친환경 무가선 저상 트램, 전력선 없이 달린다
- 배터리 구동형 무가선 저상트램 -
“무가선 하이브리드 저상 트램은 건설비용이 낮고
에너지효율이 높으며 공해를 발생시키기 않는다.”
[연구자 레터]
무가선 하이브리드 저상 트램은 기존의 트램 기술에 첨단 하이브리드 추진기술을 결합한 것으로 일본, 프랑스 등 몇몇 선진국을 중심으로 연구개발 또는 시험운영 단계에 있다. 우리나라에서도 국내외 경전철 시장에 적극 진출하고자 기술개발을 추진해 1회 충전 시 25㎞ 이상 주행 가능한 무가선 하이브리드 저상트램을 개발하였다. 트램의 경량전철 세계시장 점유율은 80%이며, 400여 개 노선에서 운행 중이므로 사업화에 유리하며, 무가선 저상 트램의 핵심기술인 2차전지 기술은 우리나라가 선진국에 비해 우수하여 시장 선도 가능성이 충분할 것으로 기대된다.
20세기 교통수단을 대표해 온 자동차가 대기오염과 도시 교통체증의 주범으로 지목되면서 프랑스, 홍콩, 호주 등 세계 각국은 자동차를 대신할 교통수단으로 트램을 적극 도입하고 있다. 친환경적이며 도시 미관과의 조화, 자동차 이용 억제, 교통약자에 대한 배려 등 현재 모든 도시가 직면하고 있는 난제들을 해결할 수 있기 때문이다. 트램은 새로운 도시 교통 시스템의 떠오르는 신흥시장(Emerging Market)을 형성하고 있다.
우리나라를 비롯한 많은 국가들은 도심지의 교통난 가중과 도시환경 문제가 갈수록 심각해지고 있는 실정이다. 이에 대도시 공기오염 문제가 대두되면서 이산화탄소 총량 규제와 같은 환경 문제를 해결하는 방법이 교통 분야의 큰 과제로떠올랐다. 국내 온실가스 배출량은 수송 분야가 전체 배출량의 16.5%를 차지하며, 수단별 온실가스 배출량을 보면 철도시스템이 다른 수송수단 대비 현저히낮다.
이러한 상황에서 건설비와 운영비가 저렴하고 환경오염 부담도 거의 없는 트램에 대한 관심이 높아지고 있다. 몇몇 국가에서는 이런 문제점을 해결할 수 있는방안으로 현대식 트램을 친환경 도시 이동수단으로 재평가했다.
▶ 프랑스, 일본, 한국의 저상 트램 기술개발 동향
경제적이고 친환경적인 교통수단, 트램
현대식 트램은 기존의 경전철과는 달리 별도의 전용주행로(고가, 지하)나 역사건물이 불필요하다. 또한 차량 폭이 버스와 유사해 기존 도로 폭의 변경 없이 자동차가 다니는 노면에 레일을 설치하여 버스, 승용차, 택시 등과 함께 운행할 수있다. 또한 지하철 운행방법과 같이 출퇴근 시간 동안 차량을 추가 투입함으로써 승객 수요를 맞출 수 있어 탄력적 운행도 충분히 가능하다. 버스와 비교하면같은 승객수요를 수송하기 위해서는 버스의 1/3 정도의 운전자만 필요하고 연소기관의 배기가스 배출 문제도 없다. 따라서 트램은 높은 인구밀도와 도로 폭이 좁은 도시에서 유용하게 활용하기 적합한 교통수단이다.
한국철도기술연구원이 개발한 무가선 하이브리드 저상 트램은 도로 면에 매립되어 설치된 두 줄의 레일을 따라 운행하는 친환경 열차로, 주 동력원은 차량에 탑재된 2차전지 배터리다. 따라서 무가선, 즉 차량 위 공중에서 전력을 공급하는 전차선이 필요 없다. 가선이 필요 없어 가선을 통한 에너지 손실을 10% 이상 절감할 수 있고, 제동 시 생성되는 에너지를 배터리에 충전해 운행함으로써 에너지 효율성을 30% 이상 높일 수 있는 친환경 신기술이다. 2차전지 배터리는 차량기지에서 떠나기 전 기지에 설치된 가선을 통해 미리 충전해 놓는다.
