전기길

Electric road

전기 도로, 에로아드 또는 전기 도로 시스템(ERS)은 그 위를 주행하는 차량에 전력을 공급하는 도로다. 일반적인 구현은 도로 위의 오버헤드 전원선과 전도성 레일 또는 유도 코일을 통한 지상 수준의 전원 공급이다. 오버헤드 송전선은 상용차량에 한정되며 지상전력은 어느 차량이나 사용할 수 있어 전력계량 및 과금 시스템을 통해 공공 충전이 가능하다. 3개 시스템 중 지상 수준의 전도성 레일이 가장 비용 효율적인 것으로 추정된다.[1]: 10–11 한국은 2009년 시범 셔틀 서비스를 실시한 후 2013년 상용버스 노선이 있는 공공 전기도로를 최초로 시행했다.[2]: 11–18 스웨덴은 2013년부터 각종 전기도로 기술에 대한 평가를 실시하고 있으며 2022년부터 국가 전기도로 시스템 구축을 시작해 2033년까지 계획을 마칠 것으로 예상하고 있다.[3]: 5

기술

TRL(이전의 운송 연구실)은 차량이 움직이는 동안 동적 충전 또는 충전을 위한 세 가지 동력 전달 유형, 즉 오버헤드 전원 라인과 레일 또는 유도를 통한 지상 전력의 목록을 작성한다. TRL은 오버헤드 파워를 최고 수준의 전력을 제공하는 기술적으로 가장 성숙한 솔루션으로 나열하지만, 이 기술은 비상업적 차량에는 적합하지 않다. 지상 전력은 모든 차량에 적합하며, 철도는 동력 전달이 높고 쉽게 접근하고 검사할 수 있는 요소를 갖춘 성숙한 솔루션이다. 유도 충전은 최소한의 전력을 공급하며 대안보다 더 많은 도로변 장비가 필요하다.[2]: Appendix D

비즈니스 모델

스웨덴 교통국은 국가 전기 도로망이 전기 공급 업체, 전력 그리드 회사, 차량 제조 업체, 도로 소유자, 전기 도로 기술 사업자, 계량 및 과금 제공 업체, 전기 도로 사용자 등 여러 업체 간의 인터페이스를 필요로 할 것으로 예상한다. 소유 모델은 다양할 수 있다: 전력망 회사는 전기 도로 기반시설을 구동하는 2차 도로변전소를 소유하거나 다른 사용자가 소유할 수 있으며, 전력판독 및 결제 시스템은 기반구조 운영자와 분리된 플레이어가 소유할 수 있다.[3]: 10–11

역사

19세기와 20세기

2015년 프랑스 리모게스의 오버헤드 송전선을 이용한 Irisbus Christalis 트롤리 버스
2006년 루스타잉 트램스톱 부근의 지상 철도 전력 공급을 이용한 보르도 트램
지상 무선 다이내믹 충전을 이용한 OLEV 버스, 2016

오버헤드 송전선은 베를린에서 베르너 폰 지멘스의 트롤리 버스와 함께 적어도 1882년부터 도로 교통에 이용되어 왔다. 2018년에는 300대 이상의 트롤리 버스 시스템이 운행되었다. 트롤리 버스로의 전원은 일반적으로 차량 상단에 위치한 한 쌍의 트롤리 폴을 사용하여 공급되며 오버헤드 전원 라인으로 확장된다. 고속도로 차량에 대한 구현은 2000년대 후반과 2010년대에[4]: 15 개발되었지만 승용차와 같은 비상업적 차량에는 적합하지 않다.[2]: Appendix D

전기화 레일 형태의 지상 전력 공급은 구현 시 오버헤드 전력선과 유사하다. 오버헤드 전원 라인으로 연장되는 암이나 폴 대신, 기계식 암은 차량 바닥에서 뻗어 도로에 내장된 레일과 정렬한다. 그런 다음 레일에 전원이 공급되고, 전력은 암을 통해 차량으로 전달된다.[4]: 16 지상 전원 공급 장치는 오버헤드 와이어보다[4]: 20 미적으로 선호되며 모든 유형의 차량에 적합하다.[2]: 24

