2014 July / August
06 10 78 Contents FOCUS 04 세계로가는한국철도기술 LTE-R 기반재난망성능검증 시연성공 06 재미있는레일이야기 달려라설국열차 10 Rail & People 한국철도시설공단이동렬 KR 연구원원장 미래를향한도약과함께아름다운세상을그리는 14 녹색철도기술이보다나은삶을향해달리고있습니다. 류기자의상상력풀가동 철도드론 시대열리나차세대택배서비스시장패권어디로 20 23 남북및대륙철도연결사업의시범사업, 나진 - 하산프로젝트의최근동향과전망 SRX 경로주변국철도정책 2014 July / August 30 36 41 44 대륙철도실용적연계를위한전철 전력기술분석북한철도의개량최적방안및선로노후도평가시스템궤간가변대차차량 / 인프라상호인터페이스시험선구축남북철도연계를위한북한항만관리체계와항만현황 50 60 63 67 73 중국고속철도설계규범 ( 시행 ) 제정 (TB10621-2009) 주요내용소개교류전기철도급전시스템보호계전기기술개발 NATM 터널에서합리적인강섬유보강숏크리트적용방안에관한연구 KTX( 고속철도 ) 의수송경쟁력분석및제고방안철도이용객중심의안전체험관구축방안연구 News Briefing 78 82 86 한국철도공사소식 한국철도시설공단소식 한국철도기술연구원소식 대륙철도 동북아시아와유라시아를하나의경제권으로묶는대륙철도연결사업은부산에서모스크바까지운행시간을절반으로단축시켜주는새로운도약의기회의길이열리는것이다. 2014 년 7+8 월호 ( 통권 56 호 ) 발간등록번호경기마 000049 발행일 2014년 8월 29일 발행처한국철도공사 www.korail.com, 한국철도시설공단 www.krnetwork.or.kr, 한국철도기술연구원 발행인최연혜강영일김기환 편집위원문대섭 양신추유원희임영록이병송엄승호 편집실 031.460.5189 팩스 031.460.5139 디자인 인쇄 ( 주 ) 리드컴 042.223.0184 03
세계로가는한국철도기술 한국철도기술연구원 ICT 융합연구팀에서 2013 년국가 R&D 로개발한세계최초의 LTE-R 철도통합무선망이재난망기술분석및기술검증을위한차세대통신방식으로선정되었습니다. LTE-R 기반재난망성능검증 시연성공함으로써향후철도의재난안전기능과재난망의재난요구기능을함께사용할수있음을인정받았습니다. 철도통합무선망이국민안전도책임진다 LTE-R 기반재난망성능검증 시연성공 2014년봄대한민국의아픔이었던세월호사고이후정부는국민의안전을보장하는재난망조기구축에나섰습니다. 이에미래창조과학부는정보화전략국장을 TF 팀장으로미래부, 안행부, 기재부, 국토부, 해양수산부, 경찰청, 소방방재청, 유관기관및학계가참여한국가재난통신망구축 TF을구성하였습니다. TF는재난망구축의발목을잡았던재난망통신방식결정논란을종결시키고, 미래부에서영상과멀티미디어가가능한차세대통신방식으로재난망용통신방식을선정하는것을주요목표로 6월부터기술분석활동을추진하였습니다. 그결과한국철도기술연구원 ICT융합연구팀에서 2013년국가 R&D로개발한세계최초의 LTE-R 철도통합무선망이재난망기술분석및기술검증을위한차세대통신방식으로선정되었습니다. 관련기술검증이철도기술연구원나주역사무소에서 7월 14일부터 4일간추진되었습니다. 기술검증은철도에서구현한재난안전기능과재난망에서요구하는추가적인 9개의기능을종합적으로시험, 분석하였습니다. 대외적인기술시연회도 7월 18일국가재난통신망구축 TF를포함한약 50명의전문가가참여한가운데진행되었습니다. 재난상황시연은나주역에폭발물이설치되었다는신고가접수되는것으로시작되었습니다. 이어철도, 경찰, 경찰특공대, 폭발물처리반, 소방, 119 구급대가중앙통제센터로부터동시영상호출통화를통해나주역에집결하여각각의기관별재난대응상황을음성, 영상, 문자로실시간전송함으로서중앙제어센터에서종합적으로재난상황을지휘했습니다. 이를통해기존의음성통신으로구현된재난망을 LTE-R을이용한멀티미디어통신재난망으로구현하는데성공했다는평을받았습니다. 이는기술적으로 LTE-R이재난망에도활용될수있음을재확인하는계기가되었으며, 철도에서개발한 LTE-R은향후철도의재난안전기능과재난망의재난요구기능을함께사용할수있음을의미하는뜻깊은자리가됐습니다. 이번검증을토대로 7월 29일정보화진흥원대강당에서열린국가재난통신망공개토론회에서 철도의 LTE-R을통해검증한결과재난망에필요한 21개기능중 19개가 LTE로구현가능하다 는공식발표가있었습니다. 이로서한국철도기술연구원이국가 R&D로개발한 LTE-R의기술은공식적으로인정받게되었습니다. 04 05
재미있는레일이야기 지구온난화를막기위해공중에살포한 CW-7 로인해지구에빙하기가몰려온다. 이런얼어붙은세상을달리는설국열차는마치노아의방주처럼지구에서인간이거주할수있는유일한구원의장소이다. 빙하기가온지구에서인류의유일한거처가된설국열차는어떤희망도없이 18 년간다람쥐쳇바퀴돌듯지구를순환한다. 열차의설계자인윌포드는탑승객들에게 영원한엔진 덕분에열차가끝없이달릴수있다고세뇌시킨다. 그렇다면과연윌포드의주장처럼설국열차는영원히달릴수있을까? 세상에공짜는없다 달려라설국열차 설국열차의영원한엔진... 에너지의정체는무엇일까? 글 최원석과학칼럼리스트 세상의모든물체들은움직이기위해에너지가필요하다. 자동차나기차같은역학적기계장치뿐만아니라, 휴대폰이나컴퓨터처럼전자통신기기의경우에도에너지가있어야작동한다. 심지어컴퓨터게임속의유닛도에너지를채워야계속움직일수있다. 이와같이세상모든일은에너지에의해일어나며에너지가없이는아무것도할수없다. 그렇다면에너지의정체는무엇일까? 오늘날과학자들은에너지를 일을할수있는능력 이라고간단히정의하지만, 그실체를파악하게된것은근래들어와서일이다. 에너지 (Energy) 라는말이처음생겨난것은 1809년영국의과학자영 (Thomas Young) 에의해서이다. 심지어뉴턴조차도자신의위대한저작인 프린키피아(Principia, 1687) 속에에너지에대한개념을담아내지못했다. 이렇게에너지의정체를파악하기어려웠던것은힘과마찬가지로우리눈에보이지않기때문이다. 자동차의연료인기름을볼수있다고해서에너지를본것은아니다. 기름은에너지원일뿐정확하게말한다면에너지는아니다. 마찬가지로휴대폰을비롯한기기들에서볼수있는에너지레벨도기기가얼마나더작동할수있는지를보여줄뿐에너지자체를보여주는것은아니다. 다만연료나에너지표시등의숫자가기기를작동시킬수있는능력을나타내기때문에에너지라는개념을사용해도무리가없을뿐이다. 에너지를명확하게하기위해서는일의개념부터정확하게해야한다. 일은일상생활에서도많이사용되기때문에가끔과학적인용어와혼동될때가있다. 과학에서 일은힘과힘의방향으로이동한거리의곱 (W=Fd) 으로정의한다. 따라서역도선수가역기를들어올릴때까지는일을한것이지만, 들고가만히있을때는아무런일도하지않은것이다. 역도선수입장에서는참으로황당한정의라고생각되겠지만이동한거리가없을때는한일이없다. 만약들고있는것이일을한것이라면, 책상은책상위의책에계속일을해준것이되는데이것역시납득가지는않을것이다. 책상은단지책을떠받치고있을뿐아무것도하고있지않기때문이다. 06 07
설국열차가에너지문제를해결할수있는방법은 18년이상사용할만큼의충분한에너지원을차량에싣고다니거나, 외부에서지속적으로에너지를 공급받는것이다. 영원한엔진은가능할까? 일단물체에일을해주면물체는일을받은만큼에너지가증가한다. 물론그에너지의형태는운동에너지나위치에너지일수도있고, 열에너지의형태로나타나기도한다. 정지한자전거를밀어주면자전거가움직이기때문에운동에너지가증가하게된다. 또는자전거를트럭에싣기위해들어올렸다면자전거의위치에너지가증가한다. 만일자전거의브레이크를잡은상태에서밀고가면바퀴와지면사이의마찰로인해열에너지가발생한다. 어떤경우이든이때증가한에너지의총합은일을해준양과정확하게같다. 이를에너지보존법칙이라고한다. 에너지보존법칙은에너지의형태가바뀔뿐에너지의총량은변하지않는다는것을뜻한다. 설국열차는정확하게 1년에한바퀴씩세계를돌아서원래의위치로돌아온다. 대략계산을하면설국열차는평균시속 50km로달리고있다고가정할수있다. 만일전혀마찰이없다면설국열차는시속 50km로달릴수있는에너지만있으면무한히선로를따라운동할수있다. 하지만설국열차는바퀴와레일사이, 차체와공기사이의저항으로인해에너지손실이발생하게된다. 물론에너지보존법칙에따르면이것도에너지손실이아니라열에너지로변환된것이지만, 마찰로인한것은다시사용할수없기때문에손실이라고부르는것이다. 그래서디젤기관차의경우에는연료인디젤, 전기기관차의경우에는전차선을통해전력을계속공급받아야한다. 따라서설국열차에등장하는 영원한엔진 은영구기관이아니라열차를멈추지않고서도에너지문제를해결할수있는엔진으로보는것이타당하다. 결국설국열차가에너지문제를해결할수있는방법은 18년이상사용할만큼의충분한에너지원을차량에싣고다니거나, 외부에서지속적으로에너지를공급받는것이다. 연료를싣고다니기위해서는부피가작으면서도충분한에너지를얻을수있는원자력이나핵융합발전을통해열차에필요한전력을얻어야한다. 영화속에나오는기관실의모양도마치핵연료봉을교체하는듯이보이지만, 원자력은방사능유출문제로도심을통과해야하는열차에적용되기는어렵다. 따라서설국열차에적용가능한것으로는핵융합발전을생각해볼수있다. 특히얼마전미국의록히드마운틴사에서트럭에싣고다닐수있을정도의소형핵융합로를만드는데성공했다고발표해더욱실현가능성을높여주고있다. 이핵융합로는기존의핵융합로에비해크기가 1/10로작아영화속기관실크기와도비슷하다. 이핵융합로에는연료로중수소와삼중수소를사용하는데, 1년에 20kg의연료로 100MW의전력을공급할수있다고한다. KTX-산천의전동기가 1,100KW라는것을생각해보면핵융합로를사용할경우연료를한칸가득싣고있었다면 18년이상충분히달릴수있을것이다. 핵융합의또다른방식인상온핵융합이성공할경우에도매력적인에너지공급방식이될것이다. 물론 1989년유타대의플라이슈만-폰즈실험이거짓으로판명나면서주류과학계에서는외면받고있기는하지만, 아직도상온핵융합에대한미련을버리지못하고연구하고있는과학자들도많이있다. 자연과도시를가로지르는설국열차 핵융합방식보다먼저적용될수있는것은무선전력전송기술을통해전력을계속공급받는방식이다. 올해 5월한국철도기술연구원에서는세계최초로무선집전기술을통해차세대고속열차인해무를시험운전하는데성공했다. 이미지난해동일한기술로트램을움직이는데성공한이후, 집전용량을 5배가량늘려해무를움직이는데성공한것이다. 이번시험에서해무는집전모듈 4개로 6량의열차를시속 4km정도의속력으로 150m 정도움직였다. 물론무선집전기술자체를철도연에서개발한것은아니다. 휴대폰무선충전기가등장했고, 이미경북구미에서는이기술을활용한버스가운행중에있다. 하지만이번시험에사용된집전모듈의용량은버스에사용된것보다용량이 10배나큰 1MW였다는데의미가있다. 해무가시속 430km 로달리는데 9MW의전력이필요하기때문에이번시험에사용된집전용량보다 9배정도만높이면충분히고속으로열차를움직일수있다는것이다. 무선전력전송기술은말그대로전선을이용하지않고비접촉으로전자기유도현상에의해전력을전송하는방법이다. 전자기유도는코일주변에자기장이변화될때코일에전류가유도되어흐르는현상으로, 영국의물리학자패러데이에의해발견되어발전기등일상생활에널리활용되고있다. 철도궤도에따라설치된무선급전장치에서 60kHz로변화되는자기장을생성시키면, 집전장치에설치된코일에전류가생성되어전력이공급된다. 무선전력전송기술은크게자기유도방식과자기공명방식으로나뉘는데, 철도의경우에는효율이좋은자기유도방식이사용된다. 아직까지무선집진방식이유선에비해효율이낮고, 건설비가더많이소요된다는단점이있다. 또한집진장치와궤도사이의거리가 3cm로너무가깝다가는것은고속화의걸림돌로작용하고있다. 하지만무선집진기술은장점이많아머지않아기술이상용화될가능성이크다. 기존열차의경우전차선이선로위공중에있어컨테이너화물을적재하기어렵다. 그래서화물열차로디젤기관차를사용하고있는데, 무선집전장치를쓸경우에는좀더환경적인전기기관차로대체할수있다. 또한전자기유도현상은코일에서발생하기때문에사람이나동물이레일주변을지나더라도감전사고가일어날확률이훨씬적어안전하다. 설국열차는실제열차가나아가야할방향과묘한연관성을지닌다. 영화속에서와마찬가지로열차의미래도환경과에너지문제를해결하지못한다면도태될수밖에없다는것을암시하고있기때문이다. 08 09
