일본산업뉴스요약

스타트업 이노베이션 사이언스
질주하는 수소 트레인
철도종합연구소, 가선 필요 없고, 손쉽게 보수

JR그룹의 연구 개발을 담당하는 철도종합기술연구소(도쿄)는 수소를 에너지원으로 하는 차세대 전차 개발을 추진하고 있다. 수소와 산소가 반응해 전기를 발생시키는 연료전지 시스템을 탑재한다. 차량에 전기를 공급하는 가선이 필요 없어, 일본 경제를 뒷받침하는 전차 시스템의 송전 트러블이 감소할 것으로 전망된다.

JR동일본의 우쓰노미야(宇都宮)선에서 10월, 송전 트러블이 일어나 승객들이 2시간 정도 갇히는 사고가 발생했다. 시간에 정확한 일본의 전차 시스템은 자랑할 만 하지만, 복잡한 설비가 설치되어 있어 한 번 송전 트러블이 일어날 경우 그 영향은 크다.

도미타(冨田) 사장이 12월 5일 기자회견에서 재발 방지에 전력을 다할 것을 강조한 것은 눈앞의 대응에 관련해 말한 것이지만, 철도종합기술연구소의 연료전차는 향후 중장기적 대책이 될 수 있다.

-- 배출되는 것은 오직 물뿐 --
철도종합기술연구소는 고쿠분지(国分寺) 시에서 8월, 수소 전차의 시험 주행을 실시했다. 운전사가 ‘출발합니다’라고 손짓하자 함께 탄 사원들의 시선이 계측기를 향했다. 실제로 타보니 느낌은 일반 전차와 비교해 진동의 크기는 거의 같았다.

연료전지 시스템은 전차의 바닥에 설치되어 있다. 작은 화학 공장이라고도 불리는 수소와 산소의 반응으로 전기를 생산하는 시스템은 소재를 포함해 최첨단 기술이 꼭 필요하다. 수소를 공급하는 탱크는 바닥에 4개 설치되어 있고, 동력을 보완하기 위해 리튬이온전지도 병용한다. 여기서 배출되는 것은 물 정도로, 친환경적이다.

1,000볼트에 달하는 대용량 전기를 효율적으로 전송할 수 있는 가선의 장점은 크다. 그러나 예를 들어 JR동일본에서는 가선이 있는 구간이 기존 철도 노선만해도 4,000km 이상이다. 연료전지전차가 주행하게 된다면 트러블로 인해 교통이 마비되는 위험이 적어지게 될 것으로 전망되고 있다.

철도종합기술연구소는 2000년대에 본격적으로 연료전지전차 개발을 시작. 철도회사의 차량 갱신을 염두에 두고 새로운 프로젝트에 도전한 것이다. 배터리 개발비가 큰 폭으로 하락하는 등, 실용화에 크게 다가서고 있다. 차량제어기술연구부의 가시와기(柏木) 연구실장은 “승객 탑승 시의 검증 단계까지 왔다’라고 말한다.

새로운 차량은 석화연료인 디젤차량이 주행하고 있는 지방노선에서 우선적으로 이용될 것으로 전망된다. 전기를 대량 수송할 수 있는 가선이 당분간 꼭 필요한 수도권은 지방노선 다음에 점차적으로 시행해나간다고 한다.

해외에서는 프랑스의 알스톰(Alstom)이 연료전지전차 개발에 착수. 2017년 11월, 주행 거리가 1,000km, 최고시속 140km를 목표로 한다고 발표했다. 알스톰은 수소를 이용한 전차가 ‘철도 시스템의 약진으로 이어진다’라고 표명하고 있어, 전세계 새로운 개발 경쟁이 시작되고 있다.

철도회사에게 송전 트러블이 줄어들 경우 보수 비용을 절감할 수 있다. JR동일본에서는 보수 비용이 영업 비용의 20~30%를 차지하고 있다. JR동일본의 가선 등 지상 설비는 평균 60년 이상 가동되고 있는 것으로, 앞으로 보수 비용이 늘어나게 될 것이 분명하다. 이에 첨단 기술을 통해 전력도 줄이고 수익도 확보할 계획이다.

-- 차량에 신호 기능 --
트러블을 방지하거나 보수 비용을 줄이는 등의 효과로 기대를 모으고 있는 새로운 기술 중에는 이미 실용화된 것도 있다.

11월 4일, JR사이쿄(埼京)선의 운행 방식이 변경되었다. JR동일본이 지상의 신호시스템 사용을 최소화한 차량의 주행을 시작한 것이다. 차량에 제어 시스템 ‘ATACS(아탁스)’을 탑재한 것으로, 수도권에서는 처음 도입된 것이다. 전차의 운행 시스템은 서로 충돌하는 것을 피하기 위해 일정 간격으로 설치된 신호기로 컨트롤하며 전차 간 거리를 유지하고 있다. ATACS를 통해 이러한 거리가 좁아지게 되는 것이다.

ATACS가 기존 시스템과 다른 점은 신호 기능의 일부를 차량에 탑재한 것이다. ATACS가 탑재된 전차는 노선 주변에 신설된 무선 장치를 통해 스스로의 주행 위치를 확인. 앞서가는 전차에 무선으로 자신의 위치를 알려주면 중앙 서버가 전차의 운행을 제어해 충돌을 방지할 수 있다.

신호기는 JR동일본에서만 약 1만 3,000대 있다. 무선식 ATACS가 도입된다면 신호기뿐만 아니라 열차를 자동 제어하는 장치, 케이블 종류 등을 큰 폭으로 줄일 수 있게 된다. 또한 유지보수의 효율화도 추진될 수 있을 것이 확실하다.

ATACS는 철로 건널목이 있는 구간에서도 효과를 발휘한다. 현재는 전차가 건널목에서 1km 떨어진 곳에서부터 차단기를 내리는 경우가 있어, ‘차단기가 올라가지 않는 건널목’이 되는 경우도 있다. ATACS에서는. 전차 내부 시스템을 통해 주행 속도와 거리를 스스로 계산해 차단기를 적절한 타이밍에 내리도록 지시할 수 있어 불편함을 줄일 수 있을 전망이다.

2011년에 우선 미야기(宮城) 현의 센세키(仙石)선에서 실증 실험을 시작. 수도권은 운행 대수가 많아 차량 간 거리를 줄여도 운행 수를 바로 늘리기는 어렵지만, 신호기의 트러블 감소 효과로 이어질 전망이다.

 -- 끝 --