차량용 무선 지상 전력 공급의 개념은 1894년에 처음 특허를 얻었다. 셔틀버스의 정전기 충전 시스템은 1996년 뉴질랜드에서 시연되었다.[4]: 13 이후 버스정류장에서의 정적 충전부터 주행 중 동적 충전까지 개발된 컨덕틱스-ampfler와 봄바디어 프리모브에 의해 유사한 시스템이 구현되었다.[2]: Appendix B

21세기

전자도로 시스템의 개발은 1990년대 후반부터 2010년대까지 크게 성장했다.[2]: 12–22 2010년대에는 여러 기업이 전기도로 시스템을 개발, 시행하고 있다.[2]: Appendix B

한국

주요 기사: 온라인 전기 자동차

한국과학기술원(KAIST)은 2009년 도로에 내장된 유도 코일을 통해 무선 다이내믹 충전이 가능한 셔틀 서비스를 시작했다. 2013년 OLEV는 구미시에 버스 노선을 개설했다.[2]: 16 2015년 세종에서 또 다른 버스 노선이 개통됐고, 2016년 구미에서는 두 개의 버스 노선이 추가됐다.[5]: 4

스웨덴

스웨덴 교통국은 2013년 6월에 전기 도로 프로젝트를 시작했다. 이 프로젝트에는 스웨덴의 전기도로 플랫폼에 대한 의사결정 데이터를 생성하고 2030년까지 화석연료 무료 교통 인프라 구축을 개시하기 위한 전기화 도로 개발을 위한 사전 상업적 조달이 포함되었다.[6] 스웨덴 교통청은 2022년까지 사업 평가 단계를 마치고 국지도망 구축에 들어갈 것으로 기대하고 있다.[3]: 5

평가 단계

TRL이 스웨덴 교통청과 연계해 작성한 보고서에는 이용 가능한 전기도로시스템이 나열되어 있으며, 이 중 KAIST OLEV, Siemens eHighway, Elways, Elonroad, Bambambadier PrimOVE, Electreon은 2018년 이미 완전한 시스템을 보유하고 있는 것으로 확인되었다.[2]: 13–15 이 프로젝트는 오버헤드 전력선과 지상 수준의 전도성 레일 및 유도 코일을 갖춘 전기 도로를 후원했다.

지멘스

오버헤드 전력선은 Siemens eHighway 기술을 사용하여 프로젝트를 통해 처음 테스트되었다. 이 도로는 2016년 6월 스웨덴 중부 게블레 인근 샌드비켄 시에서 개통됐다. E16 고속도로의 2킬로미터 연장에는 750볼트의 DC로 전력을 공급하는 노면 5.4미터 위에 트롤리 전선이 설치되었다. 트롤리트럭은 와이어 아래에서 주행하는 동안 기계식 암 또는 트롤리 폴에 장착된 파워 픽업을 연결할 수 있다. 트롤리 폴은 어느 정도 횡방향 이동을 허용하지만, 화물차가 외부 차선으로 조향되면 트롤리 폴이 자동으로 낮아지고 화물차가 배터리나 디젤 동력으로 전환된다.[7] 이 시스템은 500kW의 전력을 공급할 수 있으며 20년의 유지보수 기간을 가진다.[2]: 140–144

엘웨이즈

2019년 알란다 공항 인근 엘웨이즈 지상 전력공급이 있는 공공도로를 달리는 전기트럭.

