신에너지기관차, 교통분야 녹색변혁 선도하다
2024-08-10
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CRRC Corporation Limited가 생산하는 일련의 신에너지 기관차입니다. 인터뷰 대상 부서에서 제공한 사진
◎설옌 자오양 기자
넓은 운전석, 지능형 운전석, 밝은 관측창… 최근 '녹색 옷'을 입은 7계열의 신에너지 기관차가 베이징에서 공식 공개됐다.
이 기관차는 CRRC Corporation Limited(이하 "CRRC"라 함)에 의해 처음으로 세계에 출시되었습니다. 기존 연료기관차에 비해 환경성능이 뛰어나며, 높은 연료소비, 높은 배기가스 배출, 높은 소음, 열악한 승차감 등 기존 노후 내연기관차의 문제점을 효과적으로 해결합니다.
2023년 12월, 철도청은 '노후 철도 디젤기관차 퇴출 및 현대화 관리방안(의견안)'을 발표하고, 2035년부터 노후 철도 디젤기관차를 철도운송 시장에서 완전히 철수해야 한다고 제안했다. 이번에 성공적으로 개발된 일련의 신에너지 기관차는 운송 분야에서 노후 장비의 업데이트 및 반복을 더욱 촉진하고 고에너지 소비 및 고배출 기관차의 친환경 및 저탄소 전환을 촉진하는 데 큰 의미가 있습니다.
배출가스 저감과 탄소 저감은 '굉장하다'
지구 환경 문제가 점점 더 중요해짐에 따라 녹색 개발 개념은 점차 오늘날 사회 발전의 주요 추세 중 하나로 자리잡고 있습니다. 원래의 오래된 디젤 기관차는 오염이 심하고 에너지 소비가 높으며 시끄러워서 더 이상 녹색 및 저탄소 철도 발전의 요구를 충족할 수 없습니다. 이 때문에 최근 기관차 분야에서는 청정 솔루션을 모색해 왔으며, 수소연료전지기관차, 하이브리드 기관차 등 다양한 신에너지 기관차를 잇달아 생산하고 있다.
CRRC가 출시한 일련의 신에너지 기관차가 탄생한 것도 이러한 배경에서다.
이 기관차는 내연 기관 + 동력 배터리, 동력 배터리, 수소 연료 전지의 세 가지 동력 구성을 사용하며 1,000킬로와트에서 2,000킬로와트까지 다양한 동력을 포괄하며 국내외 철강 야금 산업의 철도 운송 요구를 완벽하게 충족할 수 있습니다. , 광업, 전기, 석탄, 항구 및 기타 기업의 현장 요구 사항.
기존 디젤 기관차와 비교하여 이러한 신에너지 기관차 시리즈는 탄소 감소 측면에서 독특한 이점을 가지고 있습니다. "내연 기관 + 동력 배터리 기관차에는 동력 배터리, 디젤 엔진 및 디젤-전기 하이브리드의 세 가지 동력 모드가 있습니다. 산업 및 광업 기업이 빈번한 시동과 정지를 요구하는 작동 환경에서 이 세 가지 모드를 지능적으로 전환하여 배출 오염을 줄일 수 있습니다. CRRC Dalian Company의 차장이자 수석 엔지니어인 Zhao Gang은 동력 배터리와 수소 연료 전지 기관차가 오염물질 배출을 전혀 하지 않을 수 있다고 말했습니다.
구체적인 지표로 판단하면 기존 내연 기관차와 비교하여 내연 기관 + 동력 배터리 기관차는 질소산화물 배출량을 45%, 탄화수소 배출량을 73%, 일산화탄소 배출량을 83% 줄일 수 있습니다. 오염물질 배출 45% 감소를 기준으로 기관차 1대는 연간 유해물질 4톤을 덜 배출하고, 탄소 배출량은 연간 374톤 줄일 수 있는데, 이는 나무 3만4000그루를 심는 것과 맞먹는다.
동시에, 다양한 출력 구성으로 인해 일련의 신에너지 기관차는 소음 감소를 위해 전원을 전환함으로써 디젤 엔진의 작동 시간을 줄일 수도 있습니다. Zhao Gang은 전원 배터리 견인 조건에서 기관차 소음 시간을 80% 이상 줄일 수 있다고 소개했습니다. 운전석 내부의 소음은 70데시벨 미만으로 줄일 수 있으며, 차량 외부에서 방출되는 소음은 카페에서 음악을 듣는 데시벨 수준에 해당하는 58데시벨까지 낮출 수 있습니다.
매우 스마트하게 사용 가능
현재 우리나라의 오래된 디젤 기관차는 더 일찍 개발되었기 때문에 일반적으로 지능이 떨어집니다. 이러한 배경에서 일련의 새로운 에너지 기관차는 기관차의 지능 수준을 향상시키기 위해 수많은 디지털 및 지능적 변형을 거쳤습니다.
"시리즈의 신에너지 기관차에는 고화질 비디오 장비와 LiDAR가 장착되어 있어 360도 환경 시각 데이터를 수집하고 적용 시나리오의 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있습니다. 자동 인식, 지능형 의사 결정, 스마트한 작동은 기관차의 안전하고 안정적인 작동을 전방위적으로 보장합니다."라고 Che Ziyang Company의 부사장이자 수석 엔지니어인 Li Xining은 말했습니다.
