철도변전소 에너지저장장치 적용에 관한 연구

Abstract

교토 의정서의 발효로 지구 온난화에 따른 대책이 강구되면서 에너지절약 및 이용효율 향상, 신재생에너지 개발 등 온실가스 배출량을 줄일 수 있는 새로운 기술 분야에 대한 투자 및 무역이 확대되고 이와 때를 같이하여 고유가로 인한 전력비용의 상승이 일반산업 분야뿐 아니라 철도 차량에 있어서도 에너지 재활용에 대한 관심을 부각시키는 계기가 되었다. 기존 국내 6000량 이상의 전동차량 중 95% 이상의 차량은 회생이 가능한 시스템이며 시뮬레이션을 통한 단일 전동차에서 발생되는 회생에너지의 량은 차량 견인시 소비되는 전력의 최대 40～45%에 해당한다. 이와 같은 회생에너지는 인접 차량간 감속과 역행이 동시에 발생하는 경우에는 회생에너지를 활용할 수 있으나, 인접한 차량의 역행과 제동이 일치하지 않는 경우 또는 운행시격이 길어서 변전소의 가선구간에 에너지를 흡수할 차량이 존재하지 않는 경우에는 가선의 전압을 상승시키는 요인이 된다. 회생 에너지로 인하여 가선의 전압이 일정범위를 넘어서게 되면 차량은 전기제동에서 기계제동으로 전환하여 기계적 마찰로 차량을 감속 또는 정지시키며 이때에는 발전제동(Dynamic Brake)이 정지하게 된다. 현재 차량에서 발생되는 회생 에너지 중 10～20%는 인접 차량에서 소비되는 에너지이고, 10%～15%는 가선전압을 상승시키는 요인으로 보고 있다. 이와 같은 가선 전압의 상승은 차량의 전장품 고장의 원인이 되기도 하고 변전소 차단기를 동작시켜 차량의 오동작을 일으키는 원인이 되기도 한다. 본 논문에서는 회생에너지의 재 이용방안에 초점을 맞추어 철도변전소에 수퍼커패시터를 이용한 에너지저장장치 시스템의 적용을 통해 철도 차량에서 발생되는 회생에너지를 적극 활용할 수 있는지를 검증하고 에너지절감 실적에 따른 실적용 가능 여부를 연구한다.