작성일 : 19-09-11 17:55
미래 친환경 화물운송을 위한 도로인프라, ERS (제142호)
조회 : 750  
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머리말

운송 부문은 현재 주요 에너지원으로 화석 연료를 사용하고 있으며 2014년 기준으로 전 세계 온실 가스 배출량의 약 14%(ITF, 2016), EU의 23%를 차지하고 있다(Schulte and Ny, 2018). 이에 따라 각국에서는 파리기후협약(2015) 등을 통해 온실가스 배출량의 제한을 꾀하여 왔다. 지속가능한 사회로의 전환을 위해서는 특히 운송부문의 화석연료 사용을 적극 줄여야 한다. EU에서는 운송부문의 온실가스 배출량의 25%가 화물차를 통해 발생 되고 있으며 특히 대형 트럭의 급속한 증가로 인해 2050년까지 도로화물 운송부문에서 CO2 배출량이 두 배 이상 늘어날 것으로 예측되고 있다. 따라서 이제는 화물 운송차량의 脫화석연료화가 시급하다는 점을 반드시 인식해야 한다. 

다만 전기차가 현재까지 상용화되지 못했던 주 원인 중 하나가 배터리의 한계라는 점도 중요하게 다루어져야 한다. 기존 내연기관차와 비교하여 배터리의 충전시간 대비 주행거리가 짧은 것은 전기차의 치명적인 약점이며 더욱이 전기차의 사용 기간이 길어질수록 배터리의 효율저하로 인해 주행거리가 짧아질 수 있다. 물류운송을 위한 대형트럭의 경우 승용차 보다 더 큰 배터리가 필요하여 현재의 기술수준으로는 거대 차종을 움직이기에 한계가 있다. 최근 이에 대한 대응책으로 친환경에너지 운송방법 중 가장 효율적인 체계라고 볼 수 있는 “전력을 충전하며 달릴 수 있는 도로, ERS(Electric Road System)”가 등장하였으며, 본고에서는 유럽 및 미국에서 실증되고 있는 화물운송 중심의 팬터그래프식 ERS인 e-하이웨이에 대해 중점적으로 소개하고자 한다.


ERS 기술 및 실증 사례

ERS의 외부 전원 공급 기술은 3가지 방식(팬터그래프식, 노면 전도성 충전식, 유도성 충전식)으로 구분될 수 있다. 팬터그래프식(Pantograph concept 또는 Conductive overhead)의 경우 열차 및 전차에 전력을 공급하는 데 사용되는 시스템과 유사하며 이미 오랜기간 입증된 안정적인 기술 유형으로 ERS에서는 트럭 위의 팬터그래프를 통해 전력을 공급받는 형태이다. 이는 기존의 도로인프라에 전력선만 구축하는 것으로 비내연 화물차의 주행이 가능토록 하며 승용차와 트럭의 혼재 상황에서도 본선의 교통 흐름에 큰 영향이 미치지 않는다. 반면 현재의 설계 개념으로는 중형차량(버스 및 트럭)을 대상으로만 적용할 수 있다는 한계가 있다.

노면 (혹은 측면)전도성 충전식(Ground or Side based Conductive Charging)은 도로 표면에 통합된 도체 라인을 통해 차량에 전력이 공급되는 방식으로, 화물차 이외의 승용EV(Electronic Vehicle)의 경우에도 해당 시스템을 통해 전력을 공급받을 수 있다. 다만 아직 더 높은 수준의 안전기준이 요구되고 전력공급 장치의 구축 및 수리 작업 시 교통 흐름에 상당한 영향을 주며 높은 초기 비용이 든다는 단점이 존재한다.

