태백시번영회(회장 김재국)는 2022행복아카데미를 열고 첫 번째로 서주환 경기대학교 교수로부터 ‘EMU-150 전동차 도입시 폐광지 4개 시군 경제회생방안’에 대해 강연했다. 본지는 이와 관련 우리나라 철도 고속교통의 역사와 현재 운행되는 열차편성, 철도교통의 변화 등을 3회에 걸쳐 보도, 독자들의 이해를 돕기로 했다.
고속철도와 열차 개발
1990년 국내 최초의 고속철도인 경부고속철도건설과 운행을 계획한 우리나라는 1992년 공단설립, 1997년 프랑스에서 TGV차량을 들여와 준비과정을 거쳐 2004년 4월 서울-부산간 KTX(Korea Train eXpress) 운행을 시작했다. 그리고 5번째 고속열차 운영국이 됐다. 그리고 호남선 고속철도 공사와 함께 고속열차에 대한 연구도 착수하기에 이른다.
초기에는 KTX-1열차는 프랑스의 TGV차량과 같은 동력집중식열차이며 TGV차량을 기반으로 한국형 고속열차인 KTX-산천 열차가 출고 운행되기 시작했다. 이와는 별도로 한국철도기술연구원은 한국형 고속열차의 연구 생산에 박차를 가하기 시작했고 2013년 독자기술로 개발한 해무(HEMU-430X)열차를 탄생시켰다. 이때 시험운행당시 최고속도는 421.4Km/h였다. 생산은 현대로템이 맡았다. 당시 세계 4위의 속도를 기록한 열차다.
해무열차가 탄생하기전 시제열차도 있었다. 바로 HSR-350열차다. HSR-350x(High Speed Rail - 350km/h eXperiment)는 한국형 고속 철도 차량의 시험차량이다. 1996년 12월에 7개 선도기술개발사업(G7)의 일환으로 개발을 시작하여 2002년 12월에 개발을 완료하였으며, 2007년 12월 총 200,000km 무사고 주행을 완료하며 시험 운전을 종료했다. 시험초기에는 100km/h였으나 2004년 12월16일에 경부고속선 천안아산-신탄진 사이 구간에서 시속 352.4km/h 달성에 성공했다. 이 차량을 바탕으로 2009년에 양산형 차량인 KTX-산천이 공개됐다. 한국의 독자 고속철도 차량을 개발하기 위해 제작된 차량이며 현재 의왕역 철도박물관에 전시돼 있다. 고속열차 및 시제열차와 시험선 열차의 운행과 연구는 한국철도기술연구원이 있는 오송역 인근에서 이뤄지고 있다. 또한 2027년부터 운행예정인 EMU-320열차는 경부선과 호남선 충북선 등에서 시험운행중에 있다.(자료출저=나무위키백과)
하이퍼루프와 하이퍼튜브 열차
고속철도의 한계를 극복하기 위해 자기부상열차이며 호버트레인, 튜브트레인 다음으로 시도되는 고속 교통수단 방식이다. 여기에서는 기술적인 부분과 전문적인 용어는 제외했다.
2009년, 대한민국의 한국철도기술연구원이 먼저 ‘하이퍼튜브’를 세계 최초로 사업화를 했다. 하지만 이후 2012년 미국의 일론 머스크가 ‘하이퍼루프’용어를 꺼내들고, 2013년 구상을 선보이며 오픈소스 아이디어 공모전을 열며 본격적인 논의가 시작되어, 비슷한 유형의 캡슐/주행체/차량 및 분야 자체의 대명사가 됐다.
하이퍼루프의 특징은 1량이라 열차라기보단 캡슐에 가깝다. 낮은 기압의 관(튜브)을 사용하며 노선이 없지만 정해진 노선대로만 운행하므로 엄연히 궤도 운송수단이다. 길고 커다란 진공관 안에 열차를 띄우고 운행한다. 호버트레인 방식으로 양력을 극소량이며 인덕 트랙을 이용해 자기부상하는 방식 (자기부상열차 방식)이다. 공기는 팬을 후방에 분사해 공기 베어링을 형성하는 방식(튜브트레인 방식)이며 열차의 가/감속은 튜브 외부에 설치된 리니어 모터로 한다.