지상 수준의 전도성 레일, 즉 차량 아래의 전도성 픽업을 통해 차량에 에너지를 전달하는 도로의 전기 레일을 2017년부터 2019년까지 Elways사의 기술과 재구축된 18t DAF 트럭을 이용해 시험했다. 스톡홀름 알란다 공항 화물터미널과 12km 떨어진 로저스버그 물류지역 사이에 있는 893번 도로의 한 방향으로 2km가 연장된 이로드알란다 프로젝트의 일환으로 내장형 전도체 레일이 설치되었다. 이 프로젝트에는 주요 국제 기업, 지방 중소기업, 국가 정부 기관, 지방 정부, 지방 재산 소유주, 학술 파트너 등이 참여했다.[8] 호환되는 차량이 접근했을 때 레일의 짧은 섹션에 전원이 공급되고 차량이 지나갈 때 분리되었다. 이 시스템은 차량 소유자에게 청구될 수 있도록 소비되는 에너지를 측정했다.[2]: 146–149 버스와 트럭을 도로에서 테스트했지만,[9] 이 시스템은 전기 자동차에도 적합할 수 있었다. 도로에 염수가 넘쳐도 레일이 안전하게 닿을 수 있도록 안전성 검사를 실시했다.[10] 이 시스템은 200kW의 전력을 공급할 수 있었고 예상 정비 기간은 20년이었다.[2]: 146–149

엘론로드

지상급 전도성 레일은 룬드에 위치한 스웨덴 스타트업 엘론로드의 기술을 이용해 2020년부터 테스트를 시작할 예정이다. EVolutionRoad 프로젝트는 2019~2022년 운영되는 3개년 시험·시범 프로젝트다.[11] 제1연장도로는[12] 2020년 6월 개통됐으며 도시환경에 배치된 최초의 전기도로 시스템이다. 차량 아래의 전도성 픽업은 미닫이 접점을 통해 레일에 연결되며, 레일은 차량이 커버할 때 한 번에 1m만 활성화돼 도시 환경에서도 안전하다. 이 시스템은 소비되는 에너지를 측정하여 차량 소유자에게 청구될 수 있도록 한다. 이 시스템은 주행 중 97% 효율로 최대 300kW까지 공급할 수 있다.[13]

일렉트레온

지상 수준의 유도 코일은 이스라엘 스타트업인 엘렉트레온의 기술을 이용해 2020년부터 테스트를 시작할 예정이다.[14] 이 시스템은 eRoadArlanda 프로젝트와 유사하며, 차량이 주행할 때 동력을 공급하고 통과하면 연결을 끊는 구리 코일로 만든 짧은 구간으로 소비되는 에너지에 대한 전력 계량 및 청구 시스템을 사용할 수 있다. 이 시스템은 50kW의 전력을 공급할 수 있으며 유지 관리 기간은 5년이다.[2]: 171–172

비용

스웨덴 전기이동성 센터의 2019년 보고서는 세 가지 시스템 각각에 따라 스웨덴 전체 자동차 비행대의 연간 사회적 비용을 추정한다. 오버헤드 송전선은 기술이 가장 성숙하고 인프라가 가장 저렴함에도 불구하고, 주행 중에는 트럭이나 버스 등 높은 상용차만 충전을 허용하는 반면, 비상용 차량은 주행 중 전선을 사용하여 충전을 할 수 없기 때문에 전체적으로 가장 비싸다.는 동적 충전을 사용하는 데 필요한 배터리보다 더 큰 용량의 배터리를 필요로 한다. 지상급 전원 공급장치는 모든 차량에 동적 충전이 가능해 사용 중 배터리가 충전되기 때문에 필요한 배터리 용량과 크기가 크게 줄어든다. 배터리 크기와 용량이 줄면 스웨덴 전체 자동차 생산 대수가 연간 약 50억 유로를 절감할 수 있다. 두 가지 유형의 지상 전력 시스템은 인프라 이외의 모든 구성 요소에 대해 동일한 비용을 부담할 것으로 추정되며, 전도성 철도 기반 구조는 연간 약 10억 유로가 소요될 것으로 추정되며, 무선 유도 기반 구조는 연간 약 28억 유로가 소요될 것으로 추정된다.[1]: 10–11

다른 나라들

프랑스는 퀄컴 차량 동적 무선충전 테스트 트랙을 구축, 2018년 테스트를 마무리했다. 일본은 2018년 혼다와 함께 공공도로에서 전기도로 시스템을 시험했다. 다양한 기업의 테스트가 2018년 중국과 미국에서 실시됐다.[15]: 9–10