마지막으로 유도성 충전식(Inductive Charging System)은 도로 포장면에 설치된 유도 루프를 통해 비접촉 상태에서 차량에 전력이 공급되는 방식이다. 전도성 충전식과 동일하게 도로를 주행하는 EV라면 차량유형 및 크기에 관계없이 충전시스템을 사용할 수 있다는 장점을 가지나 도로의 전면적 재구축 및 재포장이 필요하며 에너지 효율성이 낮다는 한계가 있다. 현재의 기술수준에서는 위의 3가지 외부 전원 공급 방식 중에서 팬터그래프식이 경제적 측면에서 가장 효율적인 것으로 여겨지고 있다.


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화물운송 중심의 팬터그래프식 ERS인 e-하이웨이는 2016년 스웨덴을 시작으로 독일과 미국에서 개발되어 시범 운행되고 있다. 일상적인 주행은 디젤 하이브리드 시스템을 기반으로 하고 전력 공급선이 설치된 구간에서는 모터로 구동하는 방식으로 노면전차와는 달리 전력공급선이 종료되는 지점부터는 타 동력으로 대체할 수 있어 대기오염을 줄일 수 있는 도로운영 시스템을 갖추었다고 볼 수 있다. 

e-하이웨이는 변전소에서 트럭의 휠까지 80–85% 수준의 높은 에너지 전달 효율을 가지며 특히 내리막 구간에서 주행 에너지를 회복할 수 있는 하이브리드 트럭의 적용으로 추가적인 비용 효율을 얻을 수 있는 것으로 나타났다. CO2 배출량의 높은 비율이 화물수송에서 발생되고 있으며 특히 물류의 경우 도로 이외의 다른 교통시스템으로 대체할 수 있는 부분이 한정된 상황에서 향후 3개국의 e-하이웨이가 확대되어 운영될지 그 귀추가 주목된다.


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시사점

본고에서는 탈화석 연료 체계를 구축하기 위한 화물운송 도로시스템인 팬터그래프식 ERS, e-하이웨이에 대해 소개하였다. 스웨덴, 미국, 그리고 독일의 실증 실험을 통해 해당 시스템은 기술적 측면에서 매우 안정적이며 환경 및 경제적 측면에서도 매우 큰 이점을 가진다는 것이 밝혀졌다. 특히 지멘스社의 지속적 실증을 통해 10만km 주행시 트럭 한 대당 약 2,400만 원의 연료비가 절약될 수 있는 것으로 조사되었다. 물류운송의 화석연료 의존도를 낮추기 위해 트럭과 같은 거대 차종을 전기만으로 달리게 하려면 상당한 무게의 대형 배터리가 필요하지만, 수 톤에 달하는 배터리를 탑재시키는 것은 현실적으로 쉽지 않으며 이로 인한 트럭의 중량 상승은 도로노면 파손과 같은 2차적인 문제를 발생시킬 수 있다. 이러한 점에서 비록 초기 구축비용이 요구되더라도 e-하이웨이는 장기적인 강점을 가진다고 볼 수 있다.

우리나라는 최근 온라인 쇼핑 및 가상 물류네트워크의 확대, 라이프 스타일의 변화 등으로 거래의 방식과 물품의 범위가 다양해지면서 물류수송 규모의 급격한 성장이 이루어지고 있다. 한국에너지공단(2018)에 의하면 2017년 평균 CO2 배출량은 승용차와 승합차, 화물차에서 모두 증가하였고, 특히 화물차의 경우가 전년대비 0.8% 수준 더 악화된 것으로 조사되었다. 증가하는 물류시장에 대응하여 노선선별을 통한 화물 전략도로의 지정 및 관리가 필요하며 이에 특화된 도로기능의 고도화 방안 마련을 위한 정책이 시급히 요구되는 상황이다. 이러한 점에서 e-하이웨이와 같은 친환경 화물운송 시스템은 미래 한국에 있을 사회, 경제, 환경변화에 대응할 수 있는 전략적 초석(Stepping Stone)이 될 수 있을 것으로 보인다. 


김정화 _ junghwa.kim@krihs.re.kr



 
   
 

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