“ 전기버스뿐만 아니라 수많은 분야에 응용이 가능한 친환경 무선 충전 기술을 개발하다”
유선 충전 방식보다 편리하고 활용도가 높은 비접촉 무선 전력전송에 대한 관심이 증대되면서 미국, 일본 및 중국 등에서 무선 전력전송 기술 개발을 추진하고 있다. 본 연구팀은 도로 밑에 매설된 전선에서 발생하는 ‘자기장’을 차량 하부에 장착된 집전장치를 통해 ‘전기에너지’로 변환하여 차량을 운행하는 새로운 개념의 무선 충전 방식을 사용한 친환경 전기버스를 개발하였다. 선진국들이 선점한 전기자동차 기술 시장에서 무선 충전 방식의 전기자동차 기술 개발은 기술적 후발국인 우리나라가 전기자동차 시장에서의 경쟁력을 확보할 수 있게 해주었다.
석유에너지 고갈 문제와 내연기관의 운행으로 심각해지는 환경오염 문제로 인해 세계 각국에서 친환경 그린카에 대한 필요성이 커지고 있다. 하이브리드 자동차, 클린 디젤, CNG 등 다양한 방식에 대한 연구와 적용이 시도되고 있으나, 기존의 내연기관을 완전하게 대체하는 데 한계가 있다. 이로 인하여 그린카 개발에 대한 경쟁도 가속화되고 있다. 전기자동차는 일반적인 형태인 배터리 방식의 경우, 부피가 크고 무게가 무거운 배터리, 높은 가격, 적은 용량, 긴 충전 소요시간과 짧은 주행 거리 등의 문제점으로 인해 상용화가 지연되고 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 유선 충전 방식보다 편리하고 활용도가 높은 비접촉 무선 전력전송 방식에 대한 관심이 증대되었다.
무선 전력전송 기술은 일본, 미국 등에서도 핵심 기술로 개발을 추진하고 있으나, 대부분이 정차 중에만 충전이 가능한 방식이다. 1980년대 미국에서는 PATH project라고 하는 무선 충전 버스 개발을 추진하였으나, 낮은 공극(6cm)과 60%의 낮은 효율 및 높은 구축비용으로 인하여 상용화에 실패하였다. 그러나 연구단이 개발한 무선 충전 기술의 경우, 상용화의 기준이 되는 최저 지상고인 12cm보다 높은 20cm 이상까지 공극간격을 확보하여 상용화 가능성을 확보하였다. 특히, 정차 중에만 충전할 수 있는 것이 아니라 급전선로가 매설되어 있는 도로에서는 차량이 주행하는 중에도 실시간으로 충전이 가능하다는 점이 가장 큰 차이점이자 장점이다. 충전에 많은 시간을 소요하면서 운행 효율을 떨어뜨릴 필요가 없는 것이다. 무선 충전 방식은 직접 충전 방식보다 적은 배터리로도 운행이 가능하고, 직접 충전 방식에서 발생할 수 있는 감전 위험 등으로부터 안전하다. 주유소보다 더 비싼 고가의 충전 설비도 불필요하다. 종점이나 정류장, 교차로 부근이나 주차장 등 전체 버스 운행 노선의 5~15% 정도에만 급전 인프라를 구축한 다음, 무선 충전 전기버스가 지나갈 경우에만 인식하여 전력을 공급하는 세그먼트 기술을 사용한다.
일반 도로를 충전소로 활용하는 셈으로, 달리면서 실시간으로 무선 충전이 가능하여 전기자동차의 사용 편의성 및 안전성이 크게 확보되었다. 급전 인프라 역시 프리캐스팅 기법을 도입하여 구축 기간을 단축하는 동시에, 구축비용을 감소하여 경제성까지 증대시켰다. 현재 무선 충전 용량을 증대하고 경제성을 더욱 확보할 수 있는 60kHz 무선 전력전송 기술을 개발하였으며, 실용 가능성을 검증하기 위한 원천기술 테스트에 성공하였다.
기존에 선진국들이 선점한 전기자동차 기술 시장에서 무선 충전 방식이라는 새로운 방식의 전기자동차 기술 개발은 기술 후발국인 우리나라가 전기자동차 산업을 선점하고, 시장에서 경쟁력을 확보할 수 있게 해주었다. 전기자동차가 가지고 있는 가장 큰 한계점인 배터리 용량을 획기적으로 줄임으로써 저렴하게 전기자동차를 보급할 수 있게 한 것은 물론, 편의성을 증대시켜 전기자동차 시장을 확대하고 차세대 전기자동차 산업을 선점하는 효과를 가져왔다. 무선 충전 기술은 버스 이외의 다른 도로 교통수단뿐만 아니라 노트북, 휴대전화 등 휴대기기 및 가전 분야를 넘어 충전하거나 전기를 사용하는 모든 분야에 적용이 가능하다.
자유롭게 가전기기를 설치할 수 있는 무선 전력공급 아파트와 교량 및 건물의 안전진단 센서에 본 기술을 적용한다면, 지속적으로 전력을 무선으로 공급할 수 있어 안전하게 건축물의 상태를 파악할 수 있다. 철도 분야에 적용할 경우, 현재 사용하고 있는 상부가선 방식의 가공 전차선 설치에 필요한 토지, 상부 가설 및 터널 구축 비용 등의 철도 건설 비용을 절감할 수 있으며 상부 가선이 필요 없어지기 때문에 도시 미관을 개선시키는 효과도 가져올 수 있다. 움직이는 노선이 일정한, 항만에 있는 야적장의 크레인과 운반차량에도 적용이 가능하다. 대부분의 항만 크레인과 운반 차량이 디젤 엔진으로 제작되어 있고 노후화되어 환경에 문제가 많은데, 본 기술을 적용할 경우, 엔진에서 발생되는 대기 오염물질을 감소시킴으로써 친환경 항만 조성이 가능하게 된다. CDM(Clean Development Mechanism, 청정개발체제) 사업으로 연계도 가능하다. 자동차를 위한 에너지원을 전기에너지로 대체함으로써 에너지원을 다양화할 수 있고, 결과적으로 원유 수급에 대한 부담을 줄일 수 있다. 가장 중요한 효과는 이산화탄소 배출량 감소 및 대기 오염물질 발생감소로 녹색환경 조성과 국민의 삶의 질 향상에 기여할 수 있다는 점일 것이다. 무선 충전 전기자동차 생산 및 인프라 설비 생산, 인프라 공사를 통한 일자리 창출, 사업 활성화, GDP 증대(사회적 부가가치 유발)까지, 무선 충전 기술이 가져올 새로운 미래를 기대해보자.
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