Rail & People 더빠르고더안전한고속철도의기술을개발할예정이다. 세월호사고에서도알수있듯이속도만큼안전에대한중요성은아무리강조해도지나치지않다 세계는속도전쟁중 속도 안전 두마리토끼모두잡는다 이동렬 KR 연구원원장 철도는철길의맨아래층인노반 궤도부터전차선에이르기까지, 철도차량은물론역건물까지포함하는종합시스템이라할수있습니다. 철도기술도이를뒷받침하는종합적인과학기술의총아입니다. 우리나라가세계 5번째고속철도를운행하는국가로써최고수준의기술을보유하고있다는사실에철도인으로서긍지를갖게합니다. 고속철도는전국을반나절생활권으로만들어수도권과지방의구분이사라지고있다. 내년 3월에는시속 300km 호남선고속철도가개통을앞두고있으며, 또한수서-평택수도권고속철도개통으로서울강남으로바로연결된다. 20여년철도인생을걸어온이동렬한국철도시설공단 KR연구원장. 삶의대부분을함께해온철도이지만국민의희망을싣고힘차게달리는철도를보면아직도가슴이뭉클하다고한다. 그와철도의만남은운명이라해도과언이아니다. 그가공직에첫발을디딘 1990년대우리나라는경부고속철도를세계 4번째로도입한다는청사진을발표하고공무원을대상으로사업기획단을모집했다. 이전까지철도와는이렇다할인연이없었지만새로운조직에서세계적인고속철도건설에참여해보고싶다는꿈이생기자그날로세계각국의다양한철도에대한정보를수집하고공부를시작, 경부고속철도도입의밑그림을그리며철도인으로서의삶을시작했다. 그렇게인연을맺은지벌써 20여년. 지난 4월 16일다양한신교통수단을연구하는한국철도시설공단의 KR연구원장으로임명되었다. 선진철도기술수준확보를위한우수연구인력을확보해연구역량을향상시키고, 철도기술실용화전문연구기관으로서위상제고에일익을담당하고싶습니다. 이동렬원장이부임후가장강조하는것은기술수준확보, 연구역량강화, 전문연구기관으로서의위상제고다. 이를위해지난 6월기존의부서를기술연구처와설계기준처로개편했다. 이는 UIC 등국제수준의철도건설기준체계마련에박차를가하고설계기준과현업애로기술연구등현장중심의연구개발을활성화시키기위한복안이었다. 두부서가시너지효과를내서, 현장중심의연구개발과글로벌수준의건설기준확립이라는두마리토끼를모두잡는것이목표이기도하다. 나아가지자체신교통사업참여를비롯해철도종합시험선로운영권확보로수익창출에기여하겠다는포부를가지고있다. 우선자기부상철도건설경험을바탕으로대전광역시등지자체도시철도건설사업에적극참여는물론이고, 충북오송에건설중인철도종합시험선로완공후 500여종시험으로국산화와더불어수익창출에도기여할것으로기대하고있다. 철도기술의핵심은스피드, 즉 속도 와 안전 이라고생각합니다. 철도는전세계적으로속도전쟁중입니다. 현재우리나라는차세대고속열차해무가시속 430km를주파해세계 4번째속도를자랑합니다. [1위프랑스 (575km), 2위중국 (487km), 3위일본 (443km)] 이원장은 고속열차해무의주행시험을 KR연구원과철도기술연구원이함께호남선고속철도테스트베드구간에서현재진행하고있다 며 더빠르고더안전한고속철도의기술을개발할예정이다. 세월호사고에서도알수있듯이속도만큼안전에대한중요성은아무리강조해도지나치지않다 고강조했다. 이원장이기술개발의중요성만큼강조하는것이또하나있다. 바로어려운이웃에대한관심과배려다. 저희 KR연구원직원들은매월보수를받을때천원미만의자투리금액을모금하는것이외에나눔펀드, 봄 가을정기 2회헌혈행사, 철도변취약계층연탄배달행사등에자발적으로참여하고있습니다. 연구원 1인당연간평균봉사활동시간은 25시간이상이며, 이러한사회공헌활동을부서평가예반영하기때문에참여율이아주높은편입니다. 또한, KR연구원은자체적으로 2011년 2월에판암사회복지관과협약을체결하고경제적후원과함께무의탁독거노인을위한도시락배달등의봉사활동을꾸준히펼쳐왔다. 이원장은이와같은나눔의문화를계승, 발전시키려고노력하고있다. 기술이발전할수록이웃에대한관심과배려가더욱필요하다는것이그의생각이다. 최근에도판암사회복지관및후원단체들과함께대전역광장에서 무의탁독거노인고독사예방 을위한캠페인을하는등사회적약자에대한관심을지속적으로펼치고있다. 10 11
Rail & People 지금의성과에안주하지말고모든임직원이힘을합치고서로소통하여국민의사랑과신뢰를받는기관으로거듭나야한다 며 구성원모두가다함께노력해야한다 고강조했다. 올해 11월말늦어도 12월에는국가 R&D과제인 일반 고속철도용철도통합무선망및무선기반열차제어시스템실용화개발 에공단설립이래최초로주관기관으로참여할계획입니다. 이원장이소개한 KR연구원의최근이슈다. KR연구원은 2015년 12월까지 LTE-R* 은호남고속철도익산-정읍간, KTCS* 는공주-정읍간시험선구간에서시속 250km의성능을검증할예정이다. KR연구원은이들기술을 2018년동계올림픽지원을위해 2017년말개통예정인원주 강릉복선전철사업에우선적용하는방안을고려하고있다. 사업진행을위해컨소시엄은 KR연구원을비롯해철도공사, 전자통신연구원, 신호연구조합과구성하여추진할예정이다. 국가적관심사인 LTE-R과 KTCS기술이실용화되면열차운전의안전이향상되고, 열차운행용량도증대될전망이다. 또실시간영상전송으로승객의휴대폰통화품질향상에기여할수있으며무엇보다기술국산화로외국의기술종속을탈피하게된다. 최근 KR연구원은 중장기기술개발전략및로드맵 을수립했다. 창조와융합을통해미래철도를준비하는연구개발에주력하여전략목표를달성하는것이목표이다. 제3차 5개년 (2015 2019년) 기술연구개발의기본계획으로 공단 KR2020 지속가능경영전략 과연계하여기술개발목표및전략을도출했다. 전략목표는고속화 400km/h, 안전성 10% 향상, 핵심기술 100% 국산화, 철도건설 10% 원가절감, 철도성능시험 574종보유, 수익창출 500억원이다. 전략방향은건설기술선진화, 실용기술개발, 인프라구축, 성과사업화등이다. 목표달성을위해전략방향에따른전략과제 14개도도출했다. *LTE-R 4 세대이동통신기술인 LTE 를철도에응용한통합무선기술 *KTCS 무선통신을이용하여열차위치, 속도를감지하고열차를운행하는첨단신호시스템 이원장은지난 4월부임이후 KR연구원의조직문화활성화를위한 5대키워드로 소통, 배려, 섬김, FUN, 팀워크 를선정했다. 이들키워드는조직에활력을불어넣는원동력이되고있다. 또연구직원직위를전문연구기관과동일하게부여하여사명감과책임감을강조했다. 조직문화활성화를통해공단모든직원이근무하고싶은 KR연구원으로만드는것이이원장의바람이다. 그는전직원과함께 SNS 밴드 에도회원으로가입, 처음에는어색했지만직원들의게시글에댓글을달며소통을활성화하기위해노력하고있다. 또직원들의생일과가족일상등을축하하며정을나누려노력한다. 이런노력이연구원에도변화가보이기시작했다. 종전에는연구원근무자체를기피해타부서전출을희망하는직원들이많았지만지금은그수가현저히감소했다. 또매년최하위등급을받았던부서평가에서올해상반기 A 등급인우수부서로선정됐다. 그결과승진이나포상에도많은직원들이혜택을누리고있어근무하고싶은부서로탈바꿈했다. 이원장은 지금의성과에안주하지말고모든임직원이힘을합치고서로소통하여국민의사랑과신뢰를받는기관으로거듭나야한다 며 구성원모두가다함께노력해야한다 고강조했다. 그는마지막으로 최근사회적이슈가된철피아문제는우리공단의존립을위협하는큰위기였으나, 모든임직원들의각고의노력을통해극복해나가고있다 며 청렴한조직문화정착을위해현직에있는임직원은물론이고철도산업에종사하는모든분들이합심노력해줄것을거듭당부했다. 12 13
류기자의상상력풀가동 철도드론 시대열리나차세대택배서비스시장패권어디로 페덱스 (FedEx) 가세계최초로비행기를통한화물운송사업에착수했다는소식이알려졌을때사람들반응은시큰둥했다. 당시만해도비행기는사람을옮기는수단일뿐, 기꺼이사람들이고비용을지불하고비행기가오직화물만을옮긴다는상상은누구도떠올리지못했다. 이런고정관념을뒤집은페덱스는현재전세계대표항공특송회사로성장했다. 2004년, 철도화물서비스를통해오디오세트를서울서부산으로보내욕을먹었던경험이있다. 그때소량화물이철도특성에맞지않다는것을처음알았다. 수취인이직접역으로나가찾는작업도번거롭고불편했으며, 비용도우체국등의기존배송업체와비교할때싸지않았다. 지금의현관문앞서비스와비교할바는더더욱못됐다. 그러나최근얘기가달라질조짐이보인다. ICT( 정보통신기술 ) 메가트렌드를들여다보면철도물류가앞으로새전환점을맞이할것이란관측이대두된다. 조만간당신이온라인에서주문을하면바로몇시간뒤 KTX급엔진을장착한드론 ( 무인기 ) 이현관문앞에물건을내려다놓을지모른다. 당일배송 이란말이무색하다. 앞으론 2~3시간책임배송 이란말이등장할지도모른다. 말도안되는일이라고? 세계최대온라인소매업체 아마존 이페덱스못지않은아이디어와발상으로세상을발칵뒤집어놓았다. 7월 11일, 아마존이드론를이용한택배서비스상용화를미국정부에공식요청한것. 이날아마존주가는 5% 급등 ( 주당 344달러 ) 했다. 투자자들은유통업계신 ( 新 ) 파라다이스가열릴것처럼흥분을감추지못하며주식을마구사들였다. 아마존은이날미국연방항공청 (FAA) 에서한을보내무인기택배서비스시험운용허가를요청했다고밝혔다. 아마존이미국서부시애틀인근지역에위치한자사연구 개발센터근방에서본격적인 무인기택배서비스 ( 프라임에어 ) 시험운용에들어가겠다는의사를밝힌것이다. 미국에선테러등의위협으로무인기의상업적이용이엄격히제한돼왔다. 다만 FAA는지난 6월 10일, 영국계석유회사브리티시페트롤리엄 (BP) 에처음으로무인기를활용해석유탐사등을할수있도록상업적이용을허가한바있다. 14 15
류기자의상상력풀가동 아마존은이사례를물고늘어지며정부설득에나섰다. 드론활용은일단아마존이보유한사유지에서만이뤄질것이며비행금지구역이나인구가밀집한지역에서는활용하지않겠다는조건을달았다. 아마존은소규모물품을 30분내로운송하는자동소형무인기인 옥토콥터 를활용할계획이다. 전기모터로구동되는옥토콥터는위성항법장치 (GPS) 를활용, 고객주문처리센터에서반경 16km까지최대 2.3kg의물품을배송할수있다. 드론이 ICT( 정보통신기술 ) 와시장의한축을이끌며새유통혁신을꾀하고있다. 아마존드론은산간격오지등현교통수단으로는닿기힘든지역까지배달할수있어시장확대를위한첨병역할을톡톡히해낼것으로기대된다. 물론, 이는드론을컨트롤할수있는통신장비가제대로갖춰졌을때가능한얘기다. 김기환한국철도기술연구원장은 가까운미래에는원격조작이가능한무인레일드론이야밤에위험한철로보수작업을대신맡게될것 이라고말했다. 그렇다면이시도를주목해보자. 구글이최근소형위성 180개를띄워전세계인터넷망을커버하는 위성함대프로젝트 에돌입했다. 이는아프리카오지에서도인터넷을사용할수있도록한새로운인프라사업이다. 이프로젝트를위해구글은위성커뮤니케이션회사인 O3b 네트워크 의그렉와일러창업자를최근영입했다. 와일러는 03b의전최고기술책임자 (CTO) 를포함, 10여명의엔지니어들과함께사업을추진중이다. 이에더해구글은위성회사인스페이스시스템스 로럴사에서도기술자들도채용했다. 구글은또 10억 30억달러의막대한예산을투입하며, 이프로젝트에공을들이고있다. 구글은이에앞서지름 15m 크기의열기구풍선을띄워인터넷서비스를하기위한프로젝트 (Loon) 에착수했으며, 지난 4월, 태양광무인기업체인 타이탄에어로스페이스 를인수하기도했다. 구글은태양광발전으로향후 5년간타이탄무인기를이용, 통신설비를짓기어려운사막등오지에무선인터넷을보급할예정이다. 이처럼촘촘한지구인터넷연결망이확보되면아마존은구글에게손을뻗을것으로전문가들은내다보고있다. 인터넷망을연계한본격적인드론택배시스템을무한확장할수있다는계산이선다. 그래서 구글-아마존동맹 이인터넷-오프라인을총망라한신규서비스를만들것이란전망도나온다. 드론 통신 서비스혁명이비단글로벌 IT기업에만국한된일은아니다. 한국철도기술연구원도철도전용통합무선망 (LTE-R(Railway) 을이용한 원격조정무인레일드론 개발에착수할계획이다. 김기환한국철도기술연구원장은 가까운미래에는원격조작이가능한무인레일드론이야밤에위험한철로보수작업을대신맡게될것 이라고말했다. 김원장에따르면전세계통틀어 LTE-R을철도에접목한사례는우리나라가유일하다. 드론용도를기존노선관리작업에만한정지을필요는없다. 민수시장에서드론은이제시작단계로실생활에서어떻게활용되고어디까지쓰일지아무도모르기때문이다. 사용목적과환경을반영해다양한형태의 맞춤형드론 을사용자가직접제작할수있다. 그러므로드론의매스마켓이어디에서나타날지는아무도예측하지못한다. LG전자경제연구소성낙환연구원은 카메라와센서등탁월한감지능력과신속한이동성을갖춘드론은운송, 보안, 감시, 관측등여러분야에서활용이기대된다 며 맞춤형제작, 실내이동, AI를통한자동화및협력시스템에힘입어미래에는다양한성능과형태의드론이등장할것 으로전망했다. 철도연은 드론 시장의주도권을쥘기술력을대거확보하고있다. 열차제어와관제, 유지보수등철도전반의서비스를원격으로통합제공하는 무선통신기반지능형철도시스템 의핵심기술인 4세대 (G) 통신망 LTE-R이바로그중심이다. LTE-R을통해열차는선행-후속열차간안전거리를자동으로유지할수있고, 고속열차가달리는동안에실시간으로차체문제를진단 감시할수있다. 열차운행상황을실시간으로파악할수있으므로노선을경제적으로활용할수있다. 더많은열차를투입할수있다는얘기다. 그러면택배를전문으로취급하는레일드론을수백수천대운행해도문제가되지않는다. 게다가최근엔무선전력공급장치기술의진일보로레일없이도달릴수있는철도의등장이철도발 ( 發 ) 유통혁신을꿰할수있는초석으로부각되고있다. 철도드론택배가가까운미래에본격가동될경우, 명절연휴이전일정기간이지나면더이상택배접수를받지않던모습은 TV속다큐멘터리에서나볼수있는모습이될것이다. 16 17
20 23 30 남북및대륙철도연결사업의시범사업, 나진 - 하산프로젝트의최근동향과전망 나희승박정준 SRX 경로주변국철도정책 이상재김현구하태우 대륙철도실용적연계를위한전철 전력기술분석 박영이기원박철민 36 북한철도의개량최적방안및선로노후도평가시스템 최찬용나희승 41 궤간가변대차차량 / 인프라상호인터페이스시험선구축 윤혁진박정준장승호문형석나희승 44 남북철도연계를위한북한항만관리체계와항만현황 황진회 Korean Rail Technology