인간-컴퓨터 상호작용 시스템은 기관차의 운행 편의성도 크게 향상시켰다. 인간-컴퓨터 상호작용 인터페이스를 통해 운전자는 열차의 운행 상태를 실시간으로 관찰할 수 있습니다. 간단한 음성 명령으로 운전자는 에어컨, 차양, 와이퍼 및 기타 장비를 쉽게 제어할 수 있어 운전 과정이 더욱 효율적이고 편안해집니다.
시리즈 신에너지 기관차의 결함 모니터링 측면에서 팀은 결함 예측 및 상태 관리(PHM) 기술 시스템도 개발했습니다. Li Xining은 "이 시스템은 새로운 에너지 기관차의 전체 수명주기를 관리할 수 있습니다."라고 말했습니다. 발생한 결함의 경우 시스템은 결함 지점에 대한 시기적절한 피드백을 제공하고 유지 관리 작업에 대한 지침을 제공할 수 있습니다. 동시에 시스템은 수집된 데이터를 기반으로 기관차의 상태를 예측하고 변화 추세를 파악하며 유지 관리 권장 사항을 제공할 수도 있습니다.
또한, R&D팀은 운전자와 승객의 안전을 극대화하기 위해 파워 배터리와 수소 연료 시스템에 대한 디지털 안전 보호 대책도 마련했다. "기관차 전원에 대한 모니터링 데이터는 실시간으로 온보드 마이크로컴퓨터 제어 시스템으로 전송됩니다. 전원 데이터에 이상이 있으면 시스템이 조기 경고를 제공하고 그에 따른 조치를 취합니다." 말했다.
에너지 절약 및 소비 감소는 비용 효율적입니다.
탄소 감소와 더불어 경제성도 사용자의 가장 큰 관심사입니다. 오래된 디젤 기관차는 사용 중에 시동, 정지 및 유휴 상태가 되는 경우가 많습니다. CRRC Qishuyan Company의 차장 겸 수석 엔지니어인 Zhong Huaiqing은 "내연기관 + 동력 배터리 기관차는 하이브리드 최적 제어 기술을 채택함으로써 내연기관이 항상 최적의 경제적인 속도로 작동하도록 보장할 수 있습니다."라고 말했습니다.
예를 들어, 같은 양의 기름을 채우고 직선 도로에서 3,000톤의 화물을 견인할 때 디젤엔진+동력배터리 기관차는 항속거리가 1,100km 이상으로 일반 내연기관차의 1.7배에 이른다. , 연료절감율은 45%를 초과합니다.
또한, 신에너지 기관차 시리즈에는 고효율 견인 변환기 시스템, 영구 자석 모터, 하이브리드 전력 용량 관리, 제동 에너지 회수 등의 신기술을 채택하여 전송 효율을 향상시키고 에너지 소비를 줄여 발생하는 에너지 낭비를 효과적으로 해결합니다. 전통적인 기관차를 공회전시켜 에너지 효율을 향상시킵니다.
Zhong Huaiqing은 기자들에게 이러한 새로운 에너지 기관차에 영구 자석 견인 모터가 장착되면 모터 효율이 97%에 도달할 수 있으며 이는 선택적 비동기 모터에 비해 5% 증가할 수 있다고 말했습니다. 정상적인 작동 조건에서 기관차 한 대는 매년 18,000kWh의 전기를 절약할 수 있습니다.
일일 사용 비용 측면에서도 직렬형 신에너지 기관차가 더 저렴합니다. 철강, 야금 및 기타 산업 분야의 오래된 디젤 기관차를 예로 들면, 연간 디젤 소비량은 약 155톤이고 연료 비용은 약 140만 위안입니다. 동일한 작업량 완료 기준으로 계산하면, 동력배터리기관차가 소모하는 전력은 약 53만kWh이다. kWh당 1위안의 산업용 전기 평균 가격을 기준으로 하면 해당 비용은 530,000위안 이상입니다. Zhong Huaiqing은 "이를 통해 회사는 연간 870,000위안 이상, 하루 약 2,300위안을 절약하게 될 것"이라고 말했습니다.
"그뿐만 아니라 단순화되고 통합된 설계는 이러한 기관차의 유지 관리 비용도 줄일 수 있습니다." Zhong Huaiqing은 "단순화 및 통합"이 예를 들어 모든 기관차가 동일한 유형을 사용하는 경우 예비 부품 수를 효과적으로 줄일 수 있다고 말했습니다. 에어컨을 사용하는 경우 한 가지 유형의 예비 부품만 필요합니다. 이 설계를 통해 핵심 구성 요소의 단순성 비율이 80%를 초과하고, 여러 모델 간의 부품 호환성을 실현하고, 사용자의 현지화된 유지 관리를 촉진하고, 기관차 유지 관리 비용을 효과적으로 절감할 수 있습니다.
현재 우리나라에는 약 9,700대의 노후 디젤 기관차가 있습니다. 노후 기관차를 교체하고 지능적인 전환과 업그레이드를 촉진하는 것이 시급합니다. Zhong Huaiqing은 일련의 신에너지 기관차가 신에너지 제품에 대한 대규모의 다각화된 수요를 가져오고 배터리, 전기, 모터 및 기타 관련 산업의 활발한 발전을 이끌 것이라고 말했습니다.
출처: 과학기술일보
