전기철도

3. 역사

미국의 버몬트주 출신 토마스 데이븐포트(Thomas Davenport)가 1835년에 전동기를 이용한 소형 전기철도(모형)를 제작하였다. 실용적인 철도에서는 1879년 베를린 공업 박람회에서 전기 회사 지멘스(Siemens)가 전차의 시험 운행을 실시하였고, 1881년에는 베를린 근교의 리히터펠데 동역과 리히터펠데 사관학교 사이에 세계 최초의 영업용 노면전차인 그로스-리히터펠데 전기 궤도가 설치되었다.^[2] 1887년에는 미국인 프랭크 스프레이그(Frank Sprague)가 고안한 전기 궤도가 설치되었다.

일본에서 최초로 전기 철도가 계획된 것은 1888년(메이지 21년)에 다치카와 유지로 등이 출원한 축전지식 전기 철도였고, 거의 같은 시기에 후지오카 이치스케도 오쿠라 기하치로, 구메 다미노스케 등의 지원을 받아 가공 단선식 전기 철도를 출원하였으나 모두 기각되었다.^[3] 이후에도 나고야, 나라, 교토, 오사카, 고베 등에서 계획이 잇따랐으나 모두 기각되었다.^{[4] [5] [6]} 1892년(메이지 25년)에는 일본 정부(당시 체신성)에 설치 허가를 촉진하기 위해 ‘전기 철도 기성 동맹회’가 조직되었다.

일본에서 처음으로 전차가 운행된 것은 1890년(메이지 23년) 5월 4일 제3회 내국 권업 박람회에서였다. 도쿄 전등(東京電燈) 회사가 우에노 공원 내에서 2대의 스프레이그식 전차 시험 운행을 실시하였다. 처음으로 전차가 실용적으로 사용된 것은 메이지 25~26년경(1892년~1893년경)으로, 아시오 동산에서 광석 운반과 종업원 통근 편의를 위해 자가용으로 건설되었다.^[7]

1893년(메이지 26년) 7월, 교토 전기 철도는 내무성의 설치 특허를 얻었고, 1895년(메이지 28년) 2월 1일에 일본 최초로 전기 철도 사업을 개업하였다. 이후 궤도에서는 증기 동력이나 마차철도 등에서 전기 동력 운행이 주류가 되었다.

철도에서도 지하철이나 도시 근교 철도를 시작으로 전기 동력이 널리 도입되었다. 하지만 수송 형태, 전력 사정, 산업 동향 등에 따라 각국의 전철화율에는 편차가 있으며, EU나 일본에서는 높은 반면, 남북 아메리카나 오세아니아에서는 낮다. 일본 국내에서는 3대 도시권에서는 매우 높지만, 도쿠시마현은 전철화율이 0%이다. 고속철도에서는 큰 에너지를 공급하기 쉬운 전기 동력이 대부분 사용된다.

4. 형태

전기철도는 차량 운행에 필요한 전력을 차내 발전기가 아닌 외부 발전소에서 공급받는다. 차량은 집전장치를 통해 외부 전력을 공급받고, 이를 전동기(모터)로 변환하여 주행 동력으로 삼으며, 그 이용 빈도가 점차 증가하는 추세이다.^[1]

외부로부터 전력을 공급받는 방식은 크게 철도 위에 설치된 가선(전차선)을 이용하는 가공 전차선 방식과 선로 옆에 설치된 송전용 레일을 이용하는 제3궤조 방식으로 나뉜다. 주전동기의 종류에 따라 공급받은 전력을 변환하여 사용한다. 일부 차량은 내부에 축전지를 탑재하여 외부 전력 공급 없이 운행하기도 한다.

전기철도는 물^[1]이나 연료 보급이 필요 없어 차량 운영상의 제약이 적으며, 특히 운행 빈도가 높은 노선에서 유리하다. 증기 기관이나 내연 기관을 사용하는 철도에 비해 에너지 효율이 뛰어나다. 이는 발전소의 에너지 변환 효율이 높고, 송전·변전 및 동력 변환 과정에서의 손실이 상대적으로 적기 때문이다. 또한, 연료를 적재할 필요가 없어 차량을 가볍게 만들 수 있고 차량 중량당 출력을 높일 수 있다. 주행 중 매연이나 배출가스가 발생하지 않아 대기 오염을 유발하지 않는다는 장점도 있어, 긴 터널이나 지하철 구간은 대부분 전철화되어 있다.