남북및대륙철도연결사업의시범사업, 나진 - 하산프로젝트의최근동향과전망 01 1. 서론 하고있다. 현재나진항에는 3개부두에 5,000 10,000톤급선석 15개가있으며, 안벽연장은총 2,448m에달하고있다. 부두전면 01 이다. 북한철도성과러시아철도공사가함께설립한합작회사가프로젝트를맡고있다. 두만강-나진구간의통과능력은일 12 수심은 11m 로 1 만톤급선박이접안하는데무리가없다. 1 번, 2 열차의왕복, 물동량은연간 400 만톤의화물을처리할수있다. 최근추진하고있는남 북 러간나진 - 핫산프로젝트는 TKR- 번부두에는주로중국측석탄을중국남방으로운송하고있으 본프로젝트는아태지역특히한국으로부터매년 10 만 TEU 화물 남북및대륙철도연결사업의시범사업, 나진 - 하산프로젝트의최근동향과전망 TSR 사업과실크로드익스프레스 (SRX) 사업의시범사업이다. 이사업의일환으로서시베리아의유연탄을나진항을거쳐포항으로운송하는시범사업이 23일시작됐다. 러시아산석탄 4만 500톤이 23일블라디보스톡을출발하여 24일나진항에도착한다. 총액 400만달러의석탄은환적과통관절차를거쳐중국국적의 5만6 천톤급벌크선박에적재되고, 28일나진항을출발하여 29일포항에도착할예정이다. TKR-TSR을이용한완전한철도운송은 며, 3번부두는나진-하산프로젝트가현재진행중이다. 이번투자를통해 3번부두의부두연장과준설이시행되었고, 3번부두현대화를통해 5만톤급벌크선박이접안가능하게되었다. 이사업은 2012년에러시아석탄회사인메켈사가포스코측에동프로젝트를제안하였고, 2014년두차례실태조사를마무리하였다. 이번시범운행이후본격적인협상이진행될예정이다. 을 TSR로유치하는것이가장큰목적이다. 새로운컨테이너터미널은연간 40만 TEU를수용가능하도록설계되지만, 향후 70 만 TEU까지확장될것으로예상하고있다. 특히나진-하산구간은표준궤와광궤가동시에부설된복합궤이며, 북 러국경에서환적 환승없이나진항에서바로광궤열차로운송가능하다. 따라서국경통과시간과절차를대폭줄일수있는장점을가지고있다. 올해북 러는개항을위해국경통과절차간소화, 항만국제 아니지만, 해운과철도가결합한 SEA & RAIL 형유라시아복합 화를위한논의를하였고, 러시아는나진항을통해러시아산석탄 물류운송을남 북 러 3 자간추진하는데큰의미를부여하고싶 을중국동남부로수출하였다. 본사업은연간 400 만톤의화물을 다. 이러한유라시아지역의물류와에너지네트워크는역내국가 처리할수있으며, 컨테이너의경우초기 10 만 TEU 화물을 TSR 간물류비절감과무역확대에기여하고, 유라시아경제권을활성 로유치할수있다. 나진 - 하산프로젝트의성공을위해서는남 남북및대륙철도연결사업의시범사업, 나진-하산프로젝트의최근동향과전망 SRX경로주변국철도정책대륙철도실용적연계를위한전철 전력기술분석북한철도의개량최적방안및선로노후도평가시스템궤간가변대차차량 / 인프라상호인터페이스시험선구축남북철도연계를위한북한항만관리체계와항만현황 화하는데중요한역할을할것이다. [ 그림 2] 나진항 3호부두의현대화출처 : 러시아철도공사 (RZD) 북 러간의협상과협력을통해 1 경쟁력있는운임구조, 2 빠른수송시간, 3 신속하고투명한통관절차, 4 풍부한항만인프라를구비해야한다. 특히한 러양측은나진-하산프로젝트항만이용료절감, 화차렌탈비용절감, 할인운임제적용, 빠른수송시간과통관절차간소화로비용과시간측면에서경쟁력높은물류서비스를제공해야한다. 이번시범운송사업은이러한선진국형물류서비스를제공하기위한환경을조성하는데의미가있다. 나진항의본격운영을위해나진 - 하산간열차운행, 통관, 하역 등각단계를최종점검할것으로보인다. [ 그림 1] 최근나진 - 하산프로젝트개요 출처 : 동아일보 (2014.11.22, 대북간접투자로 524 우회해제. 남북철도연결큰그림 ) 2. 본론 나진-하산프로젝트는나진항제3부두에서하산까지철도 (54km) 를개보수하고, 화물터미널건설과화물열차확보를통해, [ 그림 3] 나진항 3호부두의석탄운송및벌크선박접안출처 : 러시아철도공사 (RZD) 나희승한국철도기술연구원대륙철도연계연구팀책임연구원 (hsna@krri.re.kr) 박정준한국철도기술연구원대륙철도연계연구팀선임연구원 (parkjj@krri.re.kr) 나진항과시베리아횡단철도 (TSR) 를연계하는물류사업이다. 나진-핫산철도개통및운행, 부산 ~ 나진간해상수송후 TSR 경유컨테이너물류수송 은상업적으로성공가능성이매우높은사업이다. 나진-핫산프로젝트수행에따른나선지역의전략적가치를확보한다는점에서정치적 경제적효과가큰사업이다. 나진항은하산을통해 TSR과연결될뿐만아니라한만 ( 韓滿 ) 철도노선의동북부종착역으로서하얼빈에서투먼방향으로운송되는화물들을국제무역과연계시키는주요항만중의하나로기능 이사업은 2006년시작하면서컨테이너항으로개발될예정이었으나현재석탄벌크항으로사업모델이변경되었다. 사업초기한국이러시아지분의 40% 를인수해줄것을희망하였으나현재 49% 까지인수요청을하고있다. 참고로초기러시아측에서발표한나진-하산철도의개수공사착공내용은다음과같다. 본사업은 54km의새로운철로를건설하고 10개의철도역, 3개의터널, 40개이상의교량과그외의설비들을개수공사하는프로젝트 [ 그림 4] 나진 - 하산컨테이너시범운송사업 (2011. 10) 20 21
남북및대륙철도연결사업의시범사업, 나진 - 하산프로젝트의최근동향과전망 남북및대륙철도의시범사업인나진-핫산프로젝트는남 북 러 3자모두에게실익이되는사업이다. 북한은노후된북한철도 며, 위험화물의대량수송에도적합하다. 향후동북아지역의신속한물류및여객운송에많은역할을할것으로기대된다. 이를위 02 1. 서론 일부를복원하여나선지역경제를활성화하고, 북 러협력강화 해서남 북 러 중등동북아역내국가간철도협력이중요 를기대할수있다. 향후북미관계개선에따른다자간경협사업의모멘텀을확보할수있다. 러시아는포화상태의극동항을해결하고, TSR경쟁력제고를통한유라시아물류망을활성화할수있다. 북 러관계를개선하고, 동북아지역에서철도 에너지대국으로써의정치 경제적영항력을확대할수있다. 한국은한 러간경제협력에새로운추동력을제공할뿐만아니라 3자또는다자사업을통한새로운형태의남북경협을추진할수있다. 본사업의가장큰장점은수송시간및비용절감요인이다. 현재벌크운송을컨테이너로까지확대할경우, 부산에서모스크바간수송시간을약 20일까지단축할수있다. 특히고부가가치화물의제고기간을 20일이상단축하는효과를가지고있어자동차산업과연계하여많은수요를창출할것으로기대된다. 물류비용적인측면에서고비용의극동항만을대체하고, 화차구매에따른비용절감및정시성제고등을고려할때상당한비교우위에있다. 이럴경우중앙아시아화물의경쟁력도대폭제고될것이다. 물류뿐만아니라중앙아시아및시베리아자원개발과연계한패키지사업을통해한반도의경쟁력제고에도많은기여를할것이다. 이밖에한국철도기술연구원 (KRRI) 은동북아및유라시아지역의철도궤간차이를극복하는신기술을개발중이다. 한국철도가북한을통과하여러시아로직결운행할경우궤도의차이가발생하는데, 궤간가변열차기술은러시아국경에서환적 환승이나열 하다. 3. 결론 한반도통합철도망을구축하기위하여초기에는저비용 정부주도형의파급효과가큰시범사업을추진하고, 이후고비용 국제투자가가능한민간참여의대규모사업으로확대해가는단계별전략이필요하다. 이는단계별한반도통합철도망현대화와국제물류사업의선순환구조를창출하여국제경쟁력을확보하는전략이다. 저비용 정부주도형의파급효과가큰시범사업이최근논의되고있는나진-핫산프로젝트이다. 본사업은남북철도뿐만아니라유라시아철도협력의교두보를구축한다는점에서그의미가크다. 향후국제사회에서북한철도현대화및유라시아철도연결사업공론화에매우긍정적인효과로작용할것이다. 21세기한국철도는 ` 통일시대,` `유라시아시대 `라는새로운도약의기회를맞이하고있다. 남북및유라시아철도는바로그미래로가는길이다. SRX 경로주변국철도정책 남북및대륙철도연결사업의시범사업, 나진-하산프로젝트의최근동향과전망 SRX경로주변국철도정책대륙철도실용적연계를위한전철 전력기술분석북한철도의개량최적방안및선로노후도평가시스템궤간가변대차차량 / 인프라상호인터페이스시험선구축남북철도연계를위한북한항만관리체계와항만현황 하나의섬처럼지내온한반도! 철도를통하여다시하나가될수있을것인가! 유라시아이니셔티브로촉발된남북철도재연결이초미의관심사다. 유라시아이니셔티브에서철도분야는실크로드익스프레스 (SRX) 구축, 대륙철도망연계및복합물류네트워크강화등이다. 부산을출발한열차가북한의나진을거쳐 TSR을달리게된다면반드시거쳐야하는러시아의하산사이의철도를잇는이프로젝트를통해궁극적으로한반도종단철도 (TKR) 와시베리아횡단철도 (TSR) 가서로연결될가능성을열었다고할수있다. 이러한시점에서 TKR의재연결과 TCR, TSR 등대륙철도연결을대비한국제철도운송망의정책적대응전략수립을위해북한과의접경지역에있는극동지역과동변철도를중심으로한러시아와중국그리고북한의철도운송정책과물류수송실태를파악하는일은중요한일임에틀림없다. 유라시아대륙을횡단하는실크로드익스프레스를구축하는데있어보다더중요한점은 대회랑 1) 을구성하는관련국들이상생발전할수있다는점이다. 본연구는북한을포함한유라시아지역철도환경변화와전망을통한 SRX세부과제발굴및물류사업에대한방향을설정하고자함이목적이다. 그리고 SRX 실현등정부정책과연계한한국철도의남북 대륙철도대응전략및정책방향을제시하고자한다. 차바퀴의교환없이바로통과운행할수있는신기술이다. 참고 로러시아철도는광궤 (1520mm) 이며, 남북 중국 유럽은표준 궤 (1435mm) 로 85mm 의궤도차이가발생한다. 광궤도와표준궤 도의차이를해결하기위한환적 환승이나열차바퀴의교환은 국경에서의정체 승객불편 인프라비용 ( 토지, 크레인, 리프팅잭, 격납고 ) 인건비등으로국경활성화에많은걸림돌이되고있 참고문헌 으나, 궤간가변대차의경우멈춤없이정숙한통과운행이가능하 동아일보, 대북간접투자로 524 우회해제. 남북철도연결큰그림 (2014.11.22) 한국철도기술연구원, 남북및대륙철도상호호환연계기술개발 (2013) 이상재한국철도공사경영연구처책임연구원 lsjktx@korail.com UNESCAP, Operationalization of International Intermodal Transport Corridors in North-East and Central Asia 지역전문가회의자료 (2010.7.16) 김현구한국철도공사경영연구처책임연구원 ktxtravel@korail.com [ 그림 1-1] 유라시아철도연계망 [ 그림 5] 남북과러시아의궤도에모두운행가능한궤간가변대차 한국철도기술연구원, 한반도통합철도망 (2010) 하태우한국철도공사연구원과장 twchief@korail.com 1) 회랑 : 종주지형 ( 縱走地形 ) : 내륙국과바다사이또는떨어져있는두나라를연결하는길쭉한지역. 22 23
SRX 경로주변국철도정책 02 2. 러시아철도정책 ( 극동항만을중심으로 ) 2.1 러시아철도물류정책 2.1.1 러시아철도시스템개편러시아철도개혁은철도부라는조직을해체하고기능적으로경쟁력을갖는수송서비스회사로재편하려는시도로추진하고있다. 개혁의목표는규제부문과경영부문의분리로비영리부문의분리, 즉건설, 보수, R&D 부문을분사화하는것이다. 러시아철도는노선시설과기관차보유를담당하고, 열차운행에서민간수송회사참여를촉진시켜경쟁을장려한다는것이다. 또한각종화물수송자회사를설립하여화차등의자산을이관하고자회사주식매각을통한자금조달경로로활용하는것이다. 또한여객부문중장거리부문은연방여객회사로, 근거리여객부문은지방정부에인수를의뢰하고여객과화물의내부상호보조정책 (Cross subsidization) 의폐지를추진하였다. 그러나러시아철도 (RZD) 개편이후에도내부상호보조정책이추진되어왔으나, 적자부문보전을위한흑자부문의보전이라는악순환은계속되고있다. 흑자인화물이적자인여객부문으로의보전, 장거리, 여객부분의적자를보전하고있는셈이다. 러시아철도공사의핵심부분인화물수송부분에서도분사화와민간수송회사진입이이루어지고있다. 분사화된주요기업은제1 화물, 제2화물회사로, 트랜스컨테이너 ( 컨테이너 ), 루스아그로트랜스 ( 곡물 ), 레프서비스 ( 냉동품수송 ), 레일트랜스오토 ( 완성차 ) 를수송한다. 러시아철도가보유하고있던화차도자회사와민간에양도되었으며, 민간수송회사는석유수송에서경쟁력을가지고있다. 러시아철도화물의구성비를살펴보면, 민간수송회사와러시아철도자회사가차지하는비중이증가한다는점이다. 2011년도시장점유율은민간수송회사가 56%, 러시아철도자회사가 39%, 러시아철도자체가 5% 에불과 러시아철도에서사용되는화차는약 109만대로서, 민간회사가전체의 55%, 러시아철도자회사가 36%, 러시아철도가 9% 를보유하고있으며, 러시아의화차소유회사가증가하여, 화차의통합적인관리운영이이루어지지못하는점이문제점으로지적되고있다. 러시아정부는철도개혁의 4단계로서민간보유화차를통합적으로관리, 운용할수있는시스템을진행중이다. 러시아에서의철도화물물동량은증가추세에있다. 2011년에화물량 ( 톤-km) 은 2010년대비 8% 증가하였으며, 수입도 7% 증가하였다. 하지만, 수송비용의증가로인해수익성은떨어지는현상이발생하였으며수송품목간내부상호보조정책이주요원인이다. 러시아철도화물요금은다음과같이 3개등급으로분류하고있다. Class 1( 낮은운송료 ): 석탄, 철광석, 건재, 목재등 Class 2( 중간운송료 ): 화학비료, 곡물 Class 3( 높은운송료 ): 철강, 고철, 화학제품, 컨테이너, 완성차 등공업제품 철도수익성측면에서 Class 3을대량수송하는것이바람직하나, 현실은다른형태로나타나고있다. Class 1 화물이전체의 59% 를 차지, Class 2는 28%, Class 3은 13% 에불과하다. Class 1의손실 부문을 Class 3 화물의고운임구조로해결하는시스템인것이다. 2.1.2 극동항만개발전략과철도 러시아정부는 2012년 8월에 2030년까지의러시아해양항만인 프라발전전략 을발표했다. 이계획은항만화물취급능력의증 대, 항만및해운분야에서의안전성확보, 러시아항만의경쟁력 제고, 항만의경영효율향상을목표로하고있다. 계획기간은단 기 (2015년), 중기 (2020년), 장기 (2025년) 의 3단계를상정하였으 며, 러시아전체항만을북극수역, 발트해수역, 아조프 흑해수 역, 카스피해수역, 극동수역으로구분하고있다. 이전략보고서 에서는러시아항만물동량을추정하고있는데, 시나리오 1은기 존의자원중심의물동량추세를반영한것이며, 시나리오 2는자 원분야이외에기술집약형화물이추가될경우를상정하였다. 