1. 미국 교통부(DOT)의 전략적 목표

○ 안전, 교통혼잡의 감소, 글로벌 상호연결성, 환경적 통제, 보안/준비성 그리고 대응

 

2. 미국 연방교통청(FTA)의 전략적 목표

○ 서비스 이용자를 위한 대중교통 시스템의 보안과 안전의 최대화

○ 소비자 중심의 대중교통시스템 양성

○ 산업적 적용가능성과 연계

○ 교통수단에 대한 멀티모달적 접근의 최대화

○ 상호존중을 중시하는 품질관리 조직 보장

○ 최상의 대중교통 서비스 지원 이동수준 보장

○ 대중교통 수요와 지역사회의 수요 간의 연결성 증진

○ 대중교통 시스템과 FTA에 대한 긍정적 이미지 증진

○ FTA 연구의 전략적 목표

- 국가 대중교통 연구에 대한 주도권 제공

- 증가하는 대중교통의 시장 지배력 지원

- 대중교통 운영 및 시스템 성능 향상 지원

 

3. 클린 에너지와 대중교통

○ 청정하고 에너지효율적인 자동차 기술 개발

- 대중교통용 버스의 배출가스 감소

- 온실가스 유발 교통수단의 배출가스 감축

- 연비 향상

‣ 연료비는 전체 운행비용 중에서 두 번째로 크며 FTA의 지원 대상이 아님

‣ 현재 운행 중인 대중교통 버스는 단지 2~4 mpg(mile per gallon) 수준임

- 자동차의 성능 향상

- 소비자 수용도 및 대민관계 향상

‣ 연기와 냄새 없는 자동차, 청정하고 조용한 자동차, 더욱 청정한 기술로의 발전

 

 

 

○ 발전한 기술 플랫폼으로서의 교통산업

- 집중화된 대중교통 운영

‣ 연료공급의 집중화 및 통합적 유지관리

‣ 숙련된 운영자와 기술자

‣ 도시 내부에서의 정지-진행 의무 사이클(stop-go duty cycle) 및 고정 노선

‣ 출발시각 관리

- 연방자본 자금지원

‣ 연방 조달 펀딩, 새로운 기술개발 지원

- 높은 시인성과 효과의 극대화

‣ 인구밀집지역에서의 운영, 대중 노출과 인식성의 확대

 

4. 클린 연료/기술을 향한 미국 연방교통청(FTA)의 연구

○ 미국에서의 최초의 연료전지 대중교통 버스 시험

- 워싱턴 DC(1994년~1998년), 시카고와 팜 스프링(1998년~2001년)

○ 대중교통 시스템용 대체연료(수소 등) 연구

- 개발과 실증화 실험, 자동차 시험 및 평가, 확장 및 조정작업

○ 바이오연료, 가스연료(수소 등), 전기 드라이브, 에너지 저장장치 및 연료전지를 포함한 복합기술 개발

○ 산업계, 대학, 미국 정부 위원회 및 국제적 협력

○ FTA의 연구활동

- 하이브리드 전기 및 전기 드라이브 버스에 대한 시험에 25백만 달러 지원

: 2000년~현재

- 연료전지 버스 시험에 150백만 달러 지원 : 1998년~2003년

- 연료전지 대중교통 버스 11대 현재 운영 중(12대 계획 중)

‣ 캘리포니아 산조세, 팜 스프링, 오클랜드

‣ 하와이 호놀룰루, 코네티컷 하트퍼드, 델라웨어 뉴악

‣ 국가 연료전지 버스 프로그램

: 49백만 달러(2007년~2012년)와 산업계의 매칭 펀드

 

5. Electric Drive Strategic Plan

○ 전기 드라이브 기술에 관한 FTA의 연구 지침

- 전기 드라이브 기술은 더욱 청정하고 효율적인 대중교통을 위한 상당한 잠재성을 가짐

- FTA의 접근은 모든 에너지원을 고려하지만, 전기 드라이브 기술은 앞으로 중요한 역할을 할 것임

- 연료전지와 다른 전기-드라이브 의존 솔루션에 대한 국가적인 관심과 함께, FTA는 우리가 지향하는 방향이 산업계의 지원을 받고 있다는 것을 보장할 필요가 있음

