세계 최초 철도차량 무선급전기술 상용화 길 열어

▲ 무선급전기술을 적용한 철도연의 경전철 시험차량

한국철도기술연구원(이하 철도연)은 세계 최초로 개발한 고주파 대용량 무선급전기술(60kHz, 1MW급)을 실제 경전철 차량에 적용하는 연구성과를 11월 13일, 경북 경산의 철도연 경전철시험선에서 공개했다.

철도연은 세계 최초로 철도차량이 무선급전기술로 달릴 수 있는 상용화의 길을 열었다.

무선급전기술은 궤도를 따라 설치된 무선급전 장치에서 기존의 상용전력을 60kHz 고주파 전력으로 변환하여 철도차량 하부에 물리적인 접촉 없이 대용량의 전력을 공급하는 신기술이다.

철도연은 무선급전기술로 2만km의 경전철 신뢰성 시험을 완료하면서, 최근 대도시 광역권에서 확충 계획 중인 도시철도 노선에 무선급전 경전철을 적용할 수 있게 됐다.

경전철용 무선급전기술 개발은 국토교통부 국가연구개발사업으로 국토교통과학기술진흥원의 지원을 통해 2015년부터 진행했다.

철도연이 세계 최초로 경전철에 적용한 무선급전기술은 급전인버터, 급전선로, 집전장치로 구성되며 다음과 같은 특징이 있다.

① 급전인버터는 차량 주행선로에서 급전선로에 고주파 에너지를 공급하고, 경전철 차량에 부착된 집전장치 모듈은 지상으로부터 전송된 고주파 에너지를 변환하여 열차의 추진 및 보조 전원에 사용되는 에너지를 공급한다.

② 기존의 경전철에 사용되는 제3궤조나 접촉식 집전장치를 사용하지 않기 때문에, 마모되는 부분이 없어 유지보수 작업이 획기적으로 절감된다. 기존 전차선로 대비 유지보수 비용을 약 20% 줄일 수 있다.

※km당 유지비: 기존 경전철 458만원→무선급전 경전철 366만원

③ 열차 윗부분에 전차선이 없기 때문에 지하철에 적용할 경우, 터널 시공 시 터널 단면적을 10% 이상 축소할 수 있고, 건설비는 약 5% 절감할 수 있다.

※터널단면적: 56.0m2, km당 192.8억원→ 50.4m2 183.1억원

④ 또한, 전차선과 집전장치의 급속마찰이 없어져 최근 사회문제로 대두되고 있는 지하철 역사내 미세먼지를 줄일 수 있다.

⑤ 주행 중 충전 및 무급전 주행, 회생에너지 활용을 극대화하여 운행선로를 급전구간과 무급전 운행구간으로 노선을 자유롭게 구성 가능하다. 전 구간의 20~30% 구간만 급전 구간으로 구축하고 나머지는 비급전 구간으로 운영할 수 있다.

※경산 경전철 무선급전시험선: 1.8km 길이 선로에 5개소, 700m의 무선급전 선로로 구성

⑥ 배터리로 달리는 무가선 트램에 적용할 경우, 300kW급 무선급전시스템과 무선급전선로를 설치하면 차량에 탑재하는 배터리 용량을 약 1/3 이하로 줄일 수 있다.

※현재 무가선트램 배터리 162kWh→ 50kWh로 절감 가능

철도연은 개발된 경전철 무선급전 상용모델을 지자체에서 계획 중인 도시철도 노선에서 운영될 수 있도록 향후 실증사업을 진행할 계획이다.

나희승 철도연 원장은 “무선급전기술은 철도의 전차선이 없어져 도시미관에 좋을 뿐 아니라, 터널 단면 축소, 전기안전 확보 등 철도교통의 패러다임을 바꾸는 신기술이 될 것이다”며, “무선급전기술의 상용화를 앞당겨 국내 및 세계 철도시장을 선도하겠다”고 전했다.


출처: 한국철도기술연구원