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에너지 혁신의 키, SMR: 원자력 발전의 새로운 지평

이 기사는 가천대학교 방사선학과 팀 WRTP(정준호 김건우 박수빈 장다영)의 기고문입니다.
본지 편집방향과는 무관하며, 보도자료를 받아 보도되었습니다.

최근 일본의 핵발전소에서 발생한 문제로 인해 세계 여러 국가는 불안과 걱정의 감정을 안고 있다. 특히 오염된 물을 해양에 방류하는 일본의 결정은 국제적으로 큰 파장을 일으키고 있다. 이러한 결정으로 인해 주변 국가들은 환경과 생태계의 영향을 우려하며, 이에 따라 발생할 수 있는 잠재적인 문제에 대한 우려가 커지고 있다. 또한 일본 내부에서도 핵 발전소 오염수 방류 계획에 대한 논란과 불신이 커지고 있어서 시민들은 더욱 불안한 마음을 품고 있다. 

 

이에 대한 조치와 올바른 대응 부재로 인해 사회적 불안감은 더욱 커지고 있으며, 우리나라 또한 불안한 마음을 모아서 우려를 내비치고 있는 상황이다. 이전에 체르노빌 원전 사고나 후쿠시마 원전 사태 등 원전 사고가 발생하기도 하였고, 현재 전 세계적으로 문제가 되는 방사성 폐기물 문제 등 항상 문제가 많은 큰 위험을 동반하는 에너지원이라고 시민들의 생각에 깊게 박혀있는게 현 상황이다.

 

하지만 원자력 발전은 사람들의 생각과 다르게 안전하고, 완벽에 가까운 에너지를 낼 수 있는 에너지이다. 특히나 현대 사회에서는 지구온난화가 가속되어 가면서 많은 국가와 국제기구들이 탄소중립을 달성하는 것을 목표로 하고 있다.

 

이러한 탄소중립을 유지하기 위해 지속 가능하고 친환경적인 안정한 에너지원을 점점 더 중요한 과제가 되어가고 있고, 이러한 면에서 원자력 발전이 다시 조명을 받고 있다. 저명한 CEO인 빌 게이츠의 저서 「기후재앙을 피하는 법」에서는 '2018년 미국 MIT 연구진들은 탄소를 제로로 달성하는 천 개의 가까운 시나리오를 분석한 결과 그 중에서 가장 깨끗하고 저렴한 에너지원을 사용하는 방법은 언제나 작동이 가능한 원자력 에너지'라고 언급했다.

 

실제로 원자력은 우리가 많이 사용하는 석유에 비해서는 4배 이상 경제적이며, 원자력의 에너지가 되는 우라늄 1g만을 사용하여도 석유 1,800L에 준하는 전력을 생산할 뿐만 아니라 화력발전에 비해서 이산화탄소 배출량은 0.9%, 온실가스 배출량은 석탄에 비해서 0.003% 수준이다. 이 수치는 친환경에너지라고 하는 태양에너지랑 비슷한 수준의 온실가스의 양이다. 

 

이처럼 원자력은 경제적일 뿐만 아니라, 친환경적인 에너지원이다. 또한 시민들이 가장 위험하다고 생각하는 이유인 사고로 인한 사상자도 1TB당 사망한 인원을 조사한 결과 자주 사용하는 석탄, 석유가 경우 20명인 반면, 원자력은 과거의 원전 사고로 인해 희생된 사망자를 포함을 해도 0.03명에 불과하다. 

 

이러한 좋은 에너지원이어도 시민들은 원자력의 무서운 과거로 인해 아직 거부감을 가지고 있는 것이 현실이다. 과거의 원전 작업 종사자들은 현재처럼 원자력에 대한 전문적인 내용을 공유받지 못했고, 현재처럼 자격을 지닌 사람들이 일하는 상황도 아니였다.

 

그러다 보니 운전원의 부주의로 인해 사고가 발생하는 경우도 있었고, 우리나라와 다르게 사고가 일어났을 때 돌이킬 수 없을 만큼 심각하게 손상되어서 외부로 사고의 여파가 영향을 미치고 주변의 생태계에 돌이킬 수 없을 만큼 깊은 상처를 남기게 됐다. 

 

하지만 우리는 점차 진화하는 인류이고, 우린 과거의 실수와 무지함을 발판 삼아서 점차 앞으로 나아가고 있습니다. 사고위험으로부터 안전한 원전 구조를 추구하게 되고, 기존 대형원전에 비해 훨씬 작은 규모로 발전할 수 있는 '소형 모듈 원전'인 SMR을 개발하기 시작했다.

