① 동향정보의 개요

현대의 대중교통에 최적화된 접근법을 찾기 위한 과정에서, 철도차량 형식 선정이 주목을 받고 있다. Gareth Evans 박사가 오랜 시간 동안 논쟁 중인 전기 기관차와 디젤-전기 하이브리드 기관차 패러다임 각각의 장점에 관한 논쟁과 엔진을 장착한 기관차와 나날이 증가하는 하이브리드 디자인 기관차 사이에 어느 형식이 더욱 장점이 있는지를 연구한 것을 발표했다.

도시화와 직업의 집중화라는 글로벌 트렌드의 정착은 계속되고 있으며 환경적 조건은 철도교통을 좀 더 선호하는 방향으로 나아가고 있다.

유럽철도산업연합(UNIFE, Union of the European Railway Industries)과 보스턴 컨설팅 그룹(Boston Consulting Group)의 공동 연구에 따르면, 2020년까지 세계 철도시장은 2.4%의 연평균 성장률을 안정적으로 유지할 것으로 전망되며, 컨설팅 회사인 SCI Verkehr에서는 2015년까지 철도용 장비 시장의 수요는 전 세계적으로 최고 160조 유로가 될 것으로 예측하면서, 관심은 현대의 대중교통 수요에 접근하는 방법론을 찾는 것에 집중되어 있고 이것이 철도차량 형식 선정 문제에 주목하게 하고 있다.

이 분야는 새로운 기술들에서는 도전적인 한 분야가 될 수 있다. 영국의 철도회사인 Arriva Trains의 정책 책임자이자 유럽연합 철도관리위원회 커뮤니티(Community of European Railways Management Committee)의 대표인 Roger Cobbe씨는 다음과 같이 말했다. "철도시스템은 값이 비싸며 우리가 구매하고자 하는 것은 대부분 이미 존재하는 기술에 의해 규정된다."

비용의 제약과 급격한 기술혁신은, 명확하게 매우 현실적인 장점을 제공해야 한다. 그리고 누군가는 새로운 세대의 기관차를 제안할 것이며 실제 하이브리드 디자인이 급속도로 증가하고 있다. 만약 그렇게 된다면, 오랫동안 있는 전기냐 디젤-전기냐의 패러다임에 심각한 도전이 될 정도인가?

② 현황 및 세부내용

증가하는 글로벌 현실

Pike Research의 최신 보고서에 의하면, 하이브리드 기관차와 엔진 기관차 모두 2015년과 2020년 사이에 세계 시장에서는 매우 증가할 것으로 보이며 하이브리드 형식의 판매량은 연평균성장률(CAGR, compound annual growth rate)이 25%까지 증가할 것으로 예측되며 이것은 매년 100대에서 170대 정도의 양에 달한다.

Pike Research의 차석 분석가인 Dave Hurst씨는, 2014년의 유럽연합 그리고 2015년의 북미지역에서의 디젤 배출가스 규제로 말미암은 변화와 철도 인프라시설이 급속도로 증가하는 중국과 인도에서의 비슷한 트렌드로 볼 때, 시장에서의 이러한 경향은 하이브리드 형식에 대한 수요를 더욱 증가시킬 것이라고 지적했다.

엔진 기관차가 초기에는 시장 성숙단계에서 2010년과 2020년 사이에 연평균성장률(CAGR)이 6.7% 정도로 가파르게 경쟁할 것으로 예상하지만, 하이브리드 기관차가 그것이 제공하는 강력한 투자 이익률(return on investment)때문만은 아니더라도 지배력을 행사하게 될 것이다.

그럼에도, 축전지에 저장된 동력에 의해 일차적으로 구동되는 철도차량이 세계 철도시장에 모습을 나타낸다고 할지라도 그 길에는 극복해야 할 상당한 장애가 있는 것이 사실이다.

전철화의 도전

"이것은 진실로 전철화에 대한 문제이다."라고 독립적 교통 컨설턴트인 Ernie Bell씨는 말했다. "전기철도 시스템이 존재하지 않는 지역이나 가까운 미래에 존재할 것 같지 않은 지역에서는, 이러한 바이모달 철도차량에는 좋은 적용 대상이 된다. 그러나 이미 전철화가 50%~60% 정도 완료된 유럽과 일본의 많은 지역에서는 이 주장은 분명히 약화된다."

이 문제의 포인트는 Cobbe씨에 의해 더욱더 직접적으로 제기되었다. "만약 이미 전철화가 되어 있다면, 당신은 절대로 하이브리드 열차를 도입하지 않을 것이다."

산업계의 많은 사람에게는, 이 말이 일반적인 전철화에 대한 분명한 메시지로 들리며 특히, 철도 사용이 증가하는 곳에는 더욱 그러하다. "교통 수준이 더 높아질수록, 전기로 구동하는 시스템의 경제적 효과는 더욱 커진다. 영국의 대부분 주간선 철도는 그것들이 운행하는 일부 또는 전 지역에서 용량에 다다랐기 때문에, 그들은 반드시 전철화를 해야 한다."라고 PRC Rail Consulting의 Piers Connor씨는 밝혔다.

