철도역 전력사용, 디지털트윈으로 미리 계산…수서역 오차 2%대

ESS 적용하면 최대수요 20%↓…전력 절반 쓰는 환기팬도 확인

철도역에서 어떤 설비가 얼마나 많은 전력을 사용하는지 가상공간에서 계산하고, 에너지저장장치(ESS)나 태양광을 설치했을 때 절감 효과까지 투자 전에 예측할 수 있는 기술이 개발됐다.

한국철도기술연구원은 고속철도 수서역의 구조와 설비를 가상공간에 구현하고 실제 전력 사용 데이터를 결합한 '에너지 디지털트윈' 모델을 개발했다고 15일 밝혔다.

수서역 에너지 디지털트윈 대시보드. 형상 모델 위에 센서 위치와 온도 분포를 겹쳐 보인 3D 화면. 철도연 제공

기존에는 한국전력 계량값을 통해 역사 전체의 전력 사용량을 사후 집계하는 방식이어서 개별 설비의 에너지 소비량을 파악하거나 새로운 설비 도입 효과를 사전에 분석하는 데 한계가 있었다.

철도연은 수서역 대합실과 환승통로, 라운지 등 10개 구역을 디지털 모델로 구현했다. 이 가운데 3개 구역에는 온도·습도·이산화탄소·미세먼지 센서를 설치해 지난 5월 말부터 실내 환경을 실시간으로 측정하고 있다.

개발된 모델은 설비나 운영 조건을 변경했을 때 1년간 예상되는 에너지 사용량을 수 초 안에 계산할 수 있다. 1년간 월별 전력 사용량을 실제 한국전력 계량값과 비교한 결과 연간 오차는 2%대였다. 건물 에너지 모델의 측정·검증 기준인 미국공조냉동공학회(ASHRAE) 가이드라인 14도 충족했다.

특히 수서역의 1년간 실측 부하를 토대로 태양광과 ESS 운영 효과를 분석한 결과, 250㎾h 규모 ESS를 적용하면 전기 기본요금 산정 기준이 되는 연간 최대수요를 약 20% 낮출 수 있는 것으로 나타났다.

지하 철도역에서 어떤 설비가 전기를 많이 사용하는지도 구체적으로 드러났다. 모델 분석 결과 수서역 전력 사용량의 약 46%를 환기팬이 차지했다. 향후 환기 설비의 운전 방식 등을 조정하면 추가적인 에너지 효율화 가능성을 찾을 수 있다는 의미다.

철도연은 한국철도공사와 수서역에서 확보한 에너지 효율화 성과를 체계화하고, 이를 서울 영동대로 지하에 건설 중인 삼성역 복합환승센터 등 대형 철도역으로 확대 적용하는 방안을 검토하고 있다. 삼성역 복합환승센터는 약 21만㎡ 규모로 5개 철도 노선이 연결되는 대형 환승시설로 2029년 준공을 목표로 하고 있다.

신승권 철도연 책임연구원은 "검증된 모델 위에서 설비 투자와 운영 대안을 미리 시험할 수 있다는 것이 이번 성과의 핵심"이라며 "수서역에서 검증한 센서망과 에너지 모델, 운영 시나리오 분석을 대형 환승역사로 넓혀 철도와 전력 인프라 연계를 구상하고 있다"고 말했다.

사공명 철도연 원장은 "철도역사의 에너지 절감과 운영 효율을 높이는 기술 개발을 지속해 에너지를 절감하고 탄소중립 철도를 실현하는 데 기여하겠다"고 말했다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr