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철도연, '하이퍼튜브' 냉동기 없이 운행 ‘초전도 전자석’ 성공

'하이퍼튜브' 서울-부산 20분 걸려, 철도연 '초전도 전자석' 4시간 지속
고체질소가 냉각시스템 대신해 전자석 초전도상태 유지
초전도 전자석 운전 필요 전력 90% 이상 절감, 냉동기 없애 차량 경량화

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조장훈
기사입력 2019-06-04

한국철도기술연구원(이하 철도연, 원장 나희승)은 냉동기 없이도 장시간 자기장을 유지할 수 있는 초전도 전자석 시작품을 세계 최초로 개발하여 시운전에 성공했다.

 

 

이번에 개발한 초전도 전자석은 최고시속 1,200km로 달릴 하이퍼튜브 차량의 엔진에 해당하는 부품으로 자기부상철도의 초고속 주행에 필요한 자기장을 만드는 핵심 장치이다. 

 

하이퍼튜브는 최고속도 시속 1,200km를 목표로 철도연이 개발 중인 초고속 열차로, 서울에서 부산까지 20분 만에 주행할 수 있다.

 

초전도 전자석은 작은 전력으로 강한 힘을 내기 때문에 저소비전력이나 초고속 활동이 필요한 발전기, 슈퍼컴퓨터, 초고속 자기부상열차 등에 활용되고 있다. 전자석의 초전도 성능은 영하 270도 내외의 매우 낮은 온도에서 나타나기 때문에, 초전도 전자석에 냉각시스템을 설치하여 운영해야 한다.

 

▲  (왼쪽)냉동기 없이 운전할 수 있는 철도연의 초전도 전자석 시작품, (오른쪽)초전도 전자석 시작품 설치 및 시험 

 

철도연이 개발한 초전도 전자석은 영하 210도 이하의 고체상태 질소가 갖는 열용량을 이용하여 냉동기 없이도 장시간 냉각을 유지하는 것이 특징이다. 고체질소가 냉각시스템을 대신하여 전자석의 초전도상태를 유지하는 일종의 냉각 배터리와 같은 역할을 한다.

 

연구개발 중인 하이퍼튜브에 냉동기 없는 전자석이 적용됨으로써 초전도 전자석을 운전하기 위해 차량에서 필요한 전력을 90% 이상 줄일 수 있고, 냉동기를 없앤 만큼 차량을 경량화할 수 있다.

 

현재 초전도 방식의 세계 최고속도는 일본에서 개발 중인 자기부상열차로 시속 603km를 기록하고 있다. 일본에서는 초전도체를 영하 269도의 온도로 유지하는 액체 헬륨 냉각시스템을 차량에 상시 탑재하고 있다.

 

이번에 철도연이 개발한 초전도 전자석 시작품은 냉동기 없이 4시간 운전 가능하며, 향후 6시간 이상 운전할 수 있도록 성능을 개선할 예정이다. 또한, 초전도 전자석을 이용한 하이퍼튜브의 자기부상 및 추진 기술 연구개발을 위한 단거리 테스트베드를 구축할 계획이다.
 
철도연은 과학기술정보통신부 빅사업으로 지난 2016년부터 하이퍼튜브 핵심 기술을 개발하고 있으며, 창원대학교가 위탁연구기관으로 참여하고 있다.
  
철도연 이관섭 신교통혁신연구소장은 “서울~부산 간 하이퍼튜브 운행시간이 20분 정도이기 때문에 냉동기 없이 차량에 장착된 초전도 전자석만으로 초고속 주행이 가능하며, 초전도 전자석은 6시간마다 급속 재냉각하거나 교체하는 방식으로 운영할 수 있다”고 밝혔다.​
 
철도연 나희승 원장은 “미국, 중국, 일본 등 전 세계적으로 미래 초고속 철도 개발 경쟁이 가속화되고, 초연결과 네트워크 구축에 관심이 뜨겁다”며, “차별화된 원천기술 개발과 기술 혁신으로 하이퍼튜브의 경쟁력을 확보하고, 미래 초고속 교통 시장을 선도하여 새로운 네트워크를 구축하겠다”고 전했다.

 

[나눔일보 = 조장훈 대표기자]

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