트란스라피드
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1. 개요
트란스라피드는 독일에서 개발된 자기 부상 방식의 고속 대중 교통 시스템으로, 바퀴 없이 전자석의 인력으로 궤도 위를 부상하여 운행한다. 1922년 연구가 시작되어 1970년대에 본격적인 개발이 이루어졌으며, 2003년 상하이 푸둥 국제공항에서 세계 최초로 상업 운행을 시작했다. 트란스라피드는 300km/h 이상의 속도를 낼 수 있으며, 기존 고속철도보다 에너지 효율이 높다는 장점이 있다. 그러나 2006년 엠스란트 실험선 사고, 높은 건설 비용 등의 문제로 인해 독일 내 노선 건설이 취소되었고, 2011년 개발이 종료되었다. 현재는 중국 상하이 자기부상 열차에서 운행 중이며, 미국, 스위스 등 여러 국가에서 도입을 검토했으나, 일부 계획은 거부되었다.
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| 트란스라피드 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 유형 | 자기부상 |
| 개발 국가 | 독일 |
| 역사 | |
| 개발 시작 | 1970년대 |
| 최초 상업 운행 | 2004년 (상하이 자기부상 시범운행선) |
| 시험선 폐쇄 | 2011년 |
| 기술적 특징 | |
| 부상 방식 | 전자기 부상 (EMS) |
| 추진 방식 | 선형 동기 모터 (LSM) |
| 궤도 | 전용 고가 궤도 |
| 노선 | |
| 상업 운행 | 상하이 자기부상 시범운행선 (2004년 ~ 현재) |
| 시험 노선 | 엠슬란트 트란스라피드 시험 시설 (1984년 ~ 2011년) 뮌헨 트란스라피드 시험 시설 (계획 취소) |
| 사고 | |
| 라텐 사고 | 2006년 (23명 사망) |
| 기타 | |
| 관련 기업 | 티센크루프 지멘스 |
2. 기술
트란스라피드는 바퀴, 차축, 기어 변속기, 강철 레일, 팬터그래프가 없는 초고속 자기 부상 시스템이다. 전자석을 이용하여 차량을 궤도 위에 띄우고, 선형 전동기를 통해 추진력을 얻는다.
트란스라피드는 차량과 궤도 사이에 물리적 접촉이 없어 마찰이 매우 적다. 차량 내 전자 시스템은 궤도와 차량 사이의 간격을 정밀하게 제어하여 10mm로 일정하게 유지하며, 부상 시에는 궤도 위 약 15cm 높이로 떠오른다.
트란스라피드 차량은 부상에 필요한 전력이 에어컨 작동에 필요한 전력보다 적다. 초기 버전(TR08)에서는 80km/h 미만의 속도에서 궤도와의 물리적 연결을 통해 전력을 공급받았으나, 이후 개발된 TR09 버전에서는 속도에 관계없이 비접촉 방식으로 전력을 공급받아 유지 보수 및 운영 비용을 절감했다. 추진 시스템 정전 시에는 차량 내 백업 배터리를 사용하여 부상 시스템을 유지한다.
추진 및 제동에는 동기식 장(長)고정자 선형 전동기가 사용되며, 이는 궤도 하부에 펼쳐진 전기 모터의 고정자와 같은 역할을 한다. 자기 이동 자장은 한 방향으로만 작동하여 열차 간 충돌 가능성을 줄인다.
트란스라피드의 정상적인 에너지 소비는 섹션당 약 50kW에서 100kW이다. 항력 계수는 약 0.26이며, 400km/h(111m/s)의 순항 속도에서 공기역학적 항력에 의한 전력 소비는 약 4.2MW이다. 부상 및 유도 목적의 에너지 소비는 약 1.7kW/t이다. 제동 시에는 회생 제동을 통해 에너지를 전력망으로 회수하며, 비상시에는 브레이크용 스키드를 사용하여 정지한다.
영구 자석과 일반적인 전자석을 사용하며, 액체 헬륨 냉각이 필요한 초전도 리니어에 비해 저렴하게 도입 및 운용이 가능하다.[33] 초전도 리니어와 달리 정지 시에도 부상하므로 바퀴가 필요 없다. 부상량은 약 1cm 정도로, 궤도 설치 및 보수에 높은 정밀도가 요구된다. 지진이나 지반 변동이 있는 지역에서는 차량과 궤도의 접촉 사고 우려가 있어, 일본에서는 초전도를 이용한 부상 방식 연구 개발이 이루어졌다.
독일에서는 기존 ICE 고속 철도망이 잘 정비되어 있어 트란스라피드의 필요성이 감소하여, 신흥국 수출을 추진했으나 중국 외에는 판매가 부진하여 2011년에 개발이 종료되었다.[34]
2. 1. 부상
초고속 트란스라피드 자기 부상 시스템은 바퀴, 차축, 기어 변속기, 강철 레일, 팬터그래프가 없다. 자기 부상 차량은 바퀴로 구르지 않고, 두 개의 전자석 코일의 선형 배열 사이의 인력 자기력을 사용하여 트랙 가이드웨이 위를 떠 있다. 한쪽 코일은 차량에 있고, 다른 쪽 코일은 트랙 가이드웨이에 있으며, 이 둘은 함께 자기 쌍극자로 기능한다. 부상 및 주행 중 트란스라피드 자기 부상 차량은 트랙 가이드웨이와 어떠한 기계적 접촉 없이 마찰 없는 자기 쿠션 위를 떠다닌다. 차량 내 전자 시스템은 초당 100,000번 쌍극자 간격을 측정하여 가이드웨이 하단에 부착된 코일과 가이드웨이 가장자리를 감싸는 차량의 자기 부분 사이의 간격을 보장한다. 이러한 정밀하고 끊임없이 업데이트되는 전자 제어를 통해 쌍극자 간격은 10mm로 일정하게 유지된다. 부상 시 자기 부상 차량은 가이드웨이 표면 위로 약 15cm의 간격을 갖는다.트란스라피드 자기 부상 차량은 부상하는 데 차량 내 에어컨 장비를 작동하는 데 필요한 전력보다 더 적은 전력을 필요로 한다.
