차의 인천 노선 차량은 최고 속도 110㎞/h의 중 · 저속형으로 전자석을 이용한 흡인식이며, 중 · 저속 구간에 적합한 도시형으로 개발됐다. 자기 부상 열차를 속도로 구분하면 고속용과 중 · 저속용이 있으며, 부상 방식으로 구분하면 흡인식과 반발식이 있다. 도시형 자기 부상 열차의 탑승 정원은 2량 1편성 기준 230명, 주행(70㎞/h) 시 차내 소음도 65㏈(A) 이하, 차외 소음도 56㏈(A), 최소 곡선 반경 50mR, 전력 공급은 직류 1500V 제3궤조방식, 최대 가속 능력 4.0㎞/h/sec, 최대 등판 능력 7% 등의 특징을 지닌다. 전자석과 레일 간 간격이 8㎜가 될 때까지 차량이 부상하고 이 상태를 유지하도록 제어하는 데 필요한 에너지는 직류 350V, 소비 전력 17.5㎾/량(만차 정차 시)이며 추진을 위한 사용 전압은 3상 교류 0~275V, 정격 전류 대당 300A, 차량당 전자석 8대, 소비 전력 0~660㎾다. 열차의 제동 에너지를 활용해 에너지 절감이 가능하도록 하는 회생 전력, 전기 계통 제어 및 조정을 중앙 제어 장치를 통해 자동으로 조정 및 통제하는 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 적용으로 인력 절감 및 신뢰도 확보, 정거장 및 차량 기지 조명에 LED 적용으로 에너지 및 유지관리비 절감, Back-up 배터리를 탑재해 정전 시에도 일정 시간 부상 상태 유지 가능 등 효율적 운용을 위한 최신 기술을 채택했다. 자기 부상 열차는 무인 운전 운영으로 기관사가 없으며 관제실과 정차, 출입문 개폐, 출발, 열차 속도, 차량 간격 등 운전 정보의 지속적인 통신으로 자동 운전을 한다. 2006년부터 6년간 4500억 원 투입, 기계연구원이 총괄하고 철도시설공단, 현대로템, 철도기술연구원, 생산기술연구원 등 28개 기관이 참여해 97~98% 국내 기술로 개발 완료했다. 건설비는 일반 경전철과 유사한 400억 원/㎞ 소요되며 일반 바퀴식 경전철 대비 운영비가 저렴한 장점이 있다. 전동기, 기어박스, 베어링, 바퀴 등 마모되는 부품이 없어 전체 운영비의 약 80%를 차지하는 유지 보수비와 인건비가 최소화된다. ![]() ![]() < Energy News > |
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