소음.배기가스 없는 온라인 전기차 온다

SF를 현실로 만드는 KAIST

달리면서 충전하는 전기차‥자동 운전도 얼마든지
"항만은 육지에 있어야 한다는 건 편견"‥모바일하버

#1. 2009년 11월 서울대공원. 매연과 악취를 뿜어내던 코끼리열차가 없어지고 소음과 배기가스가 없는 새 차가 등장했다.

내연 엔진이 없는 친환경 전기자동차다. 겉모습은 일반 전기차와 다르지 않지만 배터리가 25% 크기로 줄고 도로에서 전기를 공급받는 집전(集電) 장치가 달려 있다.

2010년 이 차량의 운행 범위는 제주 중문관광단지와 대전 대덕연구개발특구, 서울 공항로로 늘었다.

#2. 2012년 5월 여수세계박람회장. 대회장 앞 바다에 수백톤급 골리앗 크레인 5∼6대를 얹고 다니는 특이한 물체가 떠있다.

배 같기도 하면서 배가 아니다. 이 물건(?)들은 연안 앞바다에 정박한 1만3000TEU(1TEU는 20피트 컨테이너 1개)급 초대형 컨테이너 운반선에 달라붙어 컨테이너들을 옮겨 싣거나 항구로 나른다.

2014년엔 푸에르토리코 폰세항에도 등장해 파나마운하를 통해 들어오는 대형콘테이너선에서 짐을 실어 날랐다.

KAIST가 공 들여 개발하고 있는 ‘온라인전기차’(OLEV)와 ‘모바일하버’가 상용화 됐을 때 모습을 그려본 얘기다.

KAIST는 13∼14일 이틀에 걸쳐 언론와 관심 있는 시민들을 대상으로 대전 KAIST 문지캠퍼스에서 ‘오픈하우스’를 열고 교내에서 테스트하고 있는 온라인전기차와 모바일하버 축소모형을 공개했다.

대전 KAIST 문지동 캠퍼스에 설치된 온라인전기차 테스트베드. 도로에 있는 붉은 실선아래 차량에 공급하는 전기선로가 매설돼 있다.

◆‘달리면서 충전하는’ 신개념 전기차=온라인전기차는 일반 도로에 매설된 전력전환장치(인버터)를 통해 주행 중 무선으로 전력을 공급받으며 달리는 차다. 때문에 별도의 충전소나 큰 용량의 배터리가 필요 없다.

이런 방식의 전기자동차는 미국의 버클리 대학이나 뉴질랜드 오클랜드 대학, 캐나다 봄바디어사 등이 연구개발하고 있지만 현재 가장 높은 효율을 보이는 건 KAIST 기술이다.

KAIST는 지난 2월 세계 최초로 급전(給電)장치와 집전(集電) 장치간 1cm에서 80%의 전력전달 효율이 가능하다는 것을 입증했다. 지금은 공극간격 12cm 이상에서 최대 60% 이상의 효율을 내고 있다.

이 시스템은 무선 전력 공급 뿐 아니라 모바일 통신을 통해 도로의 각종 상황정보를 받거나 차량상태, 전력 사용량 등을 중앙관제센터에 전달할 수도 있다. 중앙관제센터에선 이 정보를 통해 원격으로 차량과 설비를 관리한다.

자동차가 운전자의 조작 없이도 정해진 차선을 따라 이동하고 원하는 곳에 설 수 있는 SF영화 장면이 현실이 되는 것이다.

조동호 KAIST 온라인전기차 사업단장은 “개발 과정에서 IT·자동차·도로 기술 등의 발전을 통해 연간 2000조원에 달하는 미래자동차 세계시장을 이끌어 나갈 수 있을 것으로 기대하고 있다”고 말했다.

그러나 온라인전기차를 상용화하기 위해선 인프라 구축을 위해 막대한 돈이 들어간다는 점과 내연기관 중심의 양산차 업체들이 온라인전기차 시장에 뛰어들지가 미지수다. KAIST가 넘어야 할 또 다른 벽이 있는 것이다.

◆‘항만과 단거리 해운, 임시야적’을 한번에=모바일 하버는 한마디로 바다의 정박해 있는 배의 짐을 실어 나르는 움직이는 항구다. 그러나 아직 세상에 존재하지 않는다.

