철도연, 차세대전동차 시승…2015년 서울메트로 등 적용

국토해양부와 한국건설교통기술평가원은 2005년 국가연구개발사업으로 시작한 ‘차세대전동차기술개발사업’이 2010년 차량 제작을 완료하고, 현재 목포 대불선 12km 구간에서 최고속도 130km/h로 시험 중이라고 30일 밝혔다.

차세대전동차는 다양한 실내 디자인을 한 새로운 개념의 도시철도로 에너지 절감, 소음진동 저감 등 차량 성능을 크게 향상시킨 주요 핵심장치를 개발 적용했다. 전체 사업비는 350억원 정도가 투입된다.

차세대전동차는 향후 2014년까지 10만km 주행시험을 거쳐 2015년 부터 서울메트로(2호선), 부산 1호선 등 전국 도시철도에서 운행될 예정이다. 차세대 전동차의 가격은 6량 1편성을 기준으로 약 72억원 정도다.

국토부에 따르면 차량과 차량 사이 연결 부분의 문을 없애고, 이동 통로를 기존 120cm에서 170cm로 1.4배 더 넓혀 원활한 이동과 공간 활용도를 높였다.

객실 앞 칸에서 맨 뒷부분이 다 보일 정도로 확 트여 승객들이 보다 쾌적하고 편리하게 도시철도를 이용할 수 있고, 연결 통로문이 없음에도 소음이 현재 도시철도보다 훨씬 줄어든 점도 특징이다.

차량 외형은 기존의 정형화된 도시철도 모습에서 벗어나 부드러운 곡선미와 풍부한 입체미를 강조했다. 유럽풍의 모던함과 현대적 감각이 적절히 조화를 이루고 있다.

특히 실내 디자인은 운행되는 지역의 교통환경에 맞춰 도심혼잡형(종방향 좌석 배치), 교외형(혼합 좌석 배치), 첨단형(중간 좌석 배치) 등의 3가지 타입으로 의자 위치를 각각 다르게 디자인했다.

또한, 곡선 주행성능이 뛰어난 조향 대차 방식으로 승차감 개선했다. 조향대차는 주행선로의 곡선방향으로 바퀴와 차축의 방향을 바꿔주는 방식이다. 기존 맨 앞,뒤칸에만 조향대차가 적용됐으나, 전 차량(각 량)에 이 방식이 적용되면서 더 유연하게 곡선을 통과하는 S라인 전동차를 선보이게 되는 것이다.

실제로 도시철도 최초로 주행장치가 곡선부를 따라 가도록 하여 승차감이 크게 개선됐으며, 성능이 기존보다 12배 향상돼 차륜 마모율이 줄어들었다. 또한 급곡선 구간에서 차륜과 레일 사이에서 일어나는 마찰 소음을 크게 감소시켰다.

국내 최초로 개발한 직접구동전동기의 적용도 눈에 띈다.

직접구동전동기(DDM)는 전동기의 회전력을 기어박스 등을 통해 간접 구동하던 기존의 방식과는 달리 기어박스 없이 직접 차륜에 전달하는 방식이다. 이로써 장치 간소화, 저소음화, 고효율화, 경량화가 가능하다.

이를 통해 에너지 저감 및 유지보수 기간 3배 연장되는 효과를 볼 수 있다는 것. 국토부에 따르면 전력요금 25년간 1조 1600억원 절감된 다.

차세대전동차의 핵심기술은 직접 구동 전동기로 차축에 직접 전동기를 연결하여 동력을 전달하는 방식으로 동력전달 손실과 유지보수 비용을 절감할 수 있다.

‘직접 구동 전동기’는 기존의 소비전력을 20% 이상 절감할 수 있어, 전력요금을 1조 1600억원(국내전동차 총 7089량 적용, 25년 기준) 절감할 수 있게 된다. 또한 전동기의 회전수가 기존 유도 전동기의 약 7분의 1로 줄어들어 모터의 소음이 기존 103dB에서 80dB로 20dB 이상 줄어들고, 유지보수 주기를 기존보다 3배 연장해 9년 동안 유지보수 없이 운행 가능하다.

이외에도 회생에너지를 재활용하는 에너지저장시스템도 적용했다.

전동차 제동시 발생하는 에너지를 재활용하는 에너지저장시스템을 적용해 전동차 사용 에너지의 20∼25%를 절약할 수 있다.

이 시스템은 도시철도 주요 구간(서울메트로 등 12개 노선)에 설치할 경우 약 2600여억원(10년)의 전력비용을 절감할 수 있어 에너지 절감에 크게 기여할 것으로 기대된다.

에너지저장시스템은 현재 서울 도시철도 7호선(2011년), 대전도시철도공사(2011년), 코레일(2010년)에서 상용화 된 바 있다.

김길동 철도연 박사는 “승객의 편의성을 증대시키고, 도시철도 운영기관의 운영비를 절감시키는 차세대전동차 개발을 통해 미래의 도시철도기술을 선도하고 친환경 녹색철도 구현에 이바지 할 것”이라고 말했다.