가이드 하부에 설치된 스테이터(철심 코일)와 차량 측 전자석 간의 자기 흡인력을 이용하여 부상하는 '''전자 흡인 지지 방식'''은 HSST와 유사하다. 그러나 자기 부상에 의한 차체 지지와 추진 시 차체 안내가 분리되어 있다는 점에서 다르다.
전자 흡인 방식은 정지 중에도 약 8mm 정도의 자기 부상을 유지하며, 주행 중에도 이 간격을 유지한다. 따라서 자기 부상을 유지하기 위해서는 센서로 가이드 측 스테이터와 차체 측 전자석과의 간격을 항상 측정하고, 전자석의 전류 제어(초퍼 제어)를 수행해야 한다.
2. 2. 안내
트란스라피드 차량의 측면 안내 시스템은 궤도 안내를 위한 가이드용 전자석을 사용하여 이루어진다. 궤도와 차량 간의 횡 방향 간격을 센서로 측정하고, 이 간격이 일정하게 유지되도록 가이드용 전자석의 자력을 제어하여, 차량은 궤도와 접촉 없이 주행한다.[1] T자형 단면을 가진 변형 모노레일을 채용하고 있으며, T자형의 바로 처마 밑 부분에 자석을 설치하여 비와 바람 등 주변 환경의 영향을 최소화한다.[1] 또한, 가이드용으로 가이드 측면에 철제 가이드 레일이 설치되어 있다.[1] 이러한 정밀하고 끊임없이 업데이트되는 전자 제어를 통해 안전한 고속 주행이 가능하다.[1]2. 3. 추진
트란스라피드는 동기식 ''장(長)고정자'' 선형 전동기를 사용하여 추진 및 제동을 한다. 이는 가이드웨이 하부에 "펼쳐진" 전기 모터의 고정자와 같이 작동하며, 토크 (회전력) 대신 길이를 따라 선형 힘을 생성한다. 차량을 들어 올리는 자기 부상 차량의 전자석은 이 선형 전동기의 여기 부분 (회전자)과 동일하게 작동한다. 자기 이동 자장은 한 방향으로만 작동하므로, 주어진 트랙 구간에 여러 자기 부상 열차가 있을 경우 모두 같은 방향으로 이동하여 이동 중인 열차 간의 충돌 가능성을 줄인다.리니어 동기 전동기(리니어 싱크로너스 모터) 방식에 의한 추진은 초전도 리니어와 기본 원리가 같다. 차량 측의 전자기석은 부상용 전자기석과 공통으로 사용되며, 지상 측의 코일 극성 전환에 의해 추진력을 얻는 지상 1차 방식이다.[2] 추진력은 차량 측의 전자기석에 의해 진행 방향에 대해 발생한 자계와 지상 측의 코일에 흐르는 전류의 곱에 비례한다. 또한 차량 속도는 지상 측 코일에 공급되는 교류 전류의 주파수에 비례한다.[2]
자기 부상식 철도의 특징 중 하나로, 트란스라피드는 가속 성능이 매우 높아 300km/h까지 가속에 필요한 거리가 5km로 짧다. (동력 집중식의 ICE는 30km, 동력 분산식의 ICE3에서는 가속 성능이 대폭 개선되었다)[2]
위치 감지는 '''INKREFA'''라는 시스템을 사용한다. 지상 1차 [리니어 동기 전동기] 제어를 위해 정확한 차량의 위치를 지상 측 장치에서 감지해야 하며, 위치 감지에는 매우 높은 정밀도([모터 코일]의 극 피치 상당 정밀도)가 요구된다. 트란스라피드는 궤도 측에 설치된 위치 기준 돌기판을 차량 측 센서가 감지한다. 돌기판을 기준으로 자속의 변화를 관측하여 절대 위치를 감지한다. 차량 측에서 감지한 위치 데이터는 차량에 장착된 안테나를 통해 무선 (밀리미터파)으로 지상 설비에 전송한다.[3]
2. 4. 제동
트란스라피드는 회생 제동 방식을 사용하여 제동 시 전력을 전력망으로 되돌려 보내 전력 절감 효과를 얻는다. 이 방식은 지상 측 전자석을 이용한다. 비상시에는 차량에 장착된 브레이크용 스키드를 궤도에 접지시켜 차량을 정지시킨다.2. 5. 집전
전자기 유도 원리를 이용해 차량 측에 비접촉 급전이 이루어져, 차량 속도가 약 100km/h 이상이 되면 차내에 필요한 모든 전력을 공급할 수 있다. 저속에서는 백업 배터리로 지원하며, 역에 정차할 경우에는 접촉 집전으로 배터리를 충전한다.[1]3. 에너지 요구 사항
트란스라피드의 정상적인 에너지 소비는 부상, 이동, 차량 제어를 위해 구간당 50kW에서 100kW이다. 트란스라피드의 항력 계수는 약 0.26이다. 16m2의 정면 단면적을 가진 차량의 공기역학적 항력은 400km/h (111m/s)의 순항 속도에서 다음 공식에 따라 전력 소비를 필요로 한다.
전력 소비는 다른 고속 철도 시스템과 비교하여 유리하다. 효율이 0.85인 경우, 필요한 전력은 약 4.2MW이다. 부상 및 유도 목적을 위한 에너지 소비는 약 1.7kW/t에 해당한다. 추진 시스템은 역방향으로도 작동할 수 있으므로 제동 시 에너지가 전력망으로 다시 전송되는 회생 제동 기능을 갖추고 있다. 예외는 비상 정지 착륙용 스키드를 사용하여 비상 정지를 수행하는 경우인데, 이 방법은 차량을 자연스럽게 멈추기 위해 백업 전력으로 부상을 유지하는 것이 불가능하거나 바람직하지 않은 경우 최후의 수단으로만 사용된다.
4. 환경 영향
트란스라피드는 전기 구동 방식의 친환경 고속 대량 수송 수단으로, 지형적 어려움이 있는 환경에서도 지점 간 여객 연결을 구축할 수 있다. 그러나 문화 유산 및 조경 보호 구역에 미치는 영향은 고려해야 한다(예: 발트슐뢰스헨 다리). 배출 가스 영향은 전력 에너지원을 고려해야 한다. 여객 전용 트란스라피드 시스템은 화물 열차 선로보다 소음과 진동이 적지만, 직접적인 비교는 어렵다. 트란스라피드는 기존 도시 교통 시스템 및 고속 열차와 도시 환경에서 자원, 공간, 선로를 놓고 간접적으로 경쟁한다.