러시아항만의취급물동량은 1990년대에는 1억톤, 2001년에는 2억톤, 2005년에 4억톤, 2011년에는약 5억 3600만톤수준이다. < 표 2-1> 러시아항만의물동량전망 ( 단위 : 백만톤 ) 구분 2011 2015 2020 2030 실적시나리오1 시나리오2 시나리오1 시나리오2 시나리오1 시나리오2 총화물량 535.6 725.0 665.9 879.0 863.1 985.1 1,286.8 액체화물 301.0 397.5 384.7 435.2 479.2 495.1 522.9 원유 193.4 251.1 251.3 261.6 300.7 276.7 336.0 드라이벌크 234.6 327.5 281.2 443.8 383.9 526.0 763.9 석탄 / 코크스 78.3 102.2 81.4 131.5 99.4 151.9 154.8 광석 8.0 13.9 8.0 24.4 9.8 27.2 14.2 화학품, 화학비료 15.8 24.8 18.5 29.1 30.0 39.6 85.7 곡물 19.5 26.6 23.5 34.1 39.9 37.6 121.0 목재 6.2 8.11 10.1 12.4 17.8 13.0 52.5 금속류 32.4 43.6 38.4 51.2 45.0 55.6 63.1 기계 설비 4.5 5.5 5.2 8.1 5.9 8.2 7.1 컨테이너 39.4 58.3 56.5 98.4 86.8 135.5 183.0 페리 7.8 14.4 10.3 17.9 13.9 19.2 29.7 수출 / 수입 84.8/9.2 85.0/9.5 83.6/10.1 83.5/11.1 84.2/10.4 83.8/10.6 83.1/12.6 항만처리능력 790.5 987.3 1,029.4 1.204.6 1,371.7 1,400.7 1,659.3 항만이용률 0.7 0.7 0.7 0.7 0.6 0.7 0.8 자료 : 철도환경변화에따른중장기철도운영전략 ( 코레일, 2013) 2030년을기준으로할경우, 시나리오 1은 10억톤, 시나리오 2는 13억톤으로전망하고있으며, 항만시설은충분한것으로분석되었다. 2030년도의품목별예측물동량을 2011년도실적을기준으로살펴보면 ( 시나리오 1), 원유는 1.4배, 곡물과석탄은 1.9배, 목재 2.1 배, 화학비료 2.5배, 컨테이너 3.41배, LNG는 4.4배증가하는것으로나타났다. 수역별물동량증가추세를전망한자료에의하면, 북극수역, 카스피해수역, 극동수역은 2030년까지물동량이증가하는것으로나타났다. 극동수역은전체물동량의약 24% 를분담할것으로전망된다. 극동지역항만의특징은물동량중석탄이차지하는비중이매우높다는것으로, 이추세는 2030년까지지속될것으로전망하고있다. 시나리오1은석탄이차지하는비율을전체화물의 36%, 시나리오 2는 30% 로전망하였다. 2.2. 시사점러시아극동지역은 2030년까지꾸준한물동량증가가예상되며, 항만시설공급이계획대로추진되지않을경우, 물류난이발생할가능성이매우높다. 이럴경우, 한반도종단철도를이용한물동량분산은필수적이며. 한국철도물류사업분야의기회요인으로등장할가능성이매우높다. 한편석탄수송으로인한시베리아횡단철도의통과능력문제는현재나타나지않고있으나용량한계에근접하고있는것으로분석되고있다. 특히시베리아횡단철도본선에서분기되는나호트카, 보스토치니항만연결철도는 1일 40본열차가운행하고있으나그중 1/3이석탄수송이다. 항만연결지선의적기용량증대와석탄전용항만설비가현재화되지않을경우, 한반도철도망을이용한수송이제기될가능성이매우높다. 3. 중국철도정책 ( 동북지역을중심으로 ) 3.1 중국철도개요중국철도는 2012년말현재총연장 9.8만km의철도시설을갖추고있으며, 세계 2위의철도영업연장을유지하고있다. 중국에서의수송분담률은도로와해운이절대적인위상을확보하고있으며이중철도여객은운송량기준시전체의 5%, 인-km 기준시 31% 를차지하고있으며, 화물은운송량기준시 11%, 톤-km 기준시약 20% 를차지하고있다. 중국화물운송수단별점유율국가별 GDP대비물류비용 자료 : 중국통계연감 (2012) [ 그림 3-1] 중국화물운송단별점유율및국가별 DDP대비물류비용중국의고속철도는중국교통산업에서가장빠른속도로발전하고있는분야로서, 지난 11-5계획기간고속철도는빠른발전을통해영업총연장, 최고운행속도, 건설규모등에서세계 1위를기록하였다. 2012년말현재중국의고속철도총연장은 9,356km로세계최장연장을기록하고있으며 2010년 9월과 12월에징후 ( 베이징-상하이 ) 고속철도시험운행구간에서각각최고시속 416.6km, 481.1km를달성하여세계고속철도최고운행속도를기록하였다. 중국철도건설규모는 2020년까지세계 1위를목표로고속철도를포함하여총 14만 6천km의철도망을갖출예정이며새로건설하는철도중 27,000km 구간은 2012~2015년동안에완공하고신규철도의 50% 는고속철도를건설할에정이다. 3.2 중국의중장기철도망계획지구촌최대제조공장중국, 13.4억인구가뿜어내는경제활동역량은현재폭발적인힘을보여주고있다. 2012년현재중국의국민총생산은 7조3천억달러, 미국에이어세계2위다. 매력적인시장이아닐수없다. 바로이점때문에우리는중국횡단철도 TCR에주목하고있다. 지금의경제성장속도로볼때중국횡단철도의물동량은시베리아횡단철도를추월할가능성이높다고한다. 게다가중국정부는오는 2020년까지자국의철도를대대적으로정비하는사업을추진하고있다. 이미약 9만1천km의철도망을가지고있음에도불구하고 2만여km의철도를더건설한다는것이다. 중국은이계획을통해남쪽으로는동남아시아, 서쪽으로는유럽과연계해유라시아대륙전체를철도로장악하겠다는원대한그림을그리고있다. 이거대한계획에중국정부는우리돈약 300조원을투자하고있다. 중국의철도계획은 2008년수정된중장기철도망계획에의거하여추진해오고있다. 이계획은 2004년중장기철도망계획을확대 조정한것으로 2020년까지중국의전면적샤오캉 ( 小康 ) 사회의건설수요에따른철도망확대, 구조조정, 품질향상및운송능력의확충, 설비수준의제고를목표로설정하였다. 또한중국철도건설목표를총연장 14.6만km이상, 복선화율 50% 이상, 전철화율 24 25
SRX 경로주변국철도정책 02 60% 이상, 주요간선의여객화물분리수송, 주요기술설비수준 통상구이며이외에수이펀허 ( 绥芬河 ) 변경통상구와하얼빈 ( 哈尔 < 표 3-1> 중국동북지방의주요철도개발계획 삼고있다. 우리나라부산항의경우에도대륙횡단철도와의연계 의국제화를목표로하고있다. 滨 ) 내륙철도통상구가있다. 지린성훈춘과 러시아캄쇼바야 사업명 주요내용 라는것은부산항이동북아의관문역할을수행하고중국항만과의 이계획은알려진바와같이 4종 4횡의여객전용선건설을골자로도시간여객전용선의건설, 철도망의균형적인배치와서부지역철도망의건설, 기존노선의운송속도및운송능력의확대가주목적이다. 장기적으로중국은기존 TCR 노선의고속철도화를통해중앙아시아를거쳐유럽으로연결되는고속철도노선과쿤밍, 윈난성에서라오스, 베트남, 캄보디아, 태국등을경유하여말레이시아와싱가포르까지연계되는고속철도망의구축, 헤이룽쟝성에서러시아를경유하여서부유럽으로이어지는고속철도망등 사이에철도노선이있지만사철 ( 私鐵 ) 운영등의제도적원인으로현재운행되지않고있다. 중국과러시아의국경역으로는그로데코보 (Grodekovo), 마하리노 (Makhalino) 역이있다. 그로데코보역은중국의수이펀허 ( 綏芬河 ) 역과접하고있으며, 양역간에는광궤및표준궤철로가부설되어있으며양역간의화물은식료품, 곡물, 석탄이주종이며, 컨테이너운송은점차증가되는추세에있다. 하얼빈 - 다롄고속철도프로젝트 동변도철도 ( 동북동부철도 ) 프로젝트 - 2005 년말중국국가발전개혁위원회의비준을획득하고 2007 년 8 월정식으로착공되어 2013 년에는정식으로운영될예정 - 이노선의건설계획에따르면총연장 902km, 최고속도 300km/h, 평균속도 200km/h 로운행이가능하도록설계 - 러시아와북한의국경을따라북으로헤이룽쟝성의수이펀허 ( 綏芬河 ), 무단장 ( 牧丹江 ) 에서시작하여지린성의투먼 ( 圖們 ), 옌지 ( 延吉 ), 퉁화 ( 通化 ) 를경유하여랴오닝성의환런 ( 桓仁 ), 단둥 ( 丹東 ), 좡허 ( 庄河 ), 다롄 ( 大連 ) 에이르는 1,380km 의철도노선 - 첸양 - 좡허구간은 2009 년 3 월착공하여 24 개월의준공기간을거쳐 2011 년 2 월에완공될예정 차별화도시급한과제이다. 4. 북한의철도정책 4.1 북한의철도사업추진방향북한은 2013년신년사에이어 2014년신년사에서도경제부문해 기존국제철도노선의고속화를구상하고있다. 3.3.2 서부통로중국은선양-단둥선, 메이허커우-지안선, 창춘-투먼선철도선로를통하여북한과연계되고있고, 그중선양-단둥선이중국과북한무역교역량의 80% 를차지하고있다. 한반도내의북한과남 창춘 - 지린고속철도프로젝트 내몽골동부지역철도프로젝트 - 2007 년 4 월착공되어 2010 년완공 - 총연장 108.16km 에 88 억위안이투자되어건설될이노선은동북지역의유일한도시간고속철도사업 - 내몽골지역의주요석탄생산지와동북 3 성지역의주요석탄소비지를연결하는철도의신설추진 결을가장시급한과제로인식하고기초공업부문을최우선적으로강조하였으며최우선과제인자립적민족경제토대강화를위해기존선행부문인석탄, 전력, 금속, 철도운수부문을확고히앞세울것을명확히하였다. 또한경제건설의주공전선으로농업과 한내에는철도선로들이완전하게부설되었으며, 북한평양 - 신의 자료 : 한국교통연구원동북아북한연구센터 (2013) 경공업부분이설정되었다. 경공업부문생산단위들에대한원료 주선로가중국선양 - 단둥선과연결. 2010 년 3 월, 선양 - 단둥 ( 총 공급, 자재보장대책수립을역설한것을보면, 주수송수단인철 자료 : 중국철도부, 국가개발위 [ 그림 3-2] 중국의고속철도망동북지역철도관련계획을살펴보면중국국무원은 2007년 8월국가발전개혁위원회의동북진흥판공실이작성한 동북진흥계획 에서동북지역을장비제조업기지, 국가신형원재료 에너지보장기지, 국가중요상품양식과농목업생산기지, 국가중요기술연구개발, 혁신기지, 국가생태안전을위한보장구역 ( 4기지-1보장구역 ) 으로건설하는내용을밝힌바있다. 이계획은교통부문에서 길이 207Km, 시속 250Km/h, 공사기한 4년 ), 단둥-다롄 ( 총길이 295.9Km, 시속 200Km/h, 공사기한 3.5년 ) 고속철도신설공사가착공되었고, 창춘-훈춘고속철도 ( 시속 250Km/h) 도착공되어공사중에있다. 3.3.3 동부변경통로동북지구동부변경철도는원래의노선계획이헤이롱쟝성의무단쟝시에서시작하여, 지린성의투먼과통화및랴오닝성의단둥, 좡허를통과하여남쪽으로다롄시에이르는총 1,380km의노선이다. 동북3 성이국가발전계획위원회보고에서당초계획보다더길어진 2,322km로수정하면서동북3성의동부변경지역을관통하는교통운송로로확대구상하였다. 3.4 시사점단동인근중국 3성지역의중심지는선양, 선양을중심으로동북삼성의인구는 1억 3천, 한반도의 3배가넘는다. 이일대는중국의거대한곡창지대이며석탄과목재등자원의보고이기도하다. 그러나그동안중국정부의경제개발정책에서소외돼, 이지역은미개발지로남아있었다. 중국은그동안교통시설이낙후되어자금과기술도입에어려움을겪었던랴오닌성과지린성헤이룽장성등중국 3성을철도로개발한다는계획을추진하였다. 이것이일명동변도철도개발계획이다. 다롄에서시작해단둥을거쳐무단장까지이어지는노선이다. 전체 1,300킬로미터중단절된 400킬로미터구간을복원하려는계획으로 2007년착공해 2008년완공하였다. 이철도사업복원으로인하여동북 3성은하나의철도로연결되었다. 또지난 7 도의역할과기능이더욱중요시될것으로전망된다. 북한철도성의사업추진방향을살펴보면먼저, 일부구간중량화실현을위한사업계획작성과조직사업확대계획에따라일부구간레일을중량레일로교체하고, 콘크리트침목과용접장대레일을부설하는것이다. 두번째는철도수송능력확대를위하여기관차와화차생산확대, 현재운행중인기관차와화차들의기술상태개선, 화차회귀일수단축, 화물열차평균중량확대, 기관차하루평균운행거리확대를위한기술지표수준개선을추진하는것이다. 특히 2011년김종태전기관차종합기업소에서비동기견인전동기를장착한최첨단교류기관차 선군붉은기 1호 를개발했다. 이기관차는교류전력을사용할수있으며모든운전조작을프로그램에따라진행할수있는 CNC화된현대적인전기기관차라고한다. 하얼빈 ~ 다롄및연해경제벨트 1급축의경제적우위를살리고, 2급축의집중발전을추진하며, 3종5횡 의공간발전구도를형성하고, 하얼빈 ~ 다롄, 경제벨트를건설하고, 산업구도고도화, 클러스터발전추진, 국제경쟁력을갖춘제조업발전벨트를건설하는계획이다. 또한다롄을핵심으로단둥, 창싱다오및진저우만의연해경제벨트를조성, 하이테크산업, 현대서비스업을중점발전시켜중국내최고의특색과강한경쟁력을갖춘산업클러스 3.3.4 중-몽대통로중몽대통로로불리는중국-몽골간대륙횡단철도건설이추진. 이철도는중국내몽고의아얼싼에서부터몽골쵸이발산에이르는구간으로중국내기존의개통구간과연결되면전구간은 유럽- 몽골-중국의씽안멍-바이청-송위엔-창춘-지린-옌벤-투먼- 훈춘-핫산-라진-동해 로연결이가능하다. 월유라시아대륙을가로질러중국과유럽을잇는 1만 214km의화물열차운행에이어네이멍구자치구의만저우리를관통해러시아극동지역으로연결되는노선을개발중에있다. 동변도철도와남북철도가연결되는가정은동북3성의화물이남북철도를통해서부산항으로, 그리고사람의왕래에있어서도북경을경유했던일들이철도를통해서직접적으로서울이나수도권으로직접다다를수있고물류적측면에서도긍정적인효과를 북한산선군붉은기 1 호 러시아산북한기관차 터로점진적인발전을추진중에있다. 가져올수있다. 단둥에서는한반도와직접철도와연결될수있 기때문에동변도철도에관심을갖는이유이다. 3.3 중국동북지역철도현황 유럽의로테르담항과독일의함부르크항등주요항만들은터미 3.3.1 동부통로 널운영전략중에중앙유럽, 북유럽동구권지역의주요도시와의 구소련제북한전기기관차 내몽골만저우리 ( 满洲里 ) 통상구는중국제 1 일의대러시아철도 철도운송네트워크를구축하는것을가장중요한과제중하나로 [ 그림 4.1] 북한의다양한기관차 26 27