○ Electric Drive Strategic Plan

- 20년 기간의 전략적 전망에 따른 5년-단위의 전기 드라이브 연구계획을 세부적으로 규정함

- FTA의 계획은 산업계와의 자문을 통해 개발된 것임

‣ 각종 산업계의 광범위한 크로스 연구개발 포함

: 대중교통 회사, 버스 제작회사, 시스템 및 부품 공급회사, 학계 등

‣ 개별적인 산업계 전망 포함을 위한 산업계-정부 간의 미팅 시행

- 전기 드라이브 프로그램(Electric Drive Program)의 비전

2030년까지 미국 전반의 국내 공급회사들로부터의 배출가스 제로 또는 거의-제로에 가까운 상업적 이용, 높은 효율성 그리고 허용 가능한 대중교통 차량의 달성

- 전기 드라이브 연구의 목표

발전한 전기 드라이브 및 관련기술을 통하여, 상업적으로 이용 가능한 대중교통 차량이 상당한 수준의 높은 효율성, 배출가스의 저감 그리고 우수한 성능을 가질 수 있도록 함

 

 

 

- 전기 드라이브의 장점

‣ 대중교통 차량에 전기사용을 증가시키는 것은 국가적 차원의 교통시스템 분야에서 효율성을 향상시키고 배출가스를 줄이는 것임

‣ 이 기술들은 기존의 디젤버스의 성능을 향상시키고 연료전지와 다른 발전한 기술의 버스 적용을 가능케 함

 

 

 

- 전략적 연구의 접근법

‣ 산업계의 분석과 주주들과의 회의를 포함한 계획 프로세스를 통하여, FTA는 20년의 전망 속에서 기술을 발전시키는 데 필요한 5가지 핵심분야를 우선순위대로 설정함

 

 

 

- 연구 프로세스 : FTA는 응용연구 분야에 자금 지원하며 3단계로 구성됨

 

 

 

6. 미국 연방교통청(FTA)의 국가 연료전지 버스 프로그램

 

 

 

○ 배경

- 목표 : 상업적으로 적용 가능한 연료전지 버스 개발의 지원

- SAFETEA-LU 법률에 의한 지원

※ SAFETEA-LU : Safe, Accountable, Flexible, Efficient Transportation Equity Act: A Legacy for Users의 줄임말로, 미국의 육상대중교통 수단에 대한 장기지원법률임

- 2006 회계연도부터 2009 회계연도까지 49백만 달러 지원

- 추진 팀과 프로젝트의 경쟁을 통한 선택

- 50%는 연방정부의 지원 없음

- FTA 전기 드라이브 연구 프로그램과 공동 추진

○ 성능 목표

- 현재 사용 중인 상업적 대중교통 버스 비용보다 5배 이하의 비용 달성

‣ 현재의 40인용 디젤버스의 비용 : 328,000달러

‣ 현재의 40인용 연료전지 버스의 비용 : 3,000,000달러

- 20,000~30,000시간(4년~6년)의 연료전지 내구성 달성

‣ 일반적 연료전지의 보증기간은 4천 시간이지만, 차세대 연료전지의 보증기간은 12,000시간까지 임

- 현재의 상업적 대중교통 버스와 비교하여, 연비의 2배 향상

‣ 디젤차량의 평균 연비 : 3.5MPG

‣ 현재의 연료전지 효율성 : 7마일/DGE

- 현재의 상업적 대중교통 버스에 상응하는 연료전지 버스 성능 확보

‣ 가속력, 구배적용성, 충전범위, 제동거리 등

○ 국가 연료전지 버스 프로그램 프로젝트

: 최상의 발전한 연료전지 버스 상업화가 가능하도록 선택된 균형잡힌 프로젝트 포트톨리오임

- 연구개발 및 실증화 프로젝트 (8개 프로젝트, 43백만 달러)

‣ 진화되면서 동시에 청정한 연료전지 시트로의 접근

‣ 비용과 위험요소의 스펙트럼

‣ 복합적 드라이브 기술 및 시스템 특성

‣ 연료전지 스택의 크기와 이용성

‣ 복합적 에너지저장기술 : 니켈망간(NiMH), 리튬-이온, 울트라캐패시터 등

‣ 인프라시설에의 지원

- 부품 기술 (2개 프로젝트, 300,000달러)

- 분석, 확장 및 조정 (4개 프로젝트, 1.25백만 달러)