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| ▲ 하이퍼튜브 열차 개념도.(출처=국토교통부 철도기술연구원) |
건설비용은 기존 철도 시스템과 전혀 호환성이 없어 모든 기반시설을 처음부터 지어야 한다. 부지 확보비가 클 수 있다. 교외에 노선을 짓고, 도심으로는 대심도 분기 건설하는 방식 등이 제안된다. 터널/튜브/펌프 등의 비표준화, 높은 단가 등의 문제를 겪을 수 있다.
저압을 유지할 튜브, 항공기 수준의 여압성능이 필요한 객차의 공차 기준이 엄격해야 한다. 튜브 노선 건설에 있어서 지반 안정성 기준이 엄격해야 한다. 튜브의 저압을 상시 유지하기 위한 펌프 동력 유지비용이 클 수 있다.개개 객차가 저기압-대기압을 하루 수십번 오가며 스트레스가 가해질 수 있다.
수송은 포드 형식의 소량 수송 시스템이 기존 철도나 항공기의 대량 수송 시스템과 같은 양을 수송하려면 편성이 크게 늘거나, 복선이 크게 늘어야 한다. KTX는 20량 1편성이 935명을 수송하는데, 하이퍼루프는 1량 1편성 20명을 수송한다면 47편성이 필요하다. 서울-부산에 KTX는 평균 4시간, 하이퍼루프는 평균 20분이라면 12배 더 수송할 수 있긴 하지만, 그래도 4복선(1개튜브에 4량의 열차가 동시 운행) 또는 4량 운영이 필요한 셈이 된다. KTX의 수송인원이 늘고 속도가 빨라질수록 하이퍼루프의 비교우위는 더 어려워진다.
속력이 1200km/h로 빠르므로, 열차 자동제어장치의 최소 시격 1분30초에 맞춰 차간거리를 유지하면 차간거리가 무려 30km나 돼야 하며, 폐색구간 등 안전마진을 고려하면 더 멀어야 한다. 약 420km의 서울-부산 구간의 단선에 많아도 14편성만 들어가게 되는 것이다. 지상제어가 아닌 열차 간 통신을 통한 자율간격제어로 차간거리를 더 좁혀 선로용량을 증대하는 방안이 검토된다.
튜브 내 저기압 유지를 위해 승하차마다 정거장에서 내압게이트를 여닫는 과정이 우주선 도킹처럼 필요해 시간의 병목현상이 있다. 자동화기의 탄 클립처럼 한 노선에 여러 승강장이 번갈아 장전되는 방식이 검토되지만, 거점역 주변의 부지확보 또는 고층/지하로 공간확보에 비용이 크게 들 우려가 있다.
다른 나라와 달리 하이퍼튜브 운송수단을 먼저 시작한 우리나라는 현재 연구 개발사업이 한창이다. 최근 정부예산으로 추진하려던 시험센터사업이 급제동을 맞았다. 지난 11월14일 국토부와 국토교통과학기술진흥원(KAIA) 등에 따르면 새만금 하이퍼튜브 종합시험센터 사업이 최근 정부 예비타당성조사 대상에서 탈락한 것이다. 국토부는 올해 테스트베드 선정과 예타 신청을 마치고, 2024년에는 연구개발 사업에 착수할 계획이었다. 앞서 8월 전라북도(새만금)를 테스트베드 부지조성 우선협상 대상자로 선정하기도 했다. 부지에는 길이 12㎞의 아진공 튜브 시험선로와 시험센터가 설치된다. 이후 10년여간 핵심기술 개발에 사용될 예정이다.
국토부는 하이퍼튜브와 과거 자기부상열차는 비교 대상이 아니라고 선을 그었다. 국토부는 자기부상열차는 대체 이동수단이 많은 상황에서 경쟁력을 확보하기 어려웠던 측면이 있으며 하이퍼튜브는 과거 사업과 달리 압도적인 속도 경쟁력을 가지고 있기 때문에 비교가 될 수 없다는 설명이다.
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| ▲ 2020년 11월 시연회 (KBS뉴스 캡쳐화면) |
지리적으로 본다면 서울-부산과 서울-목포 서울-강릉(속초) 등의 수송수단이 될 것으로 예상되며 전북 새만금에 종합시험센터가 추진중에 있다.
도심항공교통 시작 위한 시연회
도심속 신속한 이동을 위한 새로운 교통수단의 탄생이다. 바로 드론을 이용한 택시사업이다. 드론은 산불예방과 화재진압, 택배, 항공측량 등 다양한 방향으로 진입했으며 결국 사람도 실어나르는 기술까지 더해졌다.
