• - 철도연, 도시철도 회생에너지 재사용 시스템 개

인천 2호선 주안국가산단역 변전소에 설치된 철도연이 기술개발한 직류 도시철도 역사연계 회생인버터 시스템.[한국철도기술연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국철도기술연구원은 인천교통공사, ㈜지필로스와 기술협력으로 개발한 ‘직류 도시철도 역사연계 회생인버터 시스템’을 인천 2호선 주안국가산단역 변전소에서 정식 운전을 시작했다고 2일 밝혔다.

정식 운전 개시는 철도 운영기관의 에너지 절감 및 시스템 안정화에 중요한 전환점이 될 것이며, 인천 2호선을 시작으로 국내 다른 철도 운영기관에서도 적극적인 도입을 할 것으로 기대된다.

‘직류 도시철도 역사연계 회생인버터 시스템’은 직류 도시철도 시스템에서 발생하는 회생에너지를 재사용하는 기술이다. 도시철도 역사 내 전력계통과 연계하여 회생 시 발생하는 회생에너지를 회생인버터를 이용하여 도시철도 역사에서 활용할 수 있도록 전력을 변환하고 제어하는 시스템이다.

도시철도에서는 일반적으로 철도차량의 제동 및 내리막길 운행 시 발생하는 회생에너지를 재사용하기 위해 철도차량 및 운행 노선의 인프라 특성을 고려하여 회생에너지 저장장치, 회생인버터 및 회생저항기 등 회생에너지 활용시스템을 운영하고 있다.

인천 2호선에서는 철도차량을 경량화하고, 회생에너지를 최대한 재사용하기 위해 차량 내 설치되는 회생 저항 장치를 없애 발생되는 모든 회생에너지를 인프라에서 처리하도록 시스템을 운영 중이다.

하지만 인프라에 설치된 회생에너지 활용장치는 처리장치의 용량 및 상호 간의 최적 제어 등 효율적인 운영에 한계가 있어 회생에너지 재사용이 저조하고, 가선 전압의 상승 등 시스템 안정성에도 문제가 발생하고 있다.

철도연은 인천 2호선을 대상으로 ‘직류 도시철도 역사연계 회생인버터 시스템’의 계통연계기술, 최적 용량 선정 및 운영 알고리즘을 개발하여 ㈜지필로스에 기술을 이전했다. 특히, 차량 제동 위치에 기반하여 동작하는 회생인버터 최적 알고리즘을 적용한 시뮬레이션 결과 기존 대비 최대 62.6%의 에너지 활용을 높일 수 있음을 확인했다.

㈜지필로스는 이전받은 기술을 이용하여 회생인버터의 모듈화(100kW 단위), 저압배전계통 연계 기술 적용, 저압 전력변환소자 사용 및 95% 이상 효율 향상을 통해 실제 운영노선에 적용할 수 있는 세계 최고 수준의 경제성을 가진 회생인버터를 제작 및 설치했다. 인천교통공사는 시스템의 최적 운영 지원 및 운영에 따른 에너지 절감 및 시스템 안정성 효과를 분석했다.

현재 인천 2호선 주안국가산단변전소 내에 설치된 ‘직류 도시철도 역사연계 회생인버터 시스템’은 시운전을 통해 하루 평균 800kWh(주중 기준) 이상의 회생에너지를 재사용할 수 있는 성능을 검증했다.

정호성 철도연 수석연구원은 “국내의 다양한 직류 도시철도 시스템에 적용할 수 있으며, 운영기관의 에너지 절감 및 시스템 안정화에 크게 기여할 수 있는 기술”이라며 “정식 운전으로 축적되는 운영 데이터를 활용하여 시스템 최적화 및 경제성 확보를 위한 연구를 진행하고, 향후 운영노선 확대 등 상용화 가능한 최적의 시스템을 제시할 계획”이라고 말했다.

한석윤 철도연 원장은 “철도 운영기관이 필요로 하는 기술개발과 개발기술을 중소기업으로 이전하여 상용화한 성공 사례”라며 “앞으로도 철도운영기관과의 공동연구 확대 등 철도현장의 애로기술을 해결하고 실질적인 도움이 되는 명품 K-철도 기술개발을 위해 더욱 노력하겠다”고 전했다.