SRX 경로주변국철도정책 02 세번째는올해수송지휘정보중심의정보관리체계를실용화하는사업을추진하고새로운지상전동열차와지하전동열차개발을당 여두만강-평강선철도망복구와관련하여세가지방안을제시하였다. 5. 결론 면목표로설정, 불리한자연환경에적용가능한철도의기술적 제 1 안으로는모든본선과지선, 복선지역을전면재조정하고전 특성유지방안을마련하는것이다. 노선을광궤로부설하는방안이며, 예상공사비는 31 억 5,900 만 지난 2006 년러시아철도당국이 TSR 운임을 30% 나기습인상한 달러로추산하였다. 2 안은현재표준궤 (1,435mm) 인궤도에광궤 적이있었다. 우리나라대형물류회사들은비싼운임을지불하고 4.2. 철도개보수를위한다양한시도 를부수적으로설치하는방안으로표준궤의전면정비를포함하 라도 TSR 을이용하기위하여극동으로가는선박을이용할수밖 북한내철도개보수를위한주변국가의시도는 1997 년중국의 는방안. 혼합궤는혼합궤용체결구, 침목, 분기기등의설치가필 에없었다. 우리나라에서 TSR 을거쳐동유럽까지해상운송할경 투먼 - 나진간철도현대화사업조사, 2001 년 -2003 년의북한과 요하며, 열차속도가 40km/h 이하로떨어지는문제점이있다. 우 30 일이걸리지만철도로운송되는시간은약 20 일, 철도를이 러시아간철도조사사업이있다. 예상공사비는 34 억 4,100 만달러로추산하였다. 3 안은기존의 용하는것이경쟁력이있기때문이다. 21 세기신경제전쟁시대 최근에는중국창지투개발사업의일환으로북한무산 - 중국, 남 표준궤노선을전면개보수하는방안으로예상공사비는 24 억 에철도가새로운경제무기가될수있음을잘보여주는일이다. 평 - 화룡간철도건설사업, 청진 - 투먼간, 라진 - 투먼간철도현대 9,600 만달러로추산하였다. 철도는 21 세기한국운명의결정체이자생존조건이다. 남북철도 화사업, 중국투먼 - 북한남양 - 두만강 - 러시아핫산철도현대화 2008 년부터북한과러시아는 2 안을가지고나진 - 하산철도연결 사업을어떻게이어나가느냐가동북아시아중심시대에한국의운 사업들이추진되고있다. 창지투개발사업의일환으로추진되는 프로젝트를다음과같은단계로본격진행하였다. 명을가름하는일이될것이다. 남북철도연결사업으로우리나라 북-중간철도연결사업은주로중국길림성과흑룡강성물자의대외출구연결형철도건설과북한지하자원반출을위한산업철도건설에중점을두고있다. 1998년 4월에북한의대외경제협력추진위원회와중국연변주연합대표단은공동으로나진-남양간 158.7km의철도를공동조사한바있다. 양측조사단은조사결과를기초로하여개보수원칙을협의하였는 2008년나진-하산프로젝트실행을위한협정서체결 2008년 라선컨트란스 합작회사설립 ( 초기자금 2,800만유로, 러 70%, 북 30%) 2008년 10월, 나진-하산철도개보수착공식 2011년 10월 13일, 나진-하산철도시범열차운행 2013년 09월나진 ~ 하산간 52km, 시속 70km/h로개통 는세계의경제와물류의중심에서가장결정적인역할을하는존재가될것이다. 한반도통합철도망은기본적으로신정부의동아시아평화와유라시아협력촉진을위한내용의실천계획으로새롭게발전된 실크로드익스프레스 (SRX) 구축 구상전략과일본, 중국, 러시아, 몽골등주변국가와의연계기능을강화하는개방된체계로구축해야한다. 데개보수내용은철길을 3급선기준으로하며, 남양과물골사이의 117km는침목과레일을전면교체한다는내용으로철교교량에대한보강공사와총 11개터널중 9개터널의보수, 통신및신호장비의교체도포함하고있다. 중국과북한은철도망개보수비용으로 3억 8,288만인민폐 (570 억원 ) 가소요될것으로전망되며, 기관차와화차가격은 2,256만인민폐로추산하고있다. 이추계에는인건비와용지비가고려되지않은것으로공사에투입되는노동력으로군이나철도건설대등을이용하려는시도였던것으로분석된다. 4.3 두만강 ~ 나진 ~ 청진 ~ 원산 ~ 평강철도개보수비용분석 ( 러시아 ) 러시아는 2001년 8월 4일의모스크바선언및동년 8월 14일에체결된상호협력에관한의정서에의거, 2001년 9월 16일부터동년 10월 16일까지러시아국경의두만강역에서두만강-라진-청진-원산-평강에이르는구간 (781km) 과개성-평산-세포구간에대한실태조사를실시하였다. 2002년에는 12월 3일부터 3주에걸쳐원산-금강산간 120km 철도노선에대한정밀실태조사를실시하였으며, 2003년에는 l0월 23일부터 37일간에걸쳐북한의국경역인두만강역에서나진항주변지역간약 56km에대한철도운영실태와지형조사를실시하 북-러나진-핫산간개보수구간은운행첫단계에서는러시아의수출용석탄이주로수송되며연간석탄 500만톤까지수송가능할것으로전망되며, 나진 - 하산철도와연계되는하산 - 바라놉스키철도구간의현대화를계획, 나진 - 하산철도를통해 1,700만톤까지화물처리가능토록할계획이다. < 표 4-2> 두만강-나진-청진-원산-평강 철도건설비용추계대안 ( 러시아 ) 비용항목 대안1 대안2 단위 : 백만달러대안3 총비용 3,159 3,441 2,496 기초공사 6.2 63 6.2 상부구조 569 676 386 토목시설 1,619 2,045 1,619 - 철교및배수관 1,126 1,552 1,126 - 터널 493 493 493 통신, CTC 139 245 139 건물, 설비 87.6 84.8 82 항만에서의환적시설 191 200 191 대차교환시설 520 104 52 전력공급시설 14.7 14.7 14.7 급전설비 12.3 7.77 5.2 차량기관차현대화 - - - 주 : 대안 1: 광궤부설, 대안 2: 광궤, 표준궤 ( 혼합궤도 ) 부설, 대안 3: 표준궤부설자료 : 러시아철도부철도종합설계연구소. 남북한의교통망은각수단별, 노선별로특성을갖고있기때문에북한철도의복원및현대화, 노선신설등은종합적이고장기적인차원에서추진되어야한다. 따라서동북아연계를고려한한반도통합철도망구축을위한중장기계획이수립되어야하며, 또한미래의남북철도연결가능년도를가정하여단계별시설공급및시스템운영계획이마련되어야한다. 그리고대륙진출을위한전략수립을위해러시아극동지역과중국동변지역의중장기물동량수요예측및화차회귀시비용산정등을체계적으로연구할필요가있다. 참고문헌 철도공사연구원 (2013), 철도환경변화에따른중장기철도운영전략연구 철도연구원경영연구처 (2010), 실용주의적대륙철도진출을위한동북3성물류현황조사연구 http:// 네이버뉴스, 연합뉴스 (2013.11.13.) kbs 뉴스북 러철도연결의미 (2013.11.02.) 중국철도부, 국가개발위 (2012), 중국의고속철도망 중국통계연보 (2012) 한국교통연구원 (2013), 중국동북지방의주요철도개발계획 28 29
대륙철도실용적연계를위한전철 전력기술분석 03 1. 서론 전기철도의고속화, 대형화, 신규열차도입에따라철도시스템의집전분야의역할이지속적으로증가하고있어전기차량을남북 03 의철도운영을추진해왔다. 또한북한은직류 3kV 방식을남한은교류 25kV 방식을사용해왔기때문에전력방식의통합에막 및대륙철도연계에활용하는것에대한분석이필요하다. 교류전 대한비용과시간이필요하다. 북한및대륙철도의빠른연계를 전기철도에서전철 전력설비는차량에전기를공급하는핵심설 기철도는직류전기철도에비해서운영비용과유지보수비용이저 위해북한과남한의전력방식의차이를해결하기이전에남북의 대륙철도실용적연계를위한전철 전력기술분석 비로국내의경우 2004년이후전철노선의지속적인증가와고속화가진행되고있다. 특히탄소배출권의거래및배출량규제가진행됨에따라에너지효율적인전기철도의국제적인수요도증가하고있다. 현재북측의전철화율은 80% 에약 10 여개의노선을운영하는것으로파악되며이러한이유로는에너지공급및지형적특성에서철도활용성을높이기위한것으로보인다. 그러나북한은심각한전력난으로인한철도가동능력이저하되어있고, 전철설비의노후화, 통신과신호설비의미비등전기철도운영에대한총체적인문제점이있는것으로파악된다. 또한북한전기철도의운영을위한급전방식과전압레벨은남한과차이가크고이에따른변전소의종별및배치가상이하다. 따라서남북한간의전철 전력설비의연계혹은개량은다양한문제점이발생될수 렴하다. 교류전기철도는직류전기철도에비해서장거리송전이가능하여변전소수가감소하고, 정류기와같은설비가없어변전설비가간단하므로송 변전및급전사령실의구조가단순화되어유지보수비를절감할수있다. < 표 1> 직류전기철도와교류전기철도방식의변전설비수 노선명 서울메트로 (1~4 호선 ) 한국고속철도 ( 서울역 ~ 동대구 ) 영업거리 134.9km 270km 변전설비 변전실 구분소 계 또한교류전기철도는 GIS 화되어있어직류전기철도에비해서점 41 5 3 19 44 24 원활한물류교류를위해서는북한의 DC 3kV와남한의 AC 25kV 전력방식모두에서운행이가능한전동차기술을적용하는방법이가장효율적이다. 남북한의전기방식차이로인하여 AC 25kV 와 DC 3000V를구동할수있는전동차기술이필요하다. 이는현재국내 DC/AC 운전구간으로 1호선의서울역 남영간과지하청량리역 청량리역간그리고과천선의남태령역 ~ 선바위역간과유사하다. 현재본구간에서는 AC 25kV 와 DC 1500V를사용하고있다. 3. DC 3kV 전차선로및전력설비기술 남북및대륙철도연결사업의시범사업, 나진-하산프로젝트의최근동향과전망 SRX경로주변국철도정책대륙철도실용적연계를위한전철 전력기술분석북한철도의개량최적방안및선로노후도평가시스템궤간가변대차차량 / 인프라상호인터페이스시험선구축남북철도연계를위한북한항만관리체계와항만현황 박영한국철도기술연구원첨단인프라연구팀책임연구원 ypark@krri.re.kr 이기원한국철도기술연구원첨단고속철도연구실선임연구원 kenlee@krri.re.kr 박철민한국철도기술연구원첨단고속철도연구실선임연구원 cmpark@krri.re.kr 있으며각종기준및레벨의차이가심각하다. 특히북한의전기설비의개량을위한전철 전력설비의노후도진단기술, 전압안전성평가, 상호연계를위한시뮬레이션, 안전기준마련등광범위한분야의실용적접근이필요하다. 최근북측의경우자료에따르면 AC화를위한견인차량생산을계획중인것으로조사되었다. 따라서북측의 DC 설비를 AC화할경우경제적효과와개량범위등을조사하여야한다. 그러나북측의설비에대한세부사양조사는시간이많이걸리고전철전력설비의경우품목이다양하고금구류등세부적인검토사항이많기때문에조사및비교검토등표준화에많은시간이요구되리라사료된다. 또한세부사양의구체적검토또한북측의세부규격을알아야하고이에대한비교가되어야하기때문에검토에많은시간이필요할것이라사료된다. 이와같이북한전철전력설비의교체방안과효율적연계방안은구체적인내용을비교하여조사하도록하되우선순위가높고설계에필수적인사항을우선순위로조사하는선별적인연구가필요하다. 본기고에서는한국철도기술연구원에서수행된 남북및대륙철도의실용주의적연계기술개발 에서연구된남북및대륙철도의실용주의적접근을위하여인프라분야인전철 전력분야중남북철도실용적연계를위한전철 전력기술분석에대하여나타내었다. 2. 대륙철도연계를위한전철전력설비현황분석 현재우리나라는고속철도도입이후전철화율이지속적으로증가하여 2020년에는 80% 까지증가할것으로예상하고있다. 또한 검이용이하고고장발생이적어작업량이감소한다. 그리고, 교류전기철도는직류전기철도에비해서전력사용량이약 30% 감소한다. 그러나북한철도인전력방식을단순하게바꾸는것은전력공급방식이상이하고철도운영체계가바뀔수있으므로신중하게접근하여야한다. 아래표에남북한급전방식을비교하였다. < 표 2> 남북급전방식의비교 구분남한급전방식 (25kV AC) 북한급전방식 (3000V DC) 특징 고전압으로인한전차선전류가적어전력손실이적음 원거리송전에적합하여변전소간격을넓힘 변전설비가간단하여경제적건설가능 통신선에대하여유도장해를발생시키는결점이있어전차선에흡상변압기나단권변압기를사용하여유도장해를경감시켜야함 주로장거리간선전철에사용 우리나라지하철에서는 1500V DC 를사용 직류급전방식은수용밀도가높은지역에서운전이가능하고유도장애가없는이점등으로대도시전철 ( 중전철 ) 에유리한방식 남한의 DC 1500V 방식보다전압이두배로높아변전소설치간격을넓힐수있음 전력공급계통은대중교통수단의특성을고려하여높은공급신뢰도를유지할수있도록구성하며, 특히고장시를대비한연락급전개념을도입하여설계하여야한다. 국내의경우전기철도에서는한국전력공사로부터전기를공급받아전동차운행이나일반특고압배전설비에필요한전력으로변환하기위하여전력을급전하며, 변전소는수전, 연락수전, 정류기용변압기, MOF반, 차단기반, 급전차단기반으로구성하고있다. 교류급전방식은변전소에서수전한교류전류를정류장치없이변압기만거쳐전차선에교류전류를급전하는방식이며, 직류급전방식은변전소에서수전한교류전원을변압기와정류기를거쳐직류로변환하여전차선에급전하는방식이라할수있다. 남한의도시철도는전철화방식, 장거리는디젤방식으로발전해왔으나, 북한은전철화중심 국내에는 DC 3kV에대한시공사례및부품, 시공실적이없으므로국외사례를최대한획득하여향후실용적교체를위한연구결과에적극활용할필요가있다. 이에 DC 3kV를사용하고있으며 DC 3kV 전철설비분야에전문성을가진스페인의 DC 3kV 전차선로기술에대해조사하였다. 특히스페인철도가세계 3번째로고속철도를운행하는나라이며고속철도건설이가능한기술선진국이므로 DC3kV에대해서북한철도전철설비의교체에필요한많은기술을보유하고있다고판단된다. 스페인에서널리활용되어온기존전철화방식 CA160은더이상사용되지않으나, 이전철화시스템을대체하여모든면에서혁신적인새로운급전체계 CA220이사용되고있다. 이연구에서는 DC 3kV/AC 25kV 양쪽모두높은속도를구가할수있는 CA220 에대해중점적으로서술하고자하며, CA220 전철화시스템의특징에대해알아보도록한다. 스페인 DC 급전체계는일반적으로다음과같은전압에맞춰설계되었다. - 표준 DC 3kV - Maximum permanent : DC 3.6kV - Maximum no permanent : DC 3.9kV - Minimum permanent : DC 2kV 이러한전압지표들은유럽표준 EN-50163에명시되어있다. DC 3kV의설계속도는위급전체계에서전철의최대속도는 220km/h이며환경적조건으로주변기온은 -15 ~45 이며이는주변기온과구간최대길이설정은서로밀접한관련이있으며, 기존에제시된것과다른기온이나타날경우필수적으로구간길이를환경변화에맞춰재검토해야한다. 30 31
