[공학저널 김하늬 기자] 최근 첨단기술과의 융합, 탄소중립 등 세계적인 흐름에 발맞추어 국내에서도 다양한 노력이 이뤄짐에 따라 국내 철도기술 또한 크게 발전할 것으로 예상되고 있다. 철도기술은 이산화탄소 배출에 자유로운 ‘수소열차’부터 무선통신 LTE-R 등의 첨단기술 개발과 융합, 그리고 노반에서부터 역사 건축까지 다양한 분야의 기술들이 개발되며 꾸준히 성장하고 있다. 특히나 탄소중립이라는 세계적인 이슈와 맞물려, 더욱 주목받는 기술 분야로 평가받고 있다. 국내 철도기술은 고속철도 개통 이후 철도 선진국과의 기술 격차가 많이 줄었다고 평가받았지만, 지난 2019년 기준 제4차 철도산업발전기본계획에 따르면 국내 철도기술은 아직까지 최고기술 보유국 대비 87.7% 수준으로 전 세계 6위에 그치는 것으로 나타났다. 이를 극복하기 위해 그간 국가철도공단에서는 미래전략연구원의 기술력을 바탕으로 한국철도기술연구원 등의 연구기관 및 학계, 산업계와 함께 기술개발을 왕성하게 추진해 오고 있다. 현재 미래전략연구원 기술연구처에서는 국가 R&D, 공단 R&D, 구매조건부 신제품 개발 등 철도 안전·혁신 기술 개발을 담당하고 있으며, 철도기술 향상과 국내 철도산업의 동반성장, 글로벌 경쟁력을 높이는 일에 주력하고 있다. 이에 따라 <공학저널>은 철도산업 신성장 동력 확보를 위한 미래 혁신기술 연구와 4차 산업 기술을 활용한 철도 안전기술 연구를 진행하고 있는 국가철도공단 미래전략연구원 기술연구처 이광재 처장(사진)을 만나 철도기술의 현재를 돌아보고, 기술의 발전 현황과, 향후 계획 등에 대해 이야기를 나눴다.

국가철도공단 미래전략연구원 기술연구처에서 중점적으로 추진하고 있는 일은 무엇인지

철도는 그 자체가 친환경 교통수단이라고 해도 과언이 아닐 것입니다. 우리 공단은 이러한 친환경 철도에 기술혁신을 더해 더욱 질 높은 대국민 서비스를 제공하고, 국가와 기업이 함께 동반성장 하는 발판을 마련하기 위해 노력을 다하고 있습니다.

이에 따라 공단은 신성장 동력을 확보하기 위한 혁신기술 개발에 매진하고 있습니다. 현재 전라선 익산~여수EXPO 구간에서 시범구축을 완료한 한국형 열차제어시스템(KTCS-2)1) 기술의 미래 버전인 ‘차세대 열차제어시스템(KTCS-3)’을 국가R&D로 개발 중입니다.

이 기술은 유럽열차제어시스템(ETCS) 3단계 기술로 궤도회로를 사용하지 않고 한국형 철도통합무선망(LTE-R)2)을 통해 열차 제어정보를 교환하기 때문에 열차 운행 간격을 약 26% 줄일 수 있어 수송용량을 더욱 높일 수 있으며, 지상설비 간소화에 따라 건설비용 절감도 가능한 기술입니다.

이와 함께 탄소중립 친환경 철도 교통체계 구축을 위해 공단은 KR2050 탄소중립 마스터플랜을 수립했으며, 이를 친환경 혁신기술 개발로 뒷받침하고 있습니다.

친환경 혁신기술로는 지구 온난화를 야기시키는 정도가 CO의 23,900배인 육불화황(SF) 절연매질을 건조공기로 대체하는 ‘특고압 전기 친환경 개폐장치 개발’, 그리고 단권변압기(AT)3) 설치수량 감소 및 2차측 절연레벨을 낮추어(55→27.5kV) 개폐장치 슬림화가 가능한 ‘AT기능형 상분리 및 절연저감 스코트 결선 급전 주변압기 개발’을 추진 중에 있습니다.

그리고 철도시설에 최적화된 기술을 개발하기 위해 ‘경사조정이 가능한 강체전차선로 지지금구 개발 연구’, ‘접착절연레일의 성능 및 품질관리 향상방안 연구’, ‘고속철도교량 공진영향 분석 및 유지보수기준 제정 연구’, ‘철도시설 안전성 제고를 위한 표면배수시설 기준 개정 및 친환경 사면보호 공법 개발 연구’, ‘논스톱 결제 및 비대면 서비스 기반의 역무자동화설비 개발’ 등의 연구개발을 진행하고 있으며, 이것은 국민이 철도를 더욱 안전하고 편리하게 이용하는데 기여할 것으로 보입니다.

철도공단은 국내 유일한 철도 건설관련 준정부기관으로서, 철도신기술에 대한 열정을 보이고 있는데 이와 관련 신기술 개발 지원방안은 어떻게 되는지

철도공단은 급변하는 기술 환경 변화에 발맞추어 미래 철도기술을 선도하기 위해 Hi FIVE(High Five Innovative Valuable Engineering)라는 명칭으로 5대 혁신기술을 추진하고, 이를 철도사업에 적용하고 있습니다.

Hi FIVE는 한국형 열차제어시스템(KTCS-2), 철도통합무선망(LTE-R), 고속철도 전차선로시스템(KR ECS), 궤도 레일체결장치(KR형 레일체결장치), 선로배분시스템(KR LAS) 등 다섯 가지 혁신기술을 말합니다.

또한, 해외 기술에 의존하던 철도 핵심분야에 대해 한국철도기술연구원 등 국내 연구기관 및 기업과 협력해 국산화를 하고 있으며, 최근에는 4차 산업기술과 연계한 기술, 친환경 기술 등 시대의 요구사항에 맞는 철도분야 기술 개발에 역점을 두고 있습니다.

그리고 철도산업계와의 동반성장을 위해 철도신기술 인증 제도와 더불어 중소벤처기업부 및 중소기업기술정보진흥원과 협력기금을 조성해 국내 중소기업의 철도 관련 신기술 개발을 지원하고 있으며, 매년 구매조건부 신제품 개발 사업을 위한 신규과제를 지속 발굴하고 있습니다. 2022년 현재 13건의 구매조건부 개발사업에 대해 투자를 하고 있는 상황입니다.

철도신기술 인증 기업에게는 어떠한 이점이 있는지

철도신기술 제도는 철도에 사용 가능한 신기술의 적용 활성화와 설계자·시공자의 편의를 위해 국가철도공단이 운영하는 공단 신기술 제도로 전문가에 의해 유사기술과의 차별성, 경제성, 구조 안전성과 내구성, 유지보수성 및 기타 필요한 사항 등을 종합적으로 검토해 선정하며, 선정된 신기술은 특정공법 심의후보로 활용될 수 있도록 지원하고 있습니다. 특히 중소기업 신기술에 대해서는 정부에서 추진하고 있는 SOC 기술마켓과도 연계하여 인증기술로 등록될 수 있도록 적극적으로 지원할 계획입니다.

현재 철도기술들은 4차 산업 기술과 어떻게 융합되고 있는지

현재 4차산업과 연계해 개발되고 있는 철도기술 중 토목·건축기술 분야에서는 철도인프라 생애주기 관리를 위한 BIM기반 통합플랫폼 개발사업을 국가 R&D로 철도기술연구원 등과 공동으로 추진하고 있으며, 중대재해 예방을 위한 메시네트워크 기반의 철도구조물 다차원 형상관리 모니터링 시스템 개발과 함께 로봇을 활용해 철도터널의 시공 품질 및 안전관리를 모니터링해 품질·안전을 향상시키는 기술을 개발 중입니다.

