인버터서 선로 전선에 전기 주면 자기장 생겨 열차에 에너지 전달

선로에 설치된 코일을 통해 전력이 공급되자 육중한 열차가 움직이기 시작했다. 열차 위 전차선으로부터 전기를 받아 모터를 돌리는 방식인 itx-새마을호 열차 2량을 이어 붙인 개조 열차다. 기존 방식에서 열차에 전기를 전달하는 방식만 바꾼 채 시험했기 때문에 이론적으로 itx-새마을호 열차가 낼 수 있는 최대 속도인 시속 150㎞까지 달릴 수 있다고 한다. itx-새마을호 대신 고속열차(KTX)로 달린다면 시속 300㎞, 차세대 KTX라면 시속 400㎞로 달리는 것도 가능하다.

한국철도기술연구원(철도연)은 경기 의왕시에 위치한 연구원에서 ‘무선전력 전송 기술을 활용한 고속열차 운행 시험’을 공개하고 세계 최초로 고속열차에 관련 기술을 적용하는 데 성공했다고 21일 밝혔다. 철로 가운데의 열차와 3㎞ 떨어진 바닥에 설치된 전선은 근처의 1㎿급 인버터에서 전력을 공급받아 60㎑의 고주파 자기장을 통해 열차 아래 집전장치에 전기에너지를 전달한다.

이 기술이 상용화되면 KTX를 탈 때 볼 수 있는 ‘머리 위 전차선’을 설치할 필요가 없어져 터널의 단면적을 줄이거나 열차의 키를 높일 수 있다. 전차선 마모에 따른 유지 보수 비용이 줄어들고 자연재해에 따른 전차선 단선이나 감전 등의 안전사고 예방에도 효과가 있을 것으로 전망된다.

2009년 한국과학기술원(카이스트)이 도로에 매설한 전선에서 무선으로 전기를 충전해 달리는 ‘온라인 버스’를 개발했다는 소식을 들은 철도연은 2년 전 카이스트와 함께 연구한 끝에 고속열차에서의 무선전력 전송 기술을 개발했다. 카이스트 온라인 버스는 올해 3월부터 경북 구미시에 2대가 도입돼 하루 12회(대당 170㎞)를 달리고 있다. 2010년 독일 봄바르디어사가 경전철(트램)에 같은 기술을 사용하기도 했다. 지금까지의 기술이 바닥의 전선을 통해 배터리를 채운 뒤 운행하는 방식이었다면 철도연의 기술은 전달받은 전기를 바로 운행에 쓰는 시스템이다. 정해진 궤도를 따라 달리는 철도이기에 가능한 방식이다.

아직 상용화되기까지는 장벽이 많다. 고속열차가 제 속도를 내게 하려면 8~12㎿로 전력공급장치 용량을 올려야 하고 현재 87.2%인 에너지 효율을 90% 이상인 기존 전차선의 효율 수준까지 끌어올려야 한다. 연구 책임자인 이준호 철도연 첨단추진무선급전연구단 박사는 “집전장치의 소형화, 경량화를 이루고 경제성을 맞출 수 있다면 경전철과 고속열차에 상용화할 수 있는 기술”이라면서 “미래창조과학부와 함께 내년부터 상용화 연구를 본격적으로 진행할 계획”이라고 말했다.

홍희경 기자 saloo@seoul.co.kr