현대로템이 9월 24일부터 27일까지(현지시간) 독일 베를린 엑스포센터 시티에서 열린 ‘제14회 베를린 국제 철도차량-수송기술 박람회(InnoTrans 2024)’에 참가해 수소모빌리티 및 고속철 기술 비전을 밝혔다.
올해로 14회째를 맞은 이노트란스 박람회는 1996년 첫 개최 이후 격년제로 열리는 세계 최대 규모 철도 박람회다. 이번 2024년에는 지멘스, 알스톰 등 글로벌 철도차량 제작사를 포함해 59개국 2940여개 업체가 참여해 디지털화와 지속가능성에 초점을 맞춘 다양한 혁신 철도기술을 선보였다.
지난 2004년부터 꾸준히 이 행사에 참가해온 현대로템은 올해에는 레일솔루션연구소 이원상 상무를 필두로 ‘H(수소에너지를 뜻하는 H2 + 고속을 뜻하는 H), Taking you forward the next)’을 주제로 ▲ 수소 생산부터 활용까지 이어지는 수소공급망의 종합 솔루션 제공 역량, ▲ 수소전기트램을 필두로 한 수소모빌리티 청사진, ▲ 국산 고속철도 차량의 과거, 현재, 미래와 올해 개통한 수도권광역급행철도를 소개하는 자리를 가졌다.
현대로템의 전시관에는 다가올 수소사회를 구현한 디오라마를 선보였다. 이를 통해 수소전기트램, 수소전기동력차 등의 모빌리티가 도심을 누비고 한편에서는 수소추출기, 수소충전소 등 현대로템 설비를 통해 수소의 생산과 저장, 이동이 이뤄지는 모습을 구현했다.
아울러 야외 전시장에 수소전기트램 실차를 전시해 차량 내외부를 한눈에 볼 수 있도록 했다. 현대차의 수소연료전지 시스템을 탑재한 수소전기트램은 1회 충전으로도 장거리 운전이 가능한 무가선 트램으로, 현대로템은 지난 7월 대전시와 수소전기트램 공급 계약을 체결하며 상용화 기반을 다졌다.
또한, 현대로템은 지난 2008년 자체개발에 성공한 동력집중식 차량 KTX-산천과 이후 선보인 동력분산식 차량 KTX-청룡, 현재 개발 중인 차세대 동력분산식 차량 EMU-370 등 지난 30년간 고속철도 차량 연구에 매진하며 쌓아온 기술력과 차량 라인업을 공개했다.
이번 박람회에서는 국가철도공단과 함께 ‘K-철도관’ 전시공간을 꾸리고, 올해 국내에 개통한 수도권광역급행철도(GTX)에 대한 소개도 진행했다. 전 구간이 대심도 공법으로 설계∙시공된 GTX는 해외에는 없는 새로운 교통 시스템이다.
현대로템 레일솔루션연구소장 이원상 상무는 “철도는 더 빠르고 더 편안하며 더 합리적이고 효율적인 이동을 바라는 인류의 요구에 발맞춰 성장해왔다”라며, “수소모빌리티를 비롯해 고속철도차량, GTX와 같은 지속 가능하며 신속하고 쾌적한 철도기술의 혁신을 통해 철도산업의 미래, 더 나아가 세상을 더 나은 방향으로 발전시키기 위해 노력하겠다”고 말했다.
수소 생산, 공급부터 수소모빌리티에 접목까지 수소 밸류체인 모두 책임지는 ‘토털 솔루션 패키지’
현대로템은 수소인프라 구축과 관련 기술 확보가 수소모빌리티 사업과 미래 에너지 산업에서 가장 중요한 경쟁력이라는 판단 아래 2018년부터 수소인프라 사업 검토에 착수했다. 이후 2020년 현대차의 수소 기술 라이선스를 기반으로 천연가스에서 수소를 추출하는 장치인 수소리포머 원천기술을 확보하고 수소인프라 사업에 본격 진출했다.
