신칸선의 회전부분을 줄여 전력 2% 절감

JR도카이는 도카이 신칸선의 “주파수 변환장치”를 교체한다고 발표하였다. 가나가와현(神奈川?) 내 두 군데의 설비에 대해 사업비 134억 엔을 투자하여 약 8년간의 공사를 완료하였다. 전력사용량을 2% 삭감할 수 있으며, 유지관리 비용도 낮아진다.

일본의 전력계통은 동쪽의 50Hz와 서쪽의 60Hz 두 개로 나누어져 있다. 태평양측에서는 시즈오카현이 양쪽에 걸쳐 있으며, 후지가와부터 동쪽은 50Hz, 서쪽은 60Hz이다. 때문에 도쿄전력과 츄부전력 사이에는 세 군데의 주파수 변환설비가 설치되어 있으며, 50Hz와 60Hz의 전력을 필요에 따라 상호 변환하고 있다.

양쪽 지역에 걸쳐 있는 철도는 어떻게 되어 있는가? 도카이도 신칸선은 전체 노선에서 60Hz의 교류(2만 5000V)를 이용한다. JR도카이는 주파수를 변환하는 설비를 스스로 운용하고 있으며, 후지카와부터 동에서는 전력회사에서 받은 50Hz의 교류를 사용하여 60Hz의 교류를 만들어 낸다.

2014년 11월 JR도카이는 도카이 신칸선의 “주파수변환장치”를 교환한다고 발표하였다. 사업비는 134억 엔을 투자하여 약 8년간 공사를 완료한다. 목적은 두 가지이다. 하나는 주파수 변환 시의 전력손실을 줄이는 것이고, 다른 하나는 정기점검에 필요한 시간을 단축함으로써 보다 쉽게 안정운송을 실현하는 것이다. 모두 운용비용 저감에 도움이 된다. 장치 변환에 따라 전력사용량을 2% 삭감할 것으로 보인다. 전기요금의 삭감액으로 환산하면 연간 수억 엔 정도에 상당한다. 정기점검의 시간을 단축하는 효과는 비용에 계산하기 어려우나, 투자 대비 효과가 있다.

변환 전의 주파수 변환장치를 “회전형 주파수 변환장치”라고 부른다. 우선 50Hz의 교류로 모터를 회전시킨다. 모터 축은 발전기와 직결하고 있으며, 발전기가 60Hz의 교류를 만들어 낸다. 모터와 발전기를 조합한 기계적 변환장치이므로 회전에 의한 손실이 발생한다. 그리고 정기점검 시에는 기기를 해체할 필요가 있어 점검시간이 늘어나게 된다.

변환 후의 장치의 명칭은 “정지형 주파수 변환장치”이다. 50Hz의 교류를 컨버터로 입력하면 직류를 만들어 내고, 그 직류를 인버터에 입력함으로써 60Hz의 교류를 만들어낸다. 태양광발전시스템에서 필요한 인버터(파워콘덴서)로 기계형이 존재하지 않는 것에서도 알 수 있듯이 정지형은 변환효율이 높다. 즉 손실이 적다. 이들 인버터와 컨버터에는 대전력에 견디는 파워반도체를 이용한다. 도입하는 파워반도체의 후보는 IGBT, IEGT, GCT 세 가지이다. 앞으로 도입 시의 사양을 결정할 것이다.

이와 같이 장점만이 눈에 띄는 정지형에도 약점이 있다. 일시적으로 대전류가 필요할 때 현재의 파워 반도체기술에서는 모두를 조달하는 것은 불가능하다. 그래서 기존의 회전형 장치를 남기고, 병용한다. 후지카와 동쪽의 도카이도 신칸선의 노선과 역, 변전소, 주파수 변환변전소, 장치의 위치를 보면, 주파수 변환장치가 현재 9대가 운용 중이다. 서에서 누마츠(沼津) 주파수 변환변전소(누마츠 FC: Frequency Conversion substation), 서사가미(西相模) FC, 츠나시마(綱島) FC, 오이(大井) FC로 불리는 4개 거점이 있으며, 합계 9대의 주파수변환장치가 작동하고 있다.

현재는 9대 중 6대가 회전형, 3대가 선행 도입된 정지형이다. 이번 교체에서는 가나가와현에 위치하는 츠나시마 FC와 서사가미 FC의 회전형을 각각 1대씩 정지형으로 교체할 것이다. 츠나시마 FC, 서사가미 FC의 회전형이 두 대씩 남아 대전류가 필요할 때에 보조하는 형태이다. 츠나시마 FC의 공사기간은 2014년도부터 2019년도이며, 서사가미 FC는 2015년도부터 2021년도이다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 신칸선의 회전부분을 줄여 전력 2% 절감