원전 주요 요소 하나의 용기에 일체화해 경제성 높여
인간 개입 없는 피동형 안전 설계 방식, 안전성 높아
두산에너빌리티·HD현대·SK 등 국내 기업도 본격화
기업들의 신기술 개발은 지속가능한 경영의 핵심입니다. 이 순간에도 수많은 기업들은 신기술 개발에 여념이 없습니다. 기술 진화는 결국 인간 삶을 바꿀 혁신적인 제품 탄생을 의미합니다. 기술을 알면 우리 일상의 미래를 점쳐볼 수 있습니다. 각종 미디어에 등장하지만 독자들에게 아직은 낯선 기술 용어들. 그래서 뉴스핌에서는 'Tech 스토리'라는 고정 꼭지를 만들었습니다. 산업부 기자들이 매주 일요일마다 기업들의 '힙(hip)' 한 기술 이야기를 술술~ 풀어 독자들에게 전달합니다.
[서울=뉴스핌] 채송무 기자 = 1979년 미국 스리마일, 1986년 우크라이나 체르노빌, 2011년 일본 후쿠시마 원전 사고 이후 줄었던 원자력발전소 바람이 다시 일고 있습니다. 우크라이나-러시아 전쟁 이후 자원의 무기화가 이뤄졌고 에너지 난이 물가 상승으로 이어지면서 경제의 어려움을 가중시키고 있기 때문입니다.
최근 일고 있는 원전 바람에는 차세대 원전 소형모듈원자로(SMR)의 등장도 한 몫을 하고 있습니다.
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| [서울=뉴스핌] 채송무 기자 =[사진제공=한수원, 이베스트투자증권 리서치센터] 2023.03.19 dedanhi@newspim.com |
SMR은 뭘까요. 세계 원자력에너지협회에 따르면 300MW 이하의 작은 원자로입니다. 700MW 이하가 중형 원자로, 대형 원자로는 700MW 이상으로 분류됩니다.
원자력발전소는 핵분열에서 발생하는 열을 이용해 물을 끓이고 그 힘으로 터빈을 돌려 전기를 생산하는 원리인데요. 원전은 크게 원자로, 증기 발생기, 냉각재 펌프, 가압기 등으로 구성됩니다. 대형 원전은 이 같은 시설을 현장에 설치한 후 주배관에 연결하는데 과정이 매우 복잡하고 위험도 큽니다.
SMR은 이같은 주요 구성 요소를 하나의 용기에 일체화된 소형 원자로입니다. 모듈 형태로 제작해 건설하기 때문에 건설 기간을 3년 이하로 축소할 수 있을 뿐 아니라 연결 부위에서 방사능이 흘러나올 가능성이 적습니다.
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| [서울=뉴스핌] 채송무 기자 = [사진 제공=이베스트투자증권 리서치센터]2023.03.19 dedanhi@newspim.com |
더욱이 SMR은 피동형 안전설계 방식을 택하는데요. 이는 인간의 개입 없이 중력과 대류 현상으로 작동해 안전성이 높습니다. 후쿠시마 원전 당시 자연재해 뿐 아니라 인간의 조작 실수나 미흡한 대처 능력이 사고의 심각성을 더했는데요. SMR은 추가 운영 지시나 외부 전력, 추가 냉각수 공급 없이 자동으로 냉각되는 피동형 설계여서 원전 사고가 커질 확률이 낮습니다.
또 SMR은 추가 냉각수 공급 없이 냉각되는 만큼 후쿠시마 원전에서 발생한 방사능 오염 냉각수 문제에서도 다소 자유롭습니다. 더욱이 크기가 작기 때문에 핵 분열로 발생하는 열 밀도가 대형 원전보다 작고 냉각 기능이 중단되어도 열을 식히기 쉽습니다.
