○ 최근의 축전지 기술 발전을 통해, 무선 트램시스템이 현실로 다가옴

- 에너지 저장장치가 더 소형화되고 스마트하며 효율적으로 됨에 따라, 현대의 트램에 설치가 쉬워지고 다른 부품과 통합적으로 작동하게 됨

- 트램 차량 프레임, 대차, 모터, 출입문, 냉난방장치는 변하지 않고 판토그라프와 전력 라우팅 시스템이 더 소형화되어 시스템적으로 전체적으로 제거되고 대형시스템에 최적화됨

- 새로 추가되는 것은 축전지 관리시스템인데, 이러한 전력공급시스템의 계속적인 진화는 많은 개선이 이루어지고 시스템에 대한 시간에 따른 성능은 그 능력을 증명하고 있음

 

○ 무선기술은 5마일 정도의 길이의 트램시스템이나 역사적인 유적 제한이 있는 곳에 적절함

- 안전하고 건설과 운영에 저렴하며, 미적 외관을 가지고 환경적 영향도 거의 없음

- 무선시스템은 부동산 필요성을 최소화하고 거의 전력 인프라시설 비용이 들지 않으며, 교량과 터널 비용을 감소시키며 건설 기간을 줄이고 건설로 말미암은 영향을 최소화하며 유지보수 비용을 감소시키고 안전을 개선하며 차량기지 운영을 개선함

- 결과적으로, 기존의 전력시스템과 복잡함이 없이 현대의 트램을 설치한다는 모든 장점이 있게 되며, 추가적인 장점은 다음과 같음

<도시의 급전 시스템>

 

<부동산>

○ 새 트램시스템을 전용선으로 만드는 것은 어려운 문제임

- 트램 신선은 원래 좁은 궤도나 확장의 여지가 없는, 사용되지 않는 폐선에 종종 설치됨

- 현대 철도 신 노선에 전력 공급을 위한 급전 폴과 덕트를 건설하는 것은 어렵고 비용이 많이 들며, 전용선으로 계획하는 것은 1마일당 2백만 달러 이상의 비용이 듦

 

○ 도시 환경에서는 더 어려운데, 특히 차도와 인도가 좁은 노후화된 밀집 개발지역에는 더욱 그러함

- 급전 폴은 궤도 사이 공간이나 추가로 3m 정도의 폭이 더 필요하거나, 이전의 좁은 폭의 인도에 급전 폴을 추가로 설치해야 함

- 급전 폴과 가선을 제거하는 것은 주위 사람들의 수용도를 높이고 환경을 위한 시간과 비용을 절감하며, 기존 프로젝트에서 나타나는 것처럼 상당한 양의 가선 덕트 뱅크를 설치해야 하며 이것은 비용, 시간 및 건설에 상당한 영향을 미침

 

○ 변전소 위치 문제는 특히 어려운 부동산 문제로, 트램시스템은 약 1마일당 한 개의 변전소가 필요함

- 도시 지역에서는 변전소용 공간을 찾아서 공원이나 기존의 상업용 또는 거주 공간을 사들여 설치하고 그것을 산업용으로 변경해야 하므로, 이 과정은 어렵고 값비싸며 일반적으로 주위의 강한 반대에 부딪힘

- 이상적인 세팅이라도, 변전소용 부동산은 500,000달러 이상이며, 변전소는 전력 그리드로부터 전력을 공급받아야 하는데, 이것은 새로운 지하 매설이 필요하므로 비용과 건설에 영향을 주게 됨

변전소

 

<전력 공급 인프라시설>

○ 카네타리 시스템은 비싸지만, 무선기술은 전력 공급과 관련된 인프라시설과 하드웨어를 제거함으로써 장기간의 표유전류 문제와 지하 시설물에 대한 전식 보호 비용을 제거함

- 최소한, 무선 트램시스템은 아래 비용을 제거함

- 현수 전차선, 급전 폴, 곡선 구간의 타이 및 지지선, 장력조정장치, 섹션 분리 스위치와 관련된 하드웨어, 변전소와 급전소, 전력 배분과 부정적인 귀선 케이블, 지하매설물의 전식 보호설비, 지하 건설물과 관련된 유틸리티 재배치 문제, 레일의 전기적 절연 문제가 발생함

 

○ 도시 환경에서 카테나리 시스템의 비용은 1마일당 약 2.5백만 달러로 추산됨

: 무선기술로 말미암은 자본투자 비용 절감은 1마일당 약 5.75백만 달러로, 약 5마일 정도 길이의 짧은 도시 내부 순환선의 경우, 전체 절감 비용은 약 29백만 달러에 달하며 이 비용은 실질적인 것으로 차량 비용의 거의 100% 정도를 오프셋 시킴

