경부고속철도 개통의 의의

4월 1일 경부고속철도 개통은 단군 이래 최대 국책사업을 성공리에 마무리하고, 전국을 반나절 생활권으로 연결한 新교통혁명으로 국민 생활의 질 향상과 지방화 시대를 마련했다는데 의미가 크다.

서울~대구가 1시간 39분, 부산이 2시간 40분으로 단축돼 1905년 1월 1일 서대문과 초량 간에 처음으로 17시간을 걸려 운행했던 경부선은 꼭 100년째를 맞아 속도혁명으로 제2의 전성기를 구가하게 되었다.

고속철도 시대의 개막으로 우리나라는 안전하고 편리한 초고속 교통망을 갖추게 됨은 물론, 물류비 절감, 남북철도망 연결 및 대륙횡단철도망 진출 등 새로운 철도혁명시대로 진입하게 된다. 또한 인천국제공항, 부산신항만 등과 함께 동북아 물류중심국가로의 발전기반을 마련하게 된다.

우선, 각 지역간 접근성 향상으로 전국의 반나절 생활권역이 확대되고 고속도로·항공·철도 등의 경쟁을 통해 국민의 교통생활이 훨씬 편리해지게 된다. 서울에서 부산 및 목포까지 4~5시간 걸리던 것이 각각 2시간40분과 2시간58분으로 단축되고, 오는 2010년이 되면 서울~부산이 2시간 이내로 연결된다.

또한 중장거리 여객의 교통수요가 고속철도로 전환되면서 고속도로 교통 혼잡 완화와 기존철도의 화물수송능력 증대로 국내총생산(GDP)의 12%에 달하는 국가물류비가 절감되어 기업의 경쟁력을 상승시키면서 고속열차가 정차하는 지역 성장거점을 중심으로 지역경제가 활성화될 것이다.

그리고 최고시속 300km 이상의 고속철도는 차량, 신호, 통신, 노반, 궤도 등 모든 분야에서 최첨단 기술이 집약된 과학기술의 총아로서 핵심기술은 소재, 자동차, 정보 및 항공우주 산업 등 미래산업분야에 활용될 수 있으며, 고속철도 운용은 첨단 과학기술을 보유한 국가로서 위상과 국가경쟁력 향상이라는 자부심을 가질 수 있다.

해외 선진국의 고속철도와 한국형 고속철도

국내 고속철도 관련 기술은 경부고속철도사업에 의한 기술이전으로 시작되었으며, 이전기술을 습득하고 업그레이드시켜 고속철도 기술 자립을 위한 ‘한국형 고속철도시스템 개발사업’이 1996년 말에 착수하여 7량 1편성의 시제열차를 제작하고, 지난해 시속 300km의 시험주행이 성공적으로 이루어졌다.

‘한국형 고속철도시스템’은 최고시속 350km로 설계 및 해석에서부터 제작까지 국내 기술진에 의해 개발되었으며, 차량을 구성하는 주요 핵심장치가 국산화되어 명실상부한 고속전철기술 자립국의 대열에 진입하는 기반을 갖추었다.

아래 표는 해외 주요 고속철도차량과 한국형 고속열차의 특성을 비교하였으며, 고속열차 핵심기술 일부에 대하여 기술적 특성을 해외 철도선진국인 프랑스, 독일, 일본의 기술과 비교하여 살펴본다.

<세계의 고속철도 현황>

1) 추진장치 : 고속열차의 견인전동기는 제작·유지 보수가 우수한 유도전동기의 사용이 늘고 있으며, 한국형 고속열차에 채택된 1.1MW급 대형유도전동기는 독일, 프랑스에 이어 세계 3번째로 국내 기술로 개발하였다.

한편, 주전력변환장치는 견인전동기에 공급되는 전압과 주파수를 제어하여 전동기를 구동시키는 장치로 여기에 적용되는 소자가 제어특성을 좌우하게 되며, 기술의 변화는 GTO Thyristor에서 IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristor) 및 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 소자로 변천되고 있는 데, 한국형 고속열차에는 세계최초로 IGCT를 적용하였다.

2) 차체 : 철도차량용 차체 재료는 압연강판, 스테인레스 강판, 알루미늄 압출재가 주로 사용되는데, 프랑스에서는 고속열차에 압연강판을 사용하다가 최근에 알루미늄 압출재로 전환중이며, 한국형 고속열차는 속도 향상에 따른 출력증대와 궤도부담력 감소, 실내소음감소 등을 위하여 알루미늄 차체를 채택하였다.

3) 제동시스템 : 철도차량의 제동시스템은 답면제동, 디스크제동, 발전제동 및 회생제동으로 구분되어 사용되는데, 유지보수를 감안 전기제동의 사용을 늘리는 노력이 세계적으로 추진되고 있다.

그 일환으로 개발된 와전류 제동장치는 대차프레임에 연결된 긴 막대모양의 장치에 코일을 설치하고 코일에 전류를 흐르게 하여 자계(磁界)를 만들면 코일과 레일의 상대운동에 의한 전자유도로 레일에 와전류가 흐르게 되어 제동력이 발생하는 비접촉식으로 최첨단 제동기술이다. 한국형 고속열차에는 기계제동(답면 및 디스크), 전기제동(발전 및 회생) 및 와전류 제동장치를 개발·장착하였다.

4) 기타장치 : 이외에도 한국형 고속열차에는 여러 가지 신기술을 개발·적용하였는데, 차량간 및 장치간 연결 신경망은 세계적 표준인 TCN(Train Communication Network : WTB, MVB) 방식을 사용하여 국내에서 독자 개발하였으며, 터널 진출입시에 터널내 압력변동으로 인한 승객의 귀울림현상 방지를 위해 실내 압력조절시스템을 개발하였고, 감속구동장치 등 많은 장치들을 개발·장착하였다.

한국 고속철도의 기술적 수준

한국형 고속철도는 해외 선진국의 고속철도와 비교하여 전반적으로는 상당히 대등한 기술적 수준을 보이고 있으며, 고속철도 시스템엔지니어링 기술분야는 고속열차의 성능에 대한 시험·평가 절차와 기준 등을 제시하고 각 장치별 성능을 시험, 검증하는 기술까지 확보한 것으로 보인다.

분야별로 살펴보면, 전기신호시스템 분야는 자체 기술로 고속열차의 열차제어장치(ATC, CTC)와 전자연동장치(IXL)를 개발한 경험을 갖추었으며, 단품 성능시험과 사용환경 검증시험을 실제 선로에서 수행하는 수준까지 도달해 있다.

또한, 선로구축물시스템 분야는 고속열차 운행이 가능한 선로구축물 시스템의 성능해석 및 속도 향상에 따른 궤도 성능향상 기술, 고속철도 환경소음에 대한 방음설계 기술, 열차 주행안전성 확보를 위한 교량설계 기술, 고속철도 교량 안전성 확보 및 유지관리 효율화 기술 등을 확보하였다.

차량시스템 분야는 국가적인 대형 국책사업을 통하여 많은 기술들을 축적, 응용할 수 있는 단계로 발전하였고 시제차량의 개발에 성공한 2002년을 기점으로 비약적인 발전을 보이는 변화가 있었으나, 차량시스템을 구성하는 각 부품간 인터페이스 및 일부 하위 기술분야 즉, 차량제어시스템 소프트웨어 기술 분야 등은 아직도 선진 외국에 비해 다소 기술적 완성도가 부족한 수준인 것으로 보인다.