[이투뉴스] 한국철도기술연구원(원장 한석윤)은 인천교통공사(사장 김성완) 및 지필로스(대표 박가우)와 기술협력으로 ‘직류 도시철도 역사연계 회생인버터 시스템’을 개발해 인천 2호선 주안국가산단역 변전소에서 운영을 시작했다고 2일 밝혔다.

직류 도시철도 역사연계 회생인버터 시스템은 직류 도시철도 시스템에서 발생하는 회생에너지를 재사용하는 기술이다. 도시철도 역사 내 전력계통과 연계해 회생 시 발생하는 에너지를 회생인버터를 이용해 역에서 사용할 수 있도록 해준다.

도시철도는 일반적으로 철도차량의 제동 및 내리막길 운행 시 발생하는 회생에너지를 재사용하기 위해 철도차량 및 운행 노선의 인프라 특성을 고려한 회생에너지 저장장치와 회생인버터, 회생저항기 등을 활용하고 있다.

인천 2호선의 경우 철도차량을 경량화하고 회생에너지를 최대한 재사용하기 위해 차량에 설치되는 회생 저항장치를 없애고 발생하는 모든 회생에너지를 인프라에서 처리하도록 시스템을 운영하고 있다. 

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

이에 철도연구원은 인천 2호선을 대상으로 역사연계 회생인버터 시스템의 계통연계기술과 최적 용량 선정 및 운영 알고리즘을 개발해 지필로스에 기술을 이전했다. 차량 제동 위치에 기반해 동작하는 회생인버터 최적 알고리즘을 적용한 시뮬레이션 결과 기존 대비 최대 62.6% 에너지 활용률을 높인 것으로 나타났다. 

지필로스는 이전기술을 이용해 회생인버터의 100kW 모듈화와 저압배전계통 연계 기술 적용, 저압 전력변환소자 사용, 95%이상 효율 향상 등을 통해 실제 운영노선에 적용할 수 있는 세계 최고 수준 회생인버터를 제작 및 설치했다.

인천 2호선 주안국가산단변전소에 설치된 직류 도시철도 역사연계 회생인버터 시스템은 시운전을 통해 주중 하루 평균 800kWh 이상의 회생에너지를 재사용하고 있다.

연구책임자인 정호성 철도연 수석연구원은 “국내의 다양한 직류 도시철도 시스템에 적용할 수 있고, 운영기관의 에너지절감 및 시스템 안정화에 크게 기여할 수 있는 기술"이라며 "정식 운전으로 축적되는 운영 데이터를 활용해 시스템 최적화 및 경제성 확보를 위한 연구를 진행하고 향후 운영노선 확대 등을 제시할 계획"이라고 말했다.

김성완 인천교통공사 사장은 “회생인버터 시스템 기술은 기존 회생에너지 활용장치와의 최적 연계를 통해 시스템 안정화에 크게 기여할 것"이라며 "철도 운영기관의 탄소중립을 위한 효과적인 에너지절감 수단으로 활용될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

한석윤 철도연구원장은 “철도 운영기관이 필요로 하는 기술을 개발해 중소기업으로 이전한 뒤 상용화에 성공한 사례”라면서 “앞으로도 철도운영기관과의 공동연구 확대 등 철도현장의 애로기술을 해결하고 실질적인 도움이 되는 명품 K-철도 기술개발을 위해 더욱 노력하겠다”고 말했다.

이상복 기자 [email protected]