국토교통부와 서울시는 2020년 11월11일 여의도 한강시민공원에서 K-드론시스템을 활용한 ‘도심항공교통(UAM)’ 실증사업 시연회를 열었다. 흔히들 ‘드론택시’라고 알려진 이 시스템에 대해 UAM은 서울과 부산 등 대도시의 도로 교통 정체와 혼잡 문제를 해결하기 위해 수직 이착륙이 가능한 드론 등 전기동력 비행체를 활용, 도시의 교통수요를 정체없이 이용하는 차세대 3차원 교통서비스를 제공하겠다며 시연회를 가진 것이다.
출퇴근 러시아워 시간 대에 꽉 막힌 지상 도로의 대중교통이나 승용차 대신 드론이나 수직이착륙기(eVTOL)에 탑승, 뻥뚫린 하늘길을 이용한다는 계획이다. 대도시를 대상으로 추진하게될 이 사업은 향후 많은 시행착오를 가져올 것으로 예상된다.
드론택시는 꽉 막힌 주요 간선도로를 달리는 대신 드론택시를 타고 막힘없이 빨리 날라갈 수 있다고 상상 하니 경기도에서 서울로 출퇴근하는 직장인이 가장 기뻐할 것도 같다. 하지만 넘어야 할 산도 많다. 본지 태백정선인터넷뉴스는 드론택시에 대한 보도를 했었다.
드론택시를 운행하기 위한 시험비행은 또다른 혁신을 가져올 것은 분명하다. 대도시의 교통난 해소와 함께 도시와 도시간 신속한 운행도 가능해지기 때문이다. 이와 아울러 드론택시 이착륙장이 각 도시에 한 곳 이상은 있어야 한다. 태백시도 먼 장래를 내다본다면 드론활주로나 드론택시가 뜨고 내릴 수 있는 이착륙장을 검토해야 한다. 도심과 가까울수록 더욱 경쟁력이 높아진다.
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| ▲ 개발돼 시험운행하다 중단된 틸팅형 한빛200열차 홍보책자 표지.(사진출처=한국철도기술연구원) |
맺음말
내년 중 강원남부 태백선 철도에 운행될 150열차에 앞서 3회에 걸쳐 운송수단에 대한 다양한 방법과 방향을 보도했다. 갈길은 멀어보인다. 신속한 이동을 위해서는 철도는 복선화와 직선화가 우선이고, 고속도로는 첫삽도 뜨지 못했다. 벌써부터 동서고속도로 노선에 대한 지역간 줄다리기가 우려되고 있다.
더욱이 국토교통부와 코레일, 한국철도기술연구원에 따르면 우리나라 지형에 맞는 TTX(Tilting Train eXpress-한국형 틸팅열차)라는 프로젝트명으로 2000년대 초 고속열차연구개발과 함께 추진됐으며 2007년 1월 16일 공개, 4월 18일 부터 시험운행에 돌입하였다.
우리나라와 같은 산악구조지형인 곡선구간 철도에 효과적인 철도차량이다. 제조사는 한국화이바. 신소재 회사인데 한국화이바 프리머스같이 신소재를 이용한 차량 제작을 한 경험이 있다. 이 열차는 출고와 함께 시험운행했으며 기존 열차대비 곡선구간에 20%이상 안전담보된 속도향상을 낼 수 있다. 열차명은 ‘한빛200’열차이며 경부선에서 운행될 경우 20%의 속도향상을 낼 수 있다고 실험결과 나타났다. 양산된다면 호남선 및 태백선 등에 우선 도입될 예정이었다. 그러나 국토교통부는 고속열차 성능개선과 전국의 철도노선 직선 및 복선화 개량에 우선을 두는 정책으로 바뀌었다.
그리고 틸팅열차 시험 및 상용화의 예산편성을 하지 않아 더 이상 진전되지 못하고 열차는 현재 오송의 한국철도기술연구원에 입고돼 있다. 또한 태백선의 복선화 계획은 타지역 철도사업에 밀려 더 이상 나아가지 못하고 한국형 틸팅열차 한빛200열차는 기술만 고속열차 등에 넘겨주게 됐다. 선진교통문화는 대도시위주로 편성되고 산악지형이면서 과거 석탄산업의 중심지 영월 정선 태백은 70~70년대 산업사회에만 기여한 한 채 소외되고 있었다.
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