현재는 의왕연구소 부지에 수소리포머 생산공장인 ‘H2 설비조립센터’를 구축해 설비를 자체적으로 생산 및 공급하고 있다. 나아가 충전소 내에서 수소 생산과 저장이 가능한 온사이트(On-site) 충전소, 외부생산 수소를 저장해 판매하는 오프사이트(Off-site) 충전소, 이동형 수소충전소까지 사업영역을 확대해가고 있다.
이를 기반으로 수소를 직접 생산하고 공급하는 인프라부터 수소모빌리티에 접목하기까지 일련의 수소공급망을 모두 책임지는 ‘토털 솔루션 패키지(Total Solution Package)’ 구현해간다는 계획이다.
특히, 현대로템의 토털 솔루션 패키지는 현대차그룹의 수소 밸류체인 사업 브랜드인 ‘HTWO’ 및 수소의 생산, 저장, 운송 및 활용의 모든 밸류체인 단계에서 고객의 다양한 환경적 특성에 최적화된 맞춤형 패키지를 제공하는 수소 종합 솔루션 ‘HTWO Grid’와 연계해 시너지를 낼 것으로 기대된다.
현대로템은 현재 대한민국 23개 장소에서 수소 생산 및 충전 사업을 진행하고 있으며, 울산과 대전에 도입 예정인 수소도시철도 사업에 수소전기트램 및 수소인프라 패키지 공급사업 참여를 준비하고 있다.
울산 수소전기트램 실증을 통해 쌓은 성공경험과 검증된 기술력을 바탕으로 해외진출도 계획하고 있다. 이미 다수의 해외사업자들로부터 수소전기트램과 수소인프라의 토털 솔루션 패키지 공급에 대해 많은 문의를 받고 있다.
한편 현대로템은 수소 공급의 안정성과 경제성 확보를 통한 대중화를 해결하기 위해 연구개발을 지속하고 있으며, 미래환경을 고려해 탄소포집 설비, 수소버너, 암모니아크래커, 수전해 등의 개발을 진행하고 있다.
수소전기트램 시작으로 수소기관차, 수소동차, 수소고속열차까지 이어지는 수소모빌리티 로드맵
수소는 물 외에 오염물질을 전혀 배출하지 않고, 운용과정에서 배기가스 등 환경오염을 일으키지 않아 가장 친환경적인 에너지원이다. 기존 배터리에 비해 에너지밀도가 월등히 높아 대용량 에너지원으로 적합하다는 장점도 있어, 수소는 미래 철도모빌리티를 책임질 강력한 솔루션으로 각광받고 있다.
현대로템은 주력사업인 레일솔루션 부문에서 본격적인 수소 열차를 선보이기에 앞서 우선 수소전기트램을 개발했다. 수소전기트램은 ▲경제성, ▲친환경성, ▲편리성을 두루 갖추고 있어 복잡한 도심 내 원활한 이동을 책임지는 친환경 대중교통수단으로 적합하다.
먼저, 수소전기트램은 트램 내에 탑재된 수소연료전지가 수소와 산소의 화학반응을 통해 전기에너지를 직접 생산한다. 수소연료전지에서 생산된 전기에너지는 동력과 냉난방 등에 사용되며, 잉여전력은 ESS(Energy Storage System) 배터리에 저장된다. 정지상태에서 움직이거나 가속 등 많은 힘이 필요할 때는 배터리에 저장된 에너지를 활용하고, 등속 및 감속 시에는 수소연료전지에서 생산한 에너지로 운행되어 경제적이다.
현대로템의 수소전기트램은 1회 충전으로 150km 이상 장거리운행이 가능해 어떠한 도심 운행환경에서도 최고의 효율성을 발휘한다. 또한 전원공급을 위한 전차선, 변전소 등 별도의 전기 시설을 필요로 하지 않아 전력인프라 건설비용 및 유지보수 비용을 절감할 수 있는 것도 장점이다.