반면, 변전소와 송전 설비 건설 및 유지에 많은 비용이 들어, 수송량이 적은 한산 노선에서는 경제성 문제로 도입하기 어려울 수 있다. 다만, 인접 노선이 이미 전철화되어 있다면 열차 직통 운행이나 차량 운용의 효율성을 높일 수 있어 전철화의 이점이 커진다.

전기철도의 전원으로는 직류와 교류가 모두 사용된다. 직류 방식은 차량 관련 비용 측면에서 유리한 반면, 교류 방식은 고전압으로 송전할 수 있어 대규모 전력이 필요한 고속철도에 적합하며 변전소 수를 줄일 수 있는 장점이 있다. (자세한 내용은 직류 전철화, 교류 전철화 참조)

참고로, 2023년 기준 연료전지 탑재 차량은 전철로 분류되지만, 내연기관으로 발전하여 전동기에 전력을 공급하는 차량은 디젤 기관차나 기동차로 분류된다. (자세한 내용은 디젤 전기 방식 및 기동차·디젤 기관차의 동력 전달 방식#전기식 참조)

4. 1. 집전 장치

5. 전철화 방식

차량 내부에 축전지를 탑재하는 경우도 있지만, 기본적으로는 외부에서 전기를 공급받는다. 외부 전력 공급 방식은 가선을 이용하는 가공 전차선 방식과 송전용 레일을 이용하는 제3궤조 방식으로 크게 나뉜다. 공급받은 전력은 주전동기의 종류에 따라 변환하여 사용한다.

전원으로는 직류와 교류가 모두 사용된다. 직류는 차량 비용 측면에서 유리하지만, 교류는 고전압으로 송전할 수 있어 대출력이 필요한 고속철도에 적합하고 변전소 수를 줄일 수 있다는 장점이 있다. 더 자세한 내용은 직류 전철화, 교류 전철화 문서에서 확인할 수 있다.

6. 차량

기본적으로 차량 외부에서 전력을 공급받아, 탑재된 주전동기(전기 모터)로 동력으로 변환하여 주행한다. 물^[1]이나 연료의 보급이 필요 없으므로 차량 운영상의 제약이 적고, 특히 운전 편수가 많은 노선에서는 전철화가 유리하다. 최근에는 리니어 모터를 동력으로 하는 리니어 모터카도 실용화되고 있다.

또한, 증기 기관이나 내연 기관을 동력으로 사용하는 철도에 비해 에너지 효율이 뛰어나다. 발전소에서의 에너지 변환 효율은 내연 기관 등과 비교하여 높고, 송전·변전과 동력으로 변환하는 과정의 손실도 작기 때문이다. 물이나 연료를 적재할 필요가 없으므로 차량을 경량화할 수 있어 차량 중량당 출력도 높일 수 있다.

주행 중에 매연이나 배출가스가 발생하지 않아 대기 오염의 원인이 되지 않는다는 장점도 있다. 특히 장대 터널을 포함하는 노선이나 지하철에서는 내부의 환기를 할 필요가 없도록 대부분 전철화되어 있다.

장점이 많은 반면, 변전소와 송전 설비가 필요하므로, 비전철화 노선과 비교하여 지상 설비의 건설과 유지는 고비용이 된다. 따라서 수송량이 적은 한산선구에서는 채산성 문제로 채택되기 어렵다. 그러나 인접 선구가 전철화되어 있는 경우 열차의 직통이나 차량 운용의 공통화가 가능하므로 전철화의 효과가 높다. 또한, 송전 설비를 필요로 하지 않도록 축전지를 탑재한 차량을 사용하는 경우도 있다.

전기철도 차량은 동력 방식에 따라 객차와 화차의 일부 또는 전부를 동력차로 하는 동력분산방식과, 전기기관차가 동력이 없는 다른 차량을 견인하거나 추진하는 동력집중방식으로 나뉜다. 동력분산방식의 열차·차량은 일반적으로 전동차라고 불린다. 세계적으로는 노면전차와 지하철을 제외하면 동력집중방식이 주류이지만, 일본에서는 여객열차의 대부분이 동력분산방식을 채택하고 있다.^[8] 또한, 내연기관을 사용하는 차량과 비교하면, 일반적으로 차량의 검사·보수는 용이하다.

7. 사업자 명칭 유형 (일본)

반드시 붙일 필요는 없지만, 전철을 운영하는 철도 사업자 중에는 "전기철도" 또는 이와 유사한 명칭을 사업자명에 포함하는 경우가 많다. 그 유형으로는 "전기철도", "전차철도" 및 약칭인 "전철", "전차"가 있으며, 궤도법을 따르는 경우 "전기궤도", "전궤" 등의 명칭도 사용된다.

