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기획특집/연재

JR 히가시니혼이 총력전으로 도전하는「초고속」신칸센의 승산

세계는 다시 속도추구시대에 돌입하는가?

 (서울:레일뉴스)최경수 편집위원 =  차세대 신칸센(次世代 新幹線)에 요구되는 것은 속도인지, 쾌적성인지? 금년 봄에 확인시험 차(確認試驗車)가 등장한 JR 도카이(東海)[도카이 여객철도(東海旅客鐵道)]가『N 700S』계 차세대 신형 신칸센 차량은 도카이도(東海道) 구간에서 최고속도는 현행과 같은 시속 285km로써 승차감 등의 쾌적성을 향상시킨다. 더 말하자면 확인시험 차에서는 신기술의 확인 등 양산(量産)을 위한 각종 시험을 실시한다.


 
 - JR 히가시니혼이 2019년 봄에 투입을 목표로 개발 중인「ALFA-X」형 고속시험 차


  한편, JR 히가시니혼(東日本) [히가시니혼 여객철도(東日本 旅客鐵道)]은 내년 봄, 완성을 목표로 개발 중인『A L F A-X(알파 엑스)』시험 차에서 시험 최고속도 시속 400km 정도의 실현과 쾌적성 향상이라는 두 마리 토끼를 잡는다. 그 성과를 바탕으로 현재의 도호쿠 신칸센(東北新幹線)의 주력 차량「E 5계(系)」의 후계 차량을 개발하여 영업 최고속도 시속 360km 운전을 목표로 하고 있다. 속도와 쾌적성을 동시에 업그레이드하는 것은 결코 쉽지 않은 목표이다.


2030년, 삿포르 연장 시 신형차 도입


  JR 히가시니혼(東日本)이 신형 차량을 개발에 나선 것은 2030년도 말, 홋카이도 신칸센(北海道新幹線)의 삿포로(札幌) 연장을 내다본 것이다. 현재의 홋카이도 신칸센 구간[신 아오모리(新靑森 ~ 신 하코다테 호쿠토(新函館北斗) 간]의 여객수입은 JR 홋카이도(北海道)[홋카이도 여객철도(北海道 旅客鐵道)]에 귀속되지만 도쿄(東京) ~ 삿포로(札幌) 간을 신칸센으로 이동하는 사람이 늘어나면 그 만큼 JR 히가시니혼(東日本) 지역인 도쿄(東京) ~ 신 아오모리(新靑森) 간의 여객수입이 늘어난다. 하네다 공항(羽田空港) ~ 신 치토세 공항(新千歲)의 항공기 이용자는 연간 975만 명이나 된다. 그 일부도 신칸센(新幹線)에 끌어안게 되면 JR 히가시니혼(東日本)의 장점은 엄청나다. 다만, 거기에서 가로막는 것이 소요시간의 벽이다.


 
- 홋카이도 신칸센의 차량 H 5계. 기본적인 성능은 E 5계와 동일


  현재, 도쿄(東京) ~ 신 하코다테 호쿠토(新靑森北斗) 간 최단 소요시간은 4시간 2분이다. 신칸센이 항공기보다 우월하다고 하는「4시간의 벽(壁)」을 간발의 차이로 뿌리칠 수 없어 도쿄(東京) ~ 하코다테(函館) 간 항공기와 신칸센의 이용자 가운데 신칸센의 비율은 35%에 그치고 있다. 4시간의 벽(壁)을 허물지 못하는 원인 중 하나로써 화물열차와 공용으로 주행하는 세이칸(靑函) 터널과 그 전후 구간 내에서 신칸센의 최고 시속이 140km로 억제되고 있다는 점이 꼽힌다.


  사태를 타개하기 위한 국토 교통성(國土交通省)은 2018년도 말, 이 구간 내 신칸센 최고속도를 시속 160km로 높이는 것을 검토 중이다. 실현하면 도쿄(東京) ~ 신 하코다테 호쿠토(新函館北斗) 간 최단 소요시간은 3분이 단축되어 3시간 59분이 걸린다. 물론 미미하지만 4시간의 벽을 뚫은 것이다.


