[산업기술] 기존 열차 대체하는 일본의 하이브리드 열차

- 2007년 세계 최초 HV차량 시험도입, 올해부터 교체 본격화 -

- 고용량·고출력 축전지의 개발로 실용화 급진전 -

□ 디젤열차, 하이브리드 형으로 교체 개시

 ○ 동일본여객철도(이하 JR동일본)는 디젤 엔진과 축전지를 결합한 하이브리드 철도차량을 본격적으로 도입함. 향후 10년 간 500억 엔을 투입해 디젤차량의 약 40%를 순차적으로 HV차량으로 교체해 나갈 계획

 ○ 2007년 세계에서 최초로 실용화했으며 운행결과, 환경 부하의 감소효과가 높은 것으로 판단해 본격적인 도입을 개시함.

 ○ 하이브리드 차량은 디젤엔진으로 발전해, 모터로 차량을 움직이며, 회생브레이크 등으로 축전지에 쌓인 전력은 모터 회전을 보조함. 엔진에서 변속기를 통해 차량을 구동하는 현재의 디젤차량에 비해 연비가 약 10% 개선됨.

 ○ 회생브레이크(Regenerative Brake)란 브레이크 제동 시에 발생하는 에너지를 축전지 등에 저장해 사용하는 시스템으로 HV전체시스템에 비해 구조가 간단하며, 독자적으로 사용되거나 HV 기술과 병용되고 있음.

 ○ JR동일본은 지방노선 등에서 디젤차량을 약 530량 운행 중이며, 이 중 이용객이 비교적 많은 노선 등에서 운행하는 약 40%의 차량을 대상으로 함.

 ○ 축전지를 탑재하는 하이브리드 차량 가격은 현재 3억 엔을 넘으며, 일반 차량보다 50% 정도 높음. 단, 본격적인 도입에 의한 양산효과나 축전지의 개량으로 향후 가격인하가 기대되고 있음.

2007년부터 운행중인 하이브리드 디젤열차 (JR 코우미선)

자료원 : 야츠다오카 펜션아루비온

□ 하이브리드 노면전차 국내외 관심 높아져

 ○ 카와사키 중공업은 종래의 니켈수소전지 등에 비해 대출력의 충·방전이 가능하고 급속충전도 가능하며, 수용액 계열의 전해액을 사용해 발화가능성도 없는 등 안전성이 높은 니켈수소전지를 개발했으며, 이를 역시 자체 개발한 노면전차에 탑재함.

 ○ 이 노면전차는 회생브레이크에서 발생된 전력, 전력공급 가선이 설치된 구간에서 수신된 전력, 또, 정류소에 설치된 충전설비에서의 전력을 모두 자체 축전지에 저장, 사용할 수 있는 특징이 있음.

 ○ 본 노면전차에 대한 국내외 관련업계 관심이 높아지고 있고, 가격은 대당 1억5000만~2억5000만 엔 정도 수준. 카와사키 중공업은 대형 니켈수소전지 전용공장을 2009년 중에 신설할 계획이며, 관련분야에서 독자기술을 발전시켜 새로운 수익원을 창출해 나갈 계획

거리를 주행중인 카와사키중공업 노면전차 (SWIMO)

자료원 : 위키피디아

□ 고속철도에도 적용 가능한 하이브리드 기술

 ○ 히다치는 2008년 9월, 지금까지의 디젤 하이브리드 철도차량용 시스템에 비해 최대 4배의 대용량 배터리를 제어하는 콘트롤러와 약 2배의 냉각성능을 실현한 구조를 새로 개발함.

 ○ 이것에 의해 고속철도차량에서 요구되는 대용량, 고출력의 배터리 시스템 제작이 가능해졌으며, 리튬이온 배터리 시스템을 시속 200km 이상의 고속철도 차량에 사용할 수 있게 됨.

□ 시사점

 ○ 열차의 경우, 마찰이 적은 궤도를 주행하는 특성으로 일정 속도의 가속 후에는 추가 에너지 소모가 매우 적으며, 여기에 대용량 축전지를 이용한 회생브레이크 기술이 적용될 시에는 더욱 소량의 에너지로 운전이 가능함.

 ○ 최근에는 배터리기술 발전으로 고속철도 차량에의 하이브리드 기술 적용시기도 가까워지고 있고 세계 각국의 경기부양책으로 추진되고 있는 고속열차 개발 붐과 함께 향후 관련 기술부품 시장은 크게 확대될 가능성이 존재함.

 ○ 세계적인 산업전반 침체 속에서도 하이브리드 적용 기술분야는 수요확대가 예상되며, 철도차량 제작은 물론 고속철도 차량 자체제작에도 성공한 국내 관련업계도 발 빠른 대응노력이 어느 때보다 중시됨.

자료원 : 일본경제신문, JR동일본, 위키피디아, 각 사 홈페이지, 인터넷검색 등