현장에 적용되는 R&D로 철도산업 도약의 발판 마련-철도 R&D 투자·사업화 결실

현장에 적용되는 R&D로 철도산업 도약의 발판 마련-철도 R&D 투자·사업화 결실…작년대비 70% 상승 2330억 달성

차세대 신호·유지보수 시스템으로 전환 등… 철도 산업의 혁신 가속화

담당부서철도정책과 등록일2020-12-21 06:00

 

 

현장에 적용되는 R&D로 철도산업 도약의 발판 마련

- 철도 R&D 투자·사업화 결실…작년대비 70% 상승 2330억 달성
- 차세대 신호·유지보수 시스템으로 전환 등… 철도 산업의 혁신 가속화

□ 국토교통부(장관 김현미)는 철도 R&D에 대한 지속적인 투자와 상용화 촉진 노력 등으로 올해는 작년 1400억 대비 약 70% 증가한 2330억원 규모의 실용화 성과가 있었다고 밝혔다.

□ 세계적인 경쟁무대에서 우리나라 철도산업의 경쟁력을 키우기 위해서는 기술력확보를 위한 연구개발뿐만 아니라 실제 현장에의 적용이 매우 중요하나 신기술 안전성에 대한 우려, 연구개발 성과물 홍보 부족 등으로 실용화까지 이어지기에 많은 어려움이 있었다.

ㅇ 이에 국토부는 실용화 방안을 논의하고 연구기관이 개발한 철도 분야 우수성과를 철도 수요기관과 공유하는 ‘철도 건설·운영기관 협의체*’를 ’19년 9월부터 발족하여 운영 중에 있다.

* (구성) 국토부, 국토교통진흥원, 한국철도공사, 국가철도공단, 각 지자체 도시철도기관

ㅇ 또한, 성능검증·인증 등을 지원하여 R&D 성과물의 실용화를 지원하는 ‘철도 실용화 문턱과제(‘17~‘20)’ 프로그램을 운영하는 등 연구개발이 현장 적용으로까지 이어질 수 있도록 추진해왔다.
□ 이러한 노력의 결과 올해 국가 R&D로 개발된 총 15종류의 철도 신기술이 현장에 적용되어 빛을 보게 되었으며, 주요 신기술의 상세 내용은 다음과 같다.

□ ‘철도통합무선통신서비스*(LTE-R)’ 관련 통신 설비 구축과 LTE-R 기반 ‘한국형 열차제어시스템**(KTCS-2)’의 지상장치 설치에만 올해 국가철도공단에서 약 2000 억 원 정도 규모의 계약을 체결하여 차세대 철도 신호·통신시스템으로의 전환에 박차를 가하고 있다.

* LTE 기술을 철도에 적용해 개발한 무선통신시스템(’14∼’18, 국토부 R&D)
** LTE-R을 활용하여 열차를 실시간으로 제어하는 시스템(동일 R&D 진행)

ㅇ 국산화된 한국형 열차제어시스템(KTCS-2)가 본격적으로 운영된다면 LTE-R 무선통신을 기반으로 운행정보를 열차에 수시로 전달하여 위험상황에 신속하게 대응이 가능하며 운행에 있어 승객의 안전성을 획기적으로 높일 것으로 기대된다.

□ 철도 시설물 검측을 자동화한 ‘영업열차 시설물 자동검측시스템’과 선로의 세부결함을 검측하는 ‘위상배열 초음파 레일탐상장비’ 관련 물품도 한국철도공사 등에서 115억 원 규모의 계약을 체결하여 철도 유지보수체계의 혁신도 앞당길 것으로 예상된다.

ㅇ ‘영업열차 시설물 자동검측시스템’은 운행 중인 열차 외부에 검측장치를 설치하여 실시간으로 철도 시설물의 이상 상태를 감지하는 기술로 현장에 인력이 없이도 상시 검측이 가능하기 때문에 현장 근로자의 사고 위험을 현저히 줄일 수 있다.

ㅇ ‘위상배열 초음파 레일탐상장비’는 의료분야에서 쓰이는 초음파 기술을 활용하여 철도 레일내부의 세부결함까지 정밀하게 계측하는 장비로 기존 외국산 장비에 비해 검측정확도를 50%까지 향상시켜 선로장애 등을 사전에 방지하는데 기여할 것으로 기대된다.
□ 그동안 주로 연구개발 대상이 되어왔던 철도 부품·장비와 같은 하드웨어부문 뿐만 아니라 철도분야 소프트웨어부문에 대해서도 R&D 성과물이 기관·업계 등에 약 25억 원 규모로 활용되었다.