기존 철도망과 비교해 트란스라피드는 더 빠르고 마찰과 마모를 줄여 에너지 소비와 정비 필요성을 줄이는 것을 목표로 한다. 트란스라피드 궤도는 유연하며 지형 적응성이 뛰어나다. 1량당 적재 중량은 15ton이며 최고 속도는 550km/h로, 기존 고속철도(200km/h~320km/h)와 항공 수송(720km/h~990km/h)의 중간이다. 자계 발생 장치는 시스템 용량을 제한하는 궤도의 주요 추진 장치이다.
트란스라피드는 독자적인 해결책이다. 궤도는 추진 장치의 일부이며 트란스라피드 차량과 공공 시설 운행을 가능하게 하는 유일한 수단이다. 차량이나 복잡한 분기기 등 여러 공급처는 없다.
소음은 시속 400km/h 운전 시에도 89dB 정도로, 시속 300km/h 운전 시의 TGV (92dB)보다 낮다고 한다.
자기 부상식 철도에서는 자기장이 인체에 미치는 영향이 우려되지만, 트란스라피드가 외부로 방출하는 자기장은 100μTesla 정도로 (브라운관 텔레비전의 1/5 정도)라고 설명된다.
5. 경제성
트란스라피드는 기존 철도 노선에 비해 여러 장점을 가진다. 더 빠른 속도와 가파른 경사 극복 능력, 적은 풍화 작용, 낮은 에너지 소비량, 그리고 유지 보수 요구 사항이 적다는 점이 특징이다. 트란스라피드 선로는 기존 철도 시스템보다 유연하여 지형 조건에 더 쉽게 적응할 수 있다. 그러나 차량당 최대 적재량은 15ton으로 제한된다. 트란스라피드는 최대 550km/h의 속도를 낼 수 있으며, 이는 기존 고속 열차( 에서 )와 항공 교통( 에서 ) 사이의 속도이다. 자기장 발생기는 선로의 일부인 엔진의 핵심 부품으로, 시스템 용량을 제한하는 요소이다.
경쟁 측면에서 트란스라피드는 독점적인 기술이다. 선로가 엔진의 일부이기 때문에 단일 공급원의 트란스라피드 차량 및 인프라만 운영 가능하다. 차량이나 복잡한 교차로, 스위치 등에서 다중 공급원을 확보하기 어렵다. 독일 연방 네트워크 기관(Bundesnetzagentur)이 공동 관리하는 기존 철도나 다른 인프라 네트워크와 달리, 트란스라피드 시스템은 직접적인 경쟁을 허용하지 않는다.
트란스라피드는 영구 자석과 일반 전자석을 사용하며, 액체 헬륨 냉각이 필요한[33] 초전도 전자기석을 사용하는 초전도 리니어에 비해 도입 및 운용 비용이 저렴하다. 또한, 초전도 리니어와 달리 정지 상태에서도 부상할 수 있어 바퀴가 항상 필요하지 않다.
부상 높이는 차량 측 코일과 궤도 측 사이에서 약 1cm 정도이다. 이 때문에 궤도 설치 및 유지 보수에 매우 높은 정밀도가 요구된다. 지진이나 지반 변동을 피하기 어려운 지역에서는 차량과 궤도 접촉 사고의 우려가 있다. 이러한 이유로 일본의 구 국철(현 JR)에서는 난도가 높은 초전도 방식을 이용하여 부상 높이를 약 10cm 확보하는 연구 개발을 진행하기도 했다.
독일에서는 주요 도시 간에 이미 ICE 고속 철도망이 잘 갖춰져 있어 트란스라피드의 필요성과 우위성이 점차 감소하고 있다. 이 때문에 고속 철도 인프라가 부족한 신흥 국가로의 수출을 모색했지만, 중국 외에는 판매에 어려움을 겪어 결국 2011년에 개발이 종료되었다.[34]
5. 1. 건설 비용
상하이 자기부상 열차는 완전 고가형으로 건설되었으며, 열차와 역을 포함하여 13.3억달러의 비용이 소요되었다. 이중 선로 1km당 건설 비용은 열차와 역을 포함하여 4360만달러였다. 이는 자기부상열차 기술의 최초 상업적 적용 사례였다. 이후 중국에서는 기존 고속 철도 선로가 1km당 459.99999999999994만달러에서 3080만달러 사이의 비용으로 대량 생산되었으며, 대부분 농촌 지역에 건설되었다. (중국의 고속철도 참고)[5]2008년, 트란스라피드 오스트레일리아는 빅토리아 주 정부에 이중 선로 1km당 3400만호주 달러를 제시했다. 이는 선로의 50%가 지상, 50%가 고가임을 가정한 것이다. 같은 시기 빅토리아 주에 건설된 길이의 리저널 레일 링크는 총 50억호주 달러, 즉 1km당 1.05억호주 달러의 비용이 들었으며, 두 개의 역 건설 비용이 포함되었다.[35]
위의 자료만으로는 특정 상황에서 트란스라피드와 기존 고속 철도 중 어느 것이 더 저렴할지 판단하기 어렵다.
자기부상 열차 시스템은 운행 속도가 더 빠르기 때문에 정해진 시간 안에 동일한 거리를 더 많은 승객에게 제공할 수 있다. 또한 트란스라피드 시스템은 더 작은 곡선 반경과 더 가파른 경사면을 통과할 수 있다는 장점이 있어, 특정 프로젝트의 비용 비교에 큰 영향을 미칠 수 있다.
5. 2. 운영 비용
2008년, 트랜스라피드 오스트레일리아는 빅토리아 주 정부에 열차 1량 또는 객차당 1650만호주 달러(통근형)에서 2000만호주 달러(고급형) 가격을 제시했다. 트랜스라피드 객차의 너비는 3.7m이고 바닥 면적은 약 92m2로, 제곱미터당 가격은 17.9만호주 달러에서 21.7만호주 달러 사이이다.이에 비해 지멘스에서 제작한 인터시티 익스프레스 객차는 1량당 약 600만호주 달러이다. ICE 객차의 너비는 2.9m이고 바닥 면적은 약 72m2로, 제곱미터당 가격은 약 8.3만호주 달러이다.