  또 골든위크, 축제(祝祭), 연말연시 등 화물열차 운행이 적고, 신칸센 이용자가 많은 시기에는 일부 열차에서 이 구간 최고 시속을 200km로 높이는 방안도 검토 중이다. 2020년도에 실시할 목표를 수립하고 있지만 실현되면 도쿄(東京) ~ 신 하코다테 호쿠토(新函館) 간 소요시간은 6분 단축되어 3시간 56분이 소요된다. 도쿄(東京) ~ 신 하코다테 호쿠토(新函館北斗) 간 신칸센 시프트가 추진될 가능성은 높다.


  그렇지만 도쿄(東京) ~ 삿포로(札幌) 간 소요시간은 5시간 가까이 걸린다고 볼 수 있으며, 고작 6분의 시간단축 효과는 밑 빠진 물 붓기다. 역시 신칸센으로 5시간 가까이 걸려 도쿄(東京) ~ 하카타(博多) 간 항공기에서 본 신칸센의 점유율은 7% 정도에 불과하다. 항공기에서 대량 이용자를 신칸센으로 전환하기 위해서는 속도성능을 높인 신형 차의 개발이 불가결한 것이다.


▣『A L F A-X』에는 원형이 있다


  1964년도에「0계(系) 신칸센(新幹線)」이 운행 개시했을 때 영업 최고속도는 시속 210km였다. 그 후 1985년, 도호쿠 신칸센(東北新幹線)의 개통과 1987년, JR 출범으로 신칸센(新幹線)은 속도추구 시대에 돌입하면서 현재의 영업 최고속도는 도호쿠 신칸센(東北新幹線)이 시속 320km, 도카이도 신칸센(東海道新幹線)이 시속 285km, 산요 신칸센(山陽新幹線)이 시속 300km라고 하는 상황에 이르고 있다.


  단순한 속도향상이라고만 하면 JR 히가시니혼(東日本)의「STAR-21」형 고속시험 차가 1993년도에 시속 425km를 달성하였으며, 그 후 JR 도카이(東海)「300-X」형 고속시험 차가 1996년 시속 443km을 달성한 바 있다. 이에『A L F A-X』가 목표로 하고 있는 시험 최대속도는 시속 400km 정도다. 속도만 보면 사반세기 전에 달성한 기록에서 후퇴하고 있다.


 
 - JR 히가시니혼에는 「STAR-21」형 고속시험 차가 최고 시속 425km를 기록한 바 있다


 『A L F A-X』에는 원형(原型)이 있다.「STAR-21」형 고속시험 차에 의해 시험 종료 후에 JR 히가시니혼(東日本)이 개발한「FASTECH-360」형 고속시험 차이다. 시속 360km에서 영업운전을 목표로 개발되어 2005년부터 2009년까지 주행시험을 했다. 그 시험 최고속도는 시속 398km에 그쳤지만 거기에는 이유가 있다.


 「STAR-21」형 고속시험 차의 고속화 및 경량화라고 하는 극한 기술을 추구하는 컨셉인 데 반해 「FASTECH-360」형 고속시험 차는“고속성, 신뢰성, 환경 적합성, 쾌적성 등 모든 면에서 세계 최고 수준을 목표를 수립하였다”고 JR 히가시니혼(東日本)의 말이다. 즉,「FASTECH-360」형 고속시험 차는 신뢰성과 쾌적성 향상, 환경과의 조화를 중시한 셈이다.