- 급전 폴, 폴 기초, 급전선, 하드웨어, 타이-오프, 지지선, 장력조정장치 그리고 섹션 구분 스위치 비용이 추가로 10% 정도 더 소요됨

- 변전소의 평균비용은 약 1.25백만 달러로, 1마일마다 위치함

- 전력 배분과 관련된 급전소 토지정리와 덕트 뱅크 비용이 평균 1마일당 300,000달러임

- 전선 급전시스템의 주요 문제는 표유전류(stray current)이며, 이것은 지하매설물에 피해를 주는데 이를 관리하려면 레일이 소위 [boot]라고 불리는 특수 절연물질에 래핑되어야함

- 이렇게 표유전류를 관리하려면 노동력이 많이 들고 비용이 소요되는데, 무선 기술은 레일에 [boot]을 설치할 필요가 없음(이것의 제거는 1마일당 약 250,000달러를 절감하도록 함)

- 전식 보호는 표유전류의 영향을 막고자 인접한 구조물과 유틸리티에 적절한 전기장치를 설치해야 하는데, 이것은 프로젝트마다 다르므로 비용을 산정하기 매우 어려움 (1마일당 약 200,000달러의 비용을 추산하는 것이 실질적이고 적절함)

- 최근에 전력 배분용 덕트 뱅크, 변전소, 카테나리 폴 기초와 관련된 유틸리티 비용은 1마일당 약 500,000달러를 추가시킴

덕트 뱅크 건설

 

<교량과 터널 비용>

○ 터널과 교량 비용이 절감되는데, 프로젝트 특징에 따라 다르지만, 이것은 구별하기 쉬움

- 급전 폴과 전차선 제거만으로 교량 폭이 3~4피트 정도 줄고 전력 케이블용 추가 공간도 불필요함으로, 1스퀘어 피트당 약 500달러 즉, 교량비용은 직선 1피트당 약 2,000달러 절감할 수 있음

- 무선시스템은 현수 공간 이격거리가 불필요하므로, 기존의 현수 교량을 높일 필요도 없으며 교량 안전과 추가 유지보수를 고려할 필요도 없음

 

○ 단선 터널의 직경은 일반적으로 궤도와 차량 그리고 카테나리 전차선의 통합된 높이로 결정되며, 현수 가선과 판토그라프 상승 이격거리가 제거되면 터널 보링 직경이 작아짐

- 복선 터널 직경은 일반적으로 궤도시스템의 폭에 의해 규정되므로 무선시스템의 터널 보링 직경은 전차선시스템과 거의 같지만, 터널 공간은 항상 건설 및 유지보수 비용이 비싸므로 전차선과 전력 공급 케이블의 제거를 통해 상당한 절감이 가능함

- 터널에 변전소를 두는 것도 비싸므로 승객용 시설이나 터널을 따라 건설되어야 함

 

<건설로 인한 영향>

○ 트램 건설로 인한 가장 큰 방해요소는 급전 폴, 덕트 뱅크의 건설 그리고 유틸리티 시설의 재배치로 무선기술은 이러한 필요성이 없음

- 이 작업들은 시간이 소요되고 시끄러우며 먼지와 흙을 만들어 내며, 인도 장벽을 포함한 우회로가 필요하며 때로는 가정집이나 생활용 시설 앞에서 이루어지기도 함

- 무선기술은 이러한 작업을 없애고 건설 지역 내의 생활의 질을 유지하기 쉽게 함

 

○ 건설기간도 줄게 되는 데, 일반적으로 전차선의 설치, 변전소 급전 그리고 전기시스템은 최종 작업 요소로 특수 장비를 사용하고 작업 현장에의 접근을 막아야 함

- 결과적으로, 이러한 작업은 궤도와 정거장 건설이 거의 완료될 시점에야 시작되며, 전기시스템의 제거는 건설기간을 줄이고 더 중요한 것은 트램의 영업운행과 시운전 시점을 매우 단순화시킬 수 있다는 것임

- 일반적으로 3년 이상이 걸리는 전형적인 트램 건설 프로젝트는 6개월 이상 단축이 가능하며, 이것은 현수 전차선 및 파이낸싱과 관련된 비용을 절감하여 전체 비용이 절감됨

 

<차량 비용>

○ 축전지 장치의 추가는 차량 무게를 더하게 되어 추가 전력비용을 발생시키지만, 이 비용은 축전지 충전을 위해 회생제동을 사용함으로써 상쇄 이상이 가능함

