| 연구개발개요 |
○ 파리협정(‘15.12)에 따른 우리나라 탄소배출량 저감 목표(탄소배출전망치 대비 37% 감축) 및 미세먼지 배출기준 신설에 따른 선제적 대응이 필요함.○ 신재생에너지를 통해 발생이 가능한 수소를 적용한 연료전지는 자동차 및 버스등의 수송용 전원으로서 이미 상용화되어 있고 미국, 일본, 중국을 비롯한 유럽에서 철도차량의 수송용 전원으로 적용하려는 연구 및 실용화가 빠르게 진행되고 있음. ○ 수소연료전지를 이용한 수송용 전원은 기존 에너지 효율이 30%인 내연기관보다 높은 50%이상의 효율을 나타내고 공해배출이 전혀 없는 친환경 전원으로서 수소연료전지와 배터리를 조합한 하이브리드 기술을 적용하면 화물 또는 승객 수송용 철도차량에서 요구하는 부하조건하에서 1회 수소충전시 주행거리를 충족시킬 수 있으며 비전철화 구간의 효율적 운용을 통한 인프라 건설 및 유지비용 절감○ 수소연료전지를 적용한 하이브리드형 철도차량의 주요 핵심기술은 배터리를 결합한 수소연료전지 하이브리드 동력시스템 및 관련 제어기, 발전된 에너지 또는 회생에너지에 대한 에너지 흐름을 용이하게 제어하기 위한 전력변환시스템, 전동기를 효율적으로 제어하기 위한 추진제어시스템 그리고 기타시스템을 IoT기술을 이용하여 데이터를 수집하고 수집된 데이터를 실시간 처리와 통합적 관리를 위한 스마트 에너지 관리시스템 등으로 구성됨.○ 수소연료전지를 적용한 하이브리드 철도차량의 최적 적용을 위한 고효율/경량 추진시스템 개발과 수소연료전지 하이브리드 철도차량 운용 기반 마련을 위한 기술 개발
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| 최종목표 |
수소연료전지 하이브리드 동력시스템(1.2MW이상)을 적용한 철도차량 추진시스템 최적화 및 운용 기술개발 ○ (1세부) 수소연료전지기반 하이브리드 추진시스템 최적화 기술개발 - 수소연료전지 하이브리드 철도차량 시스템 엔지니어링 - 수소연료전지-2차전지 하이브리드 동력시스템 개발 - 수소연료전지 하이브리드 DC-DC 컨버터 개발 - 고출력밀도 추진제어장치 개발 - 계통연계형 보조전원장치 개발 ○ (2세부) 수소연료전지 하이브리드 철도차량 운용 기술개발 - 수소충전소 구축방안 도출 및 성능 검증 - 수소연료전지 하이브리드 철도차량 기술기준(안) 개발 - 수소연료전지 하이브리드 철도차량 성능 검증기술 개발 - 시험차량 설계 및 제작(또는 개량) - 수소연료전지 하이브리드 철도차량 테스트베드 운영방안 도출
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| 연구내용 및 범위 |
○ (1세부) 수소연료전지기반 하이브리드 추진시스템 최적화 기술개발 1) 수소연료전지 하이브리드 철도차량 시스템 엔지니어링 · 철도차량 및 주요 구성품 요구조건 분석 · 철도차량 및 주요 구성품 설계목표 도출 · 하이브리드 동력시스템 관리 제어기 개발 · 철도차량 및 주요 구성품 성능검증용 계측시스템 구성 · HIL을 활용한 제어기설계 검증기술 개발 · 주요 구성품 조합시험 2) 1.2MW급, 600km 이상 연속주행을 위한 수소연료전지-2차전지 하이브리드 동력시스템 개발 · 최대부하, 연속주행거리 및 차량내부 설치공간 최소화 등을 고려한 수소연료 저장 용기 설계·제작·성능검증 · 연료전지 및 2차전지 사양 도출 및 선정 · 연료전지-2차전지 최적 비율 도출 · 수송용 수소연료전지 열화상태 진단기술 적용 방안 연구 · 연료전지-2차전지 하이브리드 최적 관리·제어 알고리즘 개발 · 연료전지-2차전지 하이브리드 동력시스템(제어기, 냉각장치 등 부대장치 포함) 설계·제작·성능검증 3) 고효율 수소연료전지 하이브리드 DC-DC 컨버터 개발 · 토폴로지 및 제어기법 분석 및 선정 · DC/DC컨버터 제어알고리즘 개발 및 DC/DC컨버터 설계·제작·성능검증 4) 고출력밀도 추진제어장치 개발 · 고효율 영구자석동기전동기 설계·제작·시험검증 · 고정밀 영구자석동기전동기 제어알고리즘 개발 · 추진용 인버터 설계·제작·성능검증 · 전동기-인버터 조합시험을 통한 성능검증 5) 계통연계 소요시간 3초 이내인 계통연계형 보조전원장치 · 전력계통 연계 요구사항 분석 및 사양 도출 · 전력계통 연계형 보조전원장치 설계·제작·성능검증 · 전력계통 연계전략 및 운영방안 도출 ○ (2세부) 수소연료전지 하이브리드 철도차량 운용 기술개발 1) 만충 소요시간 15분 이내인 수소충전소 구축방안 도출 · 수소충전소 성능 및 안전 요구사항 분석 · 수소연료전지 하이브리드 철도차량 운영시나리오별 충전소 구축 방안(사양포함) 도출 · 시험차량 시운전을 위한 수소충전방안 도출 및 적용 2) 최고속도 110km/h 시험차량 설계 및 제작 · 전장품(DC/DC컨버터, 추진제어장치, 보조전원장치) 제작 · 추진제어장치 및 DC/DC용 전력반도체 소자 구동 드라이버 기술개발 (이건산전) · DC/DC 및 보조전원장치용 냉각시스템 최적화 기술개발 (엘케이엔) · 보조전원장치용 고효율, 고주파용 변압기 기술개발 (코아전기) 3) 수소연료전지 하이브리드 철도차량 기술기준(안) 및 성능검증 기술 개발 · 국제표준 부합화 및 WTO/FTA TBT 분석을 통한 기술기준(안) 개발 (시험절차서 및 해설서 포함) · 유관기관 공청회를 통한 의견수렴 및 기술기준 최종안 도출 · 시험차량 완성차시험, 예비주행(5,000km) 및 시운전시험을 통한 성능검증 4) 수소연료전지 하이브리드 철도차량 운영 및 관리방안 연구 · 운영(시운전포함)을 위한 방안 마련 · 상태진단 유지보수 요소기술 및 관리방안 도출
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