새로운 국가철도망 100년 ... 수송 효율 향상 및 열차자동운전도약

[충청뉴스 최형순 기자] 김한영 국가철도공단 이사장이 수송 효율 향상 및 열차자동운전으로 도약하는 새로운 국가철도망 100년 준비하고 있다.

지금까지 운행하는 대한민국의 철도 운행기술을 뛰어넘는 열차제어시스템(KTCS-3)으로 열차운행 효율을 향상시키고, 자동화까지 가능한 기술개발을 추진하고 있으며, 더 나아가 디지털화 개념도 철도에 도입하겠다는 것이다.

김한영 이사장은 올해 2월 취임후 새로운 철도 100년을 준비하기 위해 수립한 중장기 2030 경영전략 중에서 철도망의 고속화 및 효율화는 철도운영 효율성 제고와 400㎞/h급 초고속 열차 운행을 위한 기반을 마련하였다.

이를 최종적으로 실현 가능하게 하기 위해서는 열차와 열차가 충돌이나 추돌하지 않고 안전하게 운행할 수 있도록 열차 간격과 속도를 제어하는 열차제어시스템이 필수적이다.

자동차는 도로와 타이어의 마찰력이 높아 차량 간의 안전거리를 가시거리(100m 이내)로 운행하지만 철도는 레일과 철제 차륜의 특성상 마찰력이 낮고 속도가 빠르므로 열차 간격을 수백미터에서 10㎞이상 유지하며 운행하는데 열차 간격을 유지하는 기술로 현재는 궤도회로라고 불리는 장치를 사용하고 있다.

궤도회로는 레일과 열차의 바퀴 재질이 철(쇠)로 되어 있어 전기가 잘 흐르는 특성을 활용하여 열차위치를 검지하는 것이 목적이며 일반철도는 800m, 고속철도는 1,500m 길이로 설치하고 열차가 충돌하지 않도록 안전거리를 유지하는데 사용하게 된다.

현재 국가철도망에는 이런 궤도회로 기술을 이용하여 열차의 안전거리와 안전속도를 지키며, 과속 시 자동으로 감속이 가능한 시스템으로 운영하고 있으나, 차량에 설치되는 장치는 외국기술에서 도입한 기술로 국내기술 확보가 절실한 상황이었다.

이에 국내 이동통신 기술을 철도 특성에 최적화한 철도통합무선망(LTE-R)을 이용하여 열차를 무선으로 제어할 수 있는 한국형 열차제어시스템(KTCS-2)을 연구하여 2018년 개발 완료하였으며, 현재는 한국형 열차제어시스템의 완전한 국산화 및 표준화를 달성하기 위해 전라선 익산~여수(180㎞) 구간에 2021년 완공 예정으로 시범사업을 진행중에 있다.

그러나, KTCS-2는 열차위치를 검지하는데 사용하는 궤도회로 방식의 기술 특성상 운영의 한계가 존재하게 된다.

300㎞/h로 주행하던 KTX 열차가 정지하는데 약 6,600m의 거리가 필요하며 여기에 충분한 여유거리를 추가하여 1,500m 단위의 궤도회로 7개를 유지하도록 설계되어 현재 열차간격은 10,500m가 되는데 안전 측면에서만 보면 우수하다고 볼 수 있으나, 운영효율 측면에서는 그만큼 열차를 자주 운행할 수 없는 제약조건이 된다.

따라서, 차세대 열차제어시스템(KTCS-3)는 현재의 궤도회로를 사용하지 않고 무선(LTE-R)으로만 열차위치를 검지하는 기술을 사용하여 열차 제동거리(6,600m)와 여유거리(1,200m)를 추가하여 7,800m의 열차 간격만 유지하여도 안전을 확보하면서 최고속도로 운행 가능하므로 줄어든 거리만큼 열차를 더 자주 운행할 수 있어 수송효율을 26%까지 향상시킬 수 있게 된다.

궤도회로를 사용하지 않는 열차제어시스템으로 수송효율 향상 외에 궤도회로 장치 비용를 생략함으로써 고속철도 기준 약 23%의 건설비용까지 절감되는 효과도 거둘 수 있다.

차세대 열차제어시스템(KTCS-3)의 또 다른 특징으로 열차자동운전이 가능하다는 것이다. 열차자동운전은 도시철도나 경전철에서는 이미 도입하여 운영하고 있으나, 국가철도망은 아직도 기관사에 전적으로 의존하는 수동운전으로 운영하고 있어 자동화 도입이 시급한 실정이다.

그러나 현재 운영중인 열차자동운전은 도시철도에 특화되고 외국에서 도입한 기술인 반면, 현재 개발하는 자동운전은 국가철도망에 운행하는 KTX, ITX새마을, 무궁화 등 다양한 차량 종류는 물론 노선마다 속도가 모두 다르더라도 자동운전이 가능하도록 국내 기술로 개발하고 있다.

아울러, 차세대 열차제어시스템(KTCS-3)에는 철도노선 정보 및 운행관리 정보를 디지털로 제어하는 디지털 변환 개념을 도입하게 된다. 철도 노선에는 기울기, 곡선반경, 속도제한 구간 등 다양한 선로 정보를 오토캐드, DB프로그램과 같은 전산 데이터로 관리하고 있으나 열차제어에는 전산 데이터로 활용하지 못하고 기관사가 노선정보를 숙지하고 지상에 설치된 표지판을 시각적으로 확인하며, 상황에 따라 관제사 등 사람의 판단에 따라 제어하는 형태였다.

그러나, KTCS-3 열차제어시스템에서는 철도 노선의 모든 선로정보를 디지털로 변환하고 철도통합무선망(LTE-R)을 통해 제공되는 열차위치와 속도에 따라 운행 가능한 최고속도를 열차에 실시간으로 제공함으로써 안개 등 기상상태에 관계없이 최적의 운행정보를 제공받을 수 있고 기관사나 관제사의 숙련도에 영향을 받지 않게 되어 휴먼에러 발생요인을 감소시켜 안전운행 수준을 높일 수 있게 된다.

국가철도공단 양근율 미래전략연구원장은 “철도교통은 단순한 이동 수단이 아니라 국가의 기술력을 나타내는 척도이고, 경제 및 문화의 교류와 융합을 선도하며 국민 삶의 질을 높이는 산업기술의 총체‘ 라며 ’탄소중립, 4차산업, ESG 등의 변화에 앞장 서서 이끌어가는 철도를 국민께 제공하여 드릴 의무를 다하겠다‘ 라며 포부를 밝혔다.