7. 1. "전기철도"

• 상신전기철도
• 조시전기철도
• 후지산록전기철도(초대) → (후지큐) → 후지산록전기철도(2대)
• 교후쿠전기철도
• 게이한전기철도
• 한신전기철도
• 고야마전기철도 → 난카이전기철도
• 고베히메지전기철도 → (우지가와전기) → 산요전기철도
• 이치하타전기철도 (현재는 지주회사. 철도 사업은 「이치바타 전차」로 분사)
• 다카마쓰고토히라전기철도
• 치쿠호전기철도
• 기쿠치전기철도 → 쿠마모토전기철도
• 에노시마 전기철도 (에노시마 가마쿠라 관광)
• 고베 전기철도 (고베 아리마 전기철도)

• 후쿠시마전기철도 → (후쿠시마 교통)
• 치쿠마전기철도 → 마쓰모토전기철도 → (알피코 교통)
• 도야마전기철도 → (도야마 지방 철도)
• 후쿠타케전기철도 → (후쿠이 철도)
• (순엔전기) → 시즈오카전기철도 → (시즈오카 철도)
• 엔슈전기철도 → (엔슈 철도)
• 류잔 전기철도 (류잔 전철, 소부 류잔 전철)
• 쇼나이 교통(초대)^[10] → 쇼코 홀딩스 (지주회사로 전환. 버스 사업은 자회사 "쇼나이 교통"에 계승) (쇼나이 전기철도, 쇼나이 전철)

• 도야호전기철도
• 히로사키전기철도
• 미야기전기철도
• 아키우전기철도
• 산잔전기철도
• 조난전기철도
• 시모쓰케전기철도
• 오우메전기철도
• 타마난전기철도
• 무사시추오전기철도
• 이케가미전기철도
• 타마가와전기철도
• 게이힌전기철도
• 요코하마전기철도
• 쇼난전기철도
• 오다와라전기철도
• 이나전기철도
• 누이비키전기철도
• 노미전기철도
• 아사노가와전기철도
• 하쿠산전기철도 → 고마쓰전기철도
• 사바우라전기철도
• 코묘전기철도
• 아이치전기철도
• 세토전기철도
• 헤키카이전기철도
• 나고야전기철도
• 요로전기철도
• 이세전기철도
• 이가전기철도
• 호쿠세이전기철도
• 미에전기철도
• 시마전기철도
• 쿠라마전기철도
• 교토전기철도
• 나라전기철도
• 호쿠오사카전기철도
• 한와전기철도
• 난와전기철도
• 노가미전기철도
• 카타전기철도
• 비난전기철도
• 우베전기철도
• 토사전기철도^[9]
• 히젠전기철도
• 고베전기철도(현재의 고베 전철과 다름. 고베시 전차의 전신)
• 미토 전기 철도(전철화되지 않음)
• 하마마쓰 전기 철도(전철화되지 않음)
• 하나마키 온천 전기철도 (하나마키 전기철도, 하나마키 온천 전철)
• 조호쿠 전기철도
• 시기이코마 전기철도
• 쓰루가시마 전기 철도
• 이치바타 전기 철도
• 아키타 전차
• 마쓰시마 전차
• 미즈하마 전차
• 이이즈카 전차
• 시오바라 전차
• 니코우 자동차 전차
• 후쿠하쿠 전차

7. 2. "전차철도"

• 도쿄 전차철도 (東京電車鉄道|도쿄 덴샤테쓰도^일본어)
• 마쓰가네 전차철도 (松金電車鉄道|마쓰가네 덴샤테쓰도^일본어)

7. 3. "전철"

7. 4. "전기궤도"

7. 5. "전철"을 포함하는 역명

• 전철토야마역 (電鉄富山駅^일본어)
• 전철우오즈역 (電鉄魚津駅^일본어)
• 전철이시다역 (電鉄石田駅^일본어)
• 전철쿠로베역 (電鉄黒部駅^일본어)
• 전철이즈모시역 (電鉄出雲市駅^일본어)

참조

_[1] 텍스트
_[2] 서적 鉄道ギネスブック 日本語版 イカロス出版 1998
_[3] 기록 国立公文書館
_[4] 기록 国立公文書館
_[5] 기록 国立公文書館
_[6] 기록 国立公文書館
_[7] 간행물 明治工業史.　電気編 NDLDC|1226026/186 国立国会図書館デジタルコレクション
_[8] 텍스트
_[9] 텍스트
_[10] 텍스트
_[11] 텍스트