1. 개요

▶ 1페이지~3페이지 1단락까지의 내용 요약

○ 운송시스템을 설계하는 데 있어 환경의 지속가능성과 에너지는 매우 중요한 문제이며, 경제적 효율성 담보를 위해서도 필요한 조건이다. EU에서는 전체 에너지 소비의 약 30%를 바로 운송 부분이 차지하고 있다(본문 p.2128, 그림2 추가). 이는 EU 전체 온실가스의 27%를 차지하고 있으며, 그 중 72%가 도로교통에 의한 것으로 나타났다(본문 p.2128, 그림3 추가).

○ 기후변화에 관한 정부간 패널(IPCC) 보고서에 따르면 2050년까지 전 세계 온실가스 배출을 최소 60% 절감할 필요성을 제기. 현재 운송부문은 온실가스 배출의 80%가 석유 관련 연료로부터 발생하기 때문에 환경 지속성과 세계적인 화석에너지 절감 대책에 가장 저감 및 적응 노력이 필요. 전 세계 석유 수요가 지속적으로 증가하면서 석유생산량이 사상 최고치를 기록하고 있다. 이러한 추세는 에너지 효율적이고 환경 친화적인 대체 운송시스템 ？ 전철환승(metro-transit) 시스템, 육상운송 수단 전환(무공해 및 전기차 등) - 의 절실함을 시사하고 있다.

2. 전철의 에너지 관리 이슈

▶ 3페이지 2단락~3장 앞부분까지의 내용 요약

○ 그간 전철에서의 에너지 관리방법에 대한 많은 방법들이 제안된바 있다. 특히 전철의 제동 시 필요한 에너지는 급경사와 급커브가 심한 선로에서는 전체 운용 에너지의 많은 부분을 차지한다. 전철 운용에 따른 전기에너지 수요는 다음과 같이 세 가지 수요가 주를 이룬다.

- 동일한 라인을 운행하는 다른 전철에 공급되는 에너지 : 전기 에너지 관련 파라미터에 대한 정량적 산출이 불가능하다.

- 전동차 내 또는 고정 저장시스템에 저장되는 에너지 : 현재의 전철 운용시스템을 고려하면 이 저장에너지 수요가 가장 정량적인 값으로 볼 수 있다.

- 에너지 공급 네트워크에 피드백되는 에너지 : 현재의 전철 운용시스템의 양방향성을 고려하면 이 에너지 역시 정량적 산출이 불가능하다.

○ 위의 세 가지 전동차 전력 공급-회복 시스템 이슈들은 모두 매우 많은 양의 전기에너지가 전동차의 제동장치에 의해 열로 발산되어 소모된다는 것을 알 수 있다. 이는 전동차의 보다 효율적/정량적인 제동 에너지 관리를 위한 고정적인 전기에너지 저장장치가 필요하다는 것을 시사하고 있다.

3. 에너지 소비 분석 시뮬레이션

▶ 3페이지 끝 단락~4페이지 4장 앞부분까지의 내용 요약

○ 대도시를 양방향으로 운행하는 전철의 교통 시나리오를 설정하고 이에 대한 전철의 전력소비를 평가하였다. 이를 위한 소프트웨어를 설계하고 이를 통해 전철의 전기장치와 운송시스템의 에너지 소비패턴 등을 평가하기 위한 전기 및 열 관리 시뮬레이터를 설계하였다.

- 어떤 소프트웨어(이름, 특성 등)를 이용해 어떻게 핵심 모수들을 추정했는지 설명 필요(그림과 함께)

○ 소프트웨어는 전동차의 제동 시 요구되는 총 전력, ESS(Electric Sub-Station : 변전모듈)에 의한 총 공급전력, 잠재적 및 유효 제동력을 계산할 수 있도록 설계하였다. 따라서 모든 입/출력 선택에 의해 다양한 교통 시스템의 에너지 성능 및 효율성에 대한 명확한 정보를 얻을 수 있다.

