칼트레인 전기 열차, 예상보다 효율적인 성능

 (caltrain.com)
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  • Caltrain의 새 전기 열차는 회생 제동으로 소비 전력의 약 23%에 해당하는 전력을 회수해 전력망으로 돌려보내며, 예상보다 높은 효율을 보임
  • 실제 전력 사용량은 평일 평균 207MWh, 주말 평균 175MWh로 집계돼 연간 전기 비용 추정치가 1,950만 달러에서 1,650만 달러로 낮아짐
  • California Air Resources Board의 Low Carbon Fuel Standard Program에서 연간 약 600만 달러의 에너지 크레딧이 예상돼, 전기 서비스 첫해 연료 비용은 이전 디젤 서비스보다 낮아질 전망임
  • 제동 때 버려지던 열 에너지를 전기로 회수하고, Caltrain 차량은 이를 Overhead Contact System을 거쳐 다른 열차나 전력망으로 보내도록 설계됨
  • Caltrain은 서비스를 100% 재생에너지로 운행하지만, 현재 회수 전력은 전력망에 무상 제공 중이며 해당 에너지 보상을 요구하는 법적 의무는 없음

예상보다 높은 전기 열차 효율

  • Caltrain의 새 전기 열차는 회생 제동으로 시스템 소비 전력의 약 23%에 해당하는 전력을 회수해 전력망으로 되돌려 보내고 있음
  • 원래 예상보다 높은 효율을 보이면서, 지속가능한 교통을 내세우는 Caltrain의 운영 목표와 맞아떨어짐

전력 사용량과 비용 추정 변화

  • 전기 사용 비용은 원래 연간 약 1,950만 달러로 추정됐음
  • 전기 서비스 시작 이후 실제 전력 사용량은 다음 수준임
    • 평일 평균 207MWh
    • 주말 평균 175MWh
  • 이 사용량을 바탕으로 연간 전기 비용 추정치는 1,650만 달러로 낮아짐

에너지 크레딧과 디젤 대비 비용

  • Caltrain은 California Air Resources Board의 Low Carbon Fuel Standard Program에서 연간 약 600만 달러의 에너지 크레딧을 기대함
  • 이 크레딧을 반영하면 전기 서비스 첫해의 연료 비용은 이전 디젤 서비스보다 낮아질 예정임
  • 현재 회수한 전력은 전력망에 무상 공급되고 있음
    • 해당 에너지에 대해 Caltrain이 보상을 받아야 한다는 법적 요구사항은 없음

회생 제동의 작동 방식

  • 회생 제동은 전기 열차에 1886년 처음 도입된 기술임
  • 제동 중 에너지를 열로 잃는 대신, 전기 모터를 역방향으로 구동해 에너지를 회수함
  • Caltrain 차량은 회수 전력을 Overhead Contact System(OCS) 으로 되돌리도록 설계됨
    • OCS는 전력을 가장 가까운 traction power facility로 보냄
    • 이후 해당 전력은 시스템 내 다른 열차를 구동하는 데 쓰이거나 전력망으로 반환될 수 있음

재생에너지 운행과 서비스 목표

  • Caltrain은 서비스를 100% 재생에너지로 운행하고 있으며, 그중 거의 4분의 1에 해당하는 에너지를 전력망에 되돌려 보내고 있음
  • 새 전기 차량은 최신 서비스 제공과 지속가능한 교통이라는 Caltrain의 기관 목표에 부합함

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GN⁺   [-]
Hacker News 의견들

  • 전기 Caltrain은 정말 좋음
    훨씬 조용하고, 차량 내부도 더 쾌적하며, 예전보다 더 빠르고 자주 다님
    여기에 새 BART 차량도 훨씬 조용해졌고, Muni도 신뢰도와 만족도 기록을 세우고 있어서 Bay Area에 대중교통 르네상스가 오는 느낌임