KAIST가 개발하고 있는 크게인과 선박 일체형 모바일하버의 축소모형.

50~60명의 KAIST 교수진과 연구진들이 3년 뒤 모바일하버를 여수 앞 바다에 띄우기 위해 참여하고 있다. 조선해양 산업계에서도 관심이 크다. STX조선해양, 포스코 등 국내 대기업들도 적극적인 개발협상을 벌이고 있다.

모바일하버가 주목을 끄는 데는 우선 컨테이너 선박이 대형화되고 있는 이유를 꼽을 수 있다.

2015년 완공 예정인 파나마 운하의 증설 등 앞으로 1만 3000TEU(1TEU는 20피트 짜리 컨테이너 1개)급 초대형 컨테이너운반선이 해운 시장의 주축을 이룰 것으로 보이지만 이 같은 초대형 화물선이 접안 할 수 있는 부두가 한정돼 있어서다.

또 항만정체가 심하거나 수심과 하역시설이 불충분한 항구에서도 항만시설 인프라를 대체하거나 보조적인 기능을 할 수 있는 시설이 필요한 점도 모바일하버를 구상하게 된 배경이다.

모바일하버는 파도가 심한 바다위에서 안정적으로 컨테이너를 하역하거나 선적해야 하는 만큼 평형을 유지하는 기술이 중요하다. 서남표 KAIST 총장이 모바일하버를 위해 개발된 평형유지장치를 체험하고 있다.

그러나 기술적 어려움이 적지 않다. 파도가 치고 바람이 부는 상황에서 컨테이너선과 모바일 하버, 두 구조물이 함께 움직여야 하기 때문에 복합적인 기술개발이 필요하다. 안전하역 장비를 비롯해 환경 안정화 장비, 서포팅 장비 등이 필수적으로 개발돼야 한다.

곽병만 KAIST 모바일하버 사업단장은 “모바일 하버는 해운물류와 토목, 조선 세 분야가 만나는 세계 항구 산업의 새로운 전환점이 될 것”이라고 기대했다.
노형일 기자 gogonhi@asiae.co.kr

 

대전시-KAIST 12일 MOU … 첨단과학도시 명물 될 듯

도로에 묻힌 전선에서 무선으로 전기를 공급받아 별도의 충전이나 배터리 교환 없이 달릴 수 있는 ‘온라인전기차(OLEV)’가 내년쯤 대전의 도로위에 등장할 전망이다.

박성효 대전시장은 12일 대전시청 중회의실에서 서남표 KAIST총장과 OLEV 시범사업을 위한 업무협약(MOU)을 맺고 대전의 일반도로에 OLEV 전용 인프라를 구축키로 했다.

OLEV는 도로에 설치된 급전(給電) 장치를 통해 주행이나 정차 중 전기를 공급받을 수 있는 차량이다. 배터리 의존도는 보통 전기자동차의 5분의 1수준이고 감전·누전·침수에도 안전하다. 배기가스가 없으며 소음이 적은 전기차의 장점도 그대로다.

대전시는 온라인 전기버스가 도입될 경우 현재 운행 중인 CNG(천연가스) 버스보다 75% 이상 연비가 좋아져 차량당 연료비를 연간 2200만원이나 아낄 수 있을 것으로 보고 있다.

KAIST는 지난 7월 자체개발한 급전장치를 일반버스에 장착, 전기 라인이 설치된 지면 위 12㎝ 높이에서 급속 집전효율을 최대 70%까지 높이는데 성공한 상태다.

한편 서울시도 KAIST와 협약을 맺고 오는 10월까지 과천 서울대공원 코끼리열차 운행구간(2.2㎞)에 온라인 충전인프라를 구축해 OLEV를 시범운행한 뒤 결과를 평가해 서울시내 버스전용차선에 OLEV를 도입할 계획이다.
노형일 기자 gogonhi@asiae.co.kr

 

