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대용량 니켈수소전지에 의한 철도 시스템의 에너지 절감 기술

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○ 철도는 수송 에너지 효율이 높고 전기 에너지를 사용해서 온실가스 배출로 인한 지구온난화의 걱정을 덜어주고 고속 대량 수송기관이라는 장점을 가지고 있다. 그런 한편, 저탄소사회를 지향하는 세계적인 추세에 맞춰 전기 에너지의 절감을 위한 회생전력의 유효활용이 요구되고 있다. 그래서 철도 차량이 제동할 때에 발생하는 전력을 버리지 않고 확실하게 재활용할 수 있는 전력 저장장치의 도입이 필요하게 되었다. 이에 따라 플라이 휠, 축전지, 전기 2중층 커패시터 등 각종 축전 매체를 사용한 전력 저장장치의 연구개발이 추진되고 있다.

○ 철도 시스템에 적합한 축전매체로 상온 작동에서 취급하기 쉽고, 안전성이 뛰어난 니켈수소전지(Nickel-Metal Hydride Battery)를 사용한 철도 시스템용 지상 축전설비(BPS: Battery Power System)가 주목을 받고 있다. BPS는 철도 차량이 운행 중 브레이크를 걸 때에는 구동용 모터가 발전기 역할을 하여 가선을 통해서 회생전력을 BPS로 보내 축전하여 두었다가, 가속할 때나 다른 역행 차량으로 방전하여 에너지 절감을 기함과 동시에 가선 전압이 떨어지는 것을 막아준다.

○ 전동차가 제동을 걸 때 앞으로 나아가려는 관성력에 의해 모터가 발전기처럼 동작하게 되어 발생하는 회생에너지를 저장하는 저장장치는 세계적으로 스페인, 독일, 일본 등의 경전철(750V)에서만 적용되고 있다. 우리나라에서는 ‘08년 6월 경전철급 에너지 저장장치 개발을 거쳐 ’09년 5월 중전철(1,500V)에 적용 가능한 기술을 세계 최초로 개발하여 상용화에 이르고 있다.

○ 대용량의 니켈 수소 전지는 철도 시스템뿐만 아니라 하이브리드 자동차 등으로 용도가 넓어지고 있으며 에너지 절약과 더불어 부하 평준화(load leveling)부터 단시간 피크 전원, 태양 발전과 풍력 발전 시스템과의 연계 보조용 전력 저장 설비로 사용 범위를 점차 확대해 가고 있다. 앞으로도 고성능, 긴 수명, 낮은 비용을 위한 노력을 통하여 충전 제어, 모니터링 등을 포함한 전체 시스템으로써 신뢰성을 확립해 다양한 분야로의 시장 확대를 기대한다.

저자: Seiji Terada, Katsuya Ishikawa
자료유형: 학술정보