    • 대체로 동의하지만, BART가 Bay Area의 발목을 잡고 있다고 봄
      Caltrain이나 Muni와 달리 BART 경영진은 무능하고, 실제 운행 개선보다 엉뚱한 데 돈 쓰는 데 더 관심이 있어 보임
      BART 경찰은 SUV 대수를 많이 보유하고 있고, Bay Area에서 경찰 1인당 차량 비율이 가장 높음
      Muni 버스나 경전철 차량과 BART 차량, 심지어 새 차량의 아침 상태를 비교해 보면 청결도 차이가 큼
    • 이런 시스템의 진짜 가치를 끌어내려면 Bay Area 도시들의 밀도 증가를 강제로라도 추진해야 함
      San Francisco 본토가 지금보다 Manhattan에 더 가까워져야 함
    • 정말 좋아졌음
      주말에 30분마다 다니는 것과 2시간마다 다니는 것은 친구와 점심 먹으러 Redwood City까지 기차로 갔다 오는 것과, 둘 중 한 명이 운전해야 하는 것의 차이임
      San Jose에서 Gilroy 구간까지 전철화하면 더 좋아질 것임
    • 전기화가 여러 이유로 큰 개선인 건 맞지만, 조용하고 내부가 좋은 부분 상당수는 그냥 새 차량이라 아직 닳지 않았기 때문이기도 함

  • 훌륭하지만 여기까지 오는데 환경 검토와 불안정한 자금 조달 때문에 20년 넘게 걸렸음
    게다가 기존의 비교적 짧은 선로 구간을 개조한 것뿐임
    California는 앞으로 필요한 거대 인프라 사업들을 위해 관료적 절차를 줄이고 제대로 자금을 대야 함

    • 2025년의 California 주민들은 California High-Speed Rail을 어떻게 보고 있는지 궁금함
      Canada에서도 비슷한 사업이 진행 중인데, CHSR이 겪은 행정 늪에 빠질까 걱정됨
      새 Crown corporation인 VIA HFR이 맡고 있고 아직 엔지니어링 입찰을 받는 단계로 이해함
      Toronto-Montreal 사이의 저렴하고 빠르고 안정적인 철도는 많은 Canada인에게 꿈 같은 일일 텐데, 현실화하려면 어떻게 해야 좋을지 궁금함
      https://tc.canada.ca/en/rail-transportation/railway-lines/hi...
    • 환경 검토를 얼마나 철저하게 했길래 20년 넘게 걸렸는지 궁금함
      California 주민들은 미국에서 세금을 가장 많이 내고 있으니, 주민들은 이미 자기 몫을 하고 있음
      책임을 물어야 할 대상은 행정부이고, 관료 조직에 압박을 넣어야 하며 주 의회도 크게 손봐야 함
    • 인프라를 원하다가 막상 지어지면 너무 비싸고 오래 걸린다고 비판하는 일이 많음
      비판 자체는 타당하지만, 많은 경우 구더기 무서워 장 못 담그는 식으로 전체를 버려버림
    • 완전히 동의함
      어려운 부분은 어떤 사업에만 규제를 줄일지, 그리고 어떤 규제는 남겨야 할지 판단하는 것임
      Chesterton의 울타리 같은 문제임
    • 잘 될지는 모르겠지만, 과잉 규제가 건설을 어렵게 만든다고 크게 비판해 온 인물이 무대에서 수상한 경례를 하지 않을 때 Department of Government Efficiency를 만들고 있음
      WSJ 기고문에 나온 접근은 꽤 흥미로움
      “대부분의 법적 명령은 Congress가 제정한 법이 아니라 선출되지 않은 관료들이 매년 수만 건씩 공포하는 ‘규칙과 규정’이다”
      “President Trump는 행정 조치로 즉시 그런 규정의 집행을 중단하고 검토와 폐지 절차를 시작할 수 있다”
      “대통령이 수천 개의 그런 규정을 무효화하면 비판자들은 행정부의 월권이라고 하겠지만, 실제로는 Congress가 승인하지 않은 행정 명령식 규정 수천 개가 만든 행정부 월권을 바로잡는 일이다”
      WSJ 관련 링크: https://archive.is/nFNp4

