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철도기술

철도연, 친환경 수소철도차량 개발

1회 충전으로 600km 주행하는 수소연료전지 하이브리드 철도차량



      한국철도기술연구원(이하 철도연, 원장 나희승) 국토교통부 산하 국토교통과학기술진흥원의 철도기술연구사업으로 수소철도차량을 개발 중이다.

 

      수소연료전지 하이브리드 동력시스템을 적용한 철도차량 추진시스템 최적화 및 운용기술 개발

        - 연구 기간: 2018. 4. ~ 2022. 12. / 연구비: 250(정부 220/ 민간 30)

        -  : 한국철도기술연구원(주관연구기관), 한국철도공사, 우진산전 등 7개 기관

 

      수소철도차량수소연료전지 기반으로 한 하이브리드 철도차량으로 철도연최고속도 시속 110km, 1회 충전으로 600km 이상 주행 가능한 수소철도차량개발하고 있다.


      수소연료전지 하이브리드 동력시스템 및 철도차량용 전력변환장치, 수소충전소 구축 방안 및 철도차량 기술기준() 등을 개발하여 올해 상반기 준공하는 충북 오송철도종합시험선로에서 안정성 효율성 등에 대한 성능검증 2022년까지 완료할 계획이다


      이후, 실용화를 위한 실증시험을 추진하고, 철도운영기관과의 협의를 통해 수소철도차량의 운영방안 및 적용 가능 노선 검토, 철도차량 중장기 구매 및 교체 계획에 수소철도차량이 반영될 수 있도록 진행할 예정이다.

 

      수소철도차량은 물 이외의 오염물질이 전혀 배출되지 않는 친환경 차량으로, 전기차보다 이산화탄소를 적게 배출한다. 또한, 전차선, 변전소 등의 급전설비가 필요하지 않아 전력인프라 건설 및 유지비용을 절감할 수 있다


      개발 후 전철화가 되어 있지 않은 구간을 운행하는 디젤철도차량 점진적으로 대체하여 효율적이고 안전한 철도운행을 하는 것이 목표다.


      현재 디젤철도차량은 철도분야의 탄소 및 미세먼지를 발생하는 오염원의 하나로 지적되고 있다. 오는 5월부터 신규 도입되는 디젤도차량은 미세먼지 관리 종합대책에 따라 새로운 오염물질 배출허용기준을 준수해야 한다.


      개발 중인 수소철도차량은 내구연한을 초과하는 디젤철도차량과 탄소배출 규제를 극복하는 데에 효과가 있을 것으로 기대된다.

 

        탄소배출량: 디젤철도차량 19kg/km*, 전기철도차량 10.6kg/km*, 수소철도차량: 9.1kg/km**

         - 디젤기관차 탄소직접배출량과 전기철도 탄소간접배출량 비교: [국토교통부-보고서] 철도전철화 효과분석(2007)

        - 전기차와 수소차 탄소간접배출량 비교(전기차 대비 CO2 배출 13.7% 낮음): [Union of Concerned Scientists] How Clean Are Hydrogen Fuel Cell Electric Vehicles

 

       일본, 유럽, 중국, 미국 등 해외 선진국은 친환경 수소철도차량 개발 및 실용화에 매우 적극적이다. 경쟁력 확보를 위해서는 기술개발을 통한 시장 선점이 필요하다.  

 

<해외의 수소철도차량 개발 및 실용화 현황>

 

한국

일본

프랑스·독일

중국

미국

내용

- 수소연료전지 하이브리드 철도차량 핵심기술 개발(2018-2022)

실증시험(2025)

수소철도차량 보급확대(2030년 이후)

수소연료전지 하이브리드 철도차량 개발

(21열차 편성)

(2007, 세계 최초)

수소연료전지 철도차량(Coradia iLint) 영업운행 시작

(20189)

상업용 수소트램 출시(2016)

루저우 및 타이저우에서 운행 예정

디젤 하이브리드 차량 기반 시험용 연료전지 기관차 설계 중

민간 재난구조 예비동력원으로 사용 계획

최고설계속도

110km/h

100km/h

140km/h

70km/h

64km/h

연료전지 용량

1.2MW

120kW

125kW X 2

150kW X 2

240kW

기타

1회 충전 600km 주행

수소탱크 35MPa

(720)

1회 충전 800km 주행

수소탱크 350bar

1회 충전 100km 주행

수소탱크 35MPa

최대 127톤 견인

 

      최근 정부는 자동차, 철도, 선박 등 수송 분야를 비롯해 온실가스 감축, 미세먼지 저감, 친환경 에너지 확산과 에너지원 다각화 등 에너지 분야까지 신산업 및 일자리 창출을 위한 수소경제 활성화 로드맵을 발표하고 관련 정책을 진행하고 있다.

 

       나희승 철도연 원장수소철도차량 기술개발을 통해 탄소 및 세먼지, 에너지비용 저감뿐만 아니라 수소에너지 관련 산업 활성화와 이를 통한 일자리 창출이 기대된다, “향후 전철화가 이루어지지 않은 구간 또는 남북·대륙철도 일부 구간에서 디젤철도 대체하는 미래 친환경 철도로 그 효과가 기대된다고 전했다.


                        

                          <수소연료전지 하이브리드 철도차량 구성도>

    


 

 

    


              

[수소연료전지 하이브리드 철도차량 에너지 흐름도 - Powering]

 



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