그런데 그가 지적하는 것처럼, "전철화나 새로운 고속철도 노선에서, 새로운 철도노선을 완성하는 시점에 대한 평균적인 계획기간은 25년이다." 명확하게, 상황은 변화되지 않을 것이다. 영국의 도시 간 급행 프로그램(IEP, intercity express programme)의 일부는 어느 지역에든지 가는 방법에 대해 규정한 것이었지만, 완전한 전철화가 필연적으로 임박하다는 가정이 없이 열차가 네트워크를 여행할 수 있도록 한다고 목표를 두고 있다.

그런데 국제 로펌인 Stephenson Harwood사 직원이자 독립적 교통위원회(Independent Transport Commission)의 철도 전문가인 Mary Bonar씨는, 이것을 이루어내기 위한 과정에 하이브리드 시스템의 계획된 역할이 시작된다고 설명했다. "하이브리드 철도차량 제작을 결정한 바 있는 영국 교통부는, 부수적으로 더욱 광범위한 전철화를 결정했지만 전체 네트워크의 전철화는 아닌 것으로 결정했다. 이 정책은 특수하게 설계된 하이브리드 철도차량 중요 장점을 논란을 거듭하며 제거한 것이다."

Connor씨는 이것을 더욱 냉혹하게 비판했다. "현재 정부에 의해 제안된 것처럼, 디젤과 전기시스템을 혼합하여 사용하는 도시 간 급행 프로그램(IEP) 열차는 좀 더 정확하게 말해서 바보 같은 짓이다. 이것은 경제적으로나 운영효율적인 면에서도 목적과 들어맞지 않는 것이다. 이것은 다시 질문을 바라는 답변이다."

③ 향후 추진 계획

연료-무게 간의 패러독스

이러한 사실이 영국에서는 사실일지 모르지만, Bell씨는 일부 지역에서는 하이브리드 시스템이 매우 디젤에 의존하는 철도시스템에게는 적절한 해결책이 될 수 있다고 밝혔다. 이것은 단순히 엄격한 배출가스 기준이 강화되기 때문만은 아니다. "아직 입자상 물질과 탄소에 대한 우리의 관심사를 공유하지 못하는 많은 나라가 세계에 존재한다. 그들이 중요한 관심사로 바라보는 것은 연비 문제이며 일본과 유럽연합에서 행하여진 일부 실증화 시험 프로젝트가 10%~20% 정도의 배출가스 감소를 가져온다는 결과를 보여준 바 있다. 이것은 여러 해에 걸쳐 절감의 가능성을 증가시킨 것이다."

물론, 축전지가 이 문제 해결의 중요한 해결점이다. Hurst씨에 따르면, 하이브리드 시스템에 대한 목표 지향적 판매를 위해서는 2020년까지 축전지 용량이 약 514MWh에 도달해야 한다. 그가 예측하기로, 이 축전지의 대부분은 현재의 납축전지와 발전한 납축전지에 의해 이루어질 것이다. 그렇지만, 이것은 더 경량화된 철도차량을 지향하는 트렌드 상황에서 상당한 양의 무게 증가가 있음을 의미한다.

이론적으로, 더 무거워지는 무게와 향상된 연비 사이의 역설은 양립할 수 없는 것으로 보인다. 그런데 이것은 독립적 철도 전문가인 William Barter씨가 철도차량의 선택이 일반적으로 가능하다는 주장에 대해 논쟁의 여지가 더 넓어짐을 의미한다.

"나는 이것은 서비스의 종류 즉, 지방을 연결하는 철도인지, 도시 간 철도인지 아니면 도시와 도심을 연결하는 철도인지와 필요한 것이 무엇인지에 매우 많이 의존하는 문제라고 생각한다. 철도시스템을 이용하는 방법은 개별적인 시장에 적합한 자산의 특수화 문제라는 사실의 매우 강력한 증거이기도 하다."

어떠한 하이브리드 시스템이 이상적으로 적절한지를 판단하려면 특별하게 중요하게 검토해야 할 것이 있다. 그것 중의 하나는 궤도와 차륜 사이에 발생하면서 증가한 무게에 의해 수용될 수 있는 더 큰 점착력이 있어야 하는 곳 즉, 선로전환기의 문제이다.

68톤의 예전 독일철도 디젤-유압 전기철도 차량을 개조한 Alstom사의 하이브리드 버전은 오늘날까지 가장 성공적인 기술 중의 하나로 남아 있으며, 니켈-카드뮴(NiCd) 축전지를 충전하는 200kW의 Deutz 디젤엔진을 결합한 이후에 결국에는 2달간의 시험에 걸쳐 기관차의 연료 소비량을 절반으로 줄였다는 사실은 불일치의 사례이다.

<알스톰의 하이브리드 기관차가 로테르담 부두에서

2달간의 시험 이후에 연료 감소량을 50%까지 달성>

이러한 성공적인 적용과는 별개로, 다가올 미래에 효과적인 하이브리드 시스템이 궁극적으로 다른 역할을 어떻게 할 것인지 그리고 기존의 구동시스템 및 대체 배출가스 저감 및 효율화 기술과 어떻게 경쟁할 것인지는 두고 볼 일이다.

④ 참고자료

http://www.railway-technology.com/features/featureelectric-diesel-or-hybrid-the-great-railcar-debate/

▣ 원문제목 : Electric, diesel or hybrid? The great railcar debate