따라서 트랜스라피드 열차 세트는 ICE 3 일반 고속철도 열차 세트보다 두 배 이상 비쌀 수 있다. 그러나 UK Ultraspeed에 따르면, 트랜스라피드 열차 세트는 빠른 운행 속도와 가속도로 인해 효율성이 두 배 이상 높다. 이 사례 연구에서는 일반 고속 열차와 동일한 수의 승객을 수송하기 위해 트랜스라피드 열차 세트가 44%만 필요하다고 분석한다.
트란스라피드는 자사 시스템이 비접촉 방식으로 작동하기 때문에 기존 고속철도 시스템에 비해 유지 보수 비용이 매우 낮다고 주장한다.[6][36]
5. 3. 유지 보수 비용
트란스라피드는 비접촉 방식으로 작동하기 때문에 기존의 고속철도 시스템에 비해 유지 보수 비용이 매우 낮다고 주장한다.[6]2008년 당시 오스트레일리아 빅토리아 주 정부의 추산에 따르면, 트란스라피드 차량 1량당 가격은 근교용이 1650만호주 달러, 고급형이 2000만호주 달러였다. 트란스라피드 차량의 폭은 3.7m이므로 바닥 면적은 약 92m2로, 1m²당 179000AUD에서 217000AUD 사이이다.
반면, 지멘스에서 생산되는 ICE의 경우, 차량 1량당 가격은 600만호주 달러이다. ICE의 차체 폭은 2.9m이므로 바닥 면적은 72m2로, 1m²당 83000AUD이다.
이는 트란스라피드의 비용이 현재 시점에서 기존의 고속철도인 ICE3의 약 2배 이상임을 보여준다. 그러나 UK Ultraspeed|UK 트란스라피드영어에 따르면, 트란스라피드의 편성은 운행 속도와 가속도가 빨라 효율이 2배 이상이다. 이러한 사례 조사에 따르면 기존 고속철도의 44%의 차량 대수로 같은 수송량을 감당할 수 있다고 한다.
6. 역사
1922년 독일의 헤르만 켐펠이 자기 부상식 철도 연구를 시작하고 1934년 관련 특허를 취득하면서 트란스라피드의 역사가 시작되었다.[34] 1960년대부터 독일 정부의 지원으로 본격적인 연구가 시작되었으며, 여러 기업들이 참여하여 다양한 형태의 자기 부상 열차를 개발했다.
초기에는 크라우스-마페이, 메서슈미트-뵐코-볼로(MBB), 지멘스, 티센 헨쉘 등의 기업들이 각각 자기 부상 열차 개발을 진행했다. 1971년에는 MBB가 개발한 프린지프파르초이그가 90km/h, 크라우스-마페이가 개발한 트란스라피드 02가 164km/h를 기록했다.
1978년, 서독 정부는 개별적으로 진행되던 자기 부상 열차 프로젝트들을 트란스라피드 중심으로 통합하여 개발을 가속화했다. 1979년 함부르크 국제 교통 박람회에서 트란스라피드 05가 일반에 공개되어 시승 행사를 가졌다.
1980년부터 엠스란트 실험선 건설이 시작되어 1983년 완공되었고, 트란스라피드 06을 이용한 주행 시험이 진행되었다. 1988년에는 유인 최고 속도 412.6km/h를 달성했다.
그러나 독일 내에서는 이미 ICE 고속 철도망이 잘 갖춰져 있어 트란스라피드의 필요성이 낮았고, 결국 2011년에 개발이 종료되었다.[34]
6. 1. 개발 과정
1922년 독일의 헤르만 켐펠이 자기 부상식 철도 연구를 시작했다. 1934년 켐펠은 자기 부상 철도의 기본 특허 (DPR 643 316)를 독일에서 취득했다.[34]1960년대에 들어서면서 연구가 본격화되었고, 서독(당시)은 국가적 지원을 적극적으로 했다. 메서슈미트-뵐코-블롬(MBB)사가 1966년부터 본격적으로 연구를 시작했고, 1971년에는 '''Prinzipfahrzeug'''가 90km/h의 기록을 세웠다. 1975년 '''Comet'''가 14mm의 전자 흡인 부상으로 수증기 로켓 추진으로 401.3km/h의 기록을 세웠다. 지멘스사를 중심으로 초전도에 의한 전자 유도식 부상의 '''EET-01'''이 1974년에 280m의 원형 궤도에서 230km/h까지 주행 확인이 이루어졌다.
1969년, TR 프로젝트는 서독 연구 기술성에서 클라우스-마페이사에 위탁되는 형태로 연구 개발을 시작했다. 시험 제작기 TR-02호기가 1971년에 164km/h로 주행에 성공했다.
서독 정부는 그 전까지 TSST, M-Bahn, EET, COMET 등 제각각 진행되던 자기 부상식 철도 프로젝트를 일원화하여, 1978년에 트란스라피드를 중심으로 한 고속 수송 기술 개발 프로젝트로 집약되었다.
1979년 서독의 함부르크에서 개최된 국제 교통 박람회 (IVA79)에서 TR-05에 의한 일반 시승이 이루어졌다. 3주간의 회기 동안 50,000명 이상의 승객을 수송하였다.
1980년부터 엠스란트 실험선 건설이 시작되어, 1983년에 완공되었다. TR-06에 의한 주행 시험이 시작되었다. 1988년에는 TR-06을 사용하여 유인으로 412.6km/h를 달성했다. (당시 세계 최고)
1988년 함부르크에서 열린 국제 교통 박람회 (IVA88)에서 TR-07을 공개했다. 1989년 12월 15일 엠스란트에서 TR-07로 436km/h를 달성, 1993년에 450km/h를 달성했다.
2000년 6월에 상하이 푸둥 국제공항의 접근 철도로 트란스라피드 채용이 결정되었다. 2003년 12월에 자기 부상식 철도로서는 세계에서 3번째 영업 운전을 시작했다.
