고속철도 르네상스 시대에 세계 수준의 스피드를 확보하다
- 국내기술로 개발한 차세대 분산형 고속열차(HEMU-430X) -
“차세대 분산형 고속열차 국내최고속도
421.4km/h로 세계 4위를 달성하다”
[연구자 레터]
동력분산식 고속철도는 전 차량에 동력장치가 분산된 방식으로서 구보함으로써 세계 4위라는 기록을 달성했다.이로 인해 추진력을 크게 할 수 있기 때문에 곡선과 경사가 많은 노선 등 높은 가·감속 성능이 필요한 노선에 적합한 시스템이다. 이러한 시스템은 에너지효율성을 높일 수 있고, 차량의 편성당 수량을 수송량에 알맞게 조정하는 것이 용이하다는 장점을 가진다. 이에 차세대고속열차 시운전단 테스크포스팀(T/F)은 국내 동력분산형 고속철도시스템 핵심기술 개발 및 시운전시험을 통하여 약 20,933km라는짧은 누적주행거리임에도 불구하고 국내최고속도 421.4km/h를 확보함으로써 세계 4위라는 기록을 달성했다.
01 개발배경 및 현황
세계적으로 프랑스, 일본, 독일, 이탈리아 등은 자체 기술로 요구된다. 4월부터 KTX를 개통하여 운행해 오고 있다. 지난 1996년부터 2007년까지 G7 선도기술개발사업으로 추진된 고속열차기술개사업이 성공함에 따라 우리나라의 고속열차 기술도 괄목할만한 발전을 이루었다고 볼 수 있다.
그럼에도 불구하고 우리열차의 경쟁력 향상을 위해서는 세계적 기술동향과 시장 환경에 대처할 차세대 첨단 고속열차 기술 확보가 지속적으로 요구된다.
02 기술 개발의 특징
세계화 경쟁에 맞서기 위해 국내에서는 전략적 국가 연구개발 사업으로 동력분산형 차세대고속열차인 해무(HEMU-
의 안개 해무 (HEMU-430X)를 개발했다. HEMU-430X라는 이름은 'High speed Electric Multiple Unit 430km/h eXperimen‘t 의 약자로 바다의 안개 해무(바다 海 안개 霧)처럼 미래를 기다리는 상서로운 의미와 빠르게 달린다는 해무(빠를 해 달릴 무)의 의미를 가지고 있다.
분산동력 방식으로 스피드와 좌석 수를 확보하다
해무는 기존 KTX, KTX산천과는 달리 동력장치가 각 차량에 분산되어 있어서 가·감속 성능이 우수하다.
또한 차량을 탄력적으로 편성·운영하기 쉽고, 운행시간 단축과 운영효율 향상에 유리한 최신제어기술이 적용된 고속차량이다.차체는 압출재(押出材) 리브(Rib) 형상변경을 통해 강도는 높이고 두께는 줄여 KTX산천 대비 약 5%를 감소시켰다. 그 결과 편성당 좌석 수가 약 16% 증가할 수 있었으며, 공력 해석을 통한 전두부 설계를 추진하여 300km/h 주행 시 기존의 동력 집중식 고속열차에 비해 주행저항이 약 10% 감소되었다. 아울러 최적화된 알루미늄 압출재를 사용하여 차체 무게를 5% 경량화 하였고, 차음성능 또한 5dB 향상시켰다.
비행기보다 빠른 국내 최고의 고속열차
국내 연구진은 2012년 5월 국내 최초의 동력분산형 고속열차인 해무를 출고하여 본선 증속시험을 수행했다.
그 결과 400km/h 돌파와 더불어 짧은 고속철도 역사임에 불구하고, 고속철도 강국인 독일을 넘어선 세계4위에 해당되는 최고속도 421.4km/h라는 놀라운 기록을 달성했다. 현재 연구진은 실용화를 위해 동력분산형 차량시스템의 안정성 및 신뢰성 시험을 진행 중이며, 향후 새로운 최고속도 기록을 향하여 도전할 계획이다.
특히 해무에 적용된 대차(열차를 지지해주는 차륜이 붙은 받침대)는 차체를 지지해서 끄는 힘과 제동력을 전달하는 핵심 장치로써, 2011년 10월 열차하중조건(공차(空굯) 및 만차(滿굯)) 별 가진 및 비가진 조건에서의 주행안전성 시험을 수행하였고, 현가장치(Suspension System, 프레임에 차축을 장착시켜 주행 중 노면 충격과 진동을 흡수하고 승차감을 향상시키며 안정성을 높이는 장치) 조건에 따른 동적특성 시험을 수행하여 주행속도 430km/h에서의 안전성을 확보했다.
03 기술개발 효과
본 연구에서는 430km/h급 동력분산식 고속열차 기술을 해당분야 선도 국가인 일본, 프랑스, 독일과 대등한 수준으로 향상시켰다. 이와 같은 강점을 기반으로 철도를 브랜드화함으로써 연간 250조원에 달하는 세계시장을 선점할 수 있는 토대를 마련하였으며, 고속철도 건설을 추진 중인 브라질이나 미국 등 해외 시장 진출에도 유리한 위치를 선점할 것으로 기대하고 있다.
분산식 고속열차가 상용화되는 2017년 이후부터는 약 1,640량(약 6조 5,600억 원)의 국내 수요에 대응할 수 있을 것으로 예상된다. 이로 인해 인구의 지방 분산 및 기업의 지방 이전 시 갈등을 최소화하여 지방 경제 활성화 및 국토의 균형 개발 촉진에 기여할 뿐만 아니라, 전국의 반나절 생활권으로 인해서 관광객이 늘어날 것이다. 이는 곧 국민의 여가 및 관광 산업 활성화, 고속철도를 이용한 인적 교류로 수도권에 집중된 정보가 지방으로 신속히 파급되는 등 지역 간 정보격차가 완화되는 파급효과 또한 예상된다. 더불어 고속철도는 토목, 기계, 전기 및 전자 등 첨단 기술이 융복합된 종합 시스템으로 기술이전, 기술개발 및 기존 기술의 고도화 등으로 국가의 기술, 산업 전반에 큰 파급 효과가 있을 것으로 예상된다.
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