국토부, 철도 R&D 투자 실용화 결실...주요 성과는?

15종류 2330억 규모 상용화로 이어져 "현장 맞춤형 신기술 수요 적극 발굴·지원"
차세대 신호·유지보수시스템 도입, 해외수출 등 철도산업 혁신 마중물

장병극 기자 | 기사입력 2020/12/24 [13:59]

국토부, 철도 R&D 투자 실용화 결실...주요 성과는?

15종류 2330억 규모 상용화로 이어져 "현장 맞춤형 신기술 수요 적극 발굴·지원"
차세대 신호·유지보수시스템 도입, 해외수출 등 철도산업 혁신 마중물

장병극 기자 | 입력 : 2020/12/24 [13:59]

[철도경제=장병극 기자] 국토교통부(이하 국토부)가 추진 중인 철도 R&D 투자가 결실을 맺고 있다. 연구개발한 신기술이 실용화돼 현장에 적용되거나 해외로 수출하는 등 가시적인 성과를 달성하며 철도산업 발전에 마중물 역할을 하고 있다는 평가다. 

 

국토부에 따르면 철도 철도 R&D에 대한 지속적인 투자 및 상용화 촉진 노력 등으로 올해는 지난해 대비 약 70% 증가한 2330억 원 규모의 실용화 성과가 있었다고 밝혔다.

 

전 세계적으로 철도시장 확보를 위한 사투를 벌이고 있는 가운데, 국내 철도산업이 경쟁력을 높이기 위해서는 신기술 확보를 위한 연구개발뿐만 아니라 실제 현장에 적용해 실용화 실적을 만드는 것도 중요하다. 

 

하지만 신기술에 대한 안전성 우려, 연구개발 성과물의 홍보 부족 등으로 실용화로 이어지는데 어려움이 있었다.

 

▲ 국토교통부는 철도 R&D 실용화 실적이 전년 대비 70% 증가한 2330억 수준이라고 밝혔다. (=자료사진)   ©철도경제

 

이에 국토부는 지난해 9월 관계 기관과 철도 신기술의 실용화 방안을 논의하고 연구기관이 개발한 철도분야 우수성과를 철도 수요기관과 공유하는 '철도 건설·운영기관 협의체'를 발족해 운영 중이다. 이 협의체에는 국토부와 국토교통과학기술진흥원, 한국철도(코레일), 국가철도공단 및 지자체별 도시철도기관이 참여하고 있다.

 

또한 지난 2017년부터 성능검증·인증 등을 지원해 R&D 성과물의 실용화를 지원하는 '철도 실용화 문턱과제' 프로그램도 운영하는 등 연구개발이 실제 현장에 적용될 수 있도록 추진해왔다. 올해에는 총 15종류의 국가 R&D로 개발된 철도 신기술이 현장에 적용됐다.

 

◆ LTE-R·KTCS-2 사업 순항, 현장 맞춤형 첨단 시설물 유지·보수시스템 개발·적용

 

▲ LTE-R 기반 KTCS-2 차상/지상장치간 정보전송 개념도(사진=국가철도공단/국토교통부)  © 철도경제


우선 차세대 철도 신호·신호통신시스템으로 전환하기 위한 철도통합무선통신서비스(이하 LTE-R) 구축과 이에 기반한 한국형 열차제어시스템(이하 KTCS-2) 시범 설치사업의 경우 한해동안 국가철도공단(이하 철도공단)에서 약 2000억 원 규모의 계약을 체결했다. 

 

주요 노선별로 살펴보면 ▲경부선(금천구청-부산, 424.4km) ▲동해선(강릉-모량분기점, 258.8km) ▲서해선(원시-홍성, 89.2km) ▲포승평택선(안중-평택, 23.8km) ▲일산선(지축-대화, 19.2km) ▲과천·안산선(남태령-오이도, 40.5km) 등 6개 구간에서 발주해 사업자 선정까지 마무리지었다. 

 

유럽의 ETCS-2를 모델로 이를 국산화한 한국형 차세대 신호시스템인 KTCS-2는 LTE-R망을 사용, 열차의 안전거리와 운행 가능속도 등 정보를 철도차량에 보내 감속·정지시킨다. 특히 변경되는 운행정보를 수시로 전송 가능해 돌발 상황 등에도 신속히 대처할 수 있어 안전성을 크게 높일 수 있다.

 

내년 하반기까지 전라선(익산-여수엑스포, 180km)에 시범구축하게 되며, 올해 310억 원 규모로 발주가 이뤄져 지상장치는 대아티아이가, 차상장치는 현대로템이 수주해 철도공단(지상)·한국철도(차상)와 사업을 추진 중이다.  