ㅇ 기존에는 ‘열차주행시뮬레이션*(TPS : Train Performance Simulation)’과 이를 기반으로 열차 운행시간표와 열차 승무원 근무시간표 등을 계획하는 프로그램을 각 기관별로 운영하였으나,

* 시뮬레이션을 통해 속도·지형조건 등에 따라 거점별 열차운행 시간을 계산하는 프로그램으로 열차 운행시간표, 승무원 근무시간표 등에 사용

ㅇ 범용성을 확대하여 기관 특성에 맞게 사용할 수 있도록 한 ‘열차운행계획 통합시스템’이 ‘18년부터 R&D로 연구개발 되었고 ‘19년부터 국가철도공단 용역 등에 직·간접적으로 활용되고 있다.

□ 특히, 철도 R&D 성과는 해외수출로도 이어졌다. 승강장 스크린도어의 안전성을 강화한 ‘승강장안전문(PSD : Platform Screen Door) 제어시스템’의 경우 ’19년에 이어 올해에도 브라질 상파울루 1, 2, 3호선 4개역에 시스템을 설치하는 계약을 약 30억원가량 체결하여 해외진출의 가능성을 보여주었다.

ㅇ 이외에도 전압 변환 과정에서의 손실 에너지를 감소시켜 발열량을 줄이고 무게를 경량화한 ‘공진형 보조전원장치’, 전동차의 정지과정에서 소실되는 전기에너지를 재활용하는 ‘양방향 전력변환장치(더블컨버터)’ 등 다수의 신제품들이 실용화에 성공하였다.

□ 국토교통부 김선태 철도국장은 “그동안 지속적으로 투자해온 철도부문 R&D 성과물들이 본격적으로 산업현장에 적용되기 시작하여 빛을 보게 된 한 해”라며,

ㅇ “앞으로도 현장이 필요로 하는 수요를 발굴하고 연구개발 이후에도 성과물들의 사업화가 이루어질 수 있도록 적극 지원하여 철도산업이 도약할 수 있는 발판 마련에 최선을 다하겠다”고 밝혔다.

참고 1

2020년 철도 R&D 성과물 실용화 실적 세부 내역(전체)

 

계약 성과물
국가 R&D
금액
판매
구매
1
KTCS-2 지상장치
일반 및 고속철도용 무선통신 및 제어시스템
실용화 개발(’14~’18)
약 310억
대아티아이
국가철도
공단
KTCS-2 차상장치
현대로템 테크빌
한국철도
공사
2
LTE-R 통신망
약 1740억
KT
LGU+ SKT
국가철도
공단
3
위상배열 초음파
레일탐상장비
선제적 장애예방 및 유지보수 효율화를 위한 궤도 상태평가
시스템 및 유지보수 기술개발(’16~’20)
약 115억
샬롬
엔지니어링
한국철도
공사
서울교통
공사
4
영업열차 시설물 자동검측시스템
철도 인프라의 유지보수를 위한 고속 종합검측 시스템 기술개발(5개 R&D 통합)
투아이시스
외 3개
한국철도
공사
5
열차운행계획 통합시스템
첨단 IT기술에 의한 열차운행계획의 상용화 시스템 개발(’18~’20)
약 25억
(활용실적)
지오엔티
KRTC
국가철도
공단
국가철도
공단
6
PSD 제어시스템
노후화 스크린도어 개량화 기술에 대한 안전무결성 인증 및 현장 검증(’17~’20)
약 30억
우리기술
상파울루 메트로
7
공진형 보조전원 장치
공진형 보조전원장치
실용화 사업(’17~’21)
약 6억
브이씨텍
현대
로템
8
양방향 전력변환장치 (더블컨버터)
철도운영 및 유지보수 효율화 기술개발(’14~’20)
약 35억
다원시스
전라북도 정읍시
9
철도차량 출입문 상태모니터링 시스템
약 3천만
글로비즈
현대
로템
10
전동차 제동시스템
(주공기압축기 포함)
철도차량 부품호환 및 표준모듈 개발(’15~’20)
약 20억
유진기공
산업
현대
로템
11
전동차 제동 마찰재
상신
브레이크
유진기공
산업
12
가변 전원형
보조전원장치
전기기관차(8200호대) 보조전원장치 실용화 기술개발(’16~’18)
약 3억
이경산전
한국철도
공사
13
공기질 개선장치
도시철도 터널 및 차량의 공기질 개선 기술개발(’09~’14)
약 15억
애니텍
부산교통
공사
14
철도 차축베어링
모니터링 시스템
철도 핵심부품 및 장치 기술개발 2단계(’14~’18)
약 20억
KTM
엔지니어링
피렌티
15
레일표면 연마장치
기존선 무도상 교량 장대레일화 기술개발
약 2억
천경기업
국가철도
공단

