전기기관차의 회생제동에 대해

회생 제동은 전동기를 발전기로 만들어서 운동 에너지를 전기 에너지로 변환해서 전력을 회수해 제동력을 발휘하는 제동 방법입니다. 발전기를 돌리려면 힘이 필요한데, 돌리는 힘이 필요한 것을 제동력으로 이용하는 것입니다. 전동기를 동력으로 하는 왠만한 것들에는 (따로 장치가 필요하지만) 회생 제동을 할 수 있습니다. 예를 들면 주변에서 많이 볼 수 있는 전철이나 엘리베이터, 그리고 요새 막 나오고 있는 하이브리드 자동차까지 사용됩니다.

철도에서 전기를 동력으로 사용하는 차량은 다양합니다. 일단 우리가 일반적으로 볼 수 있는 전철(전기동차 - 전동차)이나, 디젤기관차, 전기기관차가 있습니다.

어? 왠 디젤기관차? 사실 (좀 더 정확한 명칭은 디젤-전기 기관차이지만) 디젤기관차는 자동차처럼 디젤 엔진에서 나온 힘으로 바로 굴러가진 않습니다. 일단 석유로 디젤 엔진을 굴려서 발전기를 돌려 발전된 전기를 전동기에 입력하여 기관차를 구동합니다. 이렇게 하면 석유로 곧바로 돌리는 것보다 섬세한 제어를 할 수 있습니다.

예전에는 제동 방법이 단순했(단순했다기 보다는, 제동 말고 별다른 특징이 없었음)습니다.
옛날에 많이 쓰이고, 지금의 회생 제동이나 발전 제동과 병용하여 사용하는 공기 제동 방식은 공기를 이용해서 제동력을 조절하는 방식입니다.

그리고 발전 제동은 일단 회생 제동처럼 전동기를 발전기처럼 이용해서 전기를 발생시키지만, 이 발생된 전기를 다른 곳에 쓰지 않고 그냥 저항으로 보내어 열로 소모시켜 버립니다. 대표적으로 사용하는 것이 일반 디젤 기관차나, 약간 오래된 전기 기관차나 전동차 등이 이 발전제동을 사용하고 있습니다.

회생 제동은 KTX나 최신형 전기 기관차, 보통 전동차에서 사용하는 방식으로, 일단 전기를 발생 시킨 것을, 적절한 변환기에 넣어서 공급받는 전기의 (교류 전기이므로) 주파수나, 위상을 같게 한 뒤에 전차선으로 올려 보내버립니다.

그러면 이 전기를 가까운 곳에서 가속하던 전기 차량이 받아서 (또는 다른 곳에) 사용하는 것입니다. 전차선이 없는 하이브리드 차량에서는 이 회생 제동을 이용해서 그냥 버려지는 에너지를 배터리에 저장시켜 놓기도 합니다. 또 다른 장점은, 기계적 제동(공기 제동)은 열이 발생하거나 마찰에 의한 부품의 마모로 인해 제동 계통에 문제가 발생할 수 있지만 회생 제동은 장시간 제동을 하여도 별 무리가 없다는 점입니다.

실제로 회생 제동을 이용해서 전기료를 절약한 부산 교통공사의 사례도 있습니다.

그런데 회생 제동에도 단점이 있습니다. 바로 생산된 전력이 바로바로 소비되지 않으면 제동력이 생기지 않는 것입니다. 이것에 대한 보완책은 만약에 회생 제동이 먹히지 않을 경우 바로 감지하여 발전 제동으로 넘겨버리는 수법을 사용하기도 합니다.

회생 제동은 변환기나 인버터 등의 장비 때문에 비교적 최근에 개발되었습니다. 이 회생 제동이 여러 곳에 적용되어 에너지 절감으로 이어졌으면 하는 바람입니다.

(덧 : 최근 그럴듯한 떡밥으로 만선을 했던 지하철 환기구 풍력 발전은, 원래 환풍을 위해 사용하는 바람을 일부 써버리기(발전 때문에 환풍 바람에 대한 저항이 생겨버림)때문에 환풍 효율이 떨어지게 됩니다. (펌프 퍼올릴 때 그냥 펌프질 되는게 아깝다고 거기에 수력 발전기 달면 펌프질 잘 안됩니다?)

회생 제동이 지하철 환풍기 발전과 다른 점은, 어쩔 수 없이 운동 에너지가 감소되어야 되는 상황인데, 이것을 그냥 열로 소모하지 않고 다른 용도로 전환(발전하면 주행에 대한 저항력이 생기므로)하는 것입니다)