2006년 9월 22일 엠스란트 실험선의 라텐역 근교에서, 시험 운전 중인 트란스라피드가 공사용 차량과 충돌했다. 이 사고는 세계의 자기 부상식 철도에서 처음으로 사상자를 낸 대형 사고이다.
2008년 3월 27일, 독일의 티펜제 교통 건설 장관은 사업비의 대폭적인 증가를 이유로 트란스라피드 노선 건설을 포기한다고 발표했다.
2011년, 트란스라피드의 개발이 종료되었다. 실험선도 2014년에 철거되었다.[34]
트란스라피드는 강자성체의 영구 자석과 일반적인 전자석을 사용한다. 액체 헬륨 냉각이 필요한[33] 초전도 전자기석을 사용한 초전도 리니어와 비교하여 저비용으로 도입 및 운용이 가능하다. 또한 초전도 리니어와 달리 정지 시에도 부상하고 있기 때문에 상시 바퀴가 필요하지 않다. 부상량은 차량 측 코일과 궤도 측 사이에서 약 1cm 정도이다. 이 때문에 궤도의 부설 및 보수 시 고정밀도가 요구된다. 또한 지진이나 지반의 변동을 피할 수 없는 지역에서는 차량과 궤도의 접촉 사고에 대한 우려가 있었다.
독일 국내에서는 주요 도시 간에 이미 기존의 ICE에 의한 고속 철도망이 정비되고 있어 트란스라피드의 필요성, 우위성은 해마다 줄어들고 있었다. 그 때문에 고속 철도의 인프라스트럭처 정비가 진행되지 않은 신흥국으로의 수출에 활로를 찾으려 했지만, 중국이 채택한 것 외에는 판매에 고전하였다.
| 날짜 | 열차 | 장소 | 비고 | 최고 속도 (km/h) |
|---|---|---|---|---|
| 1971년 5월 6일 | MBB 프린지프파르초이그 | MBB의 오토브룬 공장 ( 뮌헨 근처), 독일 | 최초의 여객 수송 원리 차량, 660m 시험선로 | 90 (1971) |
| 1971년 10월 6일 | 트란스라피드 02 | 크라우스-마페이(Krauss-Maffei)의 뮌헨 - 알라흐 공장, 독일 | 1개의 곡선이 포함된 930m 시험선로 | 164 (1971년 10월) |
| 1972년 8월 16일 | 트란스라피드 03 | 뮌헨 | 공기 부양 차량(ACV), 호버크라프트는 선형 모터로 추진, 소음과 소비량이 많아 1973년 중단, 930m 시험선로 | 140 (1972년 9월) |
| 1972년 / 1974년 | 에를랑겐 에르프로붕스트레거(EET 01) | 에를랑겐 남쪽 가장자리 ( 뉘른베르크 근처), 독일 | 지멘스 등 제작, 전자기 현수 (EDS) (JR-마그레브와 유사), 무인, 880m 원형 트랙 | 160 / 230 (1974) |
| 1973년 12월 20일 | 트란스라피드 04 | 뮌헨 - 알라흐, 독일 | 250 (1973년 말), 253.2 (1977년 11월 21일) | |
| 1974년 / 1975년 1월 | 콤포넨텐메스트레거(KOMET) | 만칭, 독일 | MBB 제작, 무인, 1300m 트랙 | 401.3 (1974) |
| 1975 | HMB1 | 티센 헨쉘 in 카셀, 독일 | 티센 헨쉘 제작, 최초의 기능적 롱스테이터 차량, 100m 가이드웨이, 무인 | |
| 1976 | HMB2 | 티센 헨쉘 in 카셀, 독일 | 티센 헨쉘 제작, 세계 최초의 여객 수송 롱스테이터 차량, 100m 가이드웨이 | 36 |
| 1979년 5월 17일 | 트란스라피드 05 | 국제 교통 박람회 (IVA 79) in 함부르크 | 908m 트랙 | 75 |
| 1983년 6월 | 트란스라피드 06 | 트란스라피드 베르수흐산라게 엠스란트 (TVE), 독일 | 1983년 3월 13일 뮌헨에서 공개, 31.5km 트랙 | 302 (1984), 355 (1985), 392 (1987), 406 (1987), 412.6 (1988년 1월) |
| 1988 | 트란스라피드 07 | 트란스라피드 베르수흐산라게 엠스란트 (TVE), 독일 | 함부르크 국제 교통 박람회 (IVA 88)에서 공개 | 436 (1989년 12월 15일),[27] 450 (1993년 6월 17일) |
| 1999년 8월 | 트란스라피드 08 | 트란스라피드 베르수흐산라게 엠스란트 (TVE), 독일 | 2006년 9월 22일 사고로 파괴 | |
| 2002 | 트란스라피드 SMT | 상하이 자기 부상 열차, 중국 | 트란스라피드 08의 수정된 버전 | 501.5 (2003년 11월 12일) |
| 2007 | 트란스라피드 09 | 트란스라피드 베르수흐산라게 엠스란트 (TVE), 독일 | 2016년 10월에 판매 제안[28][29] |
6. 2. 실험 차량
트란스라피드 개발 과정에서 다양한 실험 차량들이 제작되었다. 각 차량은 기술 발전에 중요한 역할을 했다. 다음은 주요 실험 차량들과 그 특징이다.| 차량 | 제작 연도 | 최고 속도 (km/h) | 특징 및 비고 |
|---|---|---|---|
| 트란스라피드 01 | 1969/1970? | - | 크라우스-마페이 제작. 실내 벤치탑 모델. 600mm 길이 트랙. 독일 박물관 소장. |
| MBB 프린지프파르초이그 | 1971년 5월 6일 | 90 (1971) | MBB 제작. 최초의 여객 수송 원리 차량. 660m 시험 선로. 프라이라싱 기관차 월드 소장. |
| 트란스라피드 02 | 1971년 10월 6일 | 164 (1971년 10월) | 크라우스-마페이 제작. 1개의 곡선 포함 930m 시험 선로. 1973년 파리 박람회 전시. 크라우스-마페이 소장. |