  • 좋은 소식임
    특히 전기 열차는 Diesel 열차보다 훨씬 빠르게 가속함
    출발할 때 옆에 있어 보면, 열차 한 대 길이만큼도 가기 전에 시속 40마일쯤 도달함
    출력보다도 서 있는 승객 때문에 제한되는 것에 가까워 보이고, 가속에 쓴 에너지 대부분은 다음 정차 때 회수되므로 빠른 가속이 에너지를 많이 쓰는 건 아님

    • “대부분”은 아니고 상당량임
      기사에 따르면 새 열차의 회생 제동이 시스템 소비 에너지의 약 23%를 만들어 전력망으로 돌려보내고 있음
    • 같은 목표 속도에 도달하려는 상황이라면 가속도 자체는 에너지에 영향을 주지 않음
      마찰이 있다면 오히려 더 높은 가속도가 에너지를 덜 쓰게 만들 수도 있음

  • 기사에서 개인적으로 몰랐던 멋진 점은 Caltrain이 100% 재생 전력으로 운행된다는 것임

    • 그걸 목표처럼 내세우면 안 된다고 봄
      Germany가 그런 식으로 모든 원전을 없애고도 계속 석탄을 태우고 Russia에서 연료를 사야 하는 상황이 됐음

  • Caltrain이 “100% 재생 에너지로 운행된다”고 주장하지만, 결국 모두와 같은 전력망에 연결돼 있음
    전기의 절반이 친환경이니 고객 X는 재생 전력이고 고객 Y는 아니라고 말하는 건 물리적으로 별로 말이 안 됨

    • 전력은 풀(pool)로 섞임
      어떤 공급자나 공급자 그룹이 재생 자원에서만 조달하고, 비재생 전력을 되팔지 않으며, 같은 전력을 중복 판매하지 않고, 어느 시점에도 내 수요를 감당할 수 있다면 나는 그 풀에서 친환경 전력을 사는 것임
      실제 전자가 천연가스나 석탄에서 왔는지는 중요하지 않음
      내가 풀에 충분한 재생 전력을 사서 넣었고, 내가 천연가스 전자를 쓰는 동안 내가 넣은 전자는 다른 사람이 쓰게 되기 때문임
      Caltrain이 정확히 이렇게 운영되는지는 확실치 않지만, 모두가 물리적으로 같은 풀을 쓴다는 사실만으로 100% 재생 전력 구매가 불가능해지는 건 아님
    • 물리적으로는 아니어도 재정적으로는 의미가 있음
      발전은 공짜가 아니므로 재생이든 비재생이든 발전소는 누군가 전기를 사는 동안에만 생산을 계속함
    • 보통 전력회사에서 원하는 발전원 구성을 선택할 수 있음
      예를 들어 나는 100% 재생 전력 요금제를 쓰고 있음
    • 전자는 결국 전자일 뿐임
      하지만 고객 X는 재생 전원에 돈을 내고 고객 Y는 비재생 전원에 돈을 내므로, 고객 X는 자신이 재생 전력을 쓴다고 말할 수 있음
    • https://www.peninsulacleanenergy.com/news-releases/quick-cle...

  • 이건 말 그대로 핵심이 아님
    열차의 에너지 소비는 자동차 이용을 대체하는 효과에 비하면 사소함
    이 절감분을 더 높은 속도, 더 많은 승객, 더 높은 운행 빈도로 바꿀 수 있다면 그게 더 가치 있음
    그렇게 바꿀 방법이 없다면 공짜 이득이라 좋지만, 초점은 잘못 잡힌 것임

    • 적어도 선로 근처에 사는 사람들에게는 대기질 개선이라는 이득이 있음
      예전 Diesel 열차는 냄새를 맡고 맛볼 수 있을 정도라 꽤 성가셨음
    • 속도와 운행 빈도는 모두 크게 올랐고, 승객 수도 늘었다고 들음
      소음과 오염도 크게 줄었으니 전반적으로 엄청난 개선임

  • 미국이 해외 기관들이 이미 알고 있던 걸 이제야 배우는 모습은 웃기면서도 씁쓸함
    오늘 본 다른 예로, NYC의 혼잡 통행료가 Manhattan의 자동차 사고와 부상을 “놀랍게도” 크게 줄였다는 게 있었음
    너무 당연한 결과임