대륙철도실용적연계를위한전철 전력기술분석 03 그리고전차선과같은중요전선온도의상승은전선의변형을 하여두전주사이를연결한보를빔 (Beam) 이라하며전주에설 는설비개량혹은건설을위한주요세부사항을나타낸것으로 야기할수도있는항복응력을발생시키므로반드시제한되어야 치한외팔보를브라켓이라고한다. 국내의경우빔의종류에는문 입수자료에따라북한측의전철화사양이다르게나타나므로세 한다. 허용가능한최대전선온도는급전선은 80, Cu 조가선 형고정빔과기타빔으로구분하며, 문형고정빔에는평면트러 부설명과다를수있다. 80 및 Cu-Ag 전차선은 100 이다. 구간길이가지나치게길 스빔, V 형트러스빔, V 형라멘트러스빔, 사각빔등이있다. 경우바람에의한수평새그로인하여팬토그래프접촉에문제가발생할수있으므로구간길이는풍속에따라엄격하게제한되고있으며이때의조건은풍속 ( 눈, 서리, 우박등포함시 ) 이 72 km/ h 때와풍속 ( 눈, 서리, 우박등미포함시 ) 는 120 km/h 이다. 북한의전기철도정상운영에서가장걸려있는문제는첫째, 절연문제이다. 이문제로하여변전소변압기, 조작설비생산, 전기기관차견인전동기생산및수리가심각한지연및공급결핍상태를초래한다. 둘째, 변전소내설비가대체로노후화되었다. 특히정류 5. 전기철도전력방식변화및 DC3kV 리뉴얼기술분석 일반적인상태에서의 CA220 급전선의기하학적 / 공학적특징은 소자생산보장이걸려있다. 셋째, 전차선의마모에의한전차선의 급전선의일반적인높이는 5.3m이며설계상최저높이는 4.90m 이다. 전차선과팬토그래프간의우수한접촉수준을유지하기위해서는급전선은반드시변함없는높이를유지해야하며, 전차선높이가변경되는경우최대허용경사도는아래와같다. - 전이 (Transition) 시작점 : 0.5 º/ºº - 전이중 : 4.90m - 급전체계높이 철도역사및노선상높이 : 1.4m 터널, 섹셔닝, 앵커및크로스 : 다양 - 안정튜브 (Stabilizer tube) 높이 철도역사및노선상에서의높이 : 0.4m 앵커에서의높이 : 최소 0.25m [ 그림 1] DC 3kV용전철주및관련금구구획 ( 섹셔닝 ) 내구간의수는구간의길이를고려하여배치되고. 구간의길이는해당섹셔닝의길이에달려있으며, 섹셔닝의길이가짧을경우급전선간의양호한과도상태 (good transition) 을유지하기위해막대한수의구간이필요하다. 스페인표준 DC 3kV 변전소의구성은아래그림과같으며 DC 3kV 변전소는 AC 배전및보호장치, 변압및정류장치, DC 배전및보호장치, 제어시스템및보조서비스장치로구성되어있으며일반적인사항은국내 DC 변전소와유사하나옥외에변전소가위치하고있다. 스페인의경우 DC 3kV용철도전력변전소는규모의직사각형건물로, 261m2용적의직류장치와 561m2규모의옥외고압전류작업장이이건물에배치된다. [ 그림 2] 스페인직류설비건물외관 [ 그림 3] DC 3kV 변전소구성조감도 4. 대륙철도연계를위한 DC 3kV 전철 전력시스템분석 현재북한의전철화율은 80% 에약 10 여개의노선을운영하는것으로파악되며이러한이유는에너지공급및지형적특성에서철도활용성을높이기위한것으로보인다. 특히북한전기철도의운영을위한급전방식과전압레벨은남한과차이가크고이에따른변전소의종별및배치가상이하다. 따라서남북한간의전철설비의연계혹은개량은다양한문제점이발생될수있으며각종기준및레벨의차이가심각하다. 특히북한의전기설비의개량을위한전철의노후도진단기술, 전압안전성평가, 상호연계를위한시뮬레이션, 안전기준마련등광범위한분야의실용적접근이필요하다. 북한의전차선로는 DC 3,300V을사용하며. 북한의건축한계는 5,500mm이다. 전차선로를세우는전주대의높이는지상에서부터 8m 높이와전주사이거리는 50m를표준으로지형조건에따라 40m까지보장하고있다. 전차선은동선 (Cu-95% 이상직경이 20mm) 으로전구간을늘였으며직류구간이므로전력먹임선은알미늄선 (Al-95% 이상직경이 40~50mm) 을전구간에늘였다. 전기의 <-> 선은철길을이용하고있다. 역구내는 H형철근구조물철탑주로전차선을늘였다. 전차선이나급전선을지지하기위 교체가미루어져단선사고가하루에도수번씩보고되고있는실 정이다. 이상의북한전차선로설명은참고문헌에의한내용이며 북한의용어가다소국내와다르므로이를여과하지않고수록하 였다. [ 그림 4] H형가동브라켓식고정빔 전철설비의경우전차선, 가동브래키트, 장력조정장치등전철핵 심설비가북측과남측이다소차이점이있는것으로조사되었 다. 전차선은북측의경우 Cu 100mm2으로남측의 Cu 100mm2와다 소차이를나타내고있다. 이러한경우남측의금구류와의접속개 점등사용여부판단이이루어져야할것으로사료된다. 가동브래 키트의경우남측사용브래키트는가고가 960mm로북측가고 1800mm와는많은차이를보이고있다. 브래키트의경우경제적 측면에서의접근으로표준화사양을획득하여야한다고사료된 다. 장력조정장치의경우남측에서사용하는조가선은표준장력 이 1,000kg과 1,500kg 두종류이므로북측의전차선 1,000kg과 조가선 1,400kg 및급전선 600 kg과는거의일치하는경향이다. 그러나북측장력조정장치의사용시에지지물밴드등이적합한 지가확인되어야한다. 이와같이남측과북측의시설물이전압과 선종, 지지물등의차이로인하여연계에어려움이있으므로최적 의설비를위하여기존시설물자료를많이입수하여, 이를분석 해야한다. 표 3에남북한전철설비비교를나타내었다. 아래표 < 표 3> 남북한주요전철설비비교 [ 참고문헌자료 ] 구분 남 북 비고 전압 AC 25,000V, DC 1,500V DC 3,300V 지지물 H형강주, 철주 콘크리트주 브래키트 장간애자 현수애자 급전선 Cu 150mm2, Al 510mm2 Al 185mm2 조가선 St 90mm2, St 135mm2 ACSR 185mm2 전차선 Cu 110mm2 Cu 100mm2 장력조정장치 활차식 도르레식 조가방식 드롭바, 행거 드롭바 전차선높이 5,200mm 5,400mm 현재북한 (DC3kV), 러시아 (DC3kV,AC25kV), 중국 (25kV) 등은전기철도전력공급방식이불일치하며전차선, 장력등전철설비설계자료상호불일치하는것으로조사되었다. 특히북한전력공급방식은러시아와동일하며국내에는 DC 3kV에대한시공사례및부품, 시공실적이없으므로국외사례를최대한획득하여향후실용적교체를위한연구결과에적극활용할필요가있다. 국외의경우 3kV 전철설비분야에전문성을가진스페인인은세계세번째로고속철도를운행하는나라이며기술선진국이며최근 DC3kV를 25kV로리뉴얼한것으로조사되었다. 스페인 DC 급전체계는일반적으로표준 DC 3kV, Maximum permanent : DC 3.6kV, Maximum no permanent : DC 3.9kV 및 Minimum permanent : DC 2kV. 이러한전압지표들은유럽표준 EN-50163에명시되어있다. DC 3kV의설계속도는위급전체계에서전철의최대속도는 220km/h이며환경적조건으로주변기온은 -15 ~45 이다. DC 3kV->AC 25kV 으로의전압변경관련최근스페인에서관련리뉴얼이이루어지고있는것으로조사되었다. 스페인은 seville 역사에서는 DC3kV 전차선로의틀은유지하고전차선을이중으로포설하여지지용애자만을변경하여전압방식을변경한사례가있다. 이와같이전차선-전력설비리뉴얼에따른기존부품활용현황은위와마찬가지로모든 DC설비를 AC에저속부근 150km/h이하에서는충분히사용하므로전력설비를일부교체만으로도충분히전압레벨교체가가능한사례이다. 따라서아래그림과같이교차지점이외에속도대역별로전철화에대한신중한리뉴얼접근이필요하다. [ 그림 5] DC3kV 분기점 ( 스페인 CA220) 32 33
대륙철도실용적연계를위한전철 전력기술분석 03 다. 이와같이전철전력설비의경우표준화를위한사양이조사되고비교되었다할지라도각규격에따른사양즉세부허용기준 참고문헌 등전기장치에필요한다양한규격이조사되고비교되어야하므로 [ 그림 6] AC25kV 및 DC3kV 연결구간 ( 스페인 ) 광범위한조사로시간과인력의투자가세밀하게이루어져야한다. 최근북측의경우자료에따르면 AC화를위한견인차량생산을계획중인것으로조사되었다따라서북측의 DC 설비를 AC화할경우경제적효과와개량범위등을세부적으로검토하여야한다. 그러나북측의설비에대한세부사양조사는시간이많이걸리고전철 전력설비의경우품목이다양하고금구류등세부적인검토사항이많기때문에조사및비교검토등표준화에많은시간이요구되리라사료된다. 또한세부사양의구체적검토또한북측의세부규격을알아야하고이에대한비교가되어야하기 윤재영, 북한전력현황및협력방안 Presentation 자료한국전기연구원. 2009.03.05 이정호, 이관수, 양원근, 진주경, 정동석 [ 모폴로지코너검출을이용한고속파노라마비디오제작기법 ] 한국통신학회논문지 vo 31no.4C, 2006. 이종득, 이성욱, 남북철도연결과교류방안 : 한국철도학회학술대회논문집, 2002 남북철도시스템연계방안연구, 정설시스템, 2002.05.31 전대영, TKR 연결운행을위한동력차및신호제어방식선택에관한고찰, 2004년도석사논문 김동서, 남 북한철도시스템상의차이점극복과통합운영방안에관한연구, 2003년도석사논문 김현식, 남-북한철도연결사업의최적화방안, 2002년도석사논문 때문에검토에많은시간이필요할것이라사료된다. 이와같이전철 전력설비의표준화방안은구체적인내용을비교하여조사하도록하되우선순위가높고건축을위한설계에필수적인사 철도청 (1999), 한국철도 100년사 최길대외, 철도공학개론, 2009 21 한국철도 100주년기념사업백서 :1899-1999, 철도청고객지원과, 1999 항을우선순위로조사하는선별적인연구가필요하다. 틸팅열차시험선전차선로성능평가연구보고서, 한국철도기술 22 서사범, 철도공학, BG북갤러리, 2006.09 연구원, 2009. 23 백남욱외 1명, 철도기술소사전, 골든벨, 2005.09 [ 그림 7] 스페인 DC3kV 전철및전력설비리뉴얼시공사진 6. 결론 서울메트로 1.4호선전력공급방식변경관련타당성조사용역보고서, ( 주 ) 배산엔지니어링, 2008.04 전차선설비사이버교육교재, 서울메트로인재개발원, 2010 이용상, 김형웅, 방연근, 문대섭, 남북철도연결의효과와전망 24 최길대외 1명, 철도공학개론, 구미서관, 2008,05 25 남북및대륙철도의실용주의적진출을위한상호연계기술개발, 한국철도기술연구원, 2009 2013 전기철도의전철 전력설비는전동차의견인을위한필수적인요소이고이러한전압차이로인하여전차선등선종이다르고이러한차이는지지물의차이와금구류의차이가나타나게된다. 북한설비를 AC화할경우현재국내의표준사양에적합하게개량하는것이필요하나일시적으로비용이많이추가되고, DC 전압을그대로사용할경우각부품들마다사용여부를판단하기위한표준화가필요하게된다. 이러한경제적교체방안은북측의설비를그대로유지하면서남측의표준화사양을접목하는형식이가장적합하다고하겠다. 예를들어북측의전차선은위에서나타낸바와같이남측과크게다르지않고장력조정장치의경우장력이남측과크게다르지않다. 그러나가고의경우남측과북측은크게차이를나타내므로경제적입장에서의검토가필요할것이다. 따라서전철 전력분야남북의표준화를위해서는남측과북측의시설물이전압과선종, 지지물등의차이로인하여연계에어려움이있으므로기존시설물자료를최대한입수비교하도록한다. 또한전차선설비의경우사용가능한선종별사양을축출하고저항, 허용전류, 중량등세부사양을구체적으로비교하도록한다. 북측설비의경우조사가이루어지지않고있으나남한의경우저항, 전류, 중량, 파괴하중, 직경등세부사항이정확하게나타나있 김학철, 북한의철도운영실태와기술개선 유원희, 구동회, 서정원, 경의선북한구간소요전력예측 북한의철도는나라의동맥, http://blog.naver.com/ clean506/100024433478 김성호, 북한의철도차량종류및제원, 한국교통연구원동북아북한교통정보센터, < 웹진 > 북한교통정보통권 35호, 2008.03 정봉민외 6명, 남북한물류체계통합및활용방안 (Ⅰ) / 물류체계통합을위한물류현황분석및물류정책방향설정, 한국해양수산개발원, 2007.12 21세기건설기술경쟁력제고를위한기초연구-남북한건설기술지원및교류활성화방안, 건설교통부 / 한국건설기술연구원, 2002.01.31 국제철도시대에대비한대응전략개발용역-중간보고서, 대한교통학회 / 한국철도학회, 2002.06 34 35
