독보적 철도기술로 해외수출 길 연다


한국철도기술연구원 스마트전기신호본부


      철도분야에서 국민들의 안전과 편의성 향상 실현을 위해 전기·신호시스템의 스마트화에 앞장서고 있는 한국철도기술연구원 스마트전기신호본부.


현재 스마트전기신호본부에서는 타 교통수단에 비해 에너지 비용이 저렴하고, 친환경적인 교통수단으로 평가받고 있는 수소기반의 동력시스템과 무선급전기반의 동력시스템, 영구자석전동기 기반의 추진시스템, 미니트램 상용화개발에 박차를 가하고 있다.


특히, ‘전기·신호시스템의 스마트화’를 목표로 세상을 바꾸는 스마트 전기·신호기술의 혁신을 통한 국민 체감형 기술개발에 심혈을 기울이고 있다.



한국철도기술연구원/국가과학기술연구회


전기·신호시스템 ‘스마트화’ 목표 ‘세상을 바꾸는’ 국민 체감형 기술개발 심혈

‘IoT 기반 스마트 데이터 플랫폼’ 등 ‘수소연료전지 하이브리드 차량’ 개발 박차

LTE 철도통합무선통신망 ‘도시철도용 무선통신열차제어시스템’ 개발 큰 성과


스마트전기신호본부는 철도의 전기급전 핵심기술을 담당하는 전철전력연구팀과 철도차량의 동력시스템을 연구하는 추진시스템연구팀, 철도의 정위치정차 운전제어와 통신을 담당하는 열차제어통신연구팀, 무인미니트램과 역사기술을 책임지고 있는 연계환승연구팀으로 구성돼 있다.




이 팀들을 중심으로 본부에서는 철도 분야의 미래를 선도할 ‘스마트전철전력 무인운영기술’과 ‘LTE-R과 5G 융합 통합제어시스템’ 등의 획기적인 연구를 진행하는 한편, ‘무선급전 방식을 이용한 전동차 운용기술’과 의왕시 시범노선에서 운영할 ‘미니 트램’ 등 실용화 사업을 추진하고 있다.


이외에도 철도기술의 해외 진출을 위해 인도 등에 대한 기업기술지원사업과 함께 한·중·일 국제공동연구, 철도운영기관의 애로기술 지원과 공동연구를 수행하며, 국책연구기관으로서의 역할도 충실히 담당하고 있다.


전철전력연구팀

전철전력연구팀은 전철전력설비의 안전하고 효율적인 건설과 운영을 목표로 철도차량에 전력을 공급하는 전철전력설비의 관리와 제어, 유지보수의 성능과 효율, 안전성과 경제성 등을 향상시키기 위한 연구를 수행하고 있다.


현재 연구팀에서는 전기적·기계적으로 상호 연계돼 있는 반면, 관리와 제어, 유지보수는 개별적으로 운영되고 있는 전철전력설비의 단점을 보완하기 위해 자동검측과 원격감시가 가능한 ‘IoT 기반의 스마트 데이터 플랫폼’을 구축하고, 예측 기반의 유지관리와 에너지 최적화 기술을 개발하고 있다. 


향후 이 기술이 상용화될 경우 전철전력시스템의 보다 안전하고, 효율적인 관리는 물론 원격감시율 90% 향상과 함께 총 전력사용량의 약 10% 절감이 가능할 것으로 기대를 모으고 있다.


연구팀에서는 동아시아 철도공동체와의 상호연계 운영을 위한 국가별 기술기준과 운영체계 분석, 혹한기후와 노후철도의 안정적인 철도전력 공급을 위한 기술개발도 진행하고 있다.


이외에도 기존 운행 중인 경부고속철도 1단계 구간의 전철전력설비에 대한 정밀안전점검과 함께 철도유관기관의 요청사항 해결을 위한 과제 등을 수행하고 있다.


추진시스템연구팀

추진시스템연구팀은 전철전력 인프라로부터 철도차량 운행에 필요한 전력을 유선 또는 무선으로 공급받아 주변압기를 비롯해 컨버터와 인버터, 전동기 등의 추진전원용과 보조전원용 전력변환시스템 관련 연구를 수행하고 있다.


또한, 철도차량 주행에 필요한 에너지의 효율적 활용을 위해 차량용 변압기와 컨버터, 인버터의 손실 저감을 통한 효율 향상은 물론 전동기의 제어성능 개선을 통한 소비 에너지 최적화 연구도 진행하고 있다.


특히, 최근 친환경 신재생에너지 수소를 적용한 ‘수소연료전지 하이브리드 철도차량’ 개발에 나서며, 세간의 주목을 받고 있으며, 타 전동기 대비 효율이 매우 높은 영구자석동기전동기를 철도분야에 적용하기 위해 380KW급 대용량 연구자석동기전동기 설계·제어기술 연구를 진행, 독자적 기술을 확보한 상태다.