| 트란스라피드 03 | 1972년 8월 16일 | 140 (1972년 9월) | 크라우스-마페이 제작. 공기 부양 차량. 소음 및 소비량 문제로 1973년 중단. 930m 시험 선로. 폐기됨. |
| 에를랑겐 에르프로붕스트레거(EET 01) | 1972 / 1974? | 160 / 230 (1974)? | 지멘스 등 제작. 전자기 현수 (EDS) 방식. 무인. 880m 원형 트랙. |
| 트란스라피드 04 | 1973년 12월 20일 | 250 (1973년 말), 253.2 (1977년 11월 21일) | 크라우스-마페이 제작. 테크닉 박물관 슈파이어 소장. |
| 콤포넨텐메스트레거(KOMET) | 1974 / 1975년 1월? | 401.3 (1974) | MBB 제작. 무인. 1300m 트랙. 라텐 근처 헛간 보관. |
| HMB1 | 1975 | - | 티센-헨쉘 제작. 최초의 기능적 롱스테이터 차량. 100m 가이드웨이. 무인. |
| HMB2 | 1976 | 36 (또는 40?) | 티센-헨쉘 제작. 세계 최초의 여객 수송 롱스테이터 차량. 100m 가이드웨이. 카셀 테크닉 박물관 소장. |
| 트란스라피드 05 | 1979년 5월 17일 | 75 | 908m 트랙. 함부르크 국제 교통 박람회(IVA 79) 전시. 카셀 테크닉 박물관 소장. |
| 트란스라피드 06 | 1983년 6월 | 302 (1984), 355 (1985), 392 (1987), 406 (1987), 412.6 (1988년 1월) | 31.5km 트랙. 뮌헨에서 공개. 일부 도이체스 박물관 및 라텐 보관. |
| 트란스라피드 07 | 1988 | 436 (1989년 12월 15일),[27] 450 (1993년 6월 17일) | 함부르크 국제 교통 박람회(IVA 88) 공개. 일부 막스 뵈글 KG 젠겐탈 및 라텐 보관. |
| 트란스라피드 08 | 1999년 8월 | - | 2006년 9월 22일 사고로 파손. 잔해 라텐 보관. |
| 트란스라피드 SMT | 2002 | 501.5 (2003년 11월 12일) | 트란스라피드 08의 수정 버전. 상하이 자기 부상 열차에서 운행. |
| 트란스라피드 09 | 2007 | - | 2011년 트란스라피드 파일럿 플랜트 엠스란트 폐쇄 후 켐퍼 가문 매입. 노르트루프 회사 부지 설치. 회의 및 전시 공간으로 활용.[28][29] |
이 실험 차량들은 자기 부상 기술의 발전을 위한 중요한 데이터를 제공했으며, 특히 1cm 정도의 부상량으로 인해 궤도 부설 및 보수에 고정밀도가 요구된다는 점이 밝혀졌다.
7. 구현
현재까지 유일하게 상업적으로 운영되는 트란스라피드는 2000년 중국 정부가 건설을 명령한 상하이와 푸둥 국제공항 연결 노선이다. 2002년에 개통되었으며, 2004년 3월부터 정기 운행을 시작했다. 운행 속도는 431km/h이며, 30.5km의 짧은 트랙 때문에 감속 전 짧은 시간 동안만 순항 속도를 유지한다. 하루 평균 이용객은 약 7,500명(14시간 운행 기준)이고, 열차당 최대 수용 인원은 440명이다. 2등석 티켓 가격은 약 50위안(약 6EUR)으로, 공항 버스 요금의 4배, 지하철 요금의 10배 수준이다.
이 프로젝트는 독일 헤르메스 대출로 2억 DM을 지원받았으며, 총 비용은 13.3억달러로 추정된다.
상하이 훙차오 공항(35km) 및 항저우(175km)로의 노선 연장 계획은 여러 차례 지연되었다. 당초 2010년 세계 박람회에 맞춰 준비될 예정이었으나, 2008년 8월 18일에 최종 승인되어 2010년 착공, 2014년 완공을 목표로 했다.[7] 하지만 고속 상하이-항저우 여객 철도 건설로 인해 이 계획은 취소되었을 가능성이 있다.[8]
독일 엠스란트 시험 시설은 한때 유일한 트란스라피드 궤도였으나, 현재는 비활성화되어 해체될 예정이다. 그러나 CRRC 600 시험 시설이나 하이퍼루프 궤도로 재건축하려는 계획도 있다.[9][10]
트란스라피드는 강자성체 영구 자석과 일반 전자석을 사용한다. 액체 헬륨 냉각이 필요한[33] 초전도 전자기석을 사용하는 초전도 리니어에 비해 저비용으로 도입 및 운용이 가능하다. 또한, 정지 상태에서도 부상하므로 바퀴가 상시 필요하지 않다.
부상량은 약 1cm로, 궤도 부설 및 보수에 고정밀도가 요구된다. 지진이나 지반 변동이 불가피한 지역에서는 차량과 궤도 접촉 사고 우려가 있다. 일본의 구 국철(현 JR)은 이러한 국토 특성 때문에 난도가 높은 초전도를 이용, 약 10cm 부상량을 확보하는 방식의 연구 개발에 착수했다.
독일 내에서는 주요 도시 간 ICE 고속 철도망이 이미 정비되어 트란스라피드의 필요성과 우위성이 감소했다. 이에 따라 고속 철도 인프라가 부족한 신흥국 수출을 모색했으나, 중국 외 판매 부진으로 2011년 개발이 종료되었다.[34]
8. 제안된 시스템
트란스라피드는 전 세계 여러 나라에서 고속 교통 시스템으로 제안되었다. 영국에서는 런던과 글래스고를 잇는 노선이 버밍엄, 리버풀/맨체스터, 리즈 등을 경유하는 방식으로 계획되었으나 2007년에 부결되었다.[41] 네덜란드, 베를린과 동유럽 도시들을 연결하는 계획도 있었다. 스위스에서는 베른-취리히, 로잔-제네바 구간에서 검토되고 있다.[42][43] 아랍에미리트에서도 검토가 이루어지고 있다.
