전 세계적으로 화석에너지가 환경오염이라는 문제를 야기하며 자연 생태계를 위협하고 있는 가운데, 각국의 전문가들은 오래 전부터 새로운 에너지원을 찾는데 갖은 노력을 다해왔다. 국내에서도 다양한 기업들이 21세기 산업의 화두인 ‘친환경 에너지’를 주목하여, 기후 변화 대응 및 일자리 창출에 기여할 수 있는 그린 전력 생산 시스템 개발에 뛰어들고 있는 이 시점에서, ‘알맞은 대체 에너지원 찾기’는 우리에게 주어진 가장 큰 과제 중 하나일 것이다. 한편, 서울 종로구에 위치한 냉난방기 제조 전문기업 두원공조시스템|두원종합안전(대표 정기장)은 40여년간 축적된 남다른 기술력과 노하우를 기반으로 전 세계 먹거리 창출 아이템에 일조하고 있는 기업이다. 고품질·고성능 냉난방기를 제작하며 업계에서 입지를 다져온 두원공조시스템 정기장 대표는 지난 2012년 ‘친환경적 안전 레일 및 그 제조 방법’, 2015년 ‘헤어드라이어 작동 소음 제거’ 기술을 개발한데 이어, 2016년 ‘전동차 하중을 이용한 전력 생산 시스템’으로 특허를 취득하며 주목을 받았다. 특히, 두원공조시스템 정기장 대표가 개발한 ‘전동차 하중을 이용한 전력 생산 시스템’은 무한 자원에 해당하는 전동차의 하중을 전력 생산에 활용하는 혁신적인 방법으로써 업계의 높은 기대를 받고 있다.

기차의 하중 발생 시,
자연스럽게 유체압력을 에너지로 저장
태양광 및 풍력, 조력 비해 월등히 차별화
두원종합안전의 정기장 대표는 “2020년엔 대체 에너지원으로 에너지의 재활용에 대한 관심이 더욱 증가될 것이다. 현재, 철도문화가 정착되어 운행되는 철도차량 및 지하철의 대수가 증대되면서 이러한 철도차량 및 지하철을 이용한 에너지 재활용 시스템에 대한 연구가 진행되고 있다”고 밝히며 지난 2016년 직접 발명하여 특허받은 기술인 ‘전동차 하중을 이용한 전력생산시스템’기술이 충분히 대안이 될 수 있을 것이라고 자신감을 드러냈다.

정기장 대표는 이 기술에 대해 “기차, 전동차의 하중을 이용하여 고출력의 발전량을 생산할 수 있는 특수성으로, 신수종(새로운 종류) 신재생 에너지의 재활용을 목적으로 하는 이 시스템은 철도 레일의 침목과 침목 사이에 장치를 고정시켜, 전동차나 기차가 이동할 때 하중에 의해 발생된 유체의 운동 에너지가 압력 에너지로 변하면서 하중 압력 수집 장치를 통해 저장되도록 설계되었다”고 소개했다. 다시 말해, 이 기술은 전철의 하중을 이용하여 전력을 생산할 수 있는 시스템으로, 전동차의 하중을 인가받아 유압실린더 내에 형성되는 유압을 통해 압력을 수집하는 '하중압력수집장치'와 상기 하중압력수집장치에서 전달되는 유체 압력을 저장하는 '유체압력저장장치', 상기 유체압력저장장치에서 저장된 유압을 매개로 유압모터를 구동하는 '유체압력구동장치 및 상기 유체압력구동장치'의 유압모터 가속기어에 의해 압력에너지를 회전운동으로 전환하여 전력을 생산하는 발전장치를 포함하는 전동차량 하중을 이용한 전력생산시스템을 본격적으로 제공할 수 있는 것이다.

전동차 하중을 이용한 전력 생산 시스템 기술은 태양광을 이용하는 전압 발생 장치인 태양전지나 조력·풍력·수력 발전을 활용한 전기 생성 장치에 비해 안정적·지속적인 전력 생산이 가능해 더욱 주목할 만하다. 전동차 하중을 이용한 전력 생산 시스템 기술로 인해 기대되는 특징과 효과들을 간단히 요약하면 다음과 같다.

1. 석유, 석탄 가스 등 화석연료를 사용하지 않는다.
2. 원자력, 풍력, 조력, 태양광 등에 비하여 경제력이 월등하다.
3. 스마트 그리드(Smart Grid) ICT로 컨트롤 할 수 있다.
4. 온실 가스 배출이 없다.
5. 송전탑이 필요없다.
6. 세계 기후변화에 일조를 할 수 있다.