기존 지하철처럼 주행 중 가선을 통해 전력을 공급받는 방식에는 전력의 100%를 공급받지 못하고 에너지 손실이 일부 발생하는데, 이를 감안한다면 무가선방식은 에너지를 10% 이상 절감한다. 이 열차는 차량 제동 시 발생하는 회생에너지를 배터리 충전에 이용하기도 한다. 회생에너지란 열차가 정류장에 멈출 때 계속 앞으로 나가려는 힘이 발생하는데, 이 힘으로 만든 전기에너지를 말한다. 회생에너지를 활용하면 에너지 효율성을 30% 가까이 높일 수 있다. 이 열차는 2차전지 배터리로 주행하는 것이 목적이지만 기본적으로 유가선 구간 혹은 시외구간 등 고속 주행이 필요한 곳에서는 DC750V 의 전력을 가선에서 공급받아 주행가능함으로써 하이브리드를 구현했다.
저상대차 기술은 차량 구동 장치가 들어가는 대차 높이를 낮췄다. 레일 면에서 객차의 바닥까지의 높이가 약 30cm 정도로 교통약자의 승하차를 편리하게 했다. 버스 정류장처럼 20~30cm의 도로변 인도 혹은 버스승강장만 있다면 수평 승하차가 가능하다. 일반도로 위에 노면레일을 설치하기 때문에 건설비용도 지하철의 10분의 1 정도, 교각이 필요한 모노레일의 3분의1 정도로 저렴하다. 지하철 역사 등이 전혀 필요없어 운영비 또한 일반철도에 비해 10분의 1 정도만 소요된다.
가장 큰 장점은 전력공급 가선이 필요없기 때문에 도시내미관을 전혀 해치지 않고 오히려 트램이 운행되는 노선을중심으로 사람이 집중되므로 지역경제가 살아나는 부대적인 효과를 얻을 수 있다.
무가선 저상트램 실내 사진
무가선 저상트램의 눈부신 발전 가능성
개발된 차량의 크기는 5량으로 좌석 48명 포함 최대 200여 명을 수용할 수 있다. 속도는 최대 시속 70km/h로 1회 충전 시 25km 이상 주행이 가능하다. 또한저상대차를 적용해 출입문 높이가 35cm이하로 100% 저상화 수준을 달성했다.
저상트램은 제동 시 발생하는 회생전기를 사용할 수 있어 에너지효율이 높은 것이 장점이다. 리튬폴리머 전지를 주동력으로 사용하게 되며, 2차전지시스템 용량은 162Kwh급 대용량 배터리 구동형으로 유가선 트램에 비해 도시미관 향상및 에너지 효율을 30% 향상시켰다.
현재 2차전지형(니켈수소전지) 무가선저상트램은 세계에서 유일하게 프랑스 니스의 도심광장에서 실용화돼 있다. 곽재호 한국철도기술연구원 무가선트램 연구단 단장은 “저상트램은 저탄소 녹색성장과 맞물려 가파르게 도입이 늘고있다”며 “프랑스의 경우 1980년대 중반 낭트와 그리노블시 등이 속속 트램을 도입한데 이어 지금은 20여 개 도시에 총 연장 450km 이상의 트램 구간을 확보하고 있다”고 설명했다.
본 연구로 개발된 저상트램은 향후 45조원 이상의 국내시장을 형성할 것으로 전망되는 경량전철 시장에 적극적으로 대응하고, 세계적인 기술 선도를 통해 신성장 동력으로서의 수출산업화 및 저탄소 녹색성장 친환경 녹색도시 구현에 앞장설 것이다.
트램정거장에서 쉽게 승차하는 유모차 모습
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