배터리 없이 전기버스 국내 첫 선

13일 오전 10시 대전시 유성구 문지동 KAIST 문지캠퍼스 본관 앞. 흰색 바탕에 녹색으로 빌딩 모양을 그려넣은 버스가 들어서자 기다리던 취재진 30여명 중 일부가 탄성을 질렀다. 말로만 듣던 '온라인 전기버스(OLEV)'를 이날 공개시연회에서 처음 보는 순간이었기 때문. '전기차라면 축전지(배터리)를 싣고 달려야 할 테니 차체가 좀 크려나'라고 생각하는 이들이 많았지만 겉모습은 실제 시내버스와 다를 바 없었다. 이는 대용량 배터리가 달려 있지 않기 때문이었다. 취재진을 실은 온라인 전기버스는 KAIST 문지캠퍼스 본관을 떠나 부속동 건물까지 갔다가 다시 본관 앞으로 돌아오기까지 왕복 1㎞ 구간을 시속 10㎞의 속도로 달렸다. 전력장치의 열을 식히려고 돌아가는 팬(선풍기)의 소리가 들릴 뿐 시내버스 안이라면 으레 들리기 마련인 엔진 소음은 거의 들리지 않았다. 연구진의 설명에 따르면 전기자동차의 최고 속도는 시속 104㎞ 정도. 일반 시내버스의 평균 속도가 80㎞ 정도라는 점을 고려할 때 속도 면에서도 일반 버스에 뒤질 게 없다고 한다. 그럼 이 버스는 엔진도, 축전지도 없이 어디서 에너지를 얻어 달릴 수 있는 걸까. 온라인 전기자동차 사업단장 조동호 교수는 취재진의 질문에 "기존의 전기자동차는 배터리로만 움직이기 때문에 무게도 많이 나가고, 또 충전에 걸리는 시간이 길어 상용화되기 어려웠다"면서 "온라인 전기차는 도로 밑 충전 인프라를 통해 전기에너지를 전달받아 사용하기 때문에 배터리를 미리 충전할 필요가 없다"고 설명했다. 도로 밑에 전선을 묻어놓은 뒤 전류를 흘리면 여기서 만들어진 자기장이 온라인 전기차로 무선 송신되고, 온라인 전기차는 다시 이 자기장을 전기에너지로 바꿔 사용하는 원리라는 것이다. 전선을 묻어도 외관상으로는 일반 도로와 다를 게 없다고 한다. 조 교수는 "온라인 전기차는 도로 밑 충전 인프라에서 자동차 하부 집전장치로 에너지가 전달될 때 전기가 아닌 자기 형태로 전달되기 때문에 감전될 우려가 없다"면서 "게다가 모노레일처럼 레일 위에서 운행되는 것이 아니므로 탈선할 위험도 없다"고 말했다. 이 충전 인프라의 용량만 충분히 확보하면 전기버스를 무한대로 운행할 수 있다는 것. 일반 차량도 집전장치만 달면 같은 도로 위에서 전기에너지로 달릴 수 있다는 게 조 교수의 설명이다. KAIST는 최근 서울시, 대전시와 '온라인 전기버스 시범사업을 위한 업무협약(MOU)'를 체결하고 본격 개발에 착수했다. 서울시는 11월부터 경기도 과천시 서울대공원의 코끼리열차 운행구간(2.2㎞)에서 온라인 전기버스 1대를 시범운행할 계획이고, 대전시도 온라인 전기버스가 상용화되면 기존 시내버스 대신 운행할 수 있는 시범사업 구간을 선정할 방침이어서 조만간 일반 시민에게 선을 보일 것으로 예상된다. 조 교수는 "온라인 전기자동차 사업을 앞으로 30년 기준으로 평가한 결과 비용대비 편익이 5.79배로 예측됐으며 국가 차원의 순이익은 79조4천억원으로 파악돼 경제적 효과가 매우 클 것으로 기대된다"면서 "또 이산화탄소 등 온실가스 배출을 획기적으로 줄임으로써 국제적 온실가스 감축 노력에도 크게 기여할 수 있다"고 강조했다.   온라인전기자동차 시연 (대전=연합뉴스) 양영석 기자 = 13일 오전 대전 KAIST 문지캠퍼스에 무선으로 자동 충전이 가능한 온라인전기자동차 시연회에서 열렸다. 온라인전기자동차가 도로에 묻힌 전선에 전류를 흘려주는 장치 옆을 지나고 있다. 온라인전기자동차는 도로 밑에 묻어놓은 전선에 전류를 흘린 뒤 여기서 만들어진 자기장이 온라인 전기차로 무선 송신되고, 온라인 전기차는 다시 이 자기장을 전기에너지로 바꿔 사용하게 된다.