독일은 미국에 트란스라피드 판매를 시도하기도 했다.[45] 미국 정부는 보스턴-뉴욕-워싱턴 또는 로스앤젤레스-라스베이거스 구간을 자기부상열차로 교체하는 계획(MDP)을 발표했다.[44]
스페인 테네리페 섬에는 연간 5백만 명의 관광객이 방문하는데, 이를 고려하여 섬 북부의 수도 산타 크루스와 남부, 북서부를 연결하는 120km 길이의 2개 노선 시스템이 제안되었다. 예상 비용은 30억유로이다.[1]
8. 1. 이란
2007년 이란과 독일 회사는 자기 부상 열차를 사용하여 테헤란과 마슈하드를 연결하는 협약을 체결했다. 이 협약은 마슈하드 국제 박람회장에서 이란 도로교통부와 독일 회사 간에 체결되었다.[11] 뮌헨에 본사를 둔 슐레겔 컨설팅 엔지니어링은 이란 교통부 및 마슈하드 주지사와의 계약을 체결했다고 밝혔다. 슐레겔 컨설팅 엔지니어링 대변인은 "우리는 이 프로젝트에서 독일 컨소시엄을 이끌도록 위임받았으며, 현재 준비 단계에 있다"라고 말했다. 또한 "다음 단계는 컨소시엄을 구성하는 것이며, 이 과정은 향후 몇 달 안에 진행될 것으로 예상된다"라고 언급했다.[11] 슐레겔 대변인은 이 프로젝트의 가치가 100억유로에서 120억유로에 이를 수 있다고 말했다. 그러나 고속 자기 부상 열차 개발업체인 지멘스와 티센크루프는 이 제안에 대해 알지 못한다고 밝혔으며, 슐레겔 대변인은 현재 지멘스와 티센크루프가 컨소시엄에 "관여하지 않고" 있다고 말했다.[11]테헤란-마슈하드 간 자기 부상 철도가 건설되면 900km 거리를 약 2.5시간 만에 이동할 수 있게 된다.[46] 슐레겔 컨설팅 엔지니어는 이란 교통부 및 마슈하드 지사와 계약을 체결했으며, "현재 준비 단계에 있다"라고 밝혔다.[47]
8. 2. 스위스
2011년, SwissRapide AG는 SwissRapide 컨소시엄과 협력하여 트란스라피드 기술을 기반으로 한 지상 자기 부상 (Maglev) 모노레일 시스템을 개발하고 홍보했다.[1] 계획된 첫 번째 프로젝트는 베른–취리히, 로잔–제네바, 그리고 취리히–빈터투어 노선이었다.[1]8. 3. 미국
콜로라도 주에서는 I-70 고속도로를 따라 약 193.12km 길이의 고속 수송 시스템을 구축하려는 여러 회사 중 하나로 트란스라피드가 제안되었다.[14] 제출된 자료에 따르면 가혹한 기후와 지형 조건에서 자기 부상 열차가 기존 철도보다 훨씬 뛰어난 성능을 제공한다.[15] 2013년 11월 현재 선호되는 기술은 없지만, 2020년에 건설이 시작될 예정이었다.[15]캘리포니아-네바다 주간 자기 부상 프로젝트는 네바다 주 라스베이거스에서 캘리포니아 주 애너하임까지 약 432.91km 구간을 운행하는 노선으로 제안되었다. 한 구간은 라스베이거스에서 네바다 주 프림까지 운행하며, 라스베이거스 지역에 곧 개항할 아이반파 밸리 공항까지 운행이 제안되었다. 최고 속도는 310mph이다. 2014년 8월에 이 계획의 후원자들은 이에 대한 관심을 다시 불러일으키려 했다.
미국에서는 워싱턴 D.C.에서 볼티모어 노선, 채터누가에서 애틀랜타 노선, 피츠버그에서 필라델피아 노선 등 여러 다른 평가가 이루어졌다.[18] 아직까지 건설이 시작된 프로젝트는 없다. 미국 마그레브 열차 제안 목록을 참조하면 된다.
미국 정부는 보스턴 - 뉴욕 - 워싱턴이나 로스앤젤레스 - 라스베이거스 등의 철도 구간을 자기 부상 열차로 교체하는 계획 '''MDP'''[44]를 발표했다. 독일은 이 프로젝트에 트란스라피드를 판매하려 하고 있다.[45]
8. 4. 카나리아 제도
테네리페 섬에는 연간 5백만 명의 관광객이 방문하는데, 이를 고려하여 120km 길이의 2개 노선 시스템이 제안되었다. 이 시스템은 섬 북부의 수도 산타 크루스와 남부의 코스타 아데헤, 북서부의 로스 레알레호스를 연결하며, 최고 속도는 270km/h이다. 예상 비용은 30억유로이다. 트란스라피드는 섬의 험준한 지형 때문에 노선의 35%가 터널로 건설되어야 하는 기존 철도 방식보다 장점이 있다.[1]9. 거부된 시스템
영구 자석과 일반적인 전자석을 사용하는 트란스라피드는 액체 헬륨 냉각이 필요한 초전도 리니어에 비해 저렴하게 도입 및 운용할 수 있다. 또한, 초전도 리니어와 달리 정지 상태에서도 부상하기 때문에 바퀴가 항상 필요하지 않다.[33]
그러나 부상 높이가 약 1cm 정도에 불과하여 궤도 설치 및 유지보수에 높은 정밀도가 요구된다. 지진이나 지반 변동이 발생하기 쉬운 지역에서는 차량과 궤도가 접촉할 위험이 있어, 일본의 구 국철(현 JR)에서는 난이도가 높더라도 부상 높이를 약 10cm 확보할 수 있는 초전도 방식을 연구 개발하였다.