앞서 잠시 밝혔듯, 과거 중점적으로 개발된 태양광을 이용한 전압발생장치는 축전지에 전압을 충전시켜 필요 시 보조전원으로 사용할 수 있게끔 구성되었지만, 태양전지를 이용한 전략생산은 낮은 효율과 광량에 따라 발전량이 큰 차이가 생기고 밤에는 생산하지 못하는 단점이 있어 한계성을 보였다. 또한, 조력, 풍력, 수력발전으로 인한 에너지 생성장치는 자연조건이 적합한 지역에서만 보조전원으로 사용하는 것이 가능한 에너지이기에, 기대치에 미치지 못한 채, 답보상태에 이르는 결과를 보이기도 했다. 정 대표가 직접 특허를 낸 전동차량 하중을 이용한 전력생산시스템은 미리 소개했듯, 기차의 하중 발생 시, 자연스럽게 유체압력을 압력에너지로 저장하는 하중압력수집장치로 다른 기술들과는 차별성을 보이고 있다. 조절 가능한 유압체를 획득, 추출된 유속으로 지속적인 구동력을 발생시켜 활용할 수 있는 전력생산시스템이 그야말로 제대로 정립되는 것이다. 정기장 대표는 “이 장치가 전력 산업에 본격 도입되면 환경오염이 줄어들고 고용 확대 효과를 얻을 수 있는 만큼 정부와 지자체가 신재생 동력 생성 기술에 보다 관심을 갖고 주목해주었으면 하는 바람이다. 또한, 이산화탄소 배출이 전혀 없는 친환경시스템으로 관련기업 및 정부부처에서도 주목할 수 있는, 충분한 경쟁력을 갖춘 기술이라고 자부한다. 많은 관심과 기대를 부탁드린다”고 덧붙였다.

대신국제특허법률사무소 김영호 변리사가 바라보는
‘전동차 하중을 이용한 전력 생산 시스템’

지윤석 기자. 대체자원을 활용할 수많은 연구들이 있었습니다. '전철의 하중을 이용해 전력을 생산하는 기술'을 접하시며 종전과 동일한 사례는 있었는지, 또는 특허기술로서의 가치에 대해 한 말씀 부탁드립니다.

김영호 변리사. 두원종합안전/두원공조시스템의 특허기술은 전철이나 기차의 하중을 이용하여 전력을 생산할 수 있는 시스템에 대한 것입니다. 이와 관련하여, 미국과 일본에서는 자동차도로 또는 계단 아래에 설치되거나, 레일의 침목 내부에 설치되는 전력 생산 기기가 특허로 일부 공개된 적은 있었습니다. 그러나, 미국과 일본의 기존 기술은 단순한 아이디어 수준이었고, 실제 구현을 위해서는 레일과 침목 전체를 새롭게 다시 설치해야 하는 단점이 있었습니다. 이에 반하여, 두원공조시스템의 특허기술은 레일의 침목 사이 공간에서 실제로 작동 가능한 유압 제너레이터를 구현한 것이고, 레일과 침목을 전체적으로 새롭게 다시 설치하지 않으면서도 기존의 레일과 침목에 추가로 장착할 수 있다는 점에서, 현실적으로 적용 가능성이 우수하다고 볼 수 있습니다.

지윤석 기자. 변리사님 시점에서 바라보는 '전동차량 하중을 이용한 전력생산시스템'에 대한 보다 전문적인 설명을 추가로 부탁드립니다.
김영호 변리사. 전동차량의 하중을 이용하여 전력을 생산하기 위해서는, 레일 아래에서 하중압력을 수집하는 장치가 필요하고 이러한 장치는 레일 아래에서 항시 균일한 높이를 유지해야 합니다. 기존에는 이러한 현실적인 문제점을 인식하거나, 이를 해결하기 위한 수단이 없었습니다. 두원공조시스템의 특허기술은 바로 이러한 문제점을 해결할 수 있습니다. 즉, 하중압력 수집장치를 레일 아래의 침목 사이 공간에 위치시키고, 상기 하중압력 수집장치의 양쪽으로 고정장치를 연결해서 침목 사이에 고정시킨 것이 특징입니다. 자갈과 같이 지면에 고르지 못한 곳에 하중압력 수집장치가 위치할 경우 전동차의 정차와 출차 시 발생되는 하중에 의해 하중압력 수집장치가 고정되지 못하고 이동하는 문제점이 있었지만, 두원공조시스템의 특허기술은 하중압력 수집장치를 침목 사이에 고정시켜, 안정적인 유압에 의해 항시 균일한 전력을 생산할 수 있는 효과를 가집니다.

지윤석 기자. 장기적으로 전동차량 하중을 이용한 전력생산시스템 특허기술로부터 기대되는 효과는 어떤 것들이 있을지 말씀 부탁드립니다.
김영호 변리사. 두원종합안전의 특허기술을 이용하면, 전동차의 하중을 유체 압력을 통해서 압력 에너지로 저장하고, 이를 이용하여 유체 모터를 구동해 지속적으로 전력을 생산할 수 있습니다. 또한, 두원종합안전의 시스템은 기존의 레일 하부 침목사이 공간에 그대로 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 기존 설치된 레일과 침목 사이에 추가적으로 장착할 수 있는 것이어서, 실용성과 실현 가능성이 매우 우수합니다. 이와 더불어, 전동차의 이동에 의한 하중을 규칙적으로 꾸준히 전달받아 안정적인 전력 생산이 가능합니다. 현재, 전동차 하중은 매우 크고 규칙적인 에너지를 발생시키고 있지만, 이러한 에너지는 전혀 활용되지 못하고, 땅 아래로 소진되어 버립니다. 이러한 상황에서, 두원종합안전의 시스템은 버려지는 에너지를 재활용하여 새롭게 안정적인 전력을 생산할 수 있다는 점에서, ‘신재생 에너지 창출’이라는 무한한 가치를 가지고 있습니다.