철도연, 세계최초 대용량(60kHz) 무선전력전송기술 트램 실차 적용 공개시연

한국철도기술연구원(이하 철도연, 원장 홍순만)은 카이스트(총장 강성모), 현대로템(부회장 한규환), 한국철도시설공단(이사장 김광재)과 함께 세계 최초로 확보('13 2 13)한 대용량 고주파(60kHz, 180kW급) 무선전력전송 원천기술을 실제 트램에 적용하는 시험을 6월 4일(화) 오전 11시 철도연 오송 무가선트램 시험선에서 공개했다 이로써 무거운 철도도 무선급전으로 달릴 수 있는 길이 열렸다 실제 트램 적용에 성공한 무선전력전송기술은 궤도를 따라 설치된 무선급전장치에서 60kHz의 자기장을 생성시켜 차량에 집전장치와 자기장 공명 방식을 통해 대용량 전력을 무선으로 전송하는 기술이다 이 기술의 트램 적용 성공으로 향후 대용량 전력이 필요한 도시철도와 고속철도 등 모든 철도시스템에 무선전력전송기술을 적용할 수 있는 가능성이 열렸다 이번에 확보된 대용량 무선전력전송기술 개발 의미를 살펴보면 ① 이번에 트램에 적용한 대용량(60kHz) 무선전력전송기술은 지난 2011년(KAIST) 개발된 온라인 전기버스용 20kHz 무선전력전송 시스템 기술보다 집전모듈의 크기를 1/3까지 줄일 수 있거나, 선로주변의 전력변환장치(Inverter) 개수를 최대 1/9까지 줄일 수 있어 무게 감소, 급집전장치의 설치비용 절감 등 경제성을 더욱 높였다 ② 이 기술의 핵심은 전력을, 열차 하부를 통해 비접촉 방식으로 공급받기 때문에 전차선 설비 등 부품의 유지보수 및 교체가 필요 없고, 지상에서 보수 작업이 가능하여 유지보수 비용이 52%(km당 유지비 458만원→219만원)절감할 수 있다 ③ 전차선 설비가 필요하기 않기 때문에, 지하철에 적용 시 터널의 단면적이 20% 축소되며, 건설비는 약 15% 절감(터널단면적 56 0m2, km당 192 8억원→ 45 05m2 163 9억원)할 수 있다 ④ 또한 고속의 속도에서 전력전달 효율성이 떨어지는 전차선과 팬터그래프 시스템을 사용하지 않기 때문에 레일형 초고속열차 개발도 가속화될 것으로 보인다 - 고속철도 300km/h 주행시 이선율 0 02% ⇒ 350km/h 0 1%(5배) ⇒ 400km/h 0 2%(10배) ⑤ 열차 천장 부분의 전차선이 없어져, 2층 열차 등 객차 및 화차의 복층구조 설계를 지금보다 1 3m 높일 수가 있으며, 급전선 사고도 방지할 수 있어 선로주변의 안전이 보다 확보될 수 있다 ⑥ 배터리로 달리는 무가선 트램에 180kW급 무선전력전송시스템을 적용할 경우, 무선전송시설 설치는 전체 노선의 10%, 차량에 탑재된 배터리 용량은 약 1/4 정도로 줄일 수 있어 더욱 경제적으로 운영할 수 있다 (현재 무가선트램 배터리 용량 162kWh→41 65kWh) - 무선전송시설 50m 설치시 37초 충전으로 500m 주행가능한 배터리용량 : 1 65kWh - 비상시 12km 운행할 수 있는 배터리용량 : 40kwh 무선전력전송기술이 적용된 트램 등 도시철도는 버스, 자동차와 서로 도로를 공유하여 운행되며, 특히 도로 위에서 바로 환승이 가능해 이용이 매우 편리하다 전차선이 없기 때문에 도심 환경은 더욱 쾌적해지고, 도시미관 때문에 제기되는 도시철도 지하화에 관한 민원 등도 해결할 수 있다 철도연은 이번 180kW급 대전력 무선전력전송기술을 트램 적용 실차시험을 성공한 데 이어, 올 연말경 지금보다 전력전송효율을 높이고 용량을 6배 이상 확대한 1MW급 무선급전시스템을 개발하여 차세대 고속열차에 적용하여 시험할 계획이라고 밝혔다 또한 무선전력전송기술은 실용화를 위한 기술개발을 통해 새로운 도시철도를 건설 계획 중인 광주, 대전, 창원 등의 지방자치단체에 5년 이내 상용화 할 수 있을 것으로 보인다 철도연 홍순만 원장은 "이번 철도 대용량 무선전력전송기술은 철도의 전차선을 없앨 수 있어 도시미관이 확보될 뿐 아니라, 터널단면 축소를 통한 건설비 절감, 레일형 초고속 열차의 개발 등 기존 철도시스템 전반에 대한 패러다임을 바꿀 것으로 기대한다"며, "이왕에 선점한 무선급전기술 개발을 가속화시켜 빠른 시일 내 상용화시킴으로서 우리의 우수한 철도기술로 국내 및 해외철도시장을 견인하겠다 "라고 밝혔다