2023년 10월 말, 교통 솔루션 공급업체인 Wabtec과 롯힐(호주의 철광석 채굴 회사)은 FLXdrive 기차의 데뷔를 축하하였는데, 이 기차는 Wabtec이 “주요 노선 서비스용 100% 배터리 전동 중량화 기차”로 지칭한 세계 최초의 모델 기차입니다.
이 데뷔는 배터리 기술과 밀도가 제한적이었던 시기에 시작되어 10년 이상의 연구개발 과정을 거쳐 이루어진 것입니다. Wabtec의 Freight Equipment 사장인 로제리오 멘돈사는 이 회사의 초기 프로젝트를 “과학적 실험의 일환”이었다고 설명하였습니다.
2021년에 BNSF와의 파트너십을 통해 개발된 파일럿 기차 형태인 FLXdrive 프로토타입이 실제 화물철도 서비스에서 13,000마일 이상 운행되었습니다. 멘돈사는 “그것은 다양한 측면에서 매우 성공적인 파일럿 프로젝트였습니다”라고 말했습니다. “그 기차에는 2.4MWh의 전력이 탑재되었으며, 실제로 우리는 이 기차가 실제 차량 크기의 배터리 전동 중량화 기차로 운행되는 것을 처음으로 본 시기였습니다… 그 시점에서 우리는 배터리 기술을 기반으로 한 더 큰 규모의 상업용 제품에 준비가 되었다는 사실을 깨달았습니다.”
Wabtec은 Roy Hill을 포함한 여러 고객과 협력하여 FLXdrive 중량화 기차의 공동 개발에 참여하였습니다. 이러한 파트너십은 배터리 기술의 급속한 발전과 함께 배터리의 포장 방식, 탑재 전력량, 안전 시스템 등과 같은 여러 측면에 영향을 미쳤습니다.
결과적으로, 시리즈 생산 모델은 프로토타입과는 다른 형태를 가지고 있습니다. 멘돈사는 이에 대해 “2021년에는 2.4MWh의 배터리 전동 중량화 기차를 보유하고 있었으며, Roy Hill에게 납품 중인 기차는 7MWh의 전력을 갖추고 있습니다. 따라서 실제 기차의 구조와 크기는 동일하지만 기술적 측면에서 훨씬 더 높은 전력 밀도 달성이 가능해진 것입니다.”라고 말했습니다.
FLXdrive 기차는 중량화와 확장 가능한 배터리 구조를 가지고 있으며, 중량화, 경전철, 지방선, 시외선, 하이브리드 및 특수 목적 기차를 포함한 여러 철도 차량과 환경에 통합될 수 있도록 설계되었습니다. 배터리 용량은 구성과 운용에 따라 최저 1.5MWh에서 최대 8.5MWh까지 다양합니다.
중량화 버전은 디젤-전기 기차의 원리를 기반으로 한다고 멘돈사는 말했지만, 디젤 엔진 대신 액체 냉각 리튬 이온 배터리 팩을 사용합니다. “전체 배터리 덱”은 필요한 전력을 공급하기 위해 72개의 배터리 팩으로 구성되어 있습니다. 이 기차는 호주의 광부산을 중심으로 하는 로이힐에서 사용할 목적으로 개발되었습니다.
멘돈사는 “이러한 많은 배터리들은 배터리 셀뿐만 아니라 안전 및 제어 시스템을 포함한 복잡한 시스템입니다”라며, 이는 전용 열 관리 시스템을 포함하고 있다고 말했습니다. “이렇게 많은 배터리들을 함께 사용할 때, 우리는 안전하고 신뢰성 있는 방식으로 사용해야 합니다. 이를 위해 시스템을 냉각하고 관리하여 전체 시스템이 안정적으로 운영되도록 합니다.”
FLXdrive 중량화 기차는 독립적으로 작동할 수 있지만, 기존의 디젤-전기 기차 중 하나를 대체하는 하이브리드 구성에서 운용될 수 있도록 개발되었습니다. Wabtec의 에너지 관리 시스템은 해당 구성 내에서 에너지를 최적화하기 위해 사용됩니다. 멘돈사는 “연료 최적화뿐만 아니라 배출량을 고려한 전체 구성 내에서 에너지 분배를 관리하는 기술이 가장 흥미로운 부분 중 하나라고 말할 수 있습니다.”라고 설명했습니다.
FLXdrive 기차는 정지 충전과 이동식 팬토그래프트를 이용한 DC 초고속 충전이 가능하며, 이후 이동식 충전 기능도 추가될 예정입니다. 중량화된 FLXdrive는 ‘임무 중’ 재생 에너지 회생 브레이크 충전 기능도 갖추고 있습니다.