 

▲ 영업열차 시설물 자동검측시스템(사진=한국철도 제공)  © 철도경제

 

이와 함께 기존 인력 중심의 시설물 유지·보수체계를 첨단 IoT, 빅데이터 등 첨단 기술과 접목해 한 차원 업그레이드할 것으로 기대를 모으는 스마트 철도시설물 유지·보수시스템도 시범 운영에 돌입한다.

 

한국철도가 주도해 연구개발한 '영업열차 시설물 자동검측시스템'은 운행 중인 철도차량에 국가·기관 R&D로 개발한 검측 모듈을 탑해하고 ▲차량주변 선로 ▲궤도 ▲전차선 ▲통신·신호설비 등을 열차가 주행하면서 자동으로 검측하는 시스템이다.

 

인력을 투입하지 않고 무인으로 열차 운행 시간에 시설물 이상 상태를 상시 검측하기 때문에 작업자의 사고율을 낮추고, 열차 운행의 안전성도 크게 강화할 수 있다. 내년에 한국철도가 운영 중인 ITX-새마을호 1편성에 모듈을 부착해 시범 운영하며, 향후 자동검측 항목을 28개에서 46개까지 확대시킬 예정이다.   

 

▲ 위상배열 초음파 레일탐상장비(사진=샬롬엔지니어링)  © 철도경제

 

또한 ‘위상배열 초음파 레일탐상장비’는 의료분야에서 쓰이는 초음파 기술을 활용해 철도 레일내부의 세부결함까지 정밀하게 계측하는 장비다. 기존 외국산 장비에 비해 검측정확도를 50%까지 향상시켰고, 그동안 검측이 어려웠던 수직균열도 발견할 수 있어 선로장애 등을 사전에 방지하는데 기여할 수 있다.

 

이 장비는 올해 철도학회가 주관하는 '철도 10대 기술'에도 선정되기도 했다. 한국철도에서는 2018년 3대, 2019년 4대, 올해 3대를, 서울교통공사도 올해 1대를 도입했다.

 

◆ 철도 소프트웨어 분야, 25억 규모 R&D 성과물 활용

 

▲ 열차운행계획 통합시스템 개요(사진=국토교통부)  © 철도경제

 

주된 연구개발 대상이었던 철도 부품·장비 등 하드웨어뿐만 아니라 소프트웨어부문도 R&D로 개발한 연구성과물이 기관·기업 등에서 약 25억 원 규모로 활용됐다.

 

2018년부터 연구개발을 시작한 열차운행계획 통합시스템은 범용성에 방점을 두고, 기관 특성에 맞게 사용할 수 있도록 만든 것이 특징이다.

 

기존에는 열차주행시물레이션(TPS, Train Performance Simulation)과 이를 기반으로 열차 운행시간표 및 승무원 근무시간표를 계획하는 프로그램을 기관별로 다르게 운영해 상호 효율성이 떨어졌다.

 

이번에 개발한 TPS 기반 열차운행계획 통합시스템은 TPS를 통해 열차 및 승무계획을 하는 프로세스틑 구축, 이를 패키지화했고 기존 대비 소요시간을 50% 단축했다.

 

올해 국가철도공단에서 수행하는 2개 용역을 비롯, 민간기업(KRTC)에 열차성능시물레이션과 열차다이아시스템을 납품했다.

 

◆ 승강장 안전문 해외 진출, 철도차량 부품 등 신제품 실용화 성공

 

▲ 2020년 철도R&D 성과물 실용화 실적 세부내역(자료=국토교통부)  © 철도경제

 

승강장 스크린도어의 안전성을 강화한 ‘승강장안전문(PSD, Platform Screen Door) 제어시스템’은 지난해에 이어 올해에도 브라질 상파울루 1·2·3호선 4개역에 시스템을 설치하는 계약을 체결(약 30억 원 규모)해 해외진출의 가능성을 보여줬다.

 

이 밖에 ▲전압 변환 과정에서의 손실 에너지를 감소시켜 발열량을 줄이고 무게를 경량화한 ‘공진형 보조전원장치’ ▲전동차의 정지과정에서 소실되는 전기에너지를 재활용하는 ‘양방향 전력변환장치(더블컨버터)’ ▲철도차량 출입문 상태모니터링 시스템 ▲전동차 제동시스템(주공기압축기 포함) ▲전동차 제동 마찰재 ▲가변 전원형 보조전원장치 ▲공기질 개선장치 ▲철도 차축베어링 모니터링 시스템 ▲레일표면 연마장치 등 다수의 신제품들이 실용화에 성공했다.

 

국토부 김선태 철도국장은 “그동안 지속적으로 투자해온 철도부문 R&D 성과물들이 본격적으로 산업현장에 적용되기 시작하해 빛을 보게 된 한 해”라며 “앞으로도 현장이 필요로 하는 수요를 발굴하고 연구개발 이후에도 성과물들의 사업화가 이루어질 수 있도록 적극 지원해 철도산업이 도약할 수 있는 발판 마련에 최선을 다하겠다”고 밝혔다. 

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