독일에서는 주요 도시 간에 이미 ICE 고속 철도망이 잘 갖춰져 있어 트란스라피드의 필요성과 우위성이 점차 낮아졌다. 이에 따라 고속 철도 인프라가 부족한 신흥 국가로 수출을 시도했지만, 중국 외에는 판매 부진을 겪었고, 결국 2011년에 개발이 종료되었다.[34]
9. 1. 독일
트란스라피드는 독일에서 개발된 새로운 육상 고속 대중 교통 시스템의 여러 경쟁 개념 중 하나였다. 이 경쟁에서 트란스라피드는 주로 "전통적인" 철도 기술을 기반으로 한 고속 철도 시스템인 ICE와 경쟁했다. ICE는 독일 전역에서 채택되어 "승리"했지만, 트란스라피드 개발은 계속되었다. ICE가 운행을 시작한 후 함부르크에서 베를린까지의 장거리 노선을 포함하여 트란스라피드 노선에 대한 여러 연구가 수행되었다.[21]가장 최근의 독일 트란스라피드 노선 프로젝트이자 건설에 가장 근접했던 프로젝트는 뮌헨 중앙역에서 뮌헨 공항까지 연결되는 40km 길이의 노선이었다. 이 노선은 이미 승인까지 받았지만, 막대한 비용 초과로 인해 2008년 3월 27일 독일 정부에 의해 취소되었다.[21] 취소 전 집권당인 바이에른 기독 사회 연합 (CSU)은 내부 및 지역 저항에 직면했는데, 특히 제안된 노선 주변 지역 사회의 님비 현상이 심했다. CSU는 트란스라피드를 바이에른의 미래 기술과 혁신의 예시로 자리매김하려 했다. 독일 연방 교통부 장관 볼프강 티펜제는 베를린에서 열린 위기 회의 이후 결정을 발표했는데, 이 회의에서 업계 대표들은 비용이 18.5억유로에서 30억유로 이상(47억달러)으로 상승했다고 보고했다.[21] 예상 비용의 증가는 대부분 지정 운영사인 도이치반 AG가 위험 분담의 대부분을 하청업체로 이전한 이후 터널 건설 및 관련 토목 공학의 비용 추산 때문이었으며, 자기 부상 기술 자체의 비용 때문은 아니었다.
1990년대 중반에는 함부르크 - 베를린 간 292km를 잇는 계획이 있었다. 1998년에 성립된 연립 정권은 이 계획의 건설 착공을 공약으로 내걸고 2004년경 개통을 목표로 했지만, 2000년 5월에 예산 확보에 실패하여 중단되었다.
이후 뮌헨 국제공항 - 뮌헨 중앙역까지 37.4km를 영업 최고 속도 300km/h, 소요 시간 약 10분으로 잇는 계획이 세워져, 2007년 9월 24일에는 2014년 영업 개시를 목표로 바이에른주 정부가 건설을 공식 결정했다. 그러나 2008년 3월 27일, 건설비가 당초의 1.5배로 팽창하는 등의 이유로 다시 건설을 단념하게 되었다.[39]
9. 2. 영국
2007년 영국 정부는 런던과 글래스고를 잇는 자기 부상 열차 연결 (영국 울트라 스피드(UK Ultraspeed))을 검토했으나 부결되었다. 이 노선은 버밍엄, 리버풀/맨체스터, 리즈, 티즈사이드, 뉴캐슬, 에든버러를 경유할 예정이었다.[23]영국 정부는 런던 - 글래스고 구간을 시속 500km로 버밍엄, 리버풀/맨체스터, 리즈, 티즈사이드, 뉴캐슬, 에든버러를 경유하는 계획을 세웠으나 2007년 7월에 부결되었다.[41]
10. 사건 사고
2006년 9월 22일, 독일 라텐의 시험선에서 트란스라피드 열차가 170km/h의 속도로 유지 보수 차량과 충돌하여 23명이 사망하고 여러 명이 심각한 부상을 입는 사고가 발생했다. 이는 자기 부상 열차와 관련된 최초의 주요 사망 사고였다.[24] 이 사고는 인적 오류로 인해 발생했으며, 자동 충돌 방지 시스템 설치를 통해 예방할 수 있었다.
2006년 8월 11일에는 상하이 자기부상열차에서 화재가 발생했다. 상하이 소방대가 신속하게 진압했으며, 차량 내 배터리가 화재의 원인으로 추정되었다.
10. 1. 2006년 라텐 열차 충돌 사고
2006년 9월 22일 (한국 시각 오후 5시경), 엠스란트 실험선 라텐역 근교에서 시운전 중이던 트란스라피드가 170km/h의 속도로 공사용 차량과 충돌했다. 이 사고로 작업자 2명과 트란스라피드에 탑승했던 견학자 등이 휘말려 23명이 사망하고 11명이 중상을 입었다. 이는 리니어 모터카로서는 처음으로 사상자를 낸 대형 사고였다.[24]언론은 이 사고가 유지 보수 차량이 선로에서 벗어나기 전에 첫 번째 열차가 역을 출발하도록 허용한 인적 오류로 인해 발생했다고 보도했다. 자동 충돌 방지 시스템이 설치되었다면 이러한 상황을 방지할 수 있었을 것이다.[24]
10. 2. 상하이 자기 부상 열차 화재 사고
2006년 8월 11일 오후 2시 20분경, 상하이 자기부상열차 노선을 운행하던 트란스라피드 열차에서 화재가 발생했다. 상하이 소방대가 신속하게 화재를 진압했으며, 차량 내 배터리가 화재의 원인일 수 있다고 보도되었다.[1] 룽양루역에서 승객을 모두 하차시킨 후, 차량을 역에서 이동시켜 진화 작업을 벌였다. 이 화재로 승객의 피해는 없었다.[2]11. 기술 도용 논란
2006년 4월, 중국 관리들이 자기부상 열차 비용을 3분의 1로 줄이겠다고 발표하자, 여러 독일 관리들은 강하게 반발했고, 트란스라피드 관계자들은 외교적 우려를 표명했다.[25] 도이체 벨레는 차이나 데일리를 인용해, 중국 국무원이 엔지니어들에게 "외국의 선진 기술을 배우고 흡수하여 더욱 혁신을 이루도록" 장려했다고 보도했다. 중국은 기술 표절을 부인했다. 중국 항공 공업 그룹은 새로 개발한 "추이 펑" 자기부상 열차가 외국 기술에 의존하지 않으며, 트란스라피드 제품보다 훨씬 가볍고 진보된 디자인을 특징으로 한다고 주장했다.[25] "추이 펑"은 현재 창사 자기부상 고속철도에서 사용되는 저속 자기부상 방식이다.[26]
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