- 각각의 프로젝트는 3개의 비영리 컨소시엄 중의 하나에 의해 관리됨

‣ 조지아주, 애틀랜타 시 교통 및 환경센터

‣ 매사추세츠주, 보스턴시 노스이스트 Advanced Vehicle Consortium

‣ 캘리포니아주, 파사데나시 Weststart/CALSTART

- 이 프로젝트 내에는 산업계, 정부 그리고 대중교통시스템 파트너들이 포함됨

‣ 복수의 연료전지 제작회사 : UTC, Ballad, Hydrogenics, Nuvera

‣ 복수의 드라이브시스템 통합회사 : ISE Corp, BAE Systems, GE사 글로벌연구소

‣ 복수의 버스 제작회사와 복수의 연료 공급회사

- 미국의 다양한 지역과 환경에 흩어져 있는 실증화 시험 현장

‣ 캘리포니아주의 오클랜드, 샌프란시스코, 싸우전트 팜스

‣ 코네티컷주 하트퍼드

‣ 노스캐롤라이나주, 콜롬비아

‣ 뉴욕주, 알바니

‣ 텍사스주, 오스틴

 

 

 

- 국가 연료전지 버스 프로그램 지원 노력

‣ 미국 에너지부(DOE)의 국가재생에너지연구소(NREL)과 공동으로 데이터 수집 파트너십 체결

‣ 국내 및 국제적으로 연구결과를 확장하려는 노력

‣ 전기 드라이브와 연료전지 연구에 관한 기존의 FTA, DOT, DOE 그리고 주 정부 차원의 연구결과와의 조정

‣ DOT Volpe센터에 의해 수행되는 각 시험현장에서의 광범위한 안전계획 평가 작업

 

 

 

- 국가 연료전지 버스 프로그램의 상황 및 성과물

‣ 2009년과 2010년 사이에 12대의 신조 버스 운용 예정

‣ 수소 하이브리드 버스

․Proterra사가 개발한 35피트 길이의 축전지 기반의 수소 연료전지버스

 

 

 

․출력을 최적화하고 마모를 최소화할 수 있는 알고리즘을 통해 관리되는 듀얼 16kW 연료전지 스택

․사우스캐롤라이나주 콜롬비아의 H2 급유소

․이번 가을에 실증화 시험을 위해 여름 동안에 콜롬비아로 이동

‣ AC Transit의 연료전지 버스 실증화 시험

․AC Transit의 현재의 연료전지 버스 3대 가속시험 : 최초 평가 완료, 시험 계속

․NREL에 의해 발간된 가속시험 평가 보고서는 2009년에 발간됨

 

  

 

‣ 성공적으로 완료된 부품 프로젝트 : 하이브리드 연료전지 컨버터

․중량의 연료전지 대중교통 버스에 필요한 기존의 연료전지 DC-DC 파워 컨버터의 규모화 설계

․값비싼 기존의 one-off 설계에 상응하는 기능으로의 대체 가능

․복수의 연료전지시스템 제작회사 제품과 에너지저장장치 제품과 공동작동 가능

‣ 성공적으로 완료된 부품 프로젝트 : 연료전지 버스용 통합 보조모듈

․저비용이며 콤팩트한 통합보조모듈(IAM, Integrated Auxiliary Module)의 제작 및 실증화

․현재의 보조시스템에서 효율성을 향상시키고 비용을 절감하도록 의도된 설계

‣ 성공적으로 완료된 부품 프로젝트 : 완전한 크기의 연료전지 시험용 버스 부품의 통합과 시험 조사

- 국가 연료전지 버스 프로그램의 확대 및 통합 조정

‣ 수소 버스 서베이 보고서

․2009년 3월 발간

․세계 각지의 수소 버스 운영자들과의 인터뷰를 통한 국제 연료전지 버스 실증화 서베이

‣ 국제적인 연료전지 워킹그룹

․2008년 5월, 아이슬란드 Reykjavik에서 회의 개최

․2009년 6월, 캐나다 밴쿠버에서 회의 개최

‣ 세계적 연료전지 버스 웹사이트 베타 시험 중

- 온실가스 및 에너지감소를 위한 대중교통 투자 프로젝트(TIGGER, Transit Invetment in Greenhouse Gas and Energy Reduction)

‣ ARRA의 뉴 프로그램 일부임

‣ 대중교통 기관에 주어지는 100백만 달러의 자금지원

․에너지 소비량의 감소와 온실가스 배출의 감소

‣ 100% 연방정부 지원 이용 가능

‣ 2009년 5월 22일에 FTA의 제안됨

‣ 2009년 9월까지, FTA가 제안서를 검토하고 선택할 예정임

‣ 복수의 연료전지 프로젝트가 제안됨

 