- 7량 1개 편성 기준으로 하루 평균 20시간 그리고 연간 50,000마일 운영할 때, 연간 전력 소비량 절감비용은 약 150,000달러에 달할 수 있음

 

○ 일본 [Kinkisharyo] [e-Brid]시스템에 사용된 리튬-이온 축전지와 관련 장치는 매우 신뢰성 있고 정기적인 유지보수가 불필요한 것으로 증명되어, 현재 예상 수명은 보수적으로 평가해도 약 8년으로 평가됨

- 축전지 기술은 매일 향상되고 있으며 앞으로는 그 수명주기가 20년으로 예상되며, 현재 비용은 1세트당 약 240,000달러지만, 30년 만에 2회 교체한다고 가정하면 연간 유지보수 비용은 7량 1개 편성에 약 55,000달러로 평가됨

- 새로운 5마일 거리의 무선시스템은 500,000달러 비용의 2개 충전소가 필요하며, 차량 당 초기비용은 약 350,000달러 상승하여 추가 자본비용은 3,450,000달러임

 

<운영 및 유지보수 비용>

○ 무선기술은 특히 습윤한 기후에서 운영 및 유지보수 비용 절감이 가능함

- 겨울 폭풍우는 가공 현수 급전시스템에 좋지 않은 영향을 미치는데, 얼음의 축적은 판토그라프에 영향을 미치는 아크 현상을 유발하고 심지어는 판토그라프를 차량 지붕에서 분리되게 하거나 이선 현상이 발생할 수도 있음

- 운영자들이 카테나리 전차선에 쌓인 얼음과 눈 축적물을 단지 청소하기 위해, 영업운행 이전에 얼음 제거용 열차를 계획하는 것은 일상적이지 않은 일이지만, 이 작업은 비용이 많이 들고 복잡한 계획이 필요하며 영업운행 차량을 사용하는 것은 비효율적임

- 오래된 일정 길이의 카테나리 시스템의 다른 문제는 전차선이 온도 변화에 따른 확장과 수축으로 여름에 늘어지고 겨울에 부러지는 것인데, 이상적인 기후에서 카테나리 시스템은 유지관리가 비쌈

- 전차선과 변전소 모두 정기적인 유지보수가 필요하며, 변전실과 전력 피드도 보호용 펜스와 침입용 경보를 포함한 보안 수준이 필요하며 반드시 검사, 시험 및 유지관리가 필요함

현수 전차선 유지보수

 

○ 무선시스템은 구매하기 비싸고 대형시스템에서만, 사용되는 비수익적 특수 유지보수 차량인 전차선 유지보수 차량의 필요성을 제거하고 예비품과 전차선과 카네타리 하드웨어 재료의 저장이 불필요함

- 차량 유지보수가 줄어들지만, 부드럽고 안전한 운영은 판토그라프의 정기 검사와 유지보수에 달렸으므로, 유지보수 직원이 줄고 기존의 전력 배전담당 직원이 불필요하며, 현수 전차선과 관련된 위험 및 효율성 훈련이 불필요하고 변전실 유지보수가 일반적으로 차량기지에 있는 충전소에 제한됨

- 소형 트램 시스템에서, 이러한 개선과 효율성은 연간 약 600,000달러의 운영비용을 절감하도록 함

 

<안전>

○ 무선시스템에서는 승객과 작업자 안전이 향상되는데, 전력 급전이 실패할 때는 승객을 인접 역에 수송할 구조 차량이 불필요하며 이것은 차량이 터널에 있을 때, 급전이 중지되면 특히 중요함

- 작업자의 안전이 향상되는데 특히, 작업자가 항상 차량 옥상에서 작업해야 하는 차량기지에서는 더욱 그러함

- 차량 유지보수 기지는 시스템에서 가장 위험한 지역으로, 이동하는 차량은 핫 스틱을 사용하여 차량에 전력을 공급함으로써 이루어지거나 윈치 또는 동력화된 토우를 사용하여 이동이 이루어짐

- 차량기지의 현수 전차선은 차량 지붕에서 작업하는 작업자에게 노출된 위험한 전기장치로서, 핫 스틱은 더 위험하여 작업자들이 노출된 전기접촉을 통해 취급하게 되어 있으며, 윈치나 토우는 안전하지만 비효율적임

- 무선기술은 이러한 모든 문제를 안전하고 효율적으로 극복하며 작업자 안전을 개선하고 유지보수 비용을 감소시킴

차량기지에서의 전차선 노출

 