4. 시뮬레이션 결과 적용사례_로마의 전철 시스템

▶ 4페이지 끝 단락~9페이지 5장 앞부분까지의 내용 요약

○ 로마의 전철 운송시스템은 2개 라인(라인 A, 라인 B)으로 구성되어 있다. 이 중 이 연구에서는 길이 18.76km의 라인 A를 연구대상으로 하였다. 이는 27개의 정차역과 매우 많은 경사와 커브로 구축되어 있다. 전력 시스템은 6개의 ESS로 구성되어 있고 각 ESS에는 전력변환장치가 포함되어 있으며, 전력공급을 위한 출력전압은 DC 1.5KV이고 3.5MW의 정격전력을 가진 AC/DC 전체 다이오드 브리지 컨버터로 구성되어 있다.

○ 특히 라인 A를 운행하는 전 전동차를 2002년부터 저 에너지 소비형의 신규 차량인 CAF Espania사의 ‘MA300’ 전동차로 점차 교체해 나가고 있다. 이러한 프로젝트는 전동차의 제동에 따른 에너지 소비를 최소화 할 수 있는 장점이 있는 것으로 평가받고 있다. 다만, 전동차가 출발하거나 급제동 시 소요되는 정격전력 자체가 매우 높은 단점도 있다. 이는 전동차 운전자의 운전습관 등에 따라 적절히 해소될 수 있을 것으로 판단하고 있다.

○ 로마의 라인 A 전철 운용 시나리오를 토대로 에너지 성능평가를 위해 시뮬레이션을 수행하였다. 전철의 운행빈도와 전기적 제동장치에 대한 다양한 파라미터를 통해 최소~최대 속도를 고려하여 수행하였다.

- ‘MA300’ 차량의 교통 시나리오를 설정하였으며, 각 역에서의 정지시간은 중간값으로 20초로 설정하였다. 6대의 전동차가 분기선에서 정지한다고 가정하고 민감도 분석 후 전력 소비량의 차이를 얻기 위해 최소 10km/h의 변화가 필요한 것으로 나타났다.

- 소프트웨어 실행에 의해 전동차의 총 에너지, ESS에 의한 총 공급 에너지, 총 잠재적 제동 에너지를 계산하였다. 소비된 에너지 중 제동에 소요되는 에너지의 영향력지수를 나타내는 에너지 절약비율(%)을 측정함으로써 전동차의 제동 에너지를 고려한 라인 A의 성능을 평가할 수 있다. 아울러 전동차에 요구되는 총 에너지에 대한 효과적인 제동 에너지 비율(%)은 전동차의 하중을 고려하여 제동 에너지 영향력지수를 평가할 수 있다.

- 전동차의 총 소요 에너지 소비율은 운행 빈도가 증가할수록 38%에서 30%로 감소하는 것으로 나타났다. 이는 운행빈도 수가 작을수록 회생 가능한 제동 에너지 잠재력도 작다는 점을 의미한다.

(주요 결과에 그래픽 결과를 포함해 설명해야 할 것임. 속도 변화에 대해서는 원문의 그림 8, 에너지 공급 절약 잠재성에 대한 평가는 그림 10, 11,12, 13 중 가장 대표성을 갖는 결과와 설명을 삽입해야 함.)

5. 전기자동차와 전철의 통합 운영 시스템

▶ 9페이지 중간~12페이지 7장 앞부분까지의 내용 요약

○ 환경 친화적이면서 저 에너지 요구사항에 맞는 운송 시스템으로 BEV(Battery Electric Vehicle : 배터리 전기자동차)와 PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle : 플러그 인 하이브리드 전기자동차)가 주목받고 있다. 2010~2030년까지 신차 판매시장에서 BEV와 PHEV의 시장점유율을 보면 BEV는 약 7%를 차지하는 반면, PHEV는 약 15%를 나타낼 것으로 예상된다. 이러한 전기자동차 산업 인프라를 구현하기 위해서는 무엇보다 전기자동차의 이용이 확산되어야 한다. 아울러 전기자동차에 요구되는 높은 투자비용 대비 산업적 효과를 나타내기 위해 대도시의 대중교통를 중심으로 우선적으로 확산되어야 할 것이다. 이를 위해서는 공공기관의 BEV와 PHEV 구매력의 확산이 필요하며, 전기자동차 충전 인프라를 충분히 구축할 필요가 있다.

