철도연, 전력망 효율 높이고 무선급전·무인운전 기술 기반 다진다

열차가 제동할 때 생기는 전기를 버리지 않고 역사와 철도전력망에서 효율적으로 활용하는 연구가 본격화된다. 한국철도기술연구원은 철도전력망과 차량 추진시스템의 에너지 효율을 높이는 한편 무선급전 트램과 차세대 열차제어·통신 기술의 실용화 기반을 다질 계획이라고 밝혔다.

철도연 전기신호본부는 30일 제주 휘닉스아일랜드에서 열린 2026년 한국철도학회 추계학술대회 특별세션에서 내년도 주요 연구계획을 발표했다. 연구 방향은 철도전력망 통합 운영, 차량 전력변환시스템 고도화, 무선급전 트램, 차세대 열차제어·통신을 중심으로 구성됐다. 전기를 더 효율적으로 사용하면서 철도 운영의 안전성도 높이는 것이 공통 목표다.

열차·역사·태양광의 전력 흐름을 함께 조율

철도전력망 분야에서는 2027년부터 2029년까지 배터리 에너지저장장치인 BESS를 연계한 에너지 최적화 기술을 개발한다. BESS는 전기를 배터리에 저장해 두었다가 필요한 시점에 다시 공급하는 장치다. 철도에서는 열차 운행 과정에서 생기는 전력을 저장하고 수요에 맞춰 활용하는 수단이 될 수 있다.

핵심은 ‘에너지 오케스트레이션’이다. 여러 악기가 한 지휘에 맞춰 연주하듯 열차 제동 과정에서 발생하는 회생에너지, 역사에서 쓰는 전력인 역사 부하, 태양광 발전량을 급전계통 단위에서 조율하는 기술을 뜻한다. 회생에너지는 열차가 속도를 줄일 때 운동에너지를 다시 전기에너지로 바꿔 얻는 전력이다. 각각 따로 움직이던 전력의 생산·저장·소비를 하나의 체계에서 관리해 낭비를 줄이겠다는 구상이다.

철도연은 인공지능 기반 예측·통합제어 기술과 디지털트윈 운영 플랫폼을 개발할 계획이다. 디지털트윈은 실제 철도전력망의 상태를 가상 공간에 대응시켜 운영 상황을 살펴보는 방식이다. 인공지능으로 전력 수요와 공급을 예측하고, 디지털 환경에서 전력 흐름을 통합적으로 관리하는 체계를 마련한다는 의미다.

구체적인 검증 목표도 제시했다. 에너지 소비효율은 5% 이상 높이고, 가선전압 변동률은 20% 이상 낮추며, 전력비용은 10% 절감한다는 계획이다. 가선전압은 열차에 전력을 공급하는 전차선의 전압이다. 변동 폭을 줄이면 차량에 공급되는 전력을 더욱 안정적으로 관리하는 데 도움이 된다.

안전 기준 마련도 연구 범위에 포함됐다. 철도연은 안전성을 높인 에너지저장장치가 철도 환경에서 요구되는 성능을 갖췄는지 평가하고, 이를 확인하기 위한 시험절차와 안전운용기준을 마련할 예정이다. 에너지 효율 개선과 함께 실제 철도 현장에서 저장장치를 안전하게 운용할 수 있는 기반을 갖추려는 것이다.

차량 전력변환과 차세대 운행 기술도 고도화

추진제어 분야에서는 생애주기비용인 LCC를 줄이기 위한 전력변환시스템 개발 구상이 제시됐다. LCC는 장비를 도입할 때 드는 비용뿐 아니라 운용과 유지관리 등 사용하는 전 기간에 발생하는 비용을 함께 따지는 개념이다. 차량이 공급받은 전력을 주행에 필요한 형태로 바꾸는 시스템을 고도화해 장기간의 비용 부담을 낮추는 방향이다.

무선급전 트램과 무인운전 관련 차세대 열차제어·통신 기술도 주요 연구 축에 포함됐다. 철도연은 전력망, 차량 추진, 급전, 제어와 통신을 함께 고도화해 에너지 효율과 운영 안전성을 높이고 실제 적용을 위한 기술 기반을 다질 계획이다.

자료: 한국철도기술연구원