   
 - JR 히가시니혼이 개발한「FASTECH-360」형 고속시험 차


  예를 들어 가선으로부터 전기를 수전하는 팬터 그래프를 예를 들면, 고속주행 시 팬터 그래프의 풍절음(風切音)은 주변에 큰 소음(騷音)을 퍼뜨린다. 그 때문에 팬터 그래프의 형상을 소음이 경감되도록 개량하는 등 과거 신칸센에는 1편성 5개소에서 이뤄지던 팬터 그래프 집전(集電)을「FASTECH-360」형 고속시험 차에는 불과 1개소로 줄였다. 팬터 그래프 집전이 1개소밖에 없다고 어떤 순간에 가선으로부터 떨어져 집전할 수 없는 리스크가 높아진다. 그래서 가선과 접촉하는 습판체(集電板)를 개량하거나 혹은 가선의 장력(張力)을 높이는 등의 대책을 세우고 있다.


  그 외에도「FASTECH-360」형 고속시험 차의 기술적인 특징으로써 고속 주행 시 대차(臺車)의 신뢰성 확보와 소음억제와 같은 것이 있으며,「FASTECH-360」형 고속시험 차의 개발과 주행시험에서 얻어진 지식의 대부분은 E 5계 신칸센 제작 시에 적용하였다.


  
 -「FASTECH-360」형 고속시험 차는 고양이 귀 모양을 한 공력제동(空力制動)을 탑재하였다


E 6계 신칸센 타입 시험차도 개발 ?


  그러면 도쿄9東京) ~ 삿포로(札幌) 간 1,035km라고 하는 장거리를 달리는 차세대 신칸센(次世代 新幹線)을 내다보고 개발하는『ALFA-X』에는「FASTECH-360」형 고속시험 차 이상으로 다양한 신기술이 채용하고 있다. 지진 시 횡요(橫搖)를 흡수하는 탈선하지 않게 하는“지진대책 댐퍼”와 영업 운행속도 시속 360km 운전 시 소음을 줄이기 위하여 차체 하부와 팬터 그래프 모양을 새롭게 개량하고 있다.


  또 오랜 시간 승차를 바탕으로 조용하고 흔들림이 적고, 쾌적한 차내공간의 실현도 목표로 하고 있다. JR 히가시니혼(東日本)의 신칸센에 있어서는 지금까지 경험한 적 없는 장거리를 달린다.“10년 후 손님이 어떤 시간을 보내는 것인지, 지금부터 공부하고 싶다”고 가와노 베오사무(川野 邊修) 부사장은 말했다. 항공기처럼 영화 등을 볼 수 있는 모니터를 각 좌석에 설치하고, 차내에 미팅 룸을 설치하는 아이디어들이 검토되고 있는 모양이다.


  E 5계 신칸센에 탑재하지 않은 공력제동(空力制動)이었으나『ALFA-X』에 탑재될 예정이다. 대형 저항판(抵抗板)을 수납하기 위해 객실공간이 줄어든다는 문제에 대해서는 저항판을 소형화하였으며, 지붕의 강체부분(鋼体部分)에 수납하고, 저항판 수를 늘려서 제동력을 높인다는 것이다.


  또『ALFA-X』는 도호쿠(東北)·홋카이도 신칸센(北海道新幹線)을 고려하여 개발되지만“장래는 아키타 신칸센(秋田新幹線)의 E 6계 신칸센 타입의『ALFA-X』도 만들어 연결하여 주행하는 것에 대해서 공부하고 싶다”고 카와노 베오사무 부사장은 말했다. E 5계 신칸센과 E 6계 신칸센이 연결하여 주행한 것과 같이 두 종류의『ALFA-X』를 연결ㆍ주행하는 모습이 보일 지도 모른다.


  이처럼 차량 측은 시속 360km에서 영업운전을 위한 기술개발이 착착 진행되고 있지만 차량의 속도성능을 높이면 금방 주행하는 것도 아니다. 도호쿠 신칸센(東北新幹線)에서 시속 360km 운전할 수 있는 구간은 우쓰노미야(宇都宮) ~ 모리오카(盛岡) 간 425km에 한한다. 모리오카(盛岡) 북쪽은「정비 신칸센(整備新幹線」구간으로써 최고 시속은 260km로 규정하고 있어 소음대책(騷音對策) 등도 시속 260km를 전제(前提)하고 있다. 앞으로는 가령 시속 360km 운전이 되어도 재능을 썩히는 격이다.