또한 수소전기트램은 운행 시 주변 공기를 정화한다는 특징이 있어 기존 전기트램보다 우수한 친환경 모빌리티로 평가받는다. 수소연료전지는 전기에너지를 만들기 위해 외부에서 산소를 수집하는데 이때 수집하는 산소에 불순물이 섞여 있으면 온전한 화학반응이 일어나지 않는다. 수소전기트램은 필터와 막가습기 등을 통해 불순물을 제거하고 정화된 공기를 다시 외부로 배출하기 때문에 운행만으로도 공기 중 미세먼지 및 초미세먼지를 정화하는 효과가 있다.
현대로템 수소전기트램은 승객의 이동 편의성 및 국제안전규격을 준수하는 안전요소까지 고려해 세심하게 설계된 것이 특징이다. 바닥 높이는 35cm로 일반버스보다 낮으며, 교통약자 전용 좌석을 편성당 2개소씩 갖춰 일반 승객은 물론 교통약자의 이용편의성도 높였다. 여기에 소음 및 진동을 저감하는 바닥재와 승하차가 편리한 더블리프(double-leaf) 방식 출입문을 적용하는 한편 실내 높이를 최대화해 2.8m에 이르는 쾌적한 공간을 만들었다.
디자인 우수성도 인정받아 세계 3대 디자인상 중 하나인 ‘2023 iF 디자인 어워드’에서 제품 부문 본상을 수상했다. 이 차량은 추돌 시 위험요소를 제거해 심플하고 고급스럽게 구성한 외관을 특징으로 하며, 특히 전면부는 보행자와 충돌 시 차량 외부로 밀려나도록 하는 형태를 지니고 있다. 키 1m 이하 어린이나 노약자 등 보행자를 명확하게 인식할 수 있도록 운전자 시야각도 충분히 확보했으며, 승용차에 많이 쓰이는 LED 주간주행등(DRL)을 장착해 편의성과 심미성을 모두 갖추었다.
지난해 11월부터 울산에서 진행된 실증운행에서 총 주행거리 5,000km 목표를 성공적으로 달성했으며 주행성능과 진동, 승차감 검증까지 완료했다. 국내에서는 대전도시철도 2호선과 울산도시철도 1호선 사업을 통해 본격 도입될 예정이다.
한편 수소전기트램에서 시작된 현대로템의 수소모빌리티 로드맵은 보다 다양한 수소열차로 이어질 전망이다. 세계 최초로 액화수소 기반 핵심기술을 탑재한 수소기관차가 수소전기트램의 후속작품으로 준비 중이며, 출력과 수소 탑재량을 늘려 장시간 운행이 가능한 수소동차 개발도 한창이다.
현대로템은 2027년까지 최대 운행속도를 180km/h로 늘린 수소기관차 모델 개발을 완료하고, 2030년까지는 대용량 연료전기 기술을 적용해 운행거리를 획기적으로 늘린 수소기관차와 수소고속열차 모델을 선보인다는 계획이다.
자체개발 고속철도차량 및 차세대 고속철 EMU-370, 대심도 광역철도 시스템 GTX 등 혁신 철도차량 공개
현대로템은 40여년 이상 철도차량을 개발 및 생산하며 최고 수준의 기술력과 사업역량을 확보한 글로벌 철도기술기업이다. 특히 해외로부터 이전해온 고속철 제작기술을 빠르게 내재화한 후 고속열차 핵심기술을 독자적으로 발전시켜 KTX-산천, SRT 등 다양한 국산 고속열차를 개발해온 국내 유일의 고속철도차량 제작사다.
현대로템은 국내외 고속철도의 다양한 수요에 적극 대응하기 위해 2007년부터 개발에 착수한 차세대 고속철 HEMU-430X를 토대로 420km/h 이상 주행성능 기술을 확보하고 동력분산식 고속열차 개발의 기반을 다졌다. 이를 기반으로 국내 최초의 동력분산식 고속차량 EMU-260(KTX-이음)을 개발 및 양산해 2021년부터 국내 주요 구간 배치를 완료했으며, 3년 뒤에는 최고속도를 320km/h까지 늘린 EMU-320(KTX-청룡)을 개발해 영업 운행에 투입했다.