북한철도의개량최적방안및선로노후도평가시스템 04 북한철도의개량최적방안및선로노후도평가시스템 남북및대륙철도연결사업의시범사업, 나진-하산프로젝트의최근동향과전망 SRX경로주변국철도정책대륙철도실용적연계를위한전철 전력기술분석북한철도의개량최적방안및선로노후도평가시스템궤간가변대차차량 / 인프라상호인터페이스시험선구축남북철도연계를위한북한항만관리체계와항만현황 최찬용한국철도기술연구원고속철도연구본부선임연구원 cychoi@krri.re.kr 나희승한국철도기술연구원대륙철도연계연구팀책임연구원 hsna@krri.re.kr 1. 서론 유라시아는동쪽과서쪽으로연결된전세계국토의 40% 와세계인구의약 71% 가살고있는최대의단일대륙이다. 많은국가에서유라시아협력을주장하며다양한체제와역사, 문화를지닌아시아와유럽각국의포괄적인협력모델을도출해세계경제의성장을견인하고자하고있다 [2]. 2013년정부는유라시아컨퍼런스에서 유라시아이니셔티브 를발표하였고, 새로운유라시아건설을위해 하나의대륙, 창조의대륙, 평화의대륙 을제안하였다. 유라시아지역내단절과고립, 긴장과분쟁을극복하고소통과개방으로평화롭게교류하며함께번영하는새로운유라시아를건설하자는것이다. 이를실현하는중요한사업중하나가유라시아철도구상과실크로드익스프레스이다. 하나의대륙 은유라시아내끊어진물류네트워크를연결하여물리적장벽을극복하는것이다. 이는유라시아동북부를철도와도로로연결하는복합물류네트워크를구축하고, 궁극적으로이를유럽까지연결하는것이다. 부산에서출발하여북한, 러시아, 중국, 중앙아시아, 유럽을관통하는실크로드익스프레스를실현하는것이다. 우리나라에서시작해유럽까지대륙을관통하는철도를놓아교통망을연결하고전력망, 가스관, 송유관등에너지인프라를연계하는국가비전을제시하고있다. 이와같이 21세기철도사업은유럽 아시아 태평양을잇는유라시아랜드브리지를통해유라시아지역의경제 사회 문화공동체를촉진하는미래의신성장동력이될것으로기대하고있다. 따라서남북한의철도연결은단순한분단된국토연결의미뿐만아니라, 우리의미래비전을확보하는데있어서긴요한프로젝트라고할수있다. 북한철도시설수준은 2007년남북이공동으로조사한경의선및평라선의지선인금골선현황을통해시설분야별정도의차이는있으나전반적으로철도가정상기능을수행하기어려울정도로매우낙후되어있다고알려져있으며효율적인남북철도의연결운행을위해서는북한철도의개량이불가피하다. 이러한북한철도의경제적인개량사업을위해서남북한철도시스템의연계방안의연구와남북한철도직결운행에따른제반문제등에대한연구가지속적으로진행되어야한다 [9]. 강기동 (2008)[1] 은북한철도의개량과관련하여전면적인선형개량등의방법은현명한선택이될수없다고하였으며, 북한철도투자의개념은적은비용의투자로단기간에가시적인성과를얻을수있는궤도보강작업으로속도향상을기하는것이바람직하다고제안한바있다. 한국철도기술연구원 [6] 은남북및대륙철도연계를위한방안으로 1단계남북한철도최소개보수를통해물류사업등의수익창출과재투자 2단계로개량개념의북한철도현대화를추진하고물류사업확대및국제콘소시엄구성, 3단계신설개념의북한철도현대화를통해궁극적인유라시아랜드브리지를 완성하는시나리오를제시한바있다. 이와같이북한철도의보수는천문학적인전면개보수가아니라단계별보수를통해경제적이며합리적인남북연계철도망을구축할필요가있다. 따라서본고에서는북한철도의현황과국내외속도향상및기존선개량사업에대한방법에대해정리하였으며, 선로노후도평가시스템을통해노후도평가된사례등에대하여기술하였다. 2. 기존선열차운행의속도향상방안 2.1 북한철도시설및현황 북한의철도망연장은총 5,248km로추정되고있으며, 97.1% 가 단선이며, 전철화율은약 80.6% 수준이다. 70년대에전철화, 광 궤화를추진하며평양 ~ 원산간철도등신규철도건설노력을통 하여총연장은 5,248km로, 전철연장은 4,211km이되었다. 북 한은높은전철화율을보이고있지만, 전력부족으로운행이정상 적으로이루어지지못하고있다. 북한의교통시설은 주철종도 ( 主 鐵從道 ) 의구조로이루어져있다. 수송분담률은철도 86%, 도로 12%, 해운 2% 이며, 철도의수송원가는자동차의 34%, 해상운송 의 53% 수준에불과하다. 철도화물의평균수송거리는약 160km 로, 자동차화물운송거리의 15배, 연안해운거리의 1.7배에달한 다. 북한은철도의수송분담율이화물 90%, 여객 62% 로서여객 운송보다는공업용원자재, 농수산물운송을전담하는산업철도 의기능에치중되어있다. [ 그림 1] 북한주요철도망 < 표 1> 북한의주요철도노선 노선명 구간 연장 (km) 노선명 구간 연장 (km) 평의선 평양-신의주 225.1 함북선 반죽-나진 326 평부선 평양-개성 187.3 강원선 고원-평강 145 평북선 정주청년-청수 121 청년이천선 평산-세포 141 평덕선 덕천-구장청년 192 만포선 순천-만포청년 303 황해청년선사리원청년-해주 100 백두산청년선길주청년-혜산청년 142 은율선 은파-철광 117 백무선 백암청년-무산 187 평나선 평양-나진 781 04 그림 1은북한주요철도망을나타내었다. 북한의철도망은 11개주요노선을포함하여 100여개의노선으로구성되어있으며서부축과동부축및동서를연결하는축을기본으로하고북부내륙을순환하는북부순환선및황해남북도를순환하는서부순환선이결합된형태로이루어져있다 ( 표 1참조 ). 북한철도시설수준은 2007년남북이공동으로조사한경의선및평라선의지선인금골선현황을통해시설분야별정도의차이는있으나전반적으로철도가정상기능을수행하기어려울정도로매우낙후되어있다고알려져있다. 북한철도운행은 1일왕복 10 회내외이며, 열차운행속도는약 50km/h 이하로운행중에있는것으로조사되었다. 이에따라남북간열차운행을위해서는부분적인개보수추진이불가피하며열차안전운행확보및운행증대 ( 횟수및속도상승 ) 를위한시설개량이요구된다고볼수있다. < 표 2> 경의선현지조사결과 [3] 구분 선로 도상 내용 전반적으로남측과유사한형태로서나무침목과콘크리트침목이혼용되고있으며, 레일은 37, 40, 50, 60kg/m 등이부설되어있다. 중국, 러시아, 북한에서생산된제품이혼용되고있으며레일의대부분은상부와측면마모가심하고이음부분고착품이불량하고, 나무침목의부식상태가심해하중에약하고궤간유지에애로가있다. 강자갈과쇄석이혼재되어있어도상의탄력이떨어지고열차의하중부담에문제가발생하고있다. 터널은일제시기에건설된것이그대로방치된경우가많아측면콘크리트부식이심한것으로보인다. 표 3은궤도부담력을고려하여북한철도에서의등급별허용속도를나타내었다. 표에서와같이북한철도의등급별허용속도는노반압력측면만을볼때는 200km/h 이상의속도운행이가능할것으로판단되며목침목구간의레일압력구간에의하여열차운행속도가현저하게저하되는것으로조사되었다. 따라서목침목구간에대한 PC 침목교체와레일중량화을통해운행속도를높여야할것으로판단된다. < 표 3> 북한철도의등급별허용속도 [3] 구분 1급선 2급선 3급선 4급선도상두께 (35cm) 도상두께 (30cm) 도상두께 (25cm) 도상두께 (20cm) 레일응력 160km/h 150km/h 90km/h 30km/h 레일압력 ( 목침목구간 ) 레일압력 (PC 침목구간 ) 노반압력 50km/h 50km/h 50km/h 40km/h 140km/h 140km/h 140km/h 140km/h 200km/h 이상 200km/h 이상 200km/h 이상 170km/h 2.2 남북한궤도시스템인터페이스적합성분석및개선방안선로등급분류의차이 ( 현재남한은설계속도로변경됨 ) 로남북한이네트워크상동일한선로로서통일적관리가어렵기때문에속도에기반한선로등급의통합이필요하다고할수있다. 선로선형은곡선반경, 완화곡선, 슬랙, 캔트가상이한기준적용하고있고, 36 37
북한철도의개량최적방안및선로노후도평가시스템 04 레일에서는단면형상및레일길이, 침목과체결구도적용기준및형식이남북한의차이가있어개선및통일화이루어져야할것으로판단된다. 표 4는북한선로에대하여 2007년도조사한문제점과개선방안에대하여항목별로정리하였다. 표에서와같이선로등급, 선로선형, 궤도조건등을종합적으로북한선로에대한상태와개선방안을수립하여향후남북한열차운행시기초자료로 노반 궤도틀림 항목문제점개선방안 시공기면 틀림의기준 경의선현지조사보고서참조 - 북한이남한에비해 0.3~1.0m 짧음 - 관리기준이상이해승차감차이발생 - 차량특성을고려하여적절한통합기준필요 강기동 (2008) 은열차도달시간의단축을위해서는이동거리단축, 운전속도향상및정차시간단축을통해상업적측면에서의철도개량방안을제시하였다. 즉, 이동거리단축을위해서는선형개량등으로선로를단축시키는것이바람직하지만투자비가많이소요되고시간이오래걸리는측면이있다. 운전속도향상을위해서는차량개량이나궤도보강등지상설비의개량이필요하며, 투 과제로개발된선로노후도평가알고리즘은시점과종점상에존재하는개별적인구조물 ( 터널, 교량, 궤도, 노반등 ) 을요소화하여선형구간에대한선로의노후도를개략적으로평가하는시스템이다. 선로노후도평가프로그램은선구를개량할때한정된예산을배분하는기준으로활용할수있다. 선로노후도평가시스템은계층적분석 (Analytic Hierarchy 서활용가치가높을것으로판단된다. 현수준에서의남북한서로다른선로등급에대하여세분화시켜속도에따른선로등급통일이마련되어야할것으로판단된다. 선로등급에따라서로다르게적용된이론식, 경험식등을조정하여등급기준에부합되도록조정하여야할것으로판단된다. 또한앞서언급하였듯이북한선로조건에서속도향상을시킬수있는방안은레일, 침목등의교체를통해목표속도를달성하고이에따라서선형개량등고속화에대응하는구조로북한철도의개량되어야할것으로판단된다. < 표 4> 선로에따른문제점및개선방안 [3] 선로등급 선로선형 레일 침목, 체결구 항목문제점개선방안 선로등급분류의차이 곡선반경 완화곡선 슬랙 캔트 캔트체감 종곡선 구배한도 단면형상차이 레일길이 선로등급별상이한중량 장대레일부설 적용기준및형식 - 네트워크상동일선로로서통일적관리어려움 - 북한의최소곡선반경이너무적어향후고속화에저해요소로작용 - 등급별통과속도의차이에따라상이한기준적용 - 상이한기준적용에따른차량의주행안전성저하 - 차륜및레일의이상마모발생 - 최대캔트한계가북한에비해남한이 10mm큼 - 북한철도고속화저해 - 상이한기준적용에따른차량의주행안전성및승차감저해 - 등급별통과속도차이에따른상이한기준 - 북한의선로구배한도가너무엄격 - 선로개량에과대한공사비 - 차량의주행안전성저하 - 이상마모발생 - 남북한궤도구성품의자유로운조합어려움 - 북한의레일길이가짧아급속한궤도손상발생 - 네트워크상동일선로로통일적관리어려움 - 북한의장대화실적저조로안정성및승차감저하 - 북한은스파이크체결의목침목위주로부설되어속도향상에문제 - 선로등급의통합필요 - 북한의최소곡선반경기준상향조정 - 등급별속도와길이의통일필요 - 남북간차량특성을고려한적절한통합기준마련 - 북한의최대캔트한계규정상향필요 - 통합기준마련필요 - 등급별속도의통일과그에따른완화곡선길이의통일필요 - 현대차량의등판능력이향상되었으므로북한의구배한도하향조정필요 - 남북한의철도차량특성 ( 동특성및차륜특성 ) 을고려하여주행안전성을확보할수있는표준레일개발 - 레일길이를남한과동일하게함 - 북한레일의중량화 - 북한철도의장대화 - 탄성체결구를사용한콘크리트침목교체필요 2.3 국내외기존선속도향상방안선진국은 70년대부터기존철도구간에특급또는틸팅열차등을개발하여최고운행속도 180 220km/h로운행하고있다. 일본의경우기존선속도향상을위해틸팅열차를투입하여최고속도 179km/h(Kosei 노선 ) 로운영하고있으며, 독일의경우 1970년대대부분일반철도최고속도는 160km/h로제한되었으나, 1972 년부터 200km/h를목표로기존선개량작업을착수하여 1985 년 200km/h급선로의총영업거리를 440km소유하게되었다 [5]. 스페인과스웨덴의경우에도틸팅열차를투입하여기존선 200km/h 이상의속도로운영중에있다. 이와같이기존선로의속도를향상시키기위해서는선로의개량과개량된열차를투입하는방법을제안할수있다 ( 표 5 참조 ). < 표 5> 각국의기존선속도향상현황 국가 일본 독일 스웨덴 스페인 선로궤간 1985 년 1994 년 1970년 1972년 1985년 1980 년대초 1990 년 1972 년 1978 년 1980 년 1989 년 내용 고속선 ( 표준궤, 1435mm) 기준선 ( 협궤, 1067mm) 산형이험한지형적특성과곡선반경을크게할수없는지형적제약으로협궤건설 기존선속도향상틸팅열차 : Kosei 노선 ( 최고속도 : 179km/h) Joba, Hokuriku 노선에서최고 130km/h 운행 Sapporo-Hakodate 노선 ( 혼슈와연관되어 JR Hakodate 의중요노선 ) 속도향상방안으로직선부최고속도향상과곡선부통과속도향상을위한능동제어형틸팅대차결과 : 곡선반경 600 이상의곡선부에서 20km/h 증속, 600 이하에서 10~15km/h 의속도를향상시킬수있음현재 140km/h 로운행중에있으며, 향후 200km/h 목표 대부분일반철도최고속도 160km/h로제한 200km/h를목표로기존선개량작업착수 200km/h 급선로의총영업거리 440km 소유 X15 조향대차와차체경량시스템을적용한차량개발시운전 (238km/h) Stocholm-Gothenburg 구간영업운전 200km/h 성공 ( 기존 4 시간소요 2 시간 55 분 ) 스웨덴은신선건설없이기존선을개량하고 X2000 차량투입하여효과 algo RD 차량을디젤기관차로견인하여 222km/h 기록하였으며곡선통과속도를향상시키기위하여 Talgo 차량에자연틸팅시스템적용 자연틸팅시스템은시험운행최고속도 230km/h 기록 Madrid~Saragossa 구간에상업운행하여곡선통과속도 20% 향상 200km/h 상업운행기록 (Barcelona 와 Bern 간국제선에서운행 ) 자비는선형개량보다는적게들고소요기간도오래걸리지않기때문에북한철도를개량할경우적합한방법이라고하였다. 마지막으로정차시간단축을위한방법으로정거장의배선개량등의방안이외에열차운전다이어그램개선등소프트웨어적인방안등이다. 이와같이북한철도의경우대규모투자가소요되는것보다소규모투자로어느정도가시적인효과를거두는것이바람직할것으로판단된다. < 표 6> 열차도달시간단축방안 [1] 열차도달시간단축 북한철도개선방안사례분석결과로서남북철도시스템연계방안연구 (2003) 보고서에따르면북한과러시아철도전문가의개성 평산 세포 고원 두만강구간 (972km) 에대한조사결과북한의주장은시설물에대한전면적인보수, 보강을요구하고있으며, 러시아측은부분적인보수, 보강및추후정밀검사를수행한후보수, 보강하는것으로요구하고있다. 북한철도의현대화를위해약 10년으로볼때크게 3단계로구분하여단계별로추진하는것으로계획하고있다. 1 1단계 (3년): 선로, 신호통신, 차량, 전력분야에대한기본안수립 및기본계획 이동거리단축 : 노선개량 운전속도향상 : 차량성능개량, 궤도보강등지상설비개량 정차시간단축 : 정거장배선개량, 열차운전다이어그램개선 2 2단계 (4년): 각분야별보수보강및우선시공분야건설 3 3단계 (3년): 속도향상을위한잔여부분건설 이와같이북한철도개량은전면적인보수개념보다는부분적인보수를통해우선개통과현대화를추진하는것이적절한것으로판단된다. 3. 선로노후도평가를위한선로노후도평가시스템개발 3.1 선로노후도평가시스템남북및대륙철도의실용주의적진출을위한상호연계기술개발 Process, AHP) 방법으로 Saaty(1997) 가개발하여제시한의사결정모델분석방법을기초로하여요소별가중치를산정하였으며, 평가요소의가중치방법을최적화알고리즘을통해가중치범위를적용하여평가점수를산정한 DEA(Data Envelopment Analysis) 방법을통해평가점수를산정할수있도록하였다. 그림 2는선로노후도평가알고리즘과프로그램초기화면이다. 평가항목은궤도, 선형, 노반, 교량, 터널로구분하였으며, 세부항목으로궤도불량율, 곡선계수, 분니개소 (2종작업율), 상태평가등급으로세분하였다. [ 그림 2] 선로노후도평가알고리즘및프로그램선로노후도평가시스템에대한적절성과현장상태를평가하기위하여대상선구를표와같이경북선, 영동선, 중앙선, 태백선으로총 247km 대상선로를선정하였다 ( 표 7 참조 ). < 표 7> 대상선로현황 [ 그림 3] 노후도 GIS 지도선로노후도평가시스템과대상선로구간에대한현장적용성을평가한결과표 8과같다. 철도운영처에서사용하고있는궤도불량율과비교해볼때선로노후도평가방법인 AHP, DEA방법과비교한결과서로매우유사한결과가나타났으며선로의상태를정량적으로평가할수있을것으로판단된다. 38 39