전기·신호·통신기술 분야에서는 철도에 필요한 전력을 공급하는 전기장치의 제어와 작동상태를 사물인터넷(IoT)으로 연결해 실시간 제어·모니터링이 가능하도록 하는 기술을 개발하고 있습니다. 이와 함께 열차자동운전 기술에 인공지능과 철도인프라의 빅데이터 기술을 접목해 국가철도망에서도 무인운전까지 가능하도록 기반을 마련하고 있으며, 건물 내에서 무선중계기를 활용해 위치를 파악하는 기술을 통해 광역철도에서 교통카드를 터치(태그)하지 않고 논스톱으로 게이트를 통과할 수 있는 기술을 개발 중인 상황입니다.

국내 철도기술은 앞으로 어떠한 방향으로 발전할 것으로 전망하는지

국내 철도기술은 크게 탄소배출 감축, 수송분담률 향상, 4차산업과 연계한 철도기술의 글로벌화를 목표로 발전할 것으로 예상합니다.

탄소배출 감축은 토목·건축 분야에서 탄소배출 저감 자재 및 공법 활용, 에너지 절감 철도 건축물 확대 등과 더불어 전기·통신 분야에서 전기철도 확대(전철화), 변전설비 절연가스를 친환경 매질로 대체하는 방향으로 발전시키고 차량·운영 분야에서는 수소열차 개발, 스마트 관제시스템4)에 의한 적정 운전속도 유지 및 에너지 절감 방향으로 기술 개발이 이어질 것으로 전망합니다.

수송분담률 향상에 있어서는 고속화 운행을 위한 노선(선형, 기울기, 곡선반경 등) 및 궤도 공법 최적화, 철도역사 수량 및 위치 최적화, 전철화 노선 확대, 한국열차제어시스템 고도화와 스마트 관제시스템연계로 여객/화물열차의 운행빈도 향상, 주요 지역 거점 간 수송 향상을 위한 초고속 운행기술(차량, 궤도, 신호/통신, 관제 등) 개발에 집중할 것으로 보입니다.

특히 빼놓을 수 없는 4차산업과 연계한 철도기술의 글로벌화는 AI-빅데이터 기술 도입으로 철도인프라 건설, 유지관리의 지능화·자동화가 가능해질 것으로 보이며, 철도 시설물의 디지털화 및 사물인터넷(IoT)에 의한 철도인프라 연결과 함께 철도기술기준이 국제적 수준으로 향상되지 않을까 싶습니다. 이와 함께 AI기반 스마트 관제시스템에 의한 열차 운행상황을 실시간 예측/감시하고 의사결정을 지원하는 기술, 열차운행방식 다변화(스킵/스탑 등)로 열차운행 효율 고도화를 모색하는 등 수송수요에 즉각 대응 가능한 지능형 철도운영 시스템 개발이 이뤄질 것으로 전망됩니다.

기술연구처의 앞으로의 계획은

국민의 안전하고 쾌적한 이동권리 향상을 최상의 목표로 기술을 개발할 계획입니다. 완료한 기술은 실용화를 통해 국내 철도산업의 기술력을 향상시키고 더 나아가 해외사업에 진출할 수 있는 경쟁력을 확보해 한국이 세계 철도기술의 선진국 반열에 도달할 수 있도록 적극 노력할 것입니다.

특히 ‘철도산업의 체질 개선을 통한 산업 경쟁력 강화’를 목표로 철도차량 및 시설 인프라에 대한 신기술 구현을 위해 국토교통부의 철도 R&D 중장기 로드맵에 따라 체계적인 기술 개발을 추진할 예정입니다.

또한, 국내 기술 기업의 해외진출을 위해 국제인증에 필요한 자원을 공유·협력하고, 철도 관련 인력 양성을 위해 산업계, 학계와 상호협력체계를 구축하도록 하겠습니다. 철도의 안전과 기술 발전을 위해 항상 고민하고 노력하는 기술연구처 직원들의 노고에 감사하며 국민의 기대에 부합하도록 최선을 다하겠습니다.