현재는 국가 R&D 과제로 고속열차 EMU-370의 핵심기술 개발을 주도하고 있다. EMU-370은 치밀한 연구와 설계를 통해 370km/h의 고속주행 시에도 승객 편의성을 제공하고 안전성과 신뢰성을 보장하는 차세대 동력분산식 고속철도차량이다.
EMU-370은 증속에 따른 공기저항 저감과 공력소음 발생을 최소화하는 차량 설계를 특징으로 한다. 전두부 형상 최적화, HVAC 매립 및 AC모드박스 구조변경을 통해 차량 옥상 돌출부를 최소화해 차량 상부공기흐름을 개선했으며, 일부 적용된 사이드 커버로 대차부 주위 공기 흐름도 개선했다. 이를 통해 기존 EMU-320 대비 약 15%의 공기저항 저감효과를 확보했다. 나아가 차량 주변에서 발생되는 소음원의 실내유입을 최소화하기 위해 차체 바닥, 천장, 측벽 압출재 단면 프로파일을 최적화해 소음도 크게 개선되었다.
한편 현대로템은 EMU-260과 EMU-320 동력분산식 고속열차의 상용화 실적을 바탕으로 올해 우즈베키스탄 철도청 고속철 42량 수출에 성공하며, KTX 개통 20주년인 올해 한국형 고속열차 해외수출의 원년을 맞이했다. 현대로템은 유라시아대륙으로의 첫 수출 수주를 시작으로 해외시장 진출에 박차를 가한다는 계획이다.
현대로템의 철도기술 혁신은 고속열차에 이어 광역교통을 혁신하는 GTX로 연결되고 있다. GTX는 지하 40m 이하 대심도에 구축된 선로를 따라 기존 지하철 대비 2배 이상 빠른 180km/h로 운행하는 대심도 광역철도 시스템이다.
한국에서 처음으로 시도된 새로운 교통시스템인 GTX는 속도혁명을 통한 새로운 광역교통시대 개막을 예고하고 있다. 올해 일부 개통해 운행 중인 GTX-A 노선의 수서~동탄 구간 소요시간은 약 20분으로, 승용차 대비 55%(45분), 버스 대비 73%(75분) 단축되는 효과가 있다. 기존 지하철과 연계 및 환승도 용이해 교통 인프라의 획기적인 혁신이 예상된다.
차량 자체에도 다양한 혁신이 반영되었다. 더 넓고 편안한 분위기를 조성하기 위해 좌석 폭은 기존 450mm에서 480mm로 확대되었으며, 의자 사이에는 좌석 분리형 구조물을 적용해 편의성과 독립성을 향상시켰다. 출입문 상단과 객실 의자 사이에는 승객들에게 다양한 시각정보를 제공하는 37인치 대형 디스플레이가 적용되었다.
또한 쾌적한 실내환경을 위해 공기정화시설을 갖추고, 개폐식이 아닌 단문형 플러그인 도어를 적용해 소음 저감과 기밀성능도 확보했다. 출입문 폭은 승객이 집중되는 출퇴근 시간대에 빠르고 쉽게 승하차가 이뤄질 수 있도록 일반 지하철보다 넓은 1.6m로 제작되었다.
이밖에도 GTX에는 AI 딥러닝 방식의 시설물 모니터링 시스템, 주요장치의 실시간 모니터링을 통한 상태 기반 유지보수 기술(CBM), 고압전원시스템의 모듈화 등 현대로템이 자랑하는 철도 신기술이 대거 적용되었다.
현대로템은 GTX-A 노선 전동차에 이어 향후 B, C, D, E, F 노선 전동차도 순차적으로 개발해 수도권 출퇴근 시간을 30분 이내로 단축하는 수도권 교통혁명에 기여한다는 계획이다.