○ 위의 여러 관점을 실제 전철 운용 현장에서 보면 제동 에너지의 효율적인 관리를 위한 고정 저장장치가 필요하며, 전술한바와 같이 30~38%의 에너지를 절약할 수 있는 인프라 구축이 절실하다.

- 위의 두 문단은 통합운영과 관련이 없는 최신 전기장치(전기차 포함) 개발 및 확산 배경에 대한 논의 성과임.

○ 전철과 전기차 시스템 통합 구조는 그림 14(원문, 반드시 필요)과 같다. 통합시스템구축에는 신속한 전력 및 전기공급장치(베터리)교체 및 충전 시스템 제공, 구축 등이 포함되며 적절한 서비스 제공 모델로써 내부 또는 외부 전력 서비스 공급 방식이 구축될 수 있다.

6. 맺음말

▶ 12페이지 7장 부분 내용 요약 및 제언

○ 전철의 제동 에너지에 대한 효율적인 관리와 전기 에너지 저장 시스템 최적화를 통해 획기적으로 에너지를 절감할 수 있을 것이다. 이를 증명하기 위해 많은 연구자들은 특화된 소프트웨어를 설계하여 실제 전철 운용라인에서 제동 에너지 평가에 대한 분석을 수행하였다. 수행결과, 실제 전철운용 현장에서 30~38%의 잠재적 에너지 절약을 구현할 수 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 대도시의 효과적인 운송수단으로 주목받고 있는 전기자동차의 확산추세를 고려하면 운송시스템 설계를 위한 새로운 제안으로 평가할 수 있다.

○ 이 연구의 핵심은 스마트 운송 및 건설을 통한 전철 운용시스템과 두 종류의 전기자동차 운송시스템과의 통합 운용을 제시하였다. 이러한 통합 시스템은 전기 에너지 문제의 해결방안과 아울러 최적의 운송시스템 구축을 통해 친환경성과 저 에너지 효과를 극대화 할 수 있는 방안이다. 향후 이에 대한 현장 적응성 등에 대한 검증을 통해 적극적으로 적용을 검토할 필요가 있다.

○ 에너지 소비의 증가로 인한 지구 환경변화 문제에 관심이 집중되면서 대도시 지역의 운송 시스템에 대한 친환경적 기준을 검토할 필요성이 증대되고 있다. 특히 대도시의 전철 운송라인과 지상의 전기자동차를 위한 효율적인 전력시스템을 구축할 수 있는 다양한 연구가 진행 중이다. 연구자들은 도시 교통과 관련된 에너지 관리 문제 해결방안으로 지속가능하면서 혁신적인 전철 라인과 전기자동차와 통합을 제시하고 있다.

○ 이 연구에서는 전철 라인과 전기자동차와 통합 운용을 위한 시뮬레이션과 실제 사례연구에서 얻어진 에너지 분석 결과를 기반으로 전력시스템 구축을 위한 비즈니스 모델을 제안하고 있다. 이는 전기에너지 절감을 통한 친환경성 영향 측면에서 잠재적 효과를 나타낼 수 있을 것으로 평가된다.

○ 이 연구의 결과는 급경사 및 급커브가 심한 구간을 운용하는 전철의 제동 에너지를 전기자동차의 배터리 저장시스템을 응용함으로써 환경적 영향의 최소화 할 수 있는 최적의 전철라인 설계에 적용할 수 있을 것이다. 아울러 전기철도 시스템의 효율적인 전기 에너지 저장장치를 설계하기 위해서는 저장장치의 용량 산출, 저장장치 간 지능형 제어 및 경제성 분석 등의 연구가 필수적이다.