7. 미국의 연료전지 철도 프로젝트

○ 연료전지 스위치 기관차

○ 연료전지 지하철 유지보수용 기관차

○ 구동 파워 백업을 위한 정지형 연료전지

 

 

 

○ 연료전지 스위치 기관차

- 국방부 및 BNSF 철도(주)

- 하이브리드 전기 스위치와 연료전지 버스 부품을 사용하여 신속하게 개발

- 디젤 스위치같이 배출가스가 없음

- 정지-출발(stop-and-go) 방식의 이상적 형태

- 실증화 시험 : 시포트와 육군기지

○ 연료전지 지하철 유지보수용 기관차

- 철도차량에 전원이 공급되지 않은 상태에서 작업자와 기계가 유지보수를 진행할 수 있음

- 충전 필요없이 축전지로 전원을 공급하는 차량보다 더욱 이용주기가 김

- 터널에서의 안전 작동을 위해 설계됨

○ 구동 파워 백업을 위한 정지형 연료전지

- 코네티컷 교통부

- 정지형 연료전지는 기존의 전철화된 통근교통 철도 서비스를 위한 대체 구동 전원 공급 가능

- 코네티컷에서의 구동전력 변환 혼잡은 서비스 방해를 초래하는 상태임

- 연구 완료, 더욱 많은 분석 필요

○ 수소 노면전차 프로젝트

- 몇 개의 도시가 수소 연료전지 전원의 노면전차 조사 중

- 새로운 시스템에는 카테나리 가선이 바람직하지 않음

- 많은 연료전지 버스 부품이 사용 가능함

- 콘셉트 제안 상태임

 

8. 제안된 철도-관련 수소 연료전지 프로젝트

○ FTA의 타당성 연구에 포함된 사항

- 현재의 디젤 통근열차 차량 시장 및 잠재성에 관한 보고

(온실가스 및 석유 소비량 감소 측면)

- 통근 열차용 장치에 최상으로 적합한 연료전지와 필요한 인프라시설물 검토

- 연료전지를 위한 필요 엔지니어링 사양

(개조 및 신조, 클린 시트 또는 기존의 연료전지 제작공장 사용 등)

○ 실증화 단계는 타당성 연구와 자금지원의 이용가능성에 달렸음

○ FTA는 FRA와 긴밀한 협력작업을 진행할 예정임

○ FRA는 100% 전력공급을 위한 철도 화물시스템 설계 비용을 조사하고 있음

○ FRA는 전력공급을 위해 수소 연료전지를 이용하는 스위치 엔진 기관차 개발을 위해 Norfolk Southern Railroad와 UTC Power사에 연구 승인을 검토 중임

 

9. 연료전지 프로그램으로부터 얻은 교훈

○ 내구성 : 내구성 향상을 위한 더욱 많은 연구개발 필요

○ 프로젝트 관리 : 심오한 관리 원칙에 입각한 굳건한 프로젝트팀 필요

○ 프로젝트 계획 : 반드시 현실적인 계획이 필요함

○ 파트너 : 가장 효율적인 제품 공급이 가능한 정확한 파트너 설정

○ 펀딩 : 더욱 많은 연구개발 자금지원이 필요함

○ 수소 인프라시설 : 국가적 목표 필요

○ 에너지 저장장치 기술 : 더욱 많은 연구개발 필요

○ 연료전지 기술 : 플랫폼과 장치 그리고 모드에 대한 공유 필요

○ 평가기술 : 평가와 연속적인 데이터 수집 필요

○ 정치적인 추진의지 필요

 

▣ 원문제목 : Issues and Challenges Fuel Cell Related Transit Research Programs

 

▣ 원문의 주요목차*******************************************************************

1. 미국 교통부(DOT)의 전략적 목표

2. 미국 연방교통청(FTA) 전략적 목표

3. 클린 에너지와 대중교통

4. 클린 연료/기술을 향한 미국 연방교통청(FTA) 연구

5. Electric Drive Strategic Plan

6. 미국 연방교통청(FTA) 국가 연료전지 버스 프로그램

7. 미국의 연료전지 철도 프로젝트

8. 제안된 철도-관련 수소 연료전지 프로젝트

9. 연료전지 프로그램으로부터 얻은 교훈