○ 무선기술은 선로에서 작업하는 제삼자의 안전도 향상시킴

- 트램 운영자는 전용선을 따라 계약자와 예방서비스를 정기적으로 시행하는데, 전차선을 가로지르는 교량의 검사와 유지보수를 시행하는 제삼자의 안전을 보장할 필요가 있거나 전차선 근처에서 운영되는 크레인이나 다른 마스트 건설의 안전을 보장해야 함

 

○ 다른 고려사항은 교통 코리도를 따라 시행되는 비상대응으로, 전용선의 화재 대응은 종종 전차선에 인접한 지역에 사닥다리와 다른 구조장치를 필요로 하며, 이것은 비상 대응 직원들의 안전을 보장하는 데 필요한 비상 프로세스 연습을 요구함

- 비상 대응은 전차선 단전이 필요하며 이것은 대응시간을 지체시키고 생명과 재산에 위협이 되는데, 무선기술은 전기시스템과 관련된 비상대응 코디네이션이 불필요하며 전력이 완전히 소실된 경우에의 구조 차량도 불필요하게 함

 

<기지 운영 및 유치선>

○ 차량기지 설계도 급전 폴이나 파워 피드에 무관하게 더 효율적인 설계가 가능함

- 궤도 형태는 현수 전차선과 무관하게 개발될 수 있으며, 유치선은 공간을 최소화할 수 있음

- 기지 건설은 더 쉽고 비용이 적게 들고 기지 운영도 더 신뢰성이 높아지며, 전차선 검사와 유지보수를 위한 단전이 불필요하므로 모든 유치선을 언제든지 이용 가능함

유치선의 전력 폴

 

<요약>

○ 무선시스템의 장점에는 자본 및 운영비용 절감과 전용선 감소와 관련된 추가 절감 그리고 교량과 터널과 같은 토목작업의 절감 그리고 건설 계획의 개선이 가능하며, 단점은 차량 비용과 축전지 유지보수의 작은 부분 증가임

 

○ 전용선과 관련된 비용 절감을 고려하지 않더라도, 짧은 공사 기간이나 작은 폭의 교량이나 터널 보링 직경과 관련된 토목공사 편익으로, 5마일의 무선 트램시스템의 절감은 쉽게 다음과 같음

- 프로젝트 투자비용 절감 : 25,300,000달러

- 연간 운영비용 절감 695,000달러

 

○ 7개 차량 1개 편성의 [e-Brid] 차량을 이용하는 5마일 길이의 트램시스템은, 연간 운영비용 절감이 약 5%인 10.7백만 달러로 평가되며, 현재가치와 결합하면 전체 비용절감은 시스템의 수명주기인 30년에 걸쳐 약 36백만 달러로 예측됨

 

○ 기존 축전지 기술은 약 5마일의 완전 무선시스템으로 제한되지만, 축전지 저장시스템은 더 소형화되고 경량화되고 용량이 증가하므로, 무선시스템의 적용범위는 확장될 것임

- 자본 및 운영비용과 결합한 건설 계획 절감은 트램시스템을 재무적으로 매력적인 방식으로 인식될 것이며, 전차선과 변전소의 제거는 아름답고 친환경적인 수용성을 만들어내며, 전기시스템의 개선과 승객 안전은 비용과 무관하게 매우 중요한 것임

 

 

 

○ 약간의 장거리 트램시스템도 무선기술의 효과를 받을 수 있는데, 무선 트램은 특히 역사적인 공간이 있어 전차선 설치를 싫어하는 지역에 유용하며, 역사적인 공간 외부에서는 기존 방식으로 주행하고 해당 지역에서는 무선방식으로 주행함으로써 차이를 극복할 수 있음

- 또한, 터널 건설과 유지보수 비용을 낮추어 터널과 관련된 시스템 비용을 절감할 수 있음

 

○ 무선기술은 더는 실험적 기술이 아니며, 상업적으로 사용 가능하며 짧은 트램 노선과 도시 환경에서의 도심지 순환으로 선호되는 솔루션이 빠른 시간 내에 될 것임

- 무선시스템은 더 장거리 시스템에도 적용 가능한데, 더욱 중요한 것은 건설을 신속하고 저렴하게 그리고 관리를 쉽고 저렴하게 할 수 있으며 미적으로 아름다운 솔루션이라는 사실임

 

※ 이 자료는 기존의 전형적인 프로젝트 데이터와 [Kinkisharyo]사가 제공한 제작회사 데이터에 기반을 둔 것이며 각각의 프로젝트에 조건에 따라 비용은 변함