  
 - JR 히가시니혼이 도호쿠 신칸센에서 운행하고 있는 E 5계 신칸센 하야부사호, 국내 최고속도인 시속 320km를 과시


  이 문제점은 JR 히가시니혼(東日本)도 국토 교통성도 알고 있다. 거기에서 JR 히가시니혼(東日本)은 2013년 ~ 2014년도에 모리오카(盛岡) ~ 신 아오모리(新靑森) 간에 시속 320km 주행을 염두에 두고 주행시험을 심야 시간대에 실시하고 있으며, 이 구간을 고속 주행했을 때의 과제를 파악하고 있다.


  국교성(國土交通省)도 모리오카(盛岡) ~ 신 아오모리(新靑森) 간의 속도향상에 대해서 논의를 시작했다. 설비개선으로 모리오카(盛岡) ~ 신 아오모리(新靑森) 간의 시속 320km ~ 360km로 운전이 실현되면 역시 최고속도를 시속 260km로 억제되어 있는 신 하코다테 호쿠토(新函館北斗) ~ 삿포로(札幌) 간의 최고속도를 인상하는 것에 대해 검토될 가능성은 충분히 있다.


  우에노(上野) ~ 오미야(大宮) 간에 대해서도 움직임이 있었다. 금년 5월, JR 히가시니혼(東日本)은 사이타마 현(埼玉縣) 내 구간의 최고속도를 현행 시속 110km에서 130km로 높이기 위해 소음대책으로써 흡음판(吸音板) 설치와 방음벽(防音壁) 높임 등 지상설비 공사를 하겠다고 밝혔다. 공사는 2년 정도로 걸리며, 그 이후는 소요시간이 1분 정도 단축된다고 말하고 있다. 속도향상 효과는 한정적이지만 우에노(上野) ~ 오미야(大宮) 간은 호쿠리쿠(北陸)ㆍ조에쓰 신칸센(上越新幹線)도 가장 혼잡한 구간이다.“속도향상으로 운행횟수 증가의 여지가 생긴다”고 후카사와 유지(深澤 祐二) 사장은 기대하고 있다.


세계는 다시 속도경쟁에 ?


  세계 고속철도 차량업계는 속도추구(速度追求)에서 에너지 절약 등 효율성 방향으로 기울고 있다. 그러나 세계의 고속철도 역사는 속도 중시와 효율성 중시 사이에서 움직이고 있어 장래 또 속도추구(速度追求)의 시대가 올 것이라는 관측도 있다.


  실제로 독일 지멘스는 시속 300km 주행 시 에너지 절약성능을 30%를 개선한 최고 시속 360km의 고속철도 차량을 개발하여 2023년도에 시장에 투입하면 금년 6월달에 발표하였다. 새로운 시대의 환경 적합성과 고객 만족도를 채운 뒤 다시 속도를 추구하는 시대가 바로 거기까지 오고 있다. JR 히가시니혼(東日本)의 움직임도 그 하나로 꼽히는 것이다.


  차량 개발에서부터 지상설비 개량에 이르기까지 JR 히가시니혼(東日本)이 총력전으로 도전하는 신칸센(新幹線)의 속도향상. 넘어야 할 장벽은 많지만 달성했을 때 얻어지는 과실(果實)은 크다. 1000만 명에 육박하는 도쿄(東京) ~ 삿포로(札幌) 간 연간 항공기 이용자 일부가 신칸센(新幹線)으로 전환하면 JR 히가시니혼(東日本)으로서는 신 하코다테 호쿠토(新函館北斗) 개통 때와는 비교도 안 되는 수익을 얻을 수 있다. 이번에는 대량의 승객을 어떻게 처리해야 할지, 고민하는 시대가 닥칠 지도 모른다.


     - 資料 :  東洋經濟 新報社, 2018. 8. 13.

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