* 계약금액은 관련기업 정보보호를 위해 개략적으로 표시

참고2

철도통합무선통신시스템(LTE-R), 한국형 열차제어시스템(KTCS-2)

□ 철도통합무선망(LTE-R)

ㅇ (개요) 기존에는 단순히 음성통화와 문자만 이용 가능했으나 LTE를 철도 무선통신에 사용할 수 있도록 특화하여 적용한 시스템

ㅇ (우수성) 음성통화 품질 개선, 다양한 멀티미디어 전송 등 기능이 향상되었고 철도차량에 철도 안전 등에 대한 정보를 전송 가능

ㅇ ’20년 계약 실적

- 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)

□ 한국형 열차제어시스템(KTCS-2)

ㅇ (개요) LTE-R을 기반으로 열차의 안전거리, 운행 가능속도 등의 정보를 철도차량에 보내어 감속·정지하도록 하는 안전시스템*

* 유럽의 신호체계 ETCS-2를 국산화한 한국형 차세대 신호시스템

ㅇ (우수성) 변경되는 운행정보를 수시로 전송 가능하여 운행 중의 돌발상황 등에 신속하게 대처할 수 있어 승객 안전성을 향상

ㅇ (적용) ’21년 하반기까지 전라선(익산~여수EXPO, 180km) 시범구축 예정

 

참고 3

영업열차 시설물 자동검측시스템, 초음파 레일탐상장비

□ 영업열차 시설물 자동검측시스템

ㅇ (개요) 운행 중인 철도차량에 국가·기관 R&D로 개발한 검측 모듈을 탑재하여 철도시설물을 자동으로 검측**하는 시스템

* 차량 주변 선로, 궤도, 전차선, 통신·신호설비 등을 주행하는 중에 검측

ㅇ (우수성) 자동화 무인 검측 시스템으로 작업자 사고율을 낮추고, 점검주기 단축 및 자동검측 항목 확대*로 열차 운행 안전성 강화

* 자동검측 항목 확대(28→46항목), 점검주기 단축(주·월·분기·반기→일일·주 점검)

ㅇ (적용) ITX-새마을호 1편성(한국철도공사)에 모듈을 부착하여 시범 운영(’21~)

□ 위상배열 초음파 레일탐상장비

ㅇ (개요) 철도레일의 균열 크기, 위치, 방향 등을 위상배열 초음파를 이용해 정밀 검측하는 장비로 레일위에서 인력이 밀면서 계측

ㅇ (우수성) 해외 유사장비와 비교하여 검측정확도를 50%이상 향상시켰고 검측이 어려웠던 수직균열도 발견할 수 있게 됨

ㅇ (적용) 한국철도공사에 ’18년 3대, ’19년 4대, ’20년 3대 도입되어왔으며, 올해 ’20년 서울교통공사에는 1대 장비가 최초로 도입

 

<영업열차 시설물 자동검측시스템> <위상배열 초음파 레일탐상장비>

참고 4

열차운행계획 통합시스템

□ TPS 기반 열차운행계획 통합시스템

ㅇ (개요) TPS* 기반으로 열차 운행시간표, 승무원 근무시간표 등을 구성하는 SW로 각 기관 특성에 맞게 적용 가능하도록 범용성을 높임

* 열차주행시뮬레이션(TPS) : 속도·지형조건 등에 따라 거점별 열차운행 시간을 계산하는 프로그램으로 열차 운행시간표, 승무원 근무시간표 등에 활용

ㅇ (우수성) 열차주행시뮬레이션을 통해 열차 및 승무운용계획을 하는 프로세스를 구축하여 패키지화하였고 소요시간 50%이상 단축

ㅇ ’20년 활용성과

- ’국가철도망 건설지원·선로배분시스템 통합 및 고도화용역‘(국가철도공단)
- ’2020년도 국가철도망 선로배분시스템 유지보수 용역‘(국가철도공단)
- 열차성능시뮬레이션, 열차다이아 시스템 납품(KRTC)

<열차운행계획 통합시스템 개요>