 

 SMR은 Small Modular Reactor의 줄임말로 기존의 대형원전에 비해서 수많은 강점을 지니고 있다. 일단 규모는 기존 대형원전에 비하여 1/10~1/100 규모이고, 300 Me 이하의 원자로이다. 구조적으로 냉각 펌프 가압기 증기발생기 등 내부 구조가 하나의 압력 용기 안에 일체로 되어 들어가 있어서 배관에서 발생할 수 있는 문제들을 차단하여서 사고확률을 낮추고, 안정성을 높였다. 

 

 

그리고 외부 전력을 사용하여서 냉각재를 순환해야 하는 대형원전과 다르게 자연 대류를 이용하여 냉각재를 순환시킬 수 있어서 전력이 끊기거나, 운전원의 별다른 조작 없이도 안정성을 확보할 수 있다. 또한 원자로의 안정성을 나타내는 척도인 연간 노심 손상 비율(CDF)이 10^-7로 매우 낮은 수치를 지니고 있다. 이는 1년 동안 노심에서 사고가 일어날 확률이 천만분에 1이라는 수치로 매우 높은 안정성을 지니고 있다.

 

또한 공장 내 조립방식을 사용하고 있어 공장에서 제작 후 조립하는 방식을 지녔고, 이로 인해 더욱 더 높은 품질의 보증 제작 중 디자인 변경의 용이성, 자동 조립 공정으로 인해 제작 기간 단축과 비용 절감 등 다양한 이점을 가졌다. 또한 18개월마다 연료를 교체하는 기존의 경수형 원전과 매일 교체하는 중수형와 다르게 SMR은 그 종류에 따라 20년 이상의 긴 연료 교체 주기를 가져서 원전 수명동안 교체가 필요없는 등, 대형 원전에 비해서 방사성 폐기물의 양도 줄일수 있다. 

 

그리고 대형원전에 비하여서 요구하는 부지의 크기도 작아서 산지나 오지 등 전력의 공급이 어려운 곳에도 설치할 수 있다. SMR이 설치된 주변의 10만 명 단위의 소규모 도시에 충분한 전력을 공급할 수 있다. 또한 러시아의 경우에는 선박, 쇄빙선에 SMR을 설치하여 사용 중에 있다. 

 

이렇듯 SMR은 기존 원전에 대비하여 다양한 장점을 가지고 있다. 시·공간적 제약도 적은 편이며, 금전적으로도 수많은 금액을 절감할수 있다. 특히 방사능에 대한 우려가 깊은 현재, SMR의 높은 안정성은 추가 원전 증설에 대한 국민의 수용성을 높여주며, 결과적으론 전력 공급량 확대로 여름철 대정전 방지에 기여함을 주목해볼 수 있다.

 

현재 전 세계의 SMR 개발 현황으로는 한국 미국 러시아 중국 등에서 70종 이상의 SMR이 개발 중이고 국내에는 한국원자력연구원의 I-SMR과 한국 전력의 BANDI-60S 개발 중에 있다.

 

우리나라의 경우 2023년 3월 혁신형 소형모듈 원자로(i-SMR) 기술개발 사업단의 출범으로 SMR의 기술개발사업이 본격적으로 시작됐다. 세계 SMR 시장에 진출하다기 위해 경제성, 안정성, 유연성 측면에서 글로벌 경쟁력을 갖춘 차세대 SMR을 개발하는 사업을 갖추는 목표를 가지고 있다.

 

기술개발 사업단은 2026년까지 기술개발을 마치고, 2028년까지 인허가 획득을 위해 표준설계 수행과 안정성·경제성·유연성 향상을 위한 핵심기술 개발을 목표로 연구를 진행하고 있고, 모듈당 발전량은 하나의 SMR에는 4개의 모듈이 장착될 수 있으며 하나의 모듈 당 170MWe로, 4개의 모듈이 장착되었을 때 서울시의 약 61%의 전력을 공급할 수 있는 전력량을 생산할 수 있다.

 

SMR은 대형원전과 대비하여 우수한 안정성과 해외시장과 대비하여 우수한 경제성을 목표로 진행 중이라고 하고, 2031년을 건설 목표 후 운용을 계획하고 있다.

 

한국은 유럽, 미국, 러시아, 일본과 더불어 SMR에 특히 주목하고 있는 나라 중 하나로, SMR 연구에 큰 기여를 하고 있다. SMR에 강점을 가지고 있는 만큼, 다른 나라보다 먼저 상용화에 성공한다면 글로벌 시장에서의 경쟁력 우위를 선점할 수 있으리라고 전망하며, 이는 큰 국가적 이익으로 돌아올 수 있다고 예측하고 있다. 또한 전술한 내용과 같이, 고도의 기술 혁신을 통해 이루어진 원전은 국민의 생활에 보다 긍정적인 영향을 미칠 수 있을 것이라고 기대하고 있다,

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서수빈 기자

청소년 기자단 '혜윰' 대표이사

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