전기철도시스템에 에너지저장시스템 적용 해석에 관한 연구

초록

지하철에서 운행하는 전동차는 제동시 발전기가 되어 전기에너지를 만들게 되는데 이 에너지를 회생 에너지라고 한다. 전동차 역행시 소비에너지의 약 45%가 회생 에너지이다. 즉, 전동차가 사용한 에너지의 45%를 발전기처럼 만들어 공급할 수 있다는 것이다. 현재 회생 에너지는 주변에 있는 역행 전동차에 공급되어 사용되고 있다. 이렇게 역행 전동차와 회생 전동차의 오버랩인 경우 재활용되는데 이런 오버랩이 완벽하게 된다면 에너지 재활용이 최적 조건이 되어 재활용율은 100%가 될 것이다. 그러나 실제적으로 이러한 현상이 일어나지 못하고 있다는 것이 현실이다. 따라서 회생에너지는 회생 전동차와 역행 전동차의 순간적인 오버랩 경우를 제외하고, 전동차내 저항기 또는 전차선의 저항에 의해 열로서 사라지게 된다. 즉, 현재 소비에너지의 45% 회생에너지 중 주변 전동차에 소비에너지의 10～15% 정도만 활용이 되고 있고 25～30%는 전차선에서 열로 사라진다. 따라서 에너지저장시스템은 이렇게 사라지는 에너지를 저장하고 재활용함으로서 에너지를 절감할 수 있는 유용한 장치이다. 에너지저장시스템은 운행노선의 운행 시격과 관계가 깊다. 즉, 운행노선의 운행 시격이 짧을 경우 한 변전소 구간 내에 전동차가 여러 편성 있을 수 있다. 이때 하나의 전동차 회생시 이 회생 에너지가 주변의 역행 전동차에 공급되면 에너지저장시스템으로 들어오는 회생 에너지는 적을 것이다. 반대로 운행 시격이 클 경우 회생 전동차의 회생 에너지가 모두 에너지저장시스템으로 저장되므로 에너지의 재 활용율이 높아지게 된다. 따라서 운행시격이 짧은 경우보다 큰 경우 전동차 회생시 회생 에너지가 모두 에너지저장시스템으로 저장되므로 저장된 에너지를 재할용하게 되어 도시철도 운영기관에서는 많은 에너지를 절감할 수 있다. 즉, 운전시격이 짧으면 에너지저장시스템의 에너지절감 효과가 떨어질 것이다. 서울메트로는 우리나라 7대 도시철도 운영기관 직류시스템 중 가장 운전 시격이 짧은 경우에 해당하므로 에너지저장시스템에 의한 에너지 재활용율은 낮을 것이다. 따라서 에너지저장시스템 적용시 가장 효과가 적을 것으로 예상되는 서울메트로 노선을 대상으로 에너지절감 효과 및 CO2 절감량 효과를 분석하고자 한다.