인도

델리-뭄바이 고속도로(Delhi-Mumbai Highway)는 인도 최초의 전기 고속도로로, 하리아나, 라자스탄, 마디야 프라데시, 구자라트, 마하라슈트라 5개 주에 걸쳐 있다. 이 고속도로는 델리에서 뭄바이까지의 이동 시간을 24시간에서 13시간으로 단축한다. 이 경로의 전기 고속도로는 원유 수입뿐만 아니라 오염을 줄이는 데 도움이 된다. 인도의 제조 서비스 기반을 확대하고 DMIC를 '글로벌 제조 및 무역 허브'로 개발하는 것이 목적이다… 인도 정부는 인도 내 전기이동성을 높이기 위해 향후 3년 이내에 델리-뭄바이 고속도로에 대한 전기고속도로(e-고속도로)를 시범 운행할 계획이다.

독일.

봄바디어는 2013년 독일 만하임에서 역동적인 무선 송전 재판을 진행했다.[15]: 9 독일은 2019년 5월 5번 고속도로에 오버헤드 전력선 전기도로를 개통했다. 이 프로젝트는 지멘스와 스카니아를 포함하는 ELISA 컨소시엄에 의해 운영된다.[16]

영국

잉글랜드 고속도로는 2015년부터[17] 역동적인 무선 송전 사업을 시작했으나 2016년 초 예산상의 이유로 사업이 취소됐다.[18]

참조

  1. ^ a b Francisco J. Márquez-Fernández (May 20, 2019), Power conversion challenges with an all-electric land transport system (PDF), Swedish Electromobility Centre
  2. ^ a b c d e f g h i j k l m D Bateman; et al. (October 8, 2018), Electric Road Systems: a solution for the future (PDF), TRL
  3. ^ a b c Björn Hasselgren (October 9, 2019), Swedish ERS - program background, current analysis phase and plans ahead (PDF), Swedish Transport Administration
  4. ^ a b c d Electric road systems: a solution for the future? (PDF), World Road Association, 2018, ISBN 978-2-84060-496-9
  5. ^ Smart Wireless Power Transfer Technology (PDF), Korea Advanced Institute of Science and Technology
  6. ^ About the project - eRoadArlanda, archived from the original on July 17, 2019
  7. ^ First electric road in Sweden inaugurated, Swedish Transport Administration, June 22, 2016
  8. ^ "Uncovering stakeholder influences in electric road systems using two assessment methods: The case of eRoadArlanda". Research in Transportation Business & Management. 33: 100422. 2019-12-01. doi:10.1016/j.rtbm.2019.100422. ISSN 2210-5395.
  9. ^ Mikael Hellgren; Nicholas Honeth, Efficiency of AC conductive eRoad charging system –Analysis of experimental data (PDF)
  10. ^ Daniel Boffey (April 12, 2018), World's first electrified road for charging vehicles opens in Sweden, The Guardian
  11. ^ "EVolution Road Innovation Skåne". www.innovationskane.com. Retrieved 2020-06-17.
  12. ^ "Nästa generations elväg invigd i Lund av sydsvenskt konsortium – med energi- och digitaliseringsminister Anders Ygeman". Mynewsdesk (in Swedish). Retrieved 2020-06-17.
  13. ^ "Elonroad teams with Hydro to build road that dynamically charges electric vehicles". www.hydro.com. Retrieved 2020-06-17.
  14. ^ Eva Janzon (May 2, 2019), Israeler bygger elväg på Gotland, Världen idag
  15. ^ a b Martin G. H. Gustavsson (April 2, 2019), Overview of ERS concepts and complementary technologies (PDF), Swedish-German research collaboration on Electric Road Systems
  16. ^ Tim Wynne-Jones (October 2019), Third Rail (PDF), Institute of Road Transport Engineers
  17. ^ Feasibility study - powering electric vehicles on England's major roads, Highways England, August 2015
  18. ^ Ed Targett (September 20, 2016), Who Killed the Electric Highway?