북한철도의개량최적방안및선로노후도평가시스템 < 표 8> 경북선노후도평가결과 궤도불량 선로노후도평가 순번역사명선로명불량연불량률 AHP DEA SDEA 순위장 (m) [%] 순위점수순위점수순위점수 1 두원-옥산경북선 7 20 0.278 1 221.7 2 100.0 1 200.0 2 옥산-청리경북선 1 107 1.507 2 117.8 1 100.0 2 142.8 3 청리-상주경북선 3 88 0.989 3 92.1 4 98.2 4 98.2 4 상주-백원경북선 2 86 1.024 4 91.4 7 91.5 7 91.5 5 백원-함창경북선 5 67 0.588 5 76.2 6 93.3 6 93.3 6 함창-점촌경북선 4 33 0.786 6 76.0 8 79.0 8 79.0 7 점촌-개포경북선 6 56 0.421 7 70.3 5 95.1 5 95.1 8 개포-예천경북선 8 0 0.000 8 54.5 3 98.3 3 98.3 05 궤간가변대차차량 / 인프라상호인터페이스시험선구축 1. 서론 우리철도는국경의단절로타시스템과의상호연계운영에관한준비와연구개발이매우부족한상황이다. 특히기술적인관점에서우리철도가러시아철도와궤간이달라직접적인연계수송이될수없는점은매우중대한문제점중하나이다. 일단은화물의환적이나승객의환승, 또는대차교환의방법을이용하여이종궤간지점을통과할수있겠으나국경역들에서병목현상이발생하게되고원활한운송의어려움이예상된다. 따라서서로다른궤간을달리면서도안전에영향을주지않고국경에서특정부품 3.2 평가시스템의개선본시스템은선로상에존재하는개별적인구조물의특성을반영하여선로의노후도를평가하는시스템으로기술적인지표로활용이가능하다. 하지만대상사업노선에우선순위결정등의사결정이필요한사항은기술적인항목뿐만아니라사회 환경적, 경제적타당성검토등종합적인평가가이루어져야한다. 또한해당노선의현재한계속도와표준공사비그리고비정량적인가치등에대해서도평가가이루어질수있어야한다. 따라서현재개 남북및대륙철도연결사업의시범사업, 나진-하산프로젝트의최근동향과전망 SRX경로주변국철도정책 을장착하거나제거하기위하여멈출필요가없는철도차량시스템이필요하며, 그러한용도를가지고고안되어진것이궤간가변장치이다. 이것은차륜이어느한궤간으로차축상에잠겨있다가궤간변경지점에서차륜을윤축위로자동으로이동시켜특정궤간으로변경한후잠그게된다. 따라서궤간변경의속도가비교적매우빠르며, 궤간변경지점에서도정숙한운행이가능하고위험물수송에도적합하다. 또한환적과윤축, 대차교환시에필요로하는인프라투자비용이절감되는장점이있다. 현재궤간가변열차는스페인과프랑스간과폴란드와리투아니아의운행에 발된선로노후도평가시스템을사회적및환경적가치를평가지표에포함하여개량사업을통해발생될수있는편익에대하여보다정확한평가시스템개발이필요하다고할수있다. 참고문헌 대륙철도실용적연계를위한전철 전력기술분석북한철도의개량최적방안및선로노후도평가시스템궤간가변대차차량 / 인프라상호인터페이스시험선구축남북철도연계를위한북한항만관리체계와항만현황 서상용화되어검증되었으며, 궤간변경은열차한편성전체에대하여수분정도소요된다. 우리나라의경우도대륙철도연계에대비하기위하여한국철도기술연구원이주관연구기관으로궤간가변대차를개발하고있다. 궤간가변장치의기능적구조는궤간변경및잠금장치이외에도 4. 결론 본고에서는북한철도개량을위한방법에대하여기존자료를바탕으로경제적인방안에대하여고찰하였으며, 개량우선순위결정을위한방법으로선로노후도평가시스템에대하여알고리즘과적용사례, 그리고평가시스템의개선방안에대하여검토하였다. 경제적이며합리적인남북철도연계방안으로는전면적인개보수를통한접근보다는 1단계남북한철도최소개보수를통해물류사업등의수익창출과재투자 2단계로개량개념의북한철도현대화를추진하고물류사업확대및국제콘소시엄구성, 3단계신설개념의북한철도현대화를추진하는것이적절한방법으로판단된다. 이러한북한철도개량시나리오의우선순위결정에있어서선로노후도평가시스템은중요한평가지표로활용할수있을거라판단되며, 현재개발된평가시스템에서기술적기능뿐만아니라사회적, 환경적그리고경제적타당성등을종합적으로평가할수있는시스템을개발하여초기북한철도개량사업에서정량적으로이를평가할수있을것으로판단된다. 강기동, 북한철도의개량, 어떻게할것인가 ( 궤도보강에의한속도향상과경비절감책 ), 대한토목학회지 Vol.56 No.10, pp.86 89, 2008.10. 김진우, 유라시아철도인프라 : 나진-하산프로젝트 (TKR-TCR 철도 ) 경제 정치적함의연구 경의선현지조사보고서 박광복, 기존철도의열차운행속도향상을위한개선방안도출 한국철도기술연구원, 남북및대륙철도의실용주의적진출을위한상호연계기술개발기획보고서, 2009 한국철도기술연구원, 남북및대륙철도의실용주의적진출을위한상호연계기술개발, 2012 한국철도기술연구원, 남북철도시스템연계방안연구, 2001 한국철도기술연구원, 남북철도시스템연계방안연구, 2003 윤혁진한국철도기술연구원교통신기술연구실선임연구원 scipio@krri.re.kr 박정준한국철도기술연구원대륙철도연계연구팀선임연구원 parkjj@krri.re.kr 장승호한국철도기술연구원교통환경연구팀선임연구원 shjang@krri.re.kr 문형석한국철도기술연구원미래교통시스템연구실책임연구원 hsmun@krri.re.kr 나희승한국철도기술연구원대륙철도연계연구팀책임연구원 hsna@krri.re.kr 동북아네트워크상의운영에있어서다양한요구사항이존재한다. 따라서유지보수가용이하고, 경량화및우수한성능의궤간가변장치를개발하기위하여다음과같은성능요구사항을만족하도록설계되고제작되었다. 1435/1520mm 궤간으로변경이가능 최고속도 120km/h이며, 축중은 20톤운행가능 시베리아횡단철도 (TSR) 노선에적용하기위하여온도 - 60~40도범위에서작동및운행가능 상대습도는 0~100% 범위에서작동및운행가능 직경 840~1000mm의차륜을적용가능 우수한내구성 경량성 마찰부식에우수한성능 궤간변환중소음과진동발생이작도록함 주행중소음과진동발생이적도록함 궤간가변윤축에윤활유급유가불필요함 궤간가변지상설비에윤활유급유가불필요함 유지보수의용이성을위하여부품수최소화와분해가용이 기존대차프레임을크게수정하지않아도장착가능 주행중에차륜이차축에결합되어함께회전하는일체형방식 동적 / 정적부하작용에서잠금장치의기능보장 40 41
궤간가변대차차량 / 인프라상호인터페이스시험선구축 05 [ 그림 1] 한국형궤간가변대차 개발중인한국형궤간가변대차의궤간변환장치의작동성능을검증하기위해서는이를구동시킬수있는시험선의구축이필요하다. 시험선은궤간가변대차가광궤구간에서표준궤구간으로또는역방향으로이동하면서발생할수있는차량 / 인프라상호인터페이스를검증하기위한목적을가지고있다. 본기술지에서는한국형궤간가변대차시험선의설계및제작과정에대해기술하였다. 2. 궤간가변대차차량 / 인프라인터페이스시험선설계및제작 2.1 차량 / 인프라상호인터페이스시험선설계시험선은그림 2에보인바와같이총 15m 길이로러시아에서운용중인광궤 (1,520mm) 구간, 궤간변환구간, 우리나라에서운용중인표준궤 (1,435mm) 구간이각각 5m씩으로구성되어있다. 궤간변환구간에서는궤간이표준궤에서광궤로선형으로증가하도록설계되었다. [ 그림 2] 궤간가변대차차량 / 인프라인터페이스시험선구성도 시험선의설치를용이하게하기위하여구간별로프리캐스트슬래브궤도 (PSTS) 을적용하여현장에서연결할수있도록하였다. 광궤구간과표준궤구간의일부와궤간변환구간에는레일좌 / 우측면에차륜가이드레일과잠금장치해제를위한릴리스레일을 적용하여궤간가변대차의궤간가변장치가작동하도록그림 3과같이구성품을설계하였다. 1 레일및체결장치 : 국내에서운용되고있는 50N 베이스플레이트, 레일패드, 클립, 50N 레일일체형을적용하여실제운행조건과동일하게설계하였으며, 궤간가변대차의휠과레일의변경구간즉, 궤간이표준궤에서광궤로변환되는구간은궤간가변장치가부드럽게작동할수있도록충분한길이를가지고구간에맞추어설계하였다. 2 릴리스레일및차륜가이드레일 : 궤간변환구간에서는궤간가변대차의잠금장치가해제되어차륜이궤간에맞도록움직이어야한다. 릴리스레일은궤간가변대차의플렌지를밀어궤간가변장치의잠금장치가풀리게하고, 잠금이풀린휠은차륜가이드레일을따라윤축에서부드럽게이동하여궤간이변환될수있도록하였다. 궤간변환이후에는릴리스레일을따라궤간가변대차의플렌지가원상복귀되면서잠금장치가잠기게된다. 릴리스레일및가이드레일의소재는 SS400 또는동등이상의강재를사용하여반복적인작동에도마모없이안정적으로동작하도록하였다. [ 그림 4] 릴리스레일및차륜가이드레일조립도 3 프리캐스트슬래브궤도 (PSTS) : 레일및체결장치, 릴리스레일, 가이드레일의위치를모두미리계산하여필요한홀의위치를잡은시험선전용거푸집을설계하였고, 그내부에콘크리트를타설하여빠른시간에고품질의콘크리트노반을만들어낼수있도록하였다. 2.2 차량 / 인프라상호인터페이스시험선제작 1 베이스플레이트제작 : 시험선구축장소베이스기초작업으로버림 ( 평탄면 ) 작업을진행하기위하여바닥평탄정도를자동레벨기를사용하여측량한후, 측량값에따라지점별타설높이를설정하여콘크리트를타설하였고, 그림 5와같이양생하여프리 캐스트슬래브궤도를올려놓을수있는베이스플레이트를제작하였다. 2 프리캐스트슬래브궤도제작 : 프리캐스트슬래브궤도 (PSTS) 거푸집내부에미리고정되어있는 M20볼트끝단부에 PVC 보호캡을씌우고, 콘크리트를타설하였다. 시공중발생할수있는콘크리트내부의기포및표면에생기는곰보자국등을제거하기위하여고주파바이브레이터를사용하여다짐작업을병행하여진행하였다. 그림 6은콘크리트타설이완료되어양생중인프리캐스트슬래브궤도를나타낸다. [ 그림 6] 프리캐스트슬래브궤도양생 3 릴리스레일및가이드레일제작 : 궤간가변장치의잠금장치해제를위한릴리스레일은궤간변경시궤간가변대차의플렌지와접촉하여하중이집중되므로높은하중에도밀리지않고위치를유지할수있도록일정한간격으로릴리스레일후면부에리브를적용하여변형을방지할수있도록하였다. 릴리스레일및차륜가이드레일제작후외관표면은분체도장을하였다. [ 그림 7] 릴리스레일및가이드레일 4 레일, 체결장치, 릴리스레일, 가이드레일설치 : 프리캐스트슬래브궤도 (PSTS) 위에레일플레이트를설치하고레일을안착시켰다. 레일플레이트와레일을고정하기위해클립고정장비와해머를이용하여클립을체결하고레일플레이트를단단히고정시켰다. 궤간가변장치잠금해제를위한릴리스레일과차륜가이드레일은설치된레일을기준으로설계에맞게위치시킨후 고정시켰다. 차륜가이드레일은레일의양쪽에모두설치하여차륜이레일에서탈선되는일이없게정확한위치로이동되도록하였다. 5 궤간가변대차안착 : 레일및릴리스레일, 차륜가이드레일이모두설치된시험선위에개발중인한국형궤간가변대차의중심이레일과레일중심에위치하도록궤간가변대차를안착하였다. 이와같은과정을통해구축된궤간가변대차차량 / 인프라상호인터페이스시험선은그림 9에나타내었다. [ 그림 9] 궤간가변대차상호인터페이스시험선 3. 결론 지금까지한국형궤간가변대차의궤간변환장치인터페이스검증을위한시험선설계및제작기술에대해소개하였다. 향후남북관계가진전되어러시아철도와연결된다면현재개발중인한국형궤간가변대차가적용되어실용화가가능할것이다. 앞으로는구축된시험선에서한국형궤간가변대차핵심부품인궤간변환장치의인터페이스시험을통해차량및궤도측면에서발생될수있는문제점을도출하고, 이를보완할수있는성능향상방안에대한연구를지속할것이다. 또한, 궤도측면에서궤간가변대차가더효율적이고빠르게궤간변환구간을통과할수있도록시험선의개량도추진할예정이다. 참고문헌 나희승외 남북및대륙철도의실용주의적진출을위한상호연계기술개발, 한국철도기술연구원, 2013. 나희승외 동북아물류를위한궤간가변장치기술개발, 한국 물류과학기술학회추계학술발표대회논문집, 2013. 장승호외 궤간가변화차용대차의주행동특성시험연구, 한국철도학회추계학술대회논문집, 2010. [ 그림 3] 궤간가변장치구동을위한궤도구성품 [ 그림 5] 베이스플레이트콘크리트양생 [ 그림 8] 프리캐스트슬래브궤도위레일설치 42 43