제동을 동력으로 바꾸는 기술, 회생제동

 

▲전동차의 브레이크 장치

'브레이크를 밟는다는 것, 자동차에게는 일시정지, 하이브리드에게는 충전'

 

‘회생 기술 제동’을 들어본 적이 있나요? 작년 모 자동차 회사 TV CF에서 ‘브레이크를 밟는 순간 충전이 되는’ 놀라운 회생 기술 제동에 관해 설명했는데요. 이처럼 자동차 업계는 친환경 기술을 이용해 에너지 효율을 높이기 위해 다방면으로 노력하고 있는데요. 현재도 꾸준히 내연기관의 효율을 올리거나, 하이브리드 동력 장치의 장점을 살리고 각 기관의 단점을 상쇄시키는 등 고효율을 위한 연구가 진행되고 있습니다.

 

▲전동차의 브레이크 장치와 회생제동장치

 

회생 기술 장치는 자동차나 전동차(기차)가 달리고 있다가 브레이크를 걸면 브레이크의 마찰을 이용해 운동에너지가 열에너지로 전환되면서 제동하게 됩니다. 이때 가지고 있는 모든 에너지가 열에너지로 변환되는 것이지요. 하지만 마찰로 인해 브레이크가 마모되는 현상도 동시에 일어나, 에너지 효율이 상당히 많이 떨어지는 단점이 있습니다.

 

이러한 부분을 보안하기 위해 1960년대 미국의 AMC(American Motors Corporation) 사가 회생제동 기술을 고안 및 설계하였고, 지금까지 지속적으로 이 기술을 발전시키고 있습니다. AMC 사의 회생 기술은 전기적으로 움직이는 장치에 적용 가능하며, 전력을 넣으면 모터가 돌아가는 과정을 통해 전기를 얻는 기술입니다. 회생제동 기술을 이용하면 평균적으로 15% 정도의 에너지 효율을 높일 수 있습니다.

 

전기로 헌혈한다?! 전철의 회생제동기술

 

▲회생제동 기술로 운행하는 지하철

지하철을 자세히 보면 위에 전력선으로 전기를 공급받고 그 전기로 움직이는 모습을 볼 수 있습니다. 우리나라에서는 지하철뿐만 아니라, KTX도 전기의 힘으로 운행하고 있는데요. 이렇게 전기를 주 동력으로 회생제동 기술을 이용할 수 있습니다. 특히 전동차는 상부에 위치한 전력선에서 전기를 공급받아 운전하는데, 전동차가 제동하는 동안에는 회생제동으로 발전된 전류를 전차선에 역 공급해 다른 운전 중인 전동차에 전달하게 됩니다.

실제 이렇게 얻어지는 에너지의 양은 막대한데요. 서울 지하철 7호선의 온수~부천 구간의 상동역 변전소에는 1350Kw 급 에너지 저장/이용 장치를 설치해, 월평균 5만 1525Kwh의 회생 전력을 사용하고 있습니다. (13년 4월 16일 기준) 이는 일반 가정 171가구가 한 달 동안 사용하는 에너지 양으로 금액으로 환산하면 600만 원 정도 됩니다. 한편 대전도시철도공사는 회생제동 에너지 저장 장치를 비롯해 다양한 에너지 관리 기술로 온실가스를 3,784톤 정도 줄였습니다. 이는 기준년도(2007년도 13,658톤) 대비 27% 정도로 온실가스 사용량을 감축했습니다.

 

스스로 충전하고 달리는 전기자동차의 회생제동 기술

 

▲JAC J3 iEV electric car

 

최근 들어 전동차뿐만 아니라, 전기-내연기관 하이브리드 자동차나 전기자동차 역시 회생제동 기술을 이용해 에너지 효율을 높이고 있습니다. 이런 자동차들은 내부에 모터가 있기 때문에 제동할 때 모터에서 역으로 전기를 발전시켜, 배터리에 충전하고 다시 동력원으로 쓰고 있습니다. 따라서 소비자 입장에서는 연료 비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 브레이크 소모품 비용을 줄일 수 있습니다.

실제 국내의 자동차 회사인 H사와 K사의 하이브리드 및 전기 자동차에 회생제동 기술을 탑재하고 있고, R사와 G사 역시 전기 자동차에 회생제동 기술을 탑재해 동력 효율을 높이고 있습니다. 앞으로 전기차의 보급률이 높아질 것으로 전망되며, 우리가 회생제동 기술을 가까이에서 볼 수 있는 기회도 늘어날 것입니다.

 

 

앞으로 발전 가능성이 높은 회생제동 기술

 

 

▲Lexus LS hybrid cutaway

 

최근에 프랑스의 완성차 P 회사는 전기적 회생제동 기술을 넘어서 공기 하이브리드 기술을 선보였습니다. 이 장치는 전기 회생 기술과 달리, 브레이크 제동 시 압축 공기를 충전하고 주행 시에 압축 공기를 이용하는 장치로 구성되어 있습니다. 아직 초기 기술이긴 하지만 전기 모터 기반의 회생 기술에서 발달한 형태라고 볼 수 있습니다.

앞으로 회생제동 기술은 발전 가능성이 높습니다. 제동하는 힘을 이용해 에너지를 생산한다는 역발상적인 생각이 고효율 세상에서 빛을 발하고 있습니다. 점점 에너지 경쟁이 치열해지는 만큼 회생제동 기술도 발전할 것이라고 생각됩니다.