    • 이건 긍정적인 방향으로 움직이는 좋은 소식이라고 느낌
      과거로 돌아갈 수는 없지만, 앞으로의 상황은 개선할 수 있음
    • 이미 동의하는 사람들을 더 움직이게 하려면, 그들에게 계속 설득해야 함
      지표가 올바른 방향으로 움직일 때 그 사실을 공개적으로 알려야 함
      그래야 누군가 나중에 되돌리거나 예산을 끊거나 흐름을 멈추려 할 때 더 어려워짐
      정보를 조용히 묻어두면 플러그를 뽑기가 쉬워짐
    • London의 많은 열차는 움직임에서 전기를 만드는 기술이 194년 전부터 있었는데도 아직 회생 제동을 쓰지 않음
    • 혼잡 통행료가 사람들 주머니를 털 뿐 아무 효과도 없을 거라고 온라인에서 크게 소리치던 무리를 못 본 듯함
      실제로 많은 사람이 아무것도 바뀌지 않을 거라고 진심으로 믿었음
    • 놀라울 수 없다고 보진 않음
      Manhattan에 차가 줄어들면 남은 차들의 평균 속도가 올라가 사고 가능성이 커질 수도 있기 때문임

  • New York City 지하철에 이 기술이 없다는 게 믿기지 않음
    지금도 지하철에서 브레이크 분진을 들이마시고 있음

  • 새 열차의 회생 제동이 시스템 소비 에너지의 약 23%를 만들어 전력망으로 돌려보낸다는 수치가 이해가 잘 안 됨
    23%를 25%로 반올림하고, 제동 에너지 회수가 100% 효율이라고 가정해도 시스템에 넣은 에너지의 4분의 1이 다시 나온다는 뜻임
    자동차 시내 주행에서는 브레이크를 밟는 시간이 25%일 수도 있지만, 열차는 달리는 시간이 길고 제동 시간은 상대적으로 짧음
    기관차를 떼어냈을 때 열차가 무동력으로 아주 멀리 굴러갈 것 같지도 않은데, 운동량에서 회수할 에너지가 있더라도 전체의 25%는 커 보임
    이 숫자가 어떻게 성립하는지 궁금함

    • 우선 이 열차들은 전동차(EMU) 일 가능성이 큼
      기관차 하나가 전체를 끄는 게 아니라 각 대차가 구동되므로, 전기 열차가 훨씬 빨리 속도에 도달할 수 있는 큰 장점이 있음
      핵심 질문에 답하자면, 움직이는 열차의 구름 저항은 매우 작아서 에너지 비용 대부분은 가속할 때 들고, 순항 중에는 출력의 5~10% 정도만 쓸 것임
    • “무동력으로 아주 멀리 굴러가지 않을 것 같다”는 부분이야말로 철도 시스템의 핵심임
    • 열차는 선로와의 마찰이 작음
      고무 타이어를 쓰는 자동차보다 훨씬 효율적인 이유 중 하나임
      이동 중 마찰이 매우 낮다면, 일단 속도가 붙은 뒤 열차를 움직이는 데 큰 에너지가 들지 않는다는 게 말이 됨
      속도를 줄일 때 그 에너지 일부는 다시 돌아오고, 나머지는 열로 사라짐
    • 모형 기차 객차도 한 번 밀면 큰 방 하나 길이 정도는 쉽게 굴러감
      접촉하는 금속 면적이 약 1cm²뿐인 걸 보면 됨: https://www.reddit.com/r/Damnthatsinteresting/comments/17ysd...
      마찰이 아주 작음
    • 게임 Derail Valley를 해보면 열차가 동력 입력 없이 얼마나 잘 관성으로 굴러가는지 꽤 현실적으로 감이 옴
      평지에서는 가끔 살짝 밀어주기만 해도 계속 감

  • 재생 전력이 대형 수력발전 댐에서 구매되는 것이라면, 기관용 전력 가격은 저수지 수위에 따라 달라질 수 있음
    더 건조한 해에는 전력 비용이 올라갈지도 모름

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