배터리로 가는 기차… 日 세계 첫 고속철에 韓 ‘수소열차’ 맞불

日신칸센 충전차량 1일부터 운행… 정전-자연재해로 전원 끊기면
비상용 배터리로 시속 30km 달려… 현대로템, 싱가포르 도시철도에
배터리 주행 시스템 장착 계획… 수소전지 기반 트램 개발도 박차

리튬이온 배터리의 기술수준이 향상되면서 철도차량업계가 배터리만으로 주행 가능한 차량 개발에 속도를 내고 있다. 일본이 최근 배터리로 달리는 신칸센을 선보였고, 국내에서는 현대자동차그룹이 배터리와 수소기술을 융합한 열차 개발에 박차를 가하고 있다.

7일 철도차량업계에 따르면 일본의 도쿄와 오사카, 후쿠오카를 잇는 1069.1km 길이의 고속철도 노선 ‘도카이도·산요신칸센’에서 1일부터 새 고속철도 차량 ‘N700S’가 상업운행을 시작했다. N700S는 이 노선에 13년 만에 투입된 신형 차량으로 외부로부터의 전기공급이 끊겼을 때 배터리 동력만으로 달릴 수 있게 설계됐다. 고속철도 차량이 배터리만으로 움직이는 건 N700S가 세계 최초다. 도시바의 리튬이온 배터리가 쓰였으며, 공중의 전차선으로부터 전력을 받는 평상시에는 주행과 동시에 전력을 충전한다.

N700S의 배터리 주행 시스템은 정전이나 자연재해 등 위험한 때를 대비해 마련됐다. 지금까지의 모든 고속철도 차량은 외부로부터 전원 공급이 끊기면 안에 있는 승객은 속수무책이었다. 멈춘 열차가 움직이려면 전원이 다시 들어오길 기다리거나 견인용 디젤 기관차가 필요했다. 역 간 거리가 10km 이상인 고속철도의 특성, 최대 정원 1323명에 열차 칸만 16개에 이를 정도로 큰 덩치 때문에 신속한 승객 탈출은 사실상 불가능했다. 특히 교량과 터널 등에서 열차가 멈췄을 때는 더 큰 문제였다.

2차전지 기술 수준의 향상으로 철도차량업계도 배터리를 이용한 자력 주행 기능을 넣은 철도차량 개발에 속도를 내고 있다. 현대로템은 2021년을 목표로 수소를 동력원으로 한 트램 개발을 진행 중이고(위 사진), 일본은 세계 최초로 배터리만으로 시속 30㎞까지 주행 가능한 고속철도 차량 ‘N700S’를 1일 상용화했다. 현대로템 제공·JR도카이 유튜브 캡처

N700S는 비상시에 배터리만으로 최고 시속 30km로 움직인다. 고속철도 차량이 거대한 전기차가 되는 것이다. 최대 주행거리는 공개되지 않았지만, 운영사 JR도카이 측은 “도쿄∼오사카 515.4km 구간의 모든 교량과 터널에서는 배터리 동력만으로 열차가 탈출할 수 있다”고 설명했다. 이 구간에서 제일 긴 교량과 터널 길이는 각각 약 1.4km, 약 8km다. 앞서 일본에서는 2018년 도시바의 리튬이온 배터리를 이용해 정전 때 배터리 주행 기능이 가능한 신형 열차가 도쿄 지하철 마루노우치선에 투입되는 등 철도차량에 2차전지 기술을 접목하는 시도가 활발하다.

국내에서는 현대차그룹이 배터리로 달리는 열차 기술 개발에 힘을 쏟고 있다. 현대로템은 올 2월 싱가포르에서 수주한 새 도시철도 차량을 비상시 배터리 주행이 가능하도록 제작해 2027년까지 납품할 계획이다. 싱가포르 측에서 “일반 도로와 철도노선이 겹치는 지역 특성상 비상시 열차의 빠른 대피가 필요하다”고 주문했기 때문이다. 국내에서도 역 간 거리가 5km 이상인 광역급행철도 사업이 대거 예정돼 있는 등 관련 시장이 열릴 것으로 업계는 보고 있다. 정은성 현대로템 전력시스템팀장은 “비상시 승객 안전 등을 고려해 배터리 자력 주행 시스템을 개발했다”며 “2018년 중국을 시작으로 세계 시장에서 수주 활성화에 도움이 될 것”이라고 기대했다.

이와 함께 현대로템은 현대차의 수소연료전지 시스템을 기반으로 수소트램을 개발하고 있다. 현대차의 수소 상용차 개발 경험을 철도차량에 이식하는 것으로 내년쯤 기술 확보를 목표로 하고 있다. 수소연료전지, 리튬이온 배터리만으로 움직이며, 철도시설 건설비용 절감에도 기여할 것으로 기대된다. 일본에서도 철도회사 JR히가시니혼과 도요타자동차가 내년 실증실험을 목표로 수소 철도차량 개발에 속도를 내고 있다.