멘돈사는 “이 기능은 배출량과 연료 절약에 가장 관련성이 높으며, 전체 운영을 단순화합니다”라며, 정적인 충전이 거의 필요 없도록 하며 브레이크 시스템만으로 여러 번의 재충전이 가능하다고 말했습니다. “지형에 따라 이러한 기차가 루트를 따라 여러 번 충전해야 하는 경우가 많습니다. 따라서 하이브리드 구성에서는 외부에서 배터리를 충전할 필요가 없을 수 있습니다.”
또한, 배터리 시스템에는 FLX Optimizer라는 “스마트 크루즈 컨트롤 시스템”이 포함되어 있습니다. 이 시스템은 Wabtec의 디젤 기차용 Trip Optimizer를 기반으로 한 전기 기차용 시스템입니다. 멘돈사는 “이 시스템은 기차의 운행을 관리하고 제동점, 가속점을 결정하며 최적의 운행을 달성하는 데 도움을 줍니다”라고 설명했습니다. “A지점에서 B지점까지 기차를 가장 효율적으로 이동하는 방법은 무엇인가요? 이 시스템은 속도, 정지점, 고도에 기반하여 가속과 제동을 최적화하는 데 도움이 됩니다.
멘돈사는 “FLXdrive는 이러한 시스템에 큰 도움을 받습니다. 충전과 방전의 최적화를 돕는데 도움이 되며, 배터리의 수명을 유지하기 위해 최적의 운영 상태를 유지하는 데 도움이 됩니다.”라고 말했습니다.
이러한 기술들은 FLXdrive 기차의 성능과 비용, 배출량을 개선하는 데 중요한 역할을 할 것입니다.
기사를 기반으로한 주요 주제 및 정보에 대한 FAQ 섹션:
Q1: FLXdrive 기차는 어떤 특징을 갖고 있나요?
A1: FLXdrive 기차는 Wabtec에서 개발한 “주요 노선 서비스용 100% 배터리 전동 중량화 기차”로, 배터리를 사용하여 작동하는 기차입니다. 이 기차는 중량화와 확장 가능한 배터리 구조를 가지고 있어 다양한 철도 환경에서 사용될 수 있습니다.
Q2: FLXdrive 기차의 배터리 용량은 어떻게 다양한가요?
A2: FLXdrive 기차의 배터리 용량은 구성과 운용에 따라 최저 1.5MWh에서 최대 8.5MWh까지 다양합니다.
Q3: FLXdrive 기차의 성공적인 파일럿 프로젝트는 무엇인가요?
A3: 2021년에 BNSF와의 파트너십을 통해 개발된 FLXdrive 프로토타입은 실제 화물철도 서비스에서 13,000마일 이상 운행되었습니다. 이 프로젝트는 매우 성공적으로 진행되었습니다.
Q4: FLXdrive 기차는 어떻게 충전되나요?
A4: FLXdrive 기차는 정지 충전과 이동식 팬토그래프트를 이용한 DC 초고속 충전이 가능합니다. 이후 이동식 충전 기능도 추가될 예정입니다.
Q5: FLXdrive 기차는 어떤 시스템을 갖추고 있나요?
A5: FLXdrive 기차에는 FLX Optimizer라는 “스마트 크루즈 컨트롤 시스템”이 포함되어 있습니다. 이 시스템은 기차의 운행을 관리하고 최적의 운행을 달성하는 데 도움을 줍니다.
Q6: FLXdrive 기차의 파트너와 협력한 결과는 무엇인가요?
A6: Wabtec은 Roy Hill을 포함한 여러 고객과 협력하여 FLXdrive 중량화 기차의 공동 개발에 참여하였습니다. 이러한 협력은 배터리 기술의 발전과 여러 측면에 영향을 미쳤습니다.
Q7: FLXdrive 기차는 어떤 기술을 사용하나요?
A7: FLXdrive 기차는 디젤-전기 기차의 원리를 기반으로 하지만, 디젤 엔진 대신 액체 냉각 리튬 이온 배터리 팩을 사용합니다.
중요 용어 및 종용어 정의:
– Wabtec: 교통 솔루션 공급업체인 Wabtec은 FLXdrive 등의 기차를 제공합니다.
– FLXdrive: Wabtec에서 개발한 “주요 노선 서비스용 100% 배터리 전동 중량화 기차”입니다.
– 배터리 전동 중량화 기차: 배터리를 사용하여 작동하는 중량화 기차로, 경전철, 지방선, 시외선 등에 사용할 수 있습니다.
– 배터리 용량: FLXdrive 기차의 배터리에 저장된 전력량을 의미합니다.
– 프로토타입: 개발 초기 단계에서 제작된 시제품이나 실험용 모델을 의미합니다.
– 파일럿 프로젝트: 새로운 아이디어나 제품을 시험해보기 위해 작은 규모의 프로젝트를 수행하는 것을 의미합니다.
– 디젤-전기 기차: 디젤과 전기를 혼합하여 작동하는 기차입니다.
– DC 초고속 충전: 직류 전기를 사용하여 기차를 충전하는 방식입니다.
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