KERS

Kinetic Energy Recovery System.

우리말로 풀어보면 운동 에너지 회복 시스템 정도로 풀이할 수 있다.

브레이크의 기본 원리는 자동차나 오토바이 같은 이동 수단(여기서부터는 퉁쳐서 '차'라고 부른다)의 운동 에너지를 마찰을 통해서 열에너지로 바꾸는 것이다. 즉, 운동 에너지는 그냥 사라져 버린다. 실컷 연료 태워서 만든 운동 에너지를 그냥 허공에 열로 날려 버리기가 좀 아까운 관계로, 일부를 전기 에너지 또는 다른 형태의 운동 에너지로 저장했다가 추진력이 필요할 때 사용하는 시스템이다. 이를 통해서 연비 향상, 즉 에너지 절약을 기대할 수 있다. 하지만 브레이크로 줄여야 할 모든 운동 에너지를 KERS로만 변환하면 제동 성능이 너무 나빠지므로 일부는 열에너지로 날려버리고 일부만 다른 에너지로 저장할 수 있다.

크게 두 가지 방식이 있는데, 전기 에너지로 저장하는 방식은 브레이크를 잡을 때 구동축에 모터를 물려 이를 통해 전기 에너지를 만들어내고 배터리에 저장한다. 모터는 발전기로도 활용할 수 있으므로 모터와 발전기를 따로 달지 않아도 된다. 또 한 가지 방식은 에너지 저장용 플라이휠을 장착하고 제동을 걸 때 이걸 구동축에 물리면 그 힘으로 플라이휠이 돌아간다. 접속을 끊어도 한동안 플라이휠이 돌아가며 추진력이 필요할 때 플라이휠을 연결하면 반대로 플라이휠의 에너지가 구동축으로 전달된다. 전기 에너지 방식보다 구조가 간단하다는 장점은 있지만 에너지를 저장하려면 플라이휠이 충분히 크고 무거워야 하므로 무게 밸런스 잡는데 문제가 생기고, 축적된 에너지를 쓸 때 자유롭게 조절하기도 힘들다. 지금은 플라이휠 방식은 거의 없고 전기 에너지 방식이 거의 다다. 게다가 하이브리드 혹은 전기자동차 시대가 되면서 따로 배터리가 필요 없이 그냥 주 에너지원으로 쓰는 배터리에 충전해 주면 되므로 더더욱 전기 에너지 방식이 대세.

특히 전기자동차에서는 상당한 효율 향상을 가져 오는데, 모터는 발전기와 구조가 사실 같으므로 감속할 때 모터가 오히려 배터리를 충전시킬 수 있어서 주행거리를 늘려주는 데 한몫한다. 심지어는 주행 조건에 따라서는 완충 시 공인 주행거리보다 실제 주행거리가 더 나오기도 한다.

포뮬러 1

이 시스템이 주목 받게 된 것은 포뮬러 1에 채용되면서부터다. 2009년에 처음 도입되었는데 처음에는 페라리, 르노, BMW, 맥클라렌 네 팀만이 KERS를 채용했다. 하지만 초기에는 굉장히 애물단지였다. 게다가 시즌 시작 전 테스트 때 BMW 미캐닉이 감전으로 쓰러지는 사고가 나면서 절연 관련 온갖 규정과 안전 장비들을 갖춰야 했다. KERS 장착 차량을 만지려면 3단계로 된 KERS 글러브를 끼어야 했는데 먼저 면장갑을 하나 끼고, 두툼한 가죽 장갑을 그 뒤에 낀 다음 전기 작업용 고무장갑을 끼어야 했다.

성능 면에서도 도움은커녕 마이너스였는데, 발전기와 배터리 및 그밖에 부속 장치 합쳐서 수십 kg 되는 놈이 추가되다 보니 무게 밸런스를 맞추는 것부터가 돌아버릴 일이 되었다. 당시 최저 무게 제한이 620kg였는데 10% 초기 KERS는 60 kg 정도로 추정되었다. 즉 10%나 되는 무게가 추가되는 거니 오히려 성능에 마이너스가 되었다. 2009년에 KERS를 채용한 팀들이 다들 톱 클래스에 예산도 많은 팀들이었는데 성적이 영 좋지 않았다. KERS 때문에 오히려 트러블이 잦고 성능이 안 나왔기 때문.

2010년에는 결국 팀들이 손 들고 아무도 달지 않게 되어 이대로 망하는가 싶었지만 2011년에 FIA가 무게 하한선을 20kg 올렸고, 팀들도 KERS를 달기로 합의해서 개발 예산이 부족한 일부 하위팀을 제외하고는 다들 KERS를 장착하게 되었다.

2014년부터는 좀 더 발전된 형태인 ERS로 바뀌었다. ERS는 브레이크만이 아니라 터보차저 쪽에서도 에너지를 회수하고, 축적할 수 있는 에너지 양도 늘어났다. 이쯤 되면 F1 차량을 하이브리드 카로 불러도 이상하지 않을 듯. 기후변화 문제가 점점 심각해지면서 자동차 업계도 온실가스 배출을 줄이기 위해 안간힘을 쓰고 있고, 아예 전기자동차 쪽으로 중심축을 옮기는 분위기가 가속화되고 있기 때문에 F1도 이러한 흐름을 거스르기는 어려운 실정이라 하이브리드화는 더욱 가속화될 전망이다. 그런데 전기자동차 쪽은 이미 포뮬러 E가 먹고 있어서...