인천국제공항 셔틀트레인 3단계구간 에너지저장장치 적용방안에 관한 연구

Abstract

1970년대 이후 고도의 경제성장에 따라 팽창하는 도시와 그에 따라 인구도 급속하게 증가하게 되고, 또한 차량도 급속하게 증가함에 따라 도로의 교통 정체 현상이 가속화되어 도로교통의 한계를 느낀 정부에서 교통수요에 대처하기 위해 도시철도 건설을 채택하게 되었고, 이로서 도시철도는 대중 교통수단으로 매우 큰 비중을 차지하게 되었고, 비약적으로 팽창하게 되었다. 1974년 수도 서울에서 개통을 시작으로 전국 광역도시 부산, 대구, 대전, 광주광역시에도 도시철도를 건설하여 운행하기 시작하였다. 도시철도 운영에서 많은 부분을 차지하는 전기요금은 회생제동으로 생성되는 회생에너지를 다시 변전소로 반송하거나, 또는 재생하는 방법으로 운영비를 절감하게 되었다. 석유, 석탄과 같은 화석에너지는 한정적이고, 에너지로 사용할 때 발생하는 이산화탄소는 온실가스의 주범으로 지구온난화에 주원인이 되고 있다. 최근 온실가스 감축을 위해 세계 각국에서 협약을 하고 법적 구속력이 있는 교토의정서를 바탕으로 우리나라도 온실가스 감축을 위한 여러 정책을 펴고 있다. 그래서 도시철도 운영기관에서는 국가 정책에 맞추기 위해 에너지 절감과 온실가스 감축이라는 두가지 목표를 설정하고 실천하기 위하여 회생제동시 발생하는 회생에너지에 많은 관심을 가지고 있고 각 운영기관마다 기술개발에 적극적으로 참여를 하고 있다. 현재 국내 대도시 도시철도에서 운영하고 운행되고 있는 전동차는 약 1만 량이 되는데 그중 약 95%가 회생제동을 사용하고 있다. 회생제동은 전동차의 구동력을 공급하는 전동기가 전동차 제동시에는 발전기 동작으로 에너지(전기)가 발생되게 되는데, 이를 회생에너지라 하고, 이와 같은 제동을 회생제동 또는 전기제동이라 한다. 본 연구에서는 전동차의 동작원리 추진제어장치 이해도를 높이고 전동차가 정위치 정차를 하기 위한 제동으로 회생제동의 원리를 이해함으로서 회생제동 에너지란 무엇인가를 이해하고 이 회생에너지를 보다 효율적으로 이용할 수 있는 에너지저장장치 방식에 대한 이해도를 높여 실제 도시철도 운영기관에 설치되어 운영중인 사례를 살펴보고, 건설중인 인천국제공항 3단계 구간 셔틀트레인에 적용시 가선전압의 안전도 검사, 에너지저장시스템에 실제 충전량 등을 알아보고, 설치에 따른 어떤 장점이 있는지에 대한 연구를 하였다. 그 결과 첫째 역률 개선효과, 둘째 소비전력 및 CO2 저감효과, 셋째 가선전압 아정화 및 최대수요전격 저감효과, 넷째 운영비 및 건설비 감소로 예산절감 효과가 나타났다. 이런 장점이 있는 에너지정장시스템을 전국 도시철도 건설지원에 국가가 정책적으로 지원을 아끼지 말아야 할 것이다.