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| [서울=뉴스핌] 채송무 기자 = [사진 제공=: Nuscale, 이베스트투자증권 리서치센터]2023.03.19 dedanhi@newspim.com |
기술 표준이 정립되지는 않았지만 SMR은 4개 유형으로 나누는데요. 격납용기 내부에 원전 주기기를 통합한 형태인 PWR은 기존 원전과 같이 냉각재로 물을 사용합니다. 이 때문에 원전 규제 기관 인허가 절차를 빠르게 통과할 수 있는 것도 장점입니다.
MSR(용융 염 원자로)은 고체 핵연료 대신 염화물에 핵 연료를 녹여서 원자로 연료로 활용하는데요. 냉각제는 용융염, 감속재는 흑연을 사용합니다. 가압기 없이 냉각제는 500~1400℃를 유지 할 수 있어서 낮은 압력에서도 높은 열 효율을 보입니다. 핵연료가 용융된 상태라 노심 용융사고를 원전적으로 배제할 수 있습니다.
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| [서울=뉴스핌] 채송무 기자 = [사진 제공=: DOE, 이베스트투자증권 리서치센터2023.03.19 dedanhi@newspim.com |
LFR (납 냉각 고속로)는 기존 원전과 작동 구조가 판이한 4세대 원전으로 냉각제로 납을 사용합니다. 감속재 없이 원자로를 운영하는데요. 고속 중성자에 쉽게 분열 반응을 일으키는 U-238, 플루토늄을 핵연료로 사용합니다.
마지막은 SFR (소듐 냉각 고속로) 방식인데요, 냉각재로 액체 소듐을 사용하고 고속중성자를 이용해 핵 분열 반응을 일으킵니다. 배관이 원자로용기 내부 풀안에 설치되어 냉각재 상실 가능성을 배재합니다. SFR의 열 전달 계통은 일차열전달계통(원자로 열을 일차소듐 냉각재로 전달), 중간열전달계통(증기생산) 그리고 동력변환계통으로 구성됩니다.
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| [서울=뉴스핌] 채송무 기자 = [사진 제공= IAEA, 이베스트투자증권 리서치센터]2023.03.19 dedanhi@newspim.com |
아직은 SMR이 상용화된 곳은 없습니다. 전문가들은 2030년을 전후로 SMR 시장이 크게 확대될 것으로 예상하고 있는데요. 우리나라를 비롯해 전 세계적으로 총 71종 이상의 SMR이 개발 중입니다.
우리나라는 한국원자력연구원이 1997년부터 SMART라는 SMR 모델을 개발하기 시작해 2012년 7월 세계 최초로 표준설계인가를 받았는데요. 한국수력원자력이 이를 개량해 '혁신형 SMR'을 개발 중인 상황입니다.
국내 기업들도 최근에는 SMR 사업을 본격화했습니다. 대표적인 기업이 두산에너빌리티인데요. 미국의 뉴스케일파워와 협업하고 있습니다. 두산에너빌리티는 2019년과 2021년에 걸쳐 뉴스케일파워에 국내 투자사들과 함께 1억400만달러를 투자해 지분을 확보하면서 SMR 기자재 우선 공급권을 확보했습니다.
HD현대는 미국 테라파워에 3000만달러를 투자했고, SK 역시 테라파워에 2억5000만달러 지분 투자에 나서면서 SMR 사업을 본격화하고 있습니다.
윤석열 대통령은 지난해 신한울 1호기 준공 기념행사 축사에서 "우리나라의 독자적인 소형모듈원전(SMR) 개발에 총 4000억원을 투자해 미래 원전시장의 주도권을 확보해 나갈 것"이라고 강한 의지를 보였는데요.
최근 전기세 인상이 서민 가정의 어려움 뿐 아니라 국가 경제에도 부담이 되고 있는 상황에서 민관의 협력으로 차세대 에너지원으로 떠오르고 있는 SMR 경쟁에서 우리가 주도권을 가질 수 있을지 주목됩니다.
dedanhi@newspim.com
