| 연구개발개요 |
○ 지하철 역사 환경 개선의 필요성 - 현재 지하철은 수도권을 중심으로 부산, 대구, 광주, 대전 등에 개발되어있고, 매일 평균 7백만 명 (서울 기준)이상의 시민들을 수송하는 주요한 교통수단임 - 전국적으로 구축된 지하철 역사는 총 820개 (수도권의 경우 총 562개)로써 시민들의 편리한 지하철 이용을 위한 공간으로 자리 잡고 있음 - 지하철 역사의 경우 대부분 지하에 위치해 있고 밀폐되어 있는 역사의 특성상 실내 공기가 오염되었을 경우 자연적인 환기에 의해 정화되기 어려움 - 국내 지하철 역사 내 환경 개선을 위한 환기 시스템과 냉난방 시스템을 도입하여 역사의 환경 개선을 위한 주요한 인프라를 구축 하고 있음 - 지하철 역사에 도입된 환기 시스템의 에너지 소비량은 전체 에너지 소비량의 14~35% 정도를 차지하여 에너지 사용 절감 문제 해결을 위한 필수적인 과제임 (국토교통부 도시철도 역사에너지 절감기술 개발 최종 보고서 (2018)) - 정부 차원에서 2차례에 걸친 ‘지하역사 공기질 개선 대책’ 정책을 이용하여, 역사 공기 환경이 개선되는 추세이지만 지하역사의 미세먼지 평균 오염도는 다중 이용시설 중 2번째로 높은 오염도를 나타냄 (제 3차 지하역사 공기질 개선대책 (2018~2022)) - 2019년부터 유동인구가 많고 오염도가 높은 주요 역사를 우선으로 하여 미세먼지 자동측정기기 설치를 의무화함으로써 실시간으로 오염도를 제공하고 있음 - 역사 내의 환기 시스템은 실시간 공기질을 분석하는 방식과 축적된 공기질 데이터를 기반으로 제어하는 방식으로 구분됨 - 현재는 과거의 요일별, 시간별 공기질 데이터를 기반으로 제어하는 방식으로 실시간의 오염도를 반영하지 못하는 단점이 있음 - 환기 시스템의 대부분에 가변속 제어를 사용하고 있지 않으며, 실시간으로 분석된 공기질을 기반으로 실시간으로 제어하기 위해서는 가변속 제어용 전동기로 대체해야함 - 현재 서울 지하철 역사 내에 냉방시설이 구축되어 있지 않은 역사는 1~8호선의 전체 277곳 역사 중 52곳으로 약 19%에 달함 (지하역사 29곳, 지상역사 23곳) - 지하 역사에 냉방설비를 설치하기 위해서는 400억 원 이상의 비용이 필요하며, 냉방시설이 미설치되어 있는 지하 역사 29곳에 모두 냉방 시설 설치를 하려면 1조 1600억 원 이상의 비용이 발생함 - 본 연구 과제 수행을 통해 고효율 전동기를 개발함으로써 냉난방 시스템 개선 및 추가 설치를 위한 환경 유지비용 개선이 가능함○ 송풍용 팬 및 공조시스템 압축기용 유도전동기의 문제점 - 일반적으로 역사 내에서 사용하는 평균 전력 사용량은 서울을 기준으로 약 555 GWh이며, 이 중에서 환기 시스템과 냉난방 시스템에 적용되는 전력은 14~35%임 - 에너지 효율을 약 5% 향상 시키게 되면 서울을 기준으로 하였을 때 저감되는 전력 사용량은 약 30 GWh이며, 전력 요금은 약 37억 7천만 원의 절감 효과를 기대 할 수 있음 - 현재 역사 내의 송풍용 팬 모터와 냉난방 압축기용 전동기는 효율이 낮은 유도전동기가 대부분 채택되고 있음 - 기존의 환기 시스템 및 냉난방 시스템에 적용되고 있는 유도전동기는 효율 향상에 한계가 존재 하므로 대체할 수 있는 새로운 타입의 고효율 전동기에 대한 연구 개발이 요구됨 ○ 유도전동기 대체를 위한 효율 및 원가 최적화 전동기 개발 - 높은 에너지 밀도를 가지는 영구자석이나 다층 배리어 구조에 의한 돌극성을 갖는 동기전동기는 고토크를 발생시킬 수 있으므로 유도전동기 대비 출력밀도 및 효율 개선이 가능함 - 동기전동기 중 Synchronous reluctance motor (SynRM)은 유도전동기 대비 유리한 출력 특성을 바탕으로 사이즈를 최소화 시켜 전동기 제작의 원가 절감이 가능함 - 주관기관인 한양대학교는 다수의 전동기 설계 과제를 수행하였고, SynRM 설계 과제 또한 수행한 이력이 있기 때문에 축적된 설계 노하우를 바탕으로 유도전동기 대체를 위한 울트라 프리미엄 효율 (IE5) SynRM의 개발이 가능함 - TRL 4 수준의 축적된 전동기 설계 노하우를 바탕으로 과제를 수행하여 과제 수행 종료시 TRL5 수준에 도달 가능한 전동기 설계 기술 도출이 가능함
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