이와 함께 그동안 전차선을 통해 유선으로 차량에 전기를 공급하는 방식에서 벗어나 무선으로 차량 운행에 필요한 전기를 공급하는 무선급전기술에 성공하고, 트램과 차세대고속열차인 ‘HEMU-430’을 대상으로 시험운행을 진행, 철도차량 적용 가능성을 확인하는 성과도 거뒀다.


현재 이 기술은 경량전철시스템에 적용하기 위해 경산 경량전철시험선에서 K-AGT차량을 대상으로 영업운행 조건에서 신뢰성을 검증하고 있다. 향후 이를 기반으로 실증노선을 구축하고, 기술 실용화에 나설 예정이다.




이외에도 최근 들어 탄소배출과 미세먼지 저감 등의 사회 현안 해결을 위해 디젤 철도차량을 친환경 신재생에너지를 사용하는 수소 철도차량으로 대체하기 위해 ‘Zero Emission’ 친환경 철도차량 개발을 목표로 수소연료전지 기반의 하이브리드 추진시스템 최적화 연구도 이뤄지고 있다.



열차제어통신연구팀

열차제어통신연구팀은 철도 전용 무선통신과 이를 활용한 열차운행제어를 통해 4차 산업시대의 스마트한 철도운영체계 구축을 위해 노력을 기울이고 있다.


이를 위해 현재 철도와 ICT 융합을 통한 지능형 철도기술 연구를 비롯해 열차운행의 안전성과 효율성, 편의성 향상을 위한 열차제어와 무선통신 핵심기술 연구, 국가철도망의 신호·통신 상호운영성 확보를 위한 연구가 이뤄지고 있다.


또한, 열차제어와 무선통신의 핵심기술 표준화와 응용기술 연구, 유지보수 효율화를 위한 감시와 진단, 자동화 연구와 함께 기타 철도 신호·통신 관련 기술 개발과 지원 등의 업무도 진행하고 있다.


세부적으로 살펴보면, ‘스마트철도차량 구현을 위한 고속, 단일 네트워크 기술개발’을 목표로 ‘IEC 61375’ 국제표준규격에 근거한 Ethernet TCN(철도차량 네트워크) 설계와 TCN 기반의 주요 차량제어기를 개발하는 ‘철도차량 내부장치 간 무선연계 및 배선절감 기술개발’ 연구를 진행하고 있다.


또한, 자동운전(ATO)과 이동폐색(MBS)을 지원하는 고속철도용 열차제어시스템 기술 개발을 목표로 한국철도시설공단과 공동으로 ‘자동운전을 지원하는 ETCS L3급 고속철도 열차제어시스템 핵심기술 개발’ 연구도 수행하고 있다.




특히, 철도통합무선통신기술인 ‘LTE-R’과 최신 무선통신기술인 ‘5G 기술’의 융합을 통해 대용량과 고신뢰, 저지연, 초연결 철도통신 네트워크망을 구현하는 한편, 여기에 클라우드 플랫폼 기술을 접목, 기존의 계층화된 분산정보처리 방식의 철도운영제어환경에서 클라우드 플랫폼 기반의 집중형 통합제어방식의 철도운영제어환경 구축을 목표로 ‘초연결 철도 통신네트워크 및 클라우드 운영제어 플랫폼 핵심기술 개발’ 연구가 진행되고 있다.


대표적 성과로는 ‘LTE기반 철도통합무선통신망’(LTE-R)과 ‘도시철도용 무선통신열차제어시스템’(KRTCS)이 꼽힌다.


연구팀에서는 향후 철도시스템의 안전성 향상과 비용 절감, 편의성 개선을 위한 신규 연구개발 과제를 발굴하는 한편, 철도와 ICT 기술의 융·복합 연구를 확장시켜 스마트한 국가철도교통환경 구현에 이바지하는 연구개발에 박차를 가할 예정이다.


연계환승연구팀

연계환승연구팀은 교통약자를 포함해 대중교통을 이용하는 승객들에게 보다 편리하고 안전하고, 쾌적한 환경 제공을 위한 연계수단으로 미니트램과 미니트램 플랫폼 기반의 에너지·자율주행 확장기술과 스마트 연계환승 시스템의 핵심기술을 연구하고 있다.


현재 미니트램 확장기술과 함께 스마트 스테이션 지능화와 최적 운영기술, 나노유체 기반의 철도차량 회전기기용 고성능 저비용 윤활제, PCM 기반 철도차량 냉각시스템 효율 향상 기술, 지하철 역사 유입수 재이용시스템 핵심기술 등을 개발하고 있다.


특히, 교통약자를 포함한 라스트마일 연계수단으로 미니트램 플랫폼에 자율주행 기능을 부가, 대중교통의 안전과 편리성을 확보하는 한편, 기존 대중교통과의 연계를 통한 시간 수요에 능동적 대응이 가능한 관련 핵심기술 개발에도 나서고 있다.


    


연구팀은 이 연구를 통해 개발된 시스템을 지자체와의 협력을 통해 미니트램 시범사업을 추진, 신뢰성을 검증하고, 국민들이 직접 체험할 수 있는 친환경 미래 대중교통시설로써 활용·보급될 수 있는 여건 마련에도 노력을 기울이고 있다.


이외에도 대중교통 시스템의 연계 환승 관련 시스템을 지속적으로 개발·개선, 대중교통 이용자들의 삶의 질을 향상하고 편리한 교통환경을 제공해 나가는데 앞장서고 있다.


인터뷰


가격 경쟁력 없으면 안전문제 소홀 

국제적 제도 틀 반드시 마련돼야


김길동 본부장


한국철도기술연구원 스마트전기신호본부 김길동 본부장은 “스마트전기신호본부는 국내를 대표하는 전문연구진과 특화된 기술력, 풍부한 노하우를 기반으로 전기철도의 안전한 운행에 필요한 전기·신호시스템을 연구, 개발하는 부서”라며, “현재 국내 기술을 토대로 산업의 근간을 마련하는 원천기술 개발은 물론 해외 기술보다 경제성과 안전성, 유지보수성이 탁월한 기술 개발에 박차를 가하고 있다”고 소개했다.


김 본부장은 현재 본부를 구성하고 있는 4개 팀에 대해 “전철전력연구팀에서는 전철전력의 핵심기술과 IoT 기술 기반의 유지보수·진단 기술 개발을 통해 전철전력 설비의 안전성과 효율성 향상에 기여하는 연구를 수행하고 있다”며, “현재 자동검측과 원격감시가 가능한 예측기반의 유지관리와 에너지 최적화 기술을 개발하고 있으며, 경부고속철도 1단계 구간의 전철전력설비의 정밀안전점검, 변전소의 효율 향상 등의 연구도 병행하고 있다”고 밝혔다.


이어 “추진시스템연구팀에서는 친환경·고효율의 전력변환시스템 핵심기술과 함께 최근 각광받고 있는 수소에너지 기술을 적용한 동력시스템, 영구자석전동기 기반 고출력·경량화 추진시스템 등 실용화 기술 개발에 전념하고 있다”고 말했다.




특화된 기술력 풍부한 노하우 전문연구진 ‘자랑’

현재 이 연구팀에서는 타 전동기 대비 효율이 매우 높은 영구자석동기전동기의 고속철도 적용을 위해 380KW급 대용량 영구자석동기전동기 설계와 제어기술 개발에 성공한 상태로 올해 하반기 현장과 동일한 부하조건에서 검증이 이뤄질 예정이다.


김 본부장은 “이와 함께 개발 중인 무선급전기술은 해외기술 대비 상당히 앞서가고 있는 독보적 기술로 현재 차량 운행에 필요한 전기를 무선으로 공급하는 무선급전기술 개발을 완료하고, 경산시험선에서 현차 주행시험 검증이 이뤄지고 있다”며, “또한, 연구팀에서는 열차 내 변압기의 잦은 고장을 보완할 수 있는 반도체를 활용한 변압기 기술도 개발하고 있다”고 밝혔다.


그는 열차제어통신연구팀에 대해 “철도 분야에 ICT 기술을 융합한 열차제어와 철도통신 핵심 기술을 개발하는 팀으로 그동안 LTE 기반의 철도통합무선통신망인 ‘LTE-R’ 기술과 한국형 표준인 도시철도용 무선통신열차제어시스템인 ‘KRTCS’, 철도차량 내부장치 간 무선연계와 배선절감이 가능한 기술 등 굵직한 성과를 거뒀다”며, “최근 LTE-R과 5G 기술을 융합해 새로운 철도통신 네트워크망을 구현하고, 클라우드 플랫폼 기술까지 접목해 클라우드 플랫폼 기반의 집중형 통합제어방식의 철도운영제어환경을 구축 연구에도 심혈을 기울이고  있다”고 소개했다.


이어 “연계환승연구팀에서는 미래교통수단으로 평가받고 있는 미니트램을 포함한 인터모달 등 연계환승 핵심기술 개발을 중점적으로 진행하고 있다”며, “미니트램의 경우 현재 의왕시와 의왕역에서 왕송저수지(레일파크)까지 연계노선 설치를 위한 협의를 진행하고 있는 상태로 향후 사업화가 추진될 경우 의왕시가 철도메카로 자리매김하는데 크게 기여할 것”이라고 전망했다.




끝으로 김 본부장은 철도산업의 발전 방안에 대해 “가장 중요한 것은 가격 경쟁력 확보로 이는 관련 기업들의 기술발전과 품질 향상은 물론 국민 안전과 직결된 문제로 가격 경쟁력 확보가 제대로 이뤄지지 않을 경우 자칫 안전 문제가 소홀해질 수 있기 때문”이라며, “따라서 국제적 수준의 가격을 보장할 수 있는 제도와 틀이 반드시 마련돼야 한다”고 강조했다.


이어 “또한, 버스 중심의 대중교통 정책을 지하철 중심으로 유도해 최근 심각한 환경문제에 대처하고, 철도 산업의 활성화를 지원해야 한다”고 덧붙였다.

오성